DE102018200604A1 - Aufprallsensor mit zumindest zwei voneinander beabstandeten Elektroden sowie Verfahren zur Aufprallerkennung sowie Auslösung von Schutzeinrichtungen mit einem solchen Aufprallsensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aufprallsensor mit zumindest zwei voneinander beabstandeten Elektroden sowie ein Verfahren zur Aufprallerkennung sowie zur Auslösung von Schutzeinrichtungen mit einem solchen Aufprallsensor.
Ein solcher Aufprallsensor zur Aufprallerkennung besteht üblicher Weise aus einer ersten, in Aufprallrichtung (F) vorderen Elektrode (E1) und zumindest einer zweiten, davon in Aufprallrichtung (F) beabstandeten zweiten Elektrode (E2), wobei die erste und zweite Elektrode zumindest in eine zur Aufprallrichtung (F) senkrechten Querrichtung (Y) eine der vorgesehenen Aufprallzone entsprechende Querlänge aufweisen und bei einem Aufprall vorgesehener Stärke die vordere Elektrode (E1) bis zur zweiten Elektrode (E2) hin verformt wird und eine elektrische Auswerteschaltung vorgesehen ist, welche aus dem Kontakt der beiden Elektroden (E1,E2) einen Aufprall erkennt.
Die zweite Elektrode (E2) weist dabei einen elektrischen Innenwiderstand auf, welcher um mindestens den Faktor 2 größer ist als der elektrische Innenwiderstand der ersten Elektrode (E1) und liegt über die zweite Elektrode (E2) eine bekannte Spannung (Vin) an. Zudem ist ein Strommessmittel vorgesehen, welches den Stromfluss (I_in) in bzw. aus der zweiten Elektrode (E2) erfasst und ein Spannungsmesser vorgesehen ist, welcher zudem die Spannung (V_M) zwischen erster und zweiter Elektrode erfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Aufprallsensor mit zumindest zwei voneinander beabstandeten Elektroden gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Aufprallerkennung sowie zur Auslösung von Schutzeinrichtungen mit einem solchen Aufprallsensor gemäß den weiteren unabhängigen Ansprüchen.
• Mit dem Programm Vision Zero verfolgt die EU das Ziel bis 2050 die Zahl der Verkehrstoten auf nahezu null zu senken. Um diesem Ziel einen Schritt näher zu kommen ist eine Weiterentwicklung gegenwärtiger Sicherheitssysteme vor allem für Frontalunfälle unumgänglich. In Deutschland zählen Kollisionen dieser Art mit 7,13% aller Unfälle zu den selteneren Unfallszenarien, stellen mit einer Sterberate von 21,27% allerdings die tödlichste Unfallkonstellation dar. Eine Möglichkeit, diese Quote zu verringern, ist ein früheres und weniger aggressives Aktivieren von integralen und passiven Sicherheitssystemen.
• Aktuelle passive Sicherheitssysteme werden durch eine zweistufige Zündentscheidung aktiviert. Durch Druck- oder Beschleunigungssensoren an der Front des Fahrzeugs und einer anschließenden Plausibilisierung durch einen weiteren Beschleunigungssensor im Airbag-Steuergerät wird der Zündbefehl zum Aktivieren von passiven Sicherheitsaktuatoren ausgegeben.
• Durch den zeitlichen Versatz zwischen Erstkontakt und Aktivierung der Schutzsysteme geht Zeit verloren, die zum Schutz der Insassen genutzt werden kann.
• Allerdings kann eine frühere und robustere Auslösung integraler und passiver Sicherheitssysteme nur durch Informationen der Umfeldsensorik erfolgen, die jedoch mit Unsicherheiten (z.B. physikalisches Messprinzip, False-Positive Detektionen etc...) belegt sein kann.
• Mit Hilfe von Umfeldsensoren (Kamera, Radar, Lidar ... etc) können die Zündschwellen für einzelne Unfallszenarien herabgesetzt und wertvolle Zeit bis zur Rückhaltemittelaktivierung gewonnen werden.
• Beispielsweise können bereits in der Pre-Crash-Phase der Einschlagsort sowie die Überdeckung mit Hilfe der Umfeldsensorik ermittelt werden. Mit diesen Informationen werden die Auslöseschwellen des irreversiblen Gurtstraffers oder der Airbags abgesenkt, um bereits beim ersten Kontaktzeitpunkt ein Auslösen der Systeme zu ermöglichen.
• Aktuelle Sensoren und Algorithmen stoßen hierbei an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit, weshalb die gewonnenen Sensordaten während der Pre-Crash-Phase validiert werden müssen (z.B. wegen False-Positive Erkennungen).
• So ist beispielsweise aus der EP 950583 B1 ein Verfahren zur Anpassung einer Auslöseschwelle von Insassenschutzeinrichtungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem zwar weiterhin die auftretenden Beschleunigungen mittels eines Beschleunigungssensors gemessen und dessen Beschleunigungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal, insbesondere das Beschleunigungsintegralsignal, mit der Auslöseschwelle verglichen wird.
• Aber zudem ist zumindest ein Pre-Crash-Sensor vorgesehen, welcher die Änderung der Relativgeschwindigkeit und/oder des Relativabstandes von Objekten innerhalb eines vorgegebenen Nahbereichs der Fahrzeugumgebung registriert. Falls die vom Pre-Crash-Sensor erfasste Änderung der Relativgeschwindigkeit zumindest einen vorgegebenen Schwellwert über und/oder der Relativabstand einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, wird ein Pre-Crash-Signal erzeugt, und, wenn ein Pre-Crash-Signal auftritt, die Auslöseschwelle herabgesetzt. Zudem ist wenigstens ein Aufprallsensor vorgesehen, der bei einem Aufprall eines Objektes ein Aufprallsignal sendet. Die Auslöseschwelle wird nur dann herabgesetzt, wenn auf das Auftreten eines Pre-Crash-Signals das Aufprallsignal folgt. Der Aufprallsensor plausibilisiert damit also den Pre-Crash-Sensor, ohne das aber auf den zusätzlichen Beschleunigungssensor oder gar die Integration von dessen Signal verzichten zu können.
• Solche Aufprallsensoren sind grundsätzlich bspw. aus der DE 2212190 A1 oder US 6744354 B2 bekannt. Der Kollisionssensor zur Aktivierung einer Rückhaltevorrichtung für Insassen in Fahrzeugen weist eine an einer Außenpartie des Fahrzeuges angeordnete Kontaktleiste auf, welche aus einem elastischen Material mit wenigstens zwei in ihm eingebetteten Kontaktelementen besteht, die sich in einer zumindest ungefähr horizontalen Ebene gegenüberstehen und bspw. durch einen Hohlraum voneinander getrennt sind.
• Zudem ist beispielsweise aus der US 5338062 A einen Seitenaufprallsensor mit Kontakten vorgesehen, welche bei einer Kollision zusammengedrückt werden.
• Aus der EP 1868853 B1 ist zudem ein Verfahren zur Klassifizierung eines Aufpralls zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug zu entnehmen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
• - Erkennen eines Anfangskontakts zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug;
• - Aufzeichnen von Breitendaten, die sich auf eine Breite einer Aufprallzone zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug beziehen; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
• - Ermitteln einer Breite der Aufprallzone durch Verarbeiten der Breitendaten, wobei die ermittelte Breite die Breite der Aufprallzone eines vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Anfangskontakt ist;
• - Bilden eines ersten Kriteriums zum Entscheiden, ob das Objekt ein Fußgänger ist, indem bestimmt wird, ob die ermittelte Breite der Aufprallzone zwischen dem vorgegebenen unteren und dem vorgegebenen oberen ersten Schwellwert liegt;
• - Festlegen, dass das Objekt ein Mensch ist, wenn das erste Kriterium erfüllt ist. Dabei wird ein resistives Material zwischen den Elektroden verwendet und die Reduzierung des Widerstands zwischen den Elektroden als Maß für die Breite der Verformung verwendet.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geeigneten Sensor zu entwickeln, der die von der Umfeldsensorik prädizierten Crashparameter redundant validiert.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
• Zu diesem Zweck entwickelt CARISSMA zusammen mit Continental einen kontaktbasierten Aufprallsensor, nachfolgend auch Validierungssensor genannt, der eine redundante Validierung der prädizierten Crashparameter sowie ein Aktivieren der passiven Sicherheitsaktuatorik innerhalb von fünf Millisekunden nach dem Kontaktzeitpunkt realisiert. Gegenüber aktuellen passiven Sicherheitssystemen wird dadurch ein Zeitgewinn von bis zu 25 Millisekunden erreicht und damit vorzugsweise ein Aktivieren der integralen sowie passiven Sicherheitsaktuatorik innerhalb von fünf Millisekunden nach dem ersten Kontaktzeitpunkt realisiert.
• Dieser ergibt sich aus der Verschiebung der Crashschwereschätzung und der Zündbereitstellung vor dem ersten Kontakt beider Objekte. Beim Kontakt wird die Zündentscheidung mit Hilfe des Validierungssensors redundant verifiziert und die entsprechenden Systeme im Falle einer Bestätigung aktiviert.
• Ein zugrundeliegendes Messprinzip des Aufprallsensors bzw. Validierungssensors ist die Änderung des elektrischen Widerstands. Hierzu sind zwei Komponenten in einen flexiblen Kunststoffschlauch, der direkt hinter der Frontschürze verbaut ist, eingebettet. Auf der einen Seite befindet sich ein Widerstandselement, an dem eine konstante Spannung anliegt, auf der gegenüberliegenden Seite ein Leiterelement, bei welchem als Mess-Signal die Spannung abgegriffen wird. Während regulären Fahrzuständen besteht zwischen ihnen keine Verbindung. Im Falle einer Kollision kommt es infolge der auftretenden Deformation der Fahrzeugfront zu einem Kontakt, wodurch sich Mess-Spannung und Eingangsstrom ändern. Über die Änderung der Spannung lässt sich innerhalb weniger Millisekunden der Einschlagsort ableiten und die Prädiktion der Umfeldsensorik bestätigen oder widerlegen. Gleiches gilt für die Überdeckung beider Fahrzeuge, allerdings ist hier die Änderung des Eingangsstroms die ausschlaggebende Größe (siehe 2c).
• Gegenüber aktuellen passiven Sicherheitssystemen wird dadurch ein Zeitgewinn von ungefähr 25 Millisekunden erreicht. Dieser ergibt sich aus der Verschiebung der Crashschwereschätzung und der Zündbereitstellung vor den ersten Kontakt zwischen Egofahrzeug und Kollisionspartner, sodass direkt zum Unfallzeitpunkt die Sicherheitselemente aktiviert werden können.
• Ein Prototypenaufbau auf einem Fallturm bestätigte die Realisierbarkeit des Kontaktsensors und zeigte sehr gute Resultate hinsichtlich der Genauigkeit sowohl für den Einschlagsort als auch für die Kollisionsüberdeckung. Durch die Verwendung von Widerstandselementen mit größerem spezifischem Widerstand lässt sich voraussichtlich die Genauigkeit weiter steigern, was in laufenden Tests untersucht wird. Die nächste Stufe zur Optimierung des Sensorkonzepts beinhaltet eine Ausweitung auf weitere crashrelevante Parameter. Vor allem eine Verifizierung der prädizierten Kollisionsgeschwindigkeit wird hierbei angestrebt.
• Die Erfindung betrifft vorzugsweise auch einen Aufprallsensor zur Aufprallerkennung aus einer Aufprallrichtung, insbesondere für die Anordnung in einer Außenzone eines Fahrzeugs, umfassend einen Hohlkörper und zwei oder mehr Drucksensoren, wobei die Drucksensoren ausgebildet sind, Druck und / oder Druckschwankungen in dem durch den Hohlkörper gebildeten Hohlraum zu messen. Der Hohlkörper ist vorzugsweise als flexibler, elastischer Schlauch ausgebildet.
• Der Hohlkörper kann jedoch auch mit den zumindest zwei voneinander beabstandeten Elektroden kombiniert werden, beispielsweise indem der Hohlkörper diese umschließt. Entsprechend ist es möglich, dass der Aufprallsensor sowohl für eine Messung anhand eines Kontakts der beiden Elektroden, als auch für eine Messung anhand des Drucks in dem Hohlraum ausgebildet ist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft erläutert.
• So zeigt 1a einen Schnitt in X-Y-Ebene bezogen auf eine typische Einbaulage in der Frontschürze eines Fahrzeugs, wobei X die Fahrtrichtung und Y die Querrichtung darstellt und die Aufprallrichtung mit F für die Frontaufprallzone gerade entgegengesetzt zur Fahrtrichtung definiert ist. 1b zeigt den Schnitt A-A, also in der X-Z-Ebene eines Fahrzeugs.
• Bei Verwendung zur Seitenaufprallerkennung wäre natürlich die Aufprallrichtung gerade in Y Richtung usw.
• In einem flexiblen Hohlkörper S in Form eines bzw. ausgebildet als Kunststoffschlauch (Länge bis zu 1400mm, Durchmesser von 10mm und einer Wandstärke zwischen 2-4mm), der direkt an der Frontschürze des Fahrzeugs verbaut ist, befinden sich zwei leitfähige Elemente, die in unbelasteten Zustand keinen elektrischen Kontakt schließen.
• Ein elektrisch leitfähiger, dünner Nickel-Chrom-Widerstandsdraht E2 mit einem Durchmesser ∅=0,15mm sowie einem spezifischem Widerstand p~1,1 Ωmm²/m verläuft der Widerstandsdraht koaxial in mittig durch die Mittelachse des Kunststoffschlauches.
• Ummantelt wird der Widerstandsdraht durch ein leitfähiges Kupfer-Röhrengeflecht E1 mit einem Durchmesser ∅=8-10mm (Aderndurchmesser ∅=0,1mm mit einem geringeren spezifischen Widerstand p=0,01786 Ωmm²/m als der Nickel-Chrom-Widerstandsdraht). Damit liegt der Innenwiderstand der äußeren, also auch vorderen Elektrode E1 um mehr als den Faktor 2, vorzugsweise Faktor 50 unter dem der zweiten, also inneren Elektrode E2 und stellt bei einem Aufprall quasi einen abschnittsweisen Kurzschluss der zweiten Elektrode E2 dar.
• Das Geflecht E1 verläuft ebenfalls koaxial durch den Kunststoffschlauch, liegt aber an der Innenseite des Schlauches an, sodass zwischen den Elektroden initial keine elektrisch leitfähige Verbindung besteht. Abstandshalter D verhindern eine zufällige Kontaktierung. Diese Abstandshalter D bestehen beispielsweise aus einem leicht verformbaren, nicht leitfähigen Schaumstoff und sind um den Kupferdraht in einem Abstand von 50mm gewickelt.
• An den beiden Enden des Hohlkörpers S bzw. des Schlauches befinden sich Abdeckkappen A aus Kunststoff, an der Draht in den Kunststoffschlauch geführt wird.
• Zwischen Abdeckkappen A und Schlauch werden die Kabel für die Messungen des Kupfergeflechts geführt. Selbstverständlich sind die angegebenen Aufbauweisen, Werte und Maße hier ausschließlich beispielhaft.
• Unter normalen Fahrbedingungen herrscht zwischen dem leitenden Kupfergeflecht und dem Widerstandsdraht keine elektrisch leitfähige Verbindung, wodurch die messbare Spannung zwischen den Elektroden Vm gleich 0V ist, wie in 2a veranschaulicht werden soll.
• Durch eine Kollision verformt sich, wie in den 2b und 2c skizziert wird, der Sensor und die beiden Elektroden E1 und E2 schließen einen Stromkreis, was eine Änderung des Quotienten von Vm und lin zur Folge hat. Durch diese Änderung dieses Quotienten lässt sich der Einschlagsort L_K abhängig von der Spannungsänderung bzw. deren Steigung bestimmen.
• Gleichzeitig steigt der Eingangsstrom lin an, da die innere, zweite Elektrode im Überdeckungsbereich ja faktisch durch die erste Elektrode parallel geschaltet, aufgrund des deutlich niedrigeren Widerstandswerts der ersten Elektrode quasi schon überbrückt wird und sich der Gesamtwiderstand im System über der zweiten Elektrode damit verringert. Hieraus lässt sich die Breite Lo der Überdeckung ermitteln. Der Strom wird beispielsweise als Spannungsabfall über einen Shunt gemessen.
• Aus der Erhöhung des Stromflusses (lin) in bzw. aus der zweiten Elektrode (E2) wird also die Breite des Aufpralls und aus der Spannung (VM) zwischen erster und zweiter Elektrode die ungefähre Lage der Aufprallzone abgeleitet.
• 3a zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Aufprallsensor einen Hohlkörper S und zusätzlich zu dem in 1a dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Drucksensoren P1, P2 aufweist, wobei die Drucksensoren P1, P2 ausgebildet sind, Druck und / oder Druckschwankungen in dem durch den Hohlkörper S gebildeten Hohlraum zu messen. Der Hohlkörper S ist als flexibler, elastischer Schlauch ausgebildet.Der Hohlkörper S kann, mit den zumindest zwei voneinander beabstandeten Elektroden kombiniert werden, beispielsweise indem der Hohlkörper S diese umschließt oder indem sie an seiner Innenwand angeordnet sind. Entsprechend ist es möglich, dass der Aufprallsensor sowohl für eine Messung anhand eines Kontakts der beiden Elektroden, als auch für eine Messung anhand des Drucks in dem Hohlraum ausgebildet ist.
• Bei dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel sind außerdem, anders als in 1a, keine Abstandshalter D vorgesehen. Weiterhin sind statt der Abdeckkappen A am Ende des Hohlkörpers S die Drucksensoren P1, P2 angeordnet, die so ausgebildet sind, dass sie den Hohlkörper S verschließen. Dazu können diese, ähnlich wie Flaschenpfropfen, mit den Enden des Hohlkörpers S verpresst sein bzw. in den Hohlkörper S hineinragen. Die Elektroden sind, wie aus 3b ersichtlich, an der Innenwand des Hohlkörpers S angeordnet, wobei sie sich als dünne Streifen jeweils nur über einen Teil des Kreisumfangs, aber über die gesamte Länge des Hohlkörpers S erstrecken. Auch wenn die Elektroden hier anders ausgebildet sind, versteht sich, dass die in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1a - 2c genannten Merkmale ohne weiteres auch auf dieses Ausführungsbeispiel anwendbar sind und umgekehrt.
• Die Drucksensoren P1, P2 messen unter normalen Bedingungen, also solange kein Aufprall erfolgt und der Hohlkörper S nicht eingedrückt wird, den Atmosphärendruck, der idealerweise den Nullwert für die Messung der Drucksensoren P1, P2 bildet. Durch einen Aufprall wird der Hohlkörper S derformiert, was zu einer Verringerung des Volumens innerhalb des Hohlkörpers S führt. Dabei sind durch die Messung verschiedene Zeitabschnitte bzw. Zeitpunkte T0, T1, T2, T3 unterscheidbar, die nachfolgend in Zusammenhang mit den entsprechenden 4a - 4e erläutert werden sollen.
• 4a zeigt einen Zustand vor dem Aufprall eines Kollisionspartners K, wobei die dargestellten Größenverhältnisse nicht nach praktischen Gesichtspunkten sondern zu Gunsten besserer Anschaulichkeit ausgewählt sind. Der Aufprallsensor ist direkt hinter der Frontschürze FS des Fahrzeugs angeordnet. In der praktischen Anwendung kann der Aufprallsensor bspw. in Schaumstoff eingebettet sein.
• Zum Zeitpunkt T0 hat der Kollisionspartner K, der sich entgegen der Fahrtrichtung, also in Aufprallrichtung bewegt, die Frontschürze FS gerade so weit eingedrückt, dass diese mit der Außenseite des Hohlkörpers S des Aufprallsensors in Kontakt kommt. Ab diesem Zeitpunkt wird der Hohlkörper S weiter deformiert. Durch die Deformation wird die Luft im Hohlkörper S komprimiert, so dass eine Druckwelle entsteht. Die Druckwelle bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit von dem Einschlagsort zu den Drucksensoren P1, P2.
• Zum Zeitpunkt T1 ist der messbare Druck an beiden Drucksensoren P1, P2 auf einen Wert angewachsen, der einen Schwellwert D_th überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt kann der Einschlagsort mit Hilfe der Drucksensoren P1, P2 bestimmt werden. Dazu wird der Zeitpunkt bestimmt, ab dem der Druck am linken Drucksensor P1 den Schwellwert überschritten hat und der Zeitpunkt bestimmt, ab dem der Druck am rechten Drucksensor P2 den Schwellwert überschritten hat. Der Zeitunterschied berechnet sich entsprechend aus der Differenz. Mithilfe des Zeitunterschieds und der vorbekannten Schallgeschwindigkeit lässt sich der Einschlagsort x, gemessen vom linken Drucksensor P1 aus, zu $$\text{x}=1\text{/}2*\left(\text{L}-\mathrm{\Delta }\text{T}*\text{c}\right)$$

  

  bestimmen, wobei L die Gesamtlänge des Hohlkörpers S, ΔT der Zeitunterschied und c die Schallgeschwindigkeit ist. Gemessen vom rechten Drucksensor P2 aus wäre entsprechend das Minus vor ΔT durch ein Plus zu ersetzen.
• Zum Zeitpunkt T2 kommt die Elektrode E1 mit der Elektrode E2 in Kontakt. Mit Hilfe der Auswerteschaltung kann zu diesem Zeitpunkt auch aus dem Kontakt der beiden Elektroden E1, E2 ein Aufprall erkannt werden. Ab dem Zeitpunkt T2 vergrößert sich der Kontaktbereich weiter, da der Kollisionspartner K für weitere Deformation sorgt. Es ist jedoch abhängig von der Geschwindigkeit des Aufpralls auch möglich, dass der Zeitpunkt T1 erst nach dem Zeitpunkt T2 oder sogar erst nach dem Zeitpunkt T3 erreicht wird. Dies ist vor allem bei sehr hohen Aufprallgeschwindigkeiten zu erwarten.
• Wenn der Kontaktbereich auf die Überdeckungsbreite Lo, also etwa das Ausmaß des Kollisionspartners K senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung angewachsen ist, ist der Zeitpunkt T3 erreicht. Die Breite Lo der Überdeckung kann zu diesem Zeitpunkt anhand des Eingangsstroms I_in bestimmt werden.
• Durch die Kombination von Drucksensoren P1, P2 und Elektroden werden zwei Messprinzipien in einem Aufprallsensor integriert. Die Kombination beider Messprinzipien erlaubt eine Berechnung der Verformungsgeschwindigkeit.
• Näherungsweise kann dazu angenommen werden, dass der Zeitpunkt des Einschlags bzw. Aufpralls, bei dem der Kollisionspartner K erstmals mit dem Hohlkörper S in Kontakt kommt, dem Zeitpunkt T1 oder dem Zeitpunkt T2 entspricht, je nachdem welcher Zeitpunkt zuerst eintrifft. Je höher die Verformungsgeschwindigkeit ist, desto wahrscheinlicher tritt der Zeitpunkt T2 vor dem Zeitpunkt T1 ein. Näherungsweise wird als maximale Verformung die Verformung zum Zeitpunkt T3 angenommen. Die Verformungsgeschwindigkeit V_deform berechnet sich dann zu $${\text{v}}_{\text{deform}}=\text{d/}\left(\text{T}3-\text{TS}\right),$$

  

  wobei d dem Innendurchmesser des Hohlkörpers S und TS entweder T1 oder T2 entspricht, je nachdem welcher Zeitpunkt zuerst eingetreten ist.
• Eine schematische Darstellung des Querschnitts des Aufprallsensors zeigt die 5. Die Elektroden E1, E2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel durch drei elektrisch isolierende Abstandshalter D miteinander mechanisch verbunden. Die Abstandshalter D sorgen dafür, dass die Elektroden nur im Fall eines Aufpralls, der mit einer bestimmten Kraft auf den Aufprallsensor wirkt, miteinander in Kontakt kommen können. Dies ist auf der rechten Seite von 5 mit Kraftpfeilen angedeutet.
• Im Sinne einer einfachen Herstellung des Aufprallsensors bietet sich ein Extrusionsverfahren an. Dabei werden feste bis dickflüssige härtbare Massen unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung herausgepresst. Der Aufprallsensor ist so ausgebildet, dass er in einem einzigen Extrusions-Vorgang hergestellt werden kann. Sowohl die Elektroden E1, E2, als auch die Abstandshalter D und eine Schutzschicht um die erste Elektrode E1 können so kostengünstig zum größten Teil aus einem Werkstoff der Gruppe der Poly(organo)siloxane bzw. Silikone hergestellt werden. Den Elektroden E1, E2 wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Füllstoff in Form von Kohlenstoffnanoröhren beigemengt, um deren Leitfähigkeit auf ein genau definiertes Maß festzulegen. Da der außen liegenden ersten Elektrode E1 mehr Kohlenstoffnanoröhren beigemengt werden, damit deren elektrische Leitfähigkeit größer ist als die der innen liegenden zweiten Elektrode E2, hat die erste Elektrode E1 anschließend eine elektromagnetisch abschirmende Wirkung nach außen, beispielsweise gegen Störfelder.
• 6 und 7 zeigen eine Reihe von Querschnitten in gleichmäßigen Abständen entlang des Aufprallsensors. Damit die Abstandshalter D der Herstellung in einem einzigen Extrusions-Vorgang nicht entgegenstehen, sind diese durchgehend entlang der beiden Elektroden E1, E2, wie in 6 oben, oder mit Hilfe getakteter Extrusionsdüsen nur stellenweise ausgebildet, wie in 6 unten. Die mittlere in 6 dargestellte Reihe zeigt einen durchgehend ausgebildeten Abstandshalter D, der sich über die gesamte Länge der Elektroden bzw. des Sensors um 360° dreht.
• Die entsprechenden drei Varianten sind in 7 mit drei statt nur einem Abstandshalter D dargestellt.
• Die Erfindung kann auch Anwendung finden auf die Erkennung von Kollisionen jeder Art, d.h. PKW, LKW, ungeschützte Verkehrsteilnehmer, und alle Aufprallrichtungen, also neben Front auch Heck oder Seite.
• Insbesondere eignet sich ein solcher Aufprallsensor zum Auslösen von bestimmten, bspw. insbesondere reversiblen Schutzeinrichtungen für Insassen oder andere Verkehrsteilnehmer mit einem Umfeldsensor zum Erfassen eines drohenden Aufpralls eines Kollisionsobjekts am Fahrzeug sowie ausschließlich einem solchen Aufprallsensor.
• So werden zumindest einzelne vorgegebene Schutzeinrichtungen bereits bei Erkennung eines unvermeidbaren Aufpralls durch den Umfeldsensor sowie Aufprallerkennung durch den Aufprallsensor ausschließlich aufgrund dieser beiden Ereignisse ausgelöst. Insbesondere muss kein zusätzliches bestätigendes Signal eines zusätzlichen Sensors, insbesondere Beschleunigungssensors vorliegen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 950583 B1 [0009]
• DE 2212190 A1 [0011]
• US 6744354 B2 [0011]
• US 5338062 A [0012]
• EP 1868853 B1 [0013]

Claims (12)

1. Aufprallsensor zur Aufprallerkennung aus einer Aufprallrichtung (F), insbesondere für die Anordnung in einer Außenzone eines Fahrzeugs, umfassend eine erste, in Aufprallrichtung (F) vordere Elektrode (E1) und zumindest eine zweite, davon in Aufprallrichtung (F) beabstandete zweite Elektrode (E2), wobei die erste und zweite Elektrode zumindest in eine zur Aufprallrichtung (F) senkrechten Querrichtung (Y) eine der vorgesehenen Aufprallzone entsprechende Querlänge aufweisen und bei einem Aufprall vorgesehener Stärke die vordere Elektrode (E1) bis zur zweiten Elektrode (E2) hin verformt wird und eine elektrische Auswerteschaltung vorgesehen ist, welche aus dem Kontakt der beiden Elektroden (E1,E2) einen Aufprall erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (E2) einen elektrischen Innenwiderstand aufweist, welcher um mindestens den Faktor 2 größer ist als der elektrische Innenwiderstand der ersten Elektrode (E1), über die zweite Elektrode (E2) eine bekannte Spannung (Vin) anliegt und ein Strommessmittel vorgesehen ist, welches den Stromfluss (I_in) in bzw. aus der zweiten Elektrode (E2) erfasst und ein Spannungsmesser vorgesehen ist, welcher zudem die Spannung (V_M) zwischen erster und zweiter Elektrode erfasst.
2. Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Innenwiderstand der zweiten Elektrode (E2) um mehr als den Faktor 10 größer ist als der Innenwiderstand der ersten Elektrode (E1).
3. Aufprallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (E1) als Hohlzylinder ausgebildet ist und die zweite Elektrode (E2) in dem Hohlzylinder angeordnet und über mindestens einen nicht elektrisch leitfähigen, insbesondere als radialer Steg ausgebildeten, Abstandshalter (D) an dem Hohlzylinder elastisch abgestützt ist.
4. Aufprallsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsrichtung des Hohlzylinders folgend, der Befestigungsort des Abstandshalters (D) an dem Hohlzylinder entlang des Umfangs variiert, insbesondere kontinuierlich kreisförmig umlaufend variiert.
5. Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsrichtung des Hohlzylinders folgend, der Abstandshalter (D) einstückig, insbesondere linear extrudiert, ausgebildet ist.
6. Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Elektrode (E1, E2) einen leitfähigen Füllstoff, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren und / oder Kohlenstofffasern und / oder Graphit und / oder Kohlenstoffpulver und / oder Silber enthalten.
7. Aufprallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufprallsensor einen Hohlkörper (S), insbesondere Schlauch, und zwei oder mehr Drucksensoren (P1, P2) umfasst, wobei die Drucksensoren (P1, P2) ausgebildet sind, Druck und / oder Druckschwankungen in dem durch den Hohlkörper (S) gebildeten Hohlraum zu messen.
8. Aufprallsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (S) die erste und zweite Elektrode umschließt.
9. Verfahren zur Aufprallerkennung mittels eines Aufprallsensors nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei aus der Erhöhung des Stromflusses (I_in) in bzw. aus der zweiten Elektrode (E2) auf die Breite des Aufpralls und aus der Spannung (V_M) zwischen erster und zweiter Elektrode die ungefähre Lage der Aufprallzone abgeleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 zur Aufprallerkennung mittels eines Aufprallsensors nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei aus dem Zeitunterschied, der zwischen der Messung einer Druckschwankung an dem einen und an dem anderen Drucksensor (P1, P2) vergeht, insbesondere redundant, die ungefähre Lage der Aufprallzone abgeleitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 zur Aufprallerkennung mittels eines Aufprallsensors nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei anhand des zeitlichen Verlaufs der Messungen der Drucksensoren (P1, P2) und der Messungen des Strommessmittels und des Spannungsmessers die Verformungsgeschwindigkeit des Hohlkörpers (S) ermittelt wird.
12. Verfahren zum Auslösen von Schutzeinrichtungen für Insassen oder andere Verkehrsteilnehmer mit einem Umfeldsensor zum Erfassen eines drohenden Aufpralls eines Kollisionsobjekts am Fahrzeug sowie einem Aufprallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest einzelne vorgegebene Schutzeinrichtungen bereits bei Erkennung eines unvermeidbaren Aufpralls durch den Umfeldsensor sowie Aufprallerkennung durch den Aufprallsensor ausschließlich aufgrund dieser beiden Ereignisse ausgelöst werden, insbesondere kein zusätzliches bestätigendes Signal eines zusätzlichen Sensors, beispielsweise Beschleunigungssensors vorliegen muss.

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