DE102015216793B4

DE102015216793B4 - Sensor zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug und Sicherheitssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015216793B4
Application number: DE102015216793.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Apelt; Reiner Luetzeler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: DE102015216793A1; WO2017036681A1

Abstract

Sensor (1) zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug, aufweisend mindestens einen elektrisch leitfähigen Erfassungsbereich (10), an den für eine kontinuierliche Spannungs- und/oder Widerstandsmessung eine Spannung anlegbar ist, wobei der Erfassungsbereich (10) derart gestaltet ist, dass durch einen Aufprall eines Objekts auf den Erfassungsbereich (10) eine Spannungs- und/oder Widerstandsänderung hervorrufbar ist und wobei der Erfassungsbereich (10) ein verformbarer Kunststoffkörper (11) mit einem perkolierenden Netzwerk aus einem elektrisch leitfähigen Füllstoff (12) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug und ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug
Stand der Technik
Aus der DE 103 17 638 A1 ist eine Anordnung zur Aufprallerkennung bekannt, die einen Aufprallsensor aufweist, der durch einen druckempfindlichen Lack realisiert ist, der auf einem Karosserieteil aufgebracht worden ist. In Abhängigkeit von einem ausgeübten Druck ändert sich bei diesem Lack wenigstens ein elektrischer Parameter. Der Lack ist vorzugsweise piezoelektrisch und auf Polyethylenbasis aufgebaut. Ein weiterer Sensor kann zur Plausibilisierung im Bereich der Stoßstange vorgesehen sein.
Aus der DE 10 2013 009 833 A1 sind elektrisch leitfähige, photosensitive Monomerlösungen bekannt, die in 3D Druckverfahren Verwendung finden. Silbernanodrähte werden dazu zur Ausbildung eines transparenten, dreidimensionalen, perkolierenden Netzwerkes eingesetzt.
Sensoren zur Aufprallerkennung bedienen sich unterschiedlicher Messprinzipien. Bspw. sind für Fahrzeuge Sensoren im Stoßfänger bekannt, die Beschleunigungen messen, die einen Lichtwellenleiter nutzen oder die Drucksensoren nutzen, die mittels eines Druckschlauchs miteinander verbunden sind.
Sicherheitssysteme für ein Fahrzeug, insbesondere solche, die zum Schutz von Fußgängern oder andere verletzlicher Verkehrsteilnehmer eingesetzt werden, insbesondere zur Abmilderung der Folgen eines Frontalaufpralls, sind u.a. optimierte Stoßfänger, aufstellbare Motorhauben und Windschutzscheiben-Airbags
Gerade für die beiden zuletzt genannten Systeme sind geeignete Sensoren zur Aufprallerkennung erforderlich.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Erfindung einen zuverlässigen und robusten sowie einfachen und günstigen Sensor zur Aufprallerkennung sowie ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug, insbesondere zum verbesserten Fußgängerschutz, gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein Kunststoffkörper aus einem verformbaren bzw. dehnbaren Material, der ein perkolierendes Netzwerk aus elektrisch leitfähigen Füllstoffen aufweist, weist im nicht gedehnten Zustand einen elektrischen Widerstand auf einem bestimmten Niveau auf. Wird der Kunststoffkörper gedehnt, gleiten die leitfähigen Füllstoffe aufeinander ab und das perkolierende Netzwerk wird teilweise unterbrochen, bis es ab einer gewissen Dehnung vollständig zusammenbricht. Dies hat einen Anstieg des Widerstandes zur Folge. Wird an dem Kunststoffkörper eine elektrische Spannungs- bzw. Widerstandsmessung durchgeführt, kann über eine gemessene Änderung der Spannung bzw. des Widerstands ein Dehnungsgrad bzw. eine Änderung der Dehnung des Kunststoffkörpers ermittelt werden.
Diesen Effekt nutzt die vorliegende Erfindung aus, indem insbesondere der Erfassungsbereich eines entsprechenden Sensor aus einem wie vorstehend erläuterten Kunststoffköper gebildet ist, um aus der Änderung der Spannung bzw. des Widerstands des Kunststoffkörpers eine Steuergröße für die Ansteuerung von Sicherheitssystemen für Fahrzeuge abzuleiten.
Als verformbares bzw. dehnbares Material eignen sich besonders mit elektrisch leitfähigen Füllstoffen oder Additiven modifizierte, thermoplastische Elastomere, thermoplastische Urethane sowie Flüssigsilikone. Auch andere Materialen, die über hohes Verformungs- bzw. Dehnungsvermögen verfügen und so modifiziert sind, dass sie elektrisch leitfähig sind, sind geeignet für die vorliegende Erfindung.
Dadurch, dass der Erfassungsbereich des Sensors der vorliegenden Erfindung aus einem verformbaren Material ist, lässt sich der Sensor leicht in ein Fahrzeug integrieren. Des Weiteren lässt sich der Sensor leicht an kleinere Anpassungen des Fahrzeugs, bspw. im Rahmen eines sog. Facelifts, anpassen.
Es ist vorteilhaft, wenn die elektrisch leitfähigen Füllstoffe faserförmige Füllstoffe wie Stahl-, Kupfer- oder Carbonfasern sind.
Unter einer Sicherheitseinrichtung für eine Fahrzeug sind vorliegend unter anderem zu verstehen, Einrichtungen zum Aufstellen einer Motorhaube oder Airbageinrichtungen, die dazu geeignet sind den Aufprall eines verletzlichen Verkehrsteilnehmers, wie bspw. eines Fußgängers, auf das Fahrzeug, insbesondere auf die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, abzumildern (sog. Windschutzscheiben- bzw. Window-Airbags).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Sensors, ist der Erfassungsbereich derart gestaltet, dass der Erfassungsbereich durch einen Aufprall gedehnt wird. Als vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang erwiesen, wenn der Kunststoffkörper ein extrudiertes Profil, insbesondere ein flächiges oder rundes Profil aufweist. Die Spannungs- bzw. Widerstandsmessung erfolgt dann an den gegenüberliegenden Enden des Profils.
Darüber hinaus hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich der Erfassungsbereich über große Teile des Fahrzeugs, idealerweise über die gesamte Fahrzeugbreite erstreckt.
Als besonders geeigneter Ort hat sich das Verlegen des Erfassungsbereichs unmittelbar hinter der Außenhaut der Stoßstange herausgestellt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug. Das Sicherheitssystem weist mindestens einen der vorstehenden Sensoren sowie mindestens eine Sicherheitseinrichtung für ein Fahrzeug auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung basiert die Ableitung einer Steuergröße für die Ansteuerung der Sicherheitseinrichtungen des Sicherheitssystems auf der Auswertung von Spannungs- bzw. Widerstandsmessungen mehrerer Erfassungsbereiche. Dabei kann in einer Ausgestaltung ein Sensor über mehrere Erfassungsbereiche verfügen oder es werden mehrere Sensoren mit mindestens einem Erfassungsbereich eingesetzt. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn die Erfassungsbereiche sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Stoßfängers des Fahrzeugs erstrecken. Dadurch lässt eine Auswertung der Spannungs- bzw. Widerstandsänderungen weitere Rückschlüsse auf den Aufprallgegenstand zu. Durch diese Auswertung lassen sich in vorteilhafter Weise ungewollte Auslösungen der Sicherheitseinrichtungen verhindern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung im nicht gedehnten und unbelasteten Zustand
2 eine schematische Darstellung eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung im gedehnten Zustand
3 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
4 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
5 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im nicht gedehnten und unbelasteten Zustand. Der Erfassungsbereich 10 ist ein Kunststoffkörper 11 der ein perkolierendes Netzwerk aus elektrisch leitfähigen Füllstoffen 12 aufweist. Das perkolierende Netzwerk bewirkt die elektrische Leitfähigkeit des Erfassungsbereichs 10. An dem Erfassungsbereich 10 sind Anschlüsse 14, 15 zur Spannungs- bzw. Widerstandsmessung angeordnet. Diese Anschlüsse 14, 15 befinden sich an gegenüberliegenden Enden des Erfassungsbereichs 10 bzw. des Profils 11 des Sensors 1 Über eine Einrichtung 16 zur Spannungs- bzw. Widerstandserfassung wird eine Spannung angelegt, um die Spannung bzw. den Widerstand des Erfassungsbereichs 10 zu erfassen.
Die Spannungs- bzw. Widerstandsmessung ist möglich, da das perkolierende Netzwerk aus elektrisch leitfähigen Füllstoffen 12 zu einer elektrischen Leitfähigkeit des Erfassungsbereichs 10 führt.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im gedehnten Zustand. Der gedehnte Zustand kann durch einen Aufprall auf den Erfassungsbereich 10 hervorgerufen worden sein.
Durch die Dehnung des Erfassungsbereichs 10 wird das perkolierende Netzwerk teilweise unterbrochen bzw. vollständig aufgebrochen. Infolgedessen sinkt elektrische Leitfähigkeit und ein Spannungsabfall bzw. ein Anstieg des Widerstands kann gemessen werden.
Ab einer gewissen bzw. vorbestimmten Dehnung bricht das perkolierende Netzwerk vollständig zusammen und die elektrische Leitfähigkeit des Erfassungsbereichs 10 geht verloren. Dadurch kann keine Spannung mehr gemessen werden bzw. der Widerstand steigt ins theoretisch Unendliche an.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend zwölf Sensoren 30a, 30b bzw. Erfassungsbereiche eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Sensoren bzw. Erfassungsbereiche bilden eine Sensiermatrix 31. Die vier zentral angeordnete Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30a registrieren eine Verformung. Dargestellt ist dies dadurch, dass die Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30a, die eine Verformung registrieren mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet sind und die Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30b, die keine Verformung registrieren mit einer durchgezogenen Linie eingezeichnet sind. Aus dieser Verformung wird ein Aufprall eines großen Gegenstands in der Mitte der der durch die Sensiermatrix 31 abgedeckten Fläche abgeleitet. Daraus leitet das Sicherheitssystem in der dargestellten Ausführungsform einen Aufprall ab, der eine Auslösung von Sicherheitsmitteln bedingt.
4 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Auch in dieser Darstellung weist das Sicherheitssystem zwölf Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30a, 30b gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet in einer Sensiermatrix 31 auf. Im Gegensatz zur Situation dargestellt in 3 registriert lediglich ein Sensor bzw. ein Erfassungsbereich 30a des Sicherheitssystems eine Verformung. Daraus leitet das Sicherheitssystem in dem dargestellten Fall einen Aufprall eines kleinen Gegenstands an der unteren Seite der Sensiermatrix 31 ab. Eine solche Verformung kann beispielsweise durch einen Aufprall an einer Bordsteinkante hervorgerufen werden. Ein solcher Aufprall bedingt in der dargestellten Ausführungsform keine Auslösung von Sicherheitsmitteln.
5 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. In der hier dargestellten Situation registrieren drei der zwölf Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30a, 30b gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verformung. Die Sensoren 30a, die eine Verformung registrieren, sind an der linken unteren Ecke der Sensiermatrix 31 angeordnet. Diese Verformung lässt auf einen Aufprall auf einen großen Gegenstand schließen und einem Aufprallort auf der linken Seite der Sensiermatrix 31. Eine so registrierte Verformung bedingt in der dargestellten Ausführungsform eine Auslösung von Sicherheitsmitteln. Aufgrund des Aufprallorts werden bevorzugt Sicherheitsmittel ausgelöst, die eine verstärkte Wirkung in dem betroffenen Bereich entfalten.
Durch die vorstehenden Beispiele eines Einsatz der erfindungsgemäßen Sensoren 1, 30a, 30b bzw. Sicherheitssysteme wird deutlich, dass durch eine Anordnung von mehreren Sensoren 1, 30a, 30b sich sowohl eine Aussage über die Größe des Aufprallgegenstands als auch über den Ort des Aufpralls herleiten lässt. Diese hergeleiteten Merkmale können dann vorteilhaft ein Verfahren zur Auslösung von Sicherheitsmitteln eingebracht werden, um so bspw. sog. Misuse-Fälle zu erkennen. Misuse-Fälle sind Situationen, in denen durch Sensorsysteme etwas registriert wird, das zu einer Auslösung von Sicherheitsmitteln führen würde, obwohl in Realität eine auslösewürdige Situation nicht vorliegt. Zudem kann durch die vorteilhafte Anordnung der Sensoren 1, 30a, 30b in dem vorgestellten Sicherheitssystem ein Rückschluss auf den Aufprallort gemacht werden. Dies führt dazu, dass gezielt Sicherheitsmittel angesteuert bzw. ausgelöst werden können, die eine verstärkte Schutzwirkung in dem betroffenen Bereich hervorrufen.

Claims

Sensor (1) zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug, aufweisend mindestens einen elektrisch leitfähigen Erfassungsbereich (10), an den für eine kontinuierliche Spannungs- und/oder Widerstandsmessung eine Spannung anlegbar ist, wobei der Erfassungsbereich (10) derart gestaltet ist, dass durch einen Aufprall eines Objekts auf den Erfassungsbereich (10) eine Spannungs- und/oder Widerstandsänderung hervorrufbar ist und wobei der Erfassungsbereich (10) ein verformbarer Kunststoffkörper (11) mit einem perkolierenden Netzwerk aus einem elektrisch leitfähigen Füllstoff (12) ist.
Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei der Erfassungsbereich (10) derart gestaltet ist, dass der Erfassungsbereich (10) durch den Aufprall gedehnt wird, wobei die Dehnung zu einem Abfall der gemessenen Spannung und/oder zu einer Erhöhung des gemessenen Widerstands führt.
Sensor (1) nach Anspruch 2, wobei der Erfassungsbereich (10) derart gestaltet ist, dass ab einer vorbestimmten Dehnung das perkolierende Netzwerk vollständig zusammenbricht.
Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff (12) faserförmig ist.
Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff (12) Stahl und/oder Kupfer und/oder Carbon aufweist.
Sicherheitssystem für ein Fahrzeug, aufweisend mindestens einen Sensor (1, 30a, 30b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Sicherheitssystem ansprechend auf die gemessene Spannung und/oder den gemessenen Widerstand und/oder einen von der gemessenen Spannung oder dem gemessenen Widerstand abgeleiteten Wert die mindestens eine Sicherheitseinrichtung aktiviert.
Sicherheitssystem nach Anspruch 6, wobei sich der mindestens eine Erfassungsbereich (10) des mindestens einen Sensors (1, 30a, 30b) über die Fahrzeugbreite des Fahrzeugs erstreckt.
Sicherheitssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei der mindestens eine Erfassungsbereich (10) des mindestens einen Sensors (1, 30a, 30b) hinter der Außenhaut des Fahrzeugs, insbesondere hinter der Außenhaut eines Stoßfängers des Fahrzeugs, angeordnet ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Erfassungsbereich (10) des mindestens einen Sensors (1, 30a, 30b) hinter der Außenhaut eines Stoßfängers des Fahrzeugs angeordnet ist.
Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Mehrzahl der Sensoren (1, 30a, 30b) an mindestens einem Stoßfänger des Fahrzeugs verteilt über die Höhe des Stoßfängers angeordnet sind.
Sicherheitssystem nach Anspruch 10, wobei die mindestens einen Erfassungsbereiche der Mehrzahl der Sensoren (1, 30a, 30b) parallel zueinander verlaufen.