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Die Erfindung betrifft einen Drucksensor für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer verformbaren Membran, die derart auf/an einem Träger befestigt ist, dass sie sich durch einen auf sie einwirkenden Druck verformen kann, und mit wenigstens einer Einrichtung zum Erfassen der Verformung der Membran.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Drucksensor zum Erfassen einer Kollision, wenigstens einer Sicherheitseinrichtung, insbesondere Airbag, Gurtstraffer, Motorhaubenaufsteller oder dergleichen, die in Abhängigkeit von einer durch den Drucksensor erfassten Kollision auslösbar ist.
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Stand der Technik
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Drucksensoren und Sicherheitssysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
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Um die Sicherheit von Fahrzeuginsassen sowie von Verkehrsteilnehmern außerhalb eines Kraftfahrzeugs ist es bekannt, Sicherheitseinrichtungen einzusetzen, die mit Hilfe von im Kraftfahrzeug verbauten Sensormodulen einen Unfall oder einen drohenden Unfall detektieren und bei Bedarf eine oder mehrere Sicherheitseinrichtungen ansteuern oder auslösen, um die Fahrzeuginsassen und/oder weitere Verkehrsteilnehmer vor Verletzungen zu schützen. Ein solches Sicherheitssystem stellt beispielsweise das Airbag-System eines Kraftfahrzeugs dar. Wird ein Auffahrunfall erfasst, der beispielsweise zu einer Verzögerung des Kraftfahrzeugs führt, die über einen vorgegebenen Grenzwert hinausgeht, so steuert ein Steuergerät des Sicherheitssystems ein oder mehrere Airbag-Einrichtungen an, um diese auszulösen. Für die Erkennung von Auffahrunfällen beziehungsweise Frontalcrashs, werden heutzutage Beschleunigungssensoren verwendet, die zumeist im Zentralsteuergerät und/oder entlang eines Biegequerträgers des Kraftfahrzeugs verbaut werden. Für die Erkennung von Seitencrashs werden heutzutage bevorzugt Druck- und/oder Beschleunigungssensoren verwendet, wobei üblicherweise an der B-, C- oder D-Säule des Kraftfahrzeugs Beschleunigungssensoren und in der Fahrzeugtür Drucksensoren eingesetzt werden. Die Amplitude des Ausgangssignals des jeweiligen Sensors dient dabei in der Regel als zu erfassender Messerwert, der ausschlaggebend für das Auslösen oder Nicht-Auslösen einer Sicherheitseinrichtung ist. Üblicherweise ist die Amplitude von der Masse und der Geschwindigkeit des auftreffenden Objekts abhängig. Zur Detektion von Fußgängerunfällen ist es bekannt, im Fahrzeugstoßfänger Sensoren anzuordnen, wie beispielsweise zwei oder mehrere Beschleunigungssensoren oder Druckschlauch basierte Systeme.
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Heute verwendete Drucksensoren verwenden für die Bestimmung eines Absolut- und/oder Relativ-Drucks eine verformbare beziehungsweise flexible Membran. Auf dieser Membran sind mehrere Messwiderstände aufgebracht, die zu einer Vollbrücke miteinander verschaltet sind. Eine Druckänderung führt zu einer Auslenkung der Membran und damit zu einer Widerstandsänderung der Messwiderstände. Durch die Abstandsänderung ist eine Spannungsänderung der Vollbrücke ermittelbar, die sich in eine Druckinformation umrechnen lässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass keine Messwiderstände aufwendig auf der Membran aufgebracht und in der Messbrücke verschaltet werden. Damit wird das Herstellen von Bondverbindungen auf der Membran vermieden, die Herstellung außerdem vereinfacht und die Herstellungskosten werden reduziert. Weil außerdem die Messwiderstände von der Membran entfernt werden, kann die Membran nunmehr auch für Medien eingesetzt werden, für welche sie bisher nicht eingesetzt werden konnte, weil die Medien schädlich für die Messwiderstände sein könnten. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Einrichtung wenigstens einen berührungslos arbeitenden Abstandssensor aufweist. Durch das berührungslose beziehungsweise berührungsfreie Arbeiten ist ein Abstand zum Erfassen der Membran ermittelbar, ohne dass Messwiderstände auf der Membran angebracht werden müssen. Hierdurch kann die Membran aus grundsätzlich jedem beliebigen Material gefertigt werden, dass eine Verformung der Membran erlaubt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abstandssensor an dem Träger angeordnet und zum Erfassen des Abstands zu der Membran ausgerichtet ist. Damit erfasst der Abstandssensor die Entfernung bis zur Membran, die sich bei einer Verformung der Membran verändert. Damit ist durch die Abstandsüberwachung eine Überwachung auf eine Änderung eines auf die Membran wirkenden Drucks auf einfache Art und Weise möglich.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abstandssensor als Interferometer ausgebildet ist. Durch den Interferometer werden Messsignale mit bekannten oder vorgebbaren Wellen ausgestrahlt und die Reflektion der Wellen erfasst und zu einem Interferogramm überlagert. Grundsätzlich lässt sich dabei jede Art von Welle, also auch Licht- und Schall-Wellen, nutzen, um Differenzen zu erzeugen, die von dem Interferometer erfasst werden können. Durch die Überlagerung ist erkennbar, ob sich die Position der Membran und damit ein Abstand der Membran beispielsweise zu dem Träger verändert hat. Aus dieser Positionsänderung lässt sich dann eine Druckänderung bestimmen.
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Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstandssensor als Lasersensor ausgebildet ist. Abstandssensoren, die nach dem Laserprinzip arbeiten, sind grundsätzlich bekannt. Durch das Vorsehen eines derartigen Abstandssensors in dem vorliegenden Drucksensor ist eine einfache und sichere Entfernungsmessung kostengünstig realisierbar.
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Weiterhin ist alternativ bevorzugt vorgesehen, dass der Abstandssensor als Ultraschall-Sensor ausgebildet ist. Auch hierdurch ist eine Bestimmung des Abstands auf einfache Art und Weise gewährleistet. Dabei kann beispielsweise auch die zuvor bereits genannte Interferometrie zur Auswertung der Ultraschall-Reflektion an der Membran eingesetzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstandssensor dazu ausgebildet ist, frequenzmodulierte Signale zur Abstandsmessung auszusenden. Hierdurch kann das Messergebnis verbessert werden.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstandssensor einen Hochfrequenzstrahler als Sender und die elektrisch leitfähig ausgebildete Membran als Empfänger aufweist. Die Membran weist dabei insbesondere ein elektrisch leitfähiges Material auf oder ist aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt. Der Hochfrequenzstrahler sendet Hochfrequenzstrahlen in Richtung der Membran, die von der elektrisch leitfähigen Membran empfangen werden. Aus dem Laufzeitunterschied der Strahlen vom Sendezeitpunkt bis zum Empfangszeitpunkt ist der Abstand des Hochfrequenzsensors zu der Membran bestimmbar.
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Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstandssensor einen Messkondensator aufweist, der die elektrisch leitfähig ausgebildete Membran als erste Kondensatorplatte und eine an dem Träger fest und beabstandet zu der Membran angeordnete zweite Kondensatorplatte aufweist. Damit erfolgt die Druckmessung über ein kapazitives Verfahren, bei welchem die Membran selbst eine der Kondensatorplatten bildet. Kommt es zu einer Auslenkung der Membran, so ändert sich die Kapazität des Kondensators, was sich wiederum in einen Drucksprung beziehungsweise in eine Druckinformation umrechnen lässt.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Drucksensor eine integrierte Schaltung aufweist, insbesondere eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), die mit dem Abstandssensor zur Auswertung seines Ausgangssignals verbunden ist. Die Schaltung ist insbesondere dazu ausgebildet, aus dem ermittelten Abstand eine Druckinformation zu berechnen beziehungsweise zur Verfügung zu stellen, welche im Sicherheitssystem beispielsweise mit einem oder mehreren Schwellwerten verglichen wird, um über das Auslösen oder Nicht-Auslösung einer Sicherheitseinrichtung, wie beispielsweise eines Airbags, zu entscheiden.
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Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Drucksensors aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt
- 1 einen vorteilhaften Drucksensor für ein Sicherheitssystem des Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 den Drucksensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
- 3 den Drucksensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung einen Drucksensor 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs. Der Drucksensor 1 weist einen Träger 2 auf, der beispielsweise in oder an einer Öffnung 3 einer medienführenden Leitung 4 oder dergleichen angeordnet ist. An dem Träger 2 ist eine verformbare Membran 5 gehalten. Der Membran 5 ist ein berührungsfrei arbeitender Abstandssensor 6 zugeordnet, der einen Abstand, vorliegend vom Träger 2 zu der Membran 5 überwacht. Vorliegend ist dabei der Abstandssensor 6 mittig in Bezug auf die Membran 5 angeordnet. Wird die Membran 5 aufgrund eines steigenden Drucks in der Leitung 4 in Richtung des Trägers 2 verformt, so verkürzt sich der Abstand. Wird die Membran 5 aufgrund eines sinkenden Drucks in der Leitung 4 von dem Träger 2 weggezogen (Unterdruck), so vergrößert sich der erfasste Abstand. Dies wird von dem Abstandssensor 6 erfasst und insbesondere durch eine integrierte Schaltung 7, die mit dem Abstandssensor 6 verbunden ist, in eine Druckinformation umgerechnet und dem Sicherheitssystem mitgeteilt. Das Sicherheitssystem vergleicht die Druckinformation insbesondere mit einem vorgegebenen Schwellwert, um über das Auslösen oder Nicht-Auslösen einer Sicherheitseinrichtung, wie beispielsweise eines Airbags, eines Gurtstraffers oder eines anderen Rückhaltemittels zu entscheiden.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstandssensor als Lasersensor oder Ultraschall-Sensor ausgebildet. Auch kann der Abstandssensor 6 als Interferometer ausgebildet sein. Insbesondere ist der Abstandssensor dazu ausgebildet, frequenzmodulierte Signale zur Abstandsmessung auszusenden, um ein optimales Messergebnis zu erzielen.
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Die Membran 5 kann dabei aus jedem beliebigen Material gefertigt sein, solange sie die gewünschte Verformung zur Druckmessung erlaubt.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchen die Membran 5 aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist oder ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Der Abstandssensor 6 weist dann bevorzugt einen Hochfrequenzstrahler 8 auf, sowie die elektrisch leitfähige Membran 5. Der Hochfrequenzstrahler 8 wird dazu angesteuert, Frequenzstrahlen gegen die Membran 5 zu senden, und die von der elektrisch leitfähigen Membran erfassten Hochfrequenzsignale werden von der Schaltung 7 ausgewertet, um eine Auslenkung der Membran 5 festzustellen.
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Insbesondere aus dem Laufzeitunterschied der Hochfrequenzstrahlen lässt sich ein Drucksprung oder eine Druckänderung erkennen.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei welchem der Abstandssensor 6 als Messkondensator 9 ausgebildet ist. Dazu ist die Membran 5 wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähig ausgebildet und stellt eine erste Kondensatorplatte 10 von zwei Kondensatorplatten 10 ,11 des Messkondensators 9 dar. Die zweite Kondensatorplatte 11 wird von einer fest an den Träger 2 und beabstandet zu der Membran 5 angeordneten Kondensatorplatte 11 gebildet. Erhöht sich der Druck in der Leitung 4, so wird die Membran 5 in Richtung des Trägers 2 ausgelenkt, wodurch sich die Kapazität des Messkondensators 9 verändert. Entsprechend verändert sich die Kapazität auch dann, wenn sich der Druck in der Leitung 4 verringert, sodass beispielsweise ein Unterdruck in der Leitung 4 entsteht, durch welchen die Membran 5 von dem Träger 2 weggezogen beziehungsweise in Richtung vom Träger 2 weg ausgelenkt wird. Diese Kapazitätsänderung wird durch die Schaltung 7 in eine Druckinformation umgerechnet und dem Sicherheitssystem wie zuvor mitgeteilt.
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Durch die vorteilhafte Ausbildung des Drucksensors 1 mit einem berührungsfrei arbeitenden Abstandssensor 6 erfolgt eine Drucküberwachung mit hoher Zuverlässigkeit und geringem Herstellungsaufwand. Der Drucksensor 5 lässt sich dabei für unterschiedlichste Medien, auch für solche, die stark verunreinigend oder aggressiv sein können, wie beispielsweise Abgase oder Flüssigkeiten, eingesetzt werden.
