DE10259527A1 - Aufprallsensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Aufprallsensor an einem Fahrzeug. Der Aufprallsensor umfasst Befestigungsmittel (8, 9, 10), mit denen periphere Fahrzeugteile an der Fahrzeugkarosserie befestigt sind.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Aufprallsensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aufprallsensoren der genannten Art dienen zur Erkennung des Aufpralls eines Fußgängers auf ein Kraftfahrzeug. Bekannt sind hierzu Kraftsensoren oder Verformungssensoren, die sich, über die gesamte Breite des Fahrzeugs erstreckend, in dessen Stoßstange angeordnet sind. Dieser Anbringungsort wird deshalb gewählt, weil in der Regel die Stoßstange das am weitesten hervorragende Bauteil des Kraftfahrzeugs ist. Deshalb besteht eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, über die Stoßstange einen Aufprall sehr frühzeitig zu erkennen. Beispiele für Kraftsensoren sind Piezofolien, Dehnungsmessstreifen, Lichtleitersensoren, Sensoren aus Komposit und andere. Bei den Verformungssensoren handelt es sich teilweise auch um Lichtleiter oder auch einfache Schalter. Zur eindeutigen Bestimmung des Aufprallortes sind in der Regel mehrere Sensoren, beispielsweise mindestens 3 Sensoren, erforderlich. Die heute verwendeten Sensoren müssen dazu relativ aufwendig in die Stoßstange integriert werden und sind deshalb nur kostenintensiv zu montieren. Weiterhin ist es nicht ohne weiteres möglich, die Sensoren bei einem Defekt oder bei einer Beschädigung auszutauschen, wodurch die Reparaturkosten erhöht werden. Ebenso erhöhen sich die Kosten für die gesamte Stoßstange.
- Durch die Erfindung werden Lösungen für einen verbesserten Fußgängerschutz bereitgestellt, der in naher Zukunft auf freiwilliger Basis eingeführt oder durch gesetzliche Maßnahmen zwangsläufig gefordert werden könnte. Voraussetzung für einen verbesserten Schutz von Fußgängern ist, in erster Linie, eine verbesserte Sensorik, die eine zuverlässige Aufprallerkennung ermöglicht. Der erfindungsgemäße Aufprallsensor ist einfach aufgebaut und wartungsfreundlich, da er leicht montiert werden kann. Zudem ist er sehr robust und wird im Falle eines Aufpralls kaum zerstört. Für eine genaue Feststellung des Aufprallortes werden nur relativ wenige Sensoren benötigt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Aufprallsensoren der erfindungsgemäßen Art auch herkömmliche Upfrontsensoren ersetzen können. Diese Upfrontsensoren liefern ein zusätzliches Signal, das zusammen mit den Signalen eines zentral im Fahrzeug angeordneten Beschleunigungssensors ausgewertet wird.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt:
-
1 in einer schematischen Darstellung, den Frontbereich eines Fahrzeugs, -
2 einen Schnitt durch einen Stoßstangenträger samt seiner Befestigung, -
3 eine als Aufprallsensor dienende Schraube mit einem Sendeempfänger für Ultraschall und ein dazugehöriges Steuergerät, -
4 eine als Aufprallsensor dienende Schraube mit einem Hallsensor und einem dazugehörigen Steuergerät -
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
6 die Detaildarstellung eines Stehbolzens mit einem Hallsensor, -
7 eine weitere Detaildarstellung eines Stehbolzens mit Hall-Sensor. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt, in einer schematischen Darstellung, den Frontbereich eines Fahrzeugs, insbesondere eines PKW. Dargestellt sind Teile des Chassis, nämlich zwei Längsträger1a ,1b , die durch Querträger2 miteinander verbunden sind. Die Stoßstange ist mit 3 bezeichnet. Die Stoßstange3 ist mit den Stoßstangenhaltern4a ,4b in mit den Längsträgern1a ,1b verbundenen Prallboxen5a ,5b befestigt. - Bei einem vergleichsweise leichten Aufprall, der beispielsweise von einem unglücklichen Zusammenstoß mit einem Fußgänger herrührt, werden die Stoßstange
3 und die Stoßstangenhalter4a ,4b in der Regel nur elastisch verformt. Gelegentlich werden dabei die Stoßstangenhalter4a ,4b leicht in die Prallboxen5a ,5b eingedrückt. Dieser Deformationsweg dient zur Verbesserung des Fußgängerschutzes, da auf diese Weise Energie absorbiert wird. Die Prallboxen5a ,5b selbst werden nur bei noch größeren Krafteinwirkungen verformt, die in der Regel nur bei einem Zusammenstoß von Fahrzeugen oder bei einem Aufprall eines Fahrzeugs auf ein festes Hindernis auftreten. Die Stoßstangenhalter4a ,4b werden vorzugsweise durch Schraubverbindungen mit den Längsträgern1a ,1b befestigt. Hierdurch lassen sich beschädigte Stoßstangen vergleichsweise einfach und kostengünstig austauschen. Die Erfindung macht sich nun die Tatsache zunutze, dass die Längsrichtung der für die Montage der Stoßstange3 verwendeten Schrauben, wenigstens in der Mehrzahl der vorkommenden Fälle, im wesentlichen mit der Aufprallrichtung eines Fußgängers auf die Stoßstange3 übereinstimmt. Im Falle eines Aufpralls wird dabei eine Kraft in die Verbindung von Stoßstangenhalter4a ,4b und Längsträger1a ,1b eingeleitet, die messtechnisch erfassbar ist. Bei einem Aufprall zwischen den beiden Stoßstangenhaltern4a ,4b werden die Schrauben gestaucht und gegebenenfalls vorhandene Unterlegscheiben werden entlastet. Erfolgt der Aufprall dagegen asymmetrisch, so werden die vom Aufprallort weiter entfernten Schrauben und Unterlegscheiben stärker belastet. Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. - In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das durch
2 verdeutlicht wird, ist eine hier nicht mehr gezeigte Stoßstange durch Schraubverbindungen mit den Längsträgern1a .1b des Fahrzeugs befestigt. Zu diesem Zweck ist ein Stoßstangenträger6 vorgesehen, der an einem Stoßstangenhalter7 anliegt. Die beiden vorgenannten Teile sind durch eine lösbare Schraubverbindung miteinander verschraubt. Jede Schraubverbindung umfasst dabei eine Schraube8 , eine Mutter9 und mindestens eine Unterlegscheibe10 . Dabei wird eine Unterlegscheibe10 verwendet, die mit einer drucksensitiven Schicht überzogen ist. Solche Unterlegscheiben sind aus Physik Journal1 (2002) Nr.5, Seite 19, bekannt. Drucksensitiv bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich der elektrische Widerstand der drucksensitiven Schicht bei Druckeinwirkung auf die Schicht verändert. Die Unterlegscheibe10 besteht, wie Schraube8 und Mutter9 , aus Stahl. Die drucksensitive Schicht auf der Unterlegscheibe10 besteht aus diamantartigem Kohlenstoff, in der kleine Metallpartikel aus einem harten Metall, wie vorzugsweise Titan oder Wolfram eingelagert sind. Die drucksensitive Schicht kann vorzugsweise durch ein CVD-Verfahren auf der Unterlegscheibe10 abgeschieden werden. Die Dicke der drucksensitiven Schicht beträgt einige Mikrometer, vorzugsweise 1 bis 3 Mikrometer. Der Anpressdruck der Schraubverbindung selbst, sowie durch einen Aufprall eventuell hervorgerufene Änderungen des Anpressdrucks lassen sich auf einfache Weise dadurch messen, dass im Inneren der Unterlegscheibe10 und an der Schraube8 selbst Kontakte für die Widerstandsmessung angebracht werden. Die Kontakte sind mit einem Steuergerät11 verbunden, das die Widerstandsänderung auswertet. - In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung (
3 ) wird eine durch einen Aufprall verursachte Deformation einer Schraube, insbesondere eine Stauchung oder Dehnung der Schraube, mit Hilfe von Ultraschall ermittelt. Dazu trägt eine Schraube12 einen Ultraschallsender und -empfänger13 . Sender und Empfänger können auch identisch ausgebildet und beispielsweise aus einem elektroakustischen Wandlerelement, insbesondere einem Piezoelement bestehen, das bei Anlegen einer elektrischen Spannung Ultraschallsignale abstrahlt. Das abgegebene Ultraschallsignal breitet sich in der Schraube12 entlang ihrer Längsachse aus und wird an ihrem gegenüberliegenden Ende12a reflektiert und gelangt auf diese Weise zum Ultraschallempfänger, beziehungsweise dem Sende-Empfänger13 , wieder zurück. Aus der messtechnisch erfassbaren Laufzeit des Ultraschallsignals in der Schraube12 kann deren Länge, beziehungsweise eine Längenänderung erfasst werden. Bei bekanntem E-Modul des Schraubenwerkstoffs der Schraube12 kann zudem die Kraft ermittelt werden, die die Verformung der Schraube12 verursacht. Ähnlich wie schon bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist der auf der Schraube12 angeordnete elektroakustische Wandler13 mit einem Steuergerät14 verbunden, das einerseits den elektroakustischen Wandler13 zur Abgabe von Ultraschallschwingungen anregt und andererseits, durch Auswertung der an dem Ende12a der Schraube12 reflektierten Ultraschallsignale, die Laufzeitmessung durchführt. - In einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung (
4 ) wird der Halleffekt ausgenutzt, um eine Deformation einer Schraube15 festzustellen. Bevorzugt wird dabei eine Schraube15 eingesetzt, die in ihrem Kernbereich einen vorzugsweise zylindrisch ausgestalteten Hohlraum16 aufweist. Auf einer den Hohlraum im Kopfbereich der Schraube15 begrenzenden Stirnfläche ist ein Permanentmagnet17 angeordnet. Diesem Permanentmagnet17 gegenüber angeordnet ist ein Hallelement18 . Dieses Hallelement18 sitzt zweckmäßig an der Spitze eines stabförmigen Halters19 , der koaxial in den Hohlraum16 eingreift und vorzugsweise in diesen einschraubbar ausgestaltet ist. Dadurch kann das Hallelement18 besonders leicht ausgetauscht und, in Bezug auf den Permanentmagnet17 , leicht justiert werden. Das Hallelement 18 wiederum ist mit einem Steuergerät20 verbunden, das ein von dem Hallelement18 abgegebenes Ausgangssignal misst und auswertet. Auf diese Weise ist eine Längenänderung der Schraube15 messbar. Diese Längenänderung wiederum lässt Rückschlüsse auf einen Aufprall zu. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von
5 erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Stoßstange3 wiederum an einem Stoßstangenhalter4a befestigt. In der5 dargestellt und im Folgenden beschrieben ist nur eine Seite dieses symmetrischen Aufbaus. Der Stoßstangenhalter4a wiederum ist über Befestigungsmittel50 mit dem Längsträger1a kraftschlüssig verbunden. Die Befestigungsmittel50 sind im Einzelnen wie folgt aufgebaut. Ein im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeter Stehbolzen52 ist in eine Bohrung im Stoßstangenhalter4a eingetrieben und dort zusätzlich mit einer Mutter51 gesichert. Die Mutter51 sitzt auf einem mit Gewinde versehenen Endabschnitt des Stehbolzens52 auf und verspannt den Stehbolzen52 gegen den Stoßstangenhalter4a . Auf das freie Endstück des Stehbolzens51 ist eine hutförmige Hülse53 aufgeschraubt. Die hutförmige Hülse53 greift, unter Zwischenfügung eines Gleitlagers54 in eine Bohrung des Längsträgers1a ein. Auf die hutförmige Hülse53 ist weiter eine Überwurfmutter55 aufgeschraubt, die das Gleitlager54 gegen den Längsträger1a und den Längsträger1a gegen die Krempe der hutförmigen Hülse53 presst. In dem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Stehbolzen52 ist konzentrisch ein Stift52a angeordnet, der in seinem freien Endstück eine Ausnehmung52a.1 aufweist. In diese Ausnehmung52a.1 taucht ein Sensor56 ein, der in einem Bodenstück des Stehbolzens52 befestigt ist. Bei diesem Sensor56 handelt es sich vorzugsweise um einen Hallsensor. Der Sensor56 ist über eine Zuleitung57 mit einem Steuergerät20 verbunden, das die Ausgangssignale des Sensors56 auswertet. Weitere konstruktive Einzelheiten des Stehbolzens52 , des in diesem Stehbolzen52 konzentrisch angeordneten Stifts52a und des Sensors56 werden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in6 und7 dargestellt sind. -
6 zeigt einen im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestalteten Stehbolzen, in dem konzentrisch ein Stift52a angeordnet ist. Der Stift52a ist in eine Bohrung im Inneren des Stehbolzens52 eingepresst. Der Stift52a besteht aus nichtmagnetischem Material. In eine Ausnehmung am freien Ende des Stifts52a taucht ein Hallsensor56 ein. Der Ausgangsanschluss des Sensors56 ist über eine Zuleitiung57 mit einem Steuergerät20 verbunden. In dem in7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Stift52a aus einem ferromagnetischen Material. - Zusätzlich zu den von den beschriebenen Aufprallsensoren abgegebenen Signalen werden, wie auch schon in herkömmlichen passiven Sicherheitseinrichtungen für Fahrzeuginsassen, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs erfasst und ausgewertet, um ein Entscheidungskriterium für die Auslösung von Schutzmitteln für die Fahrzeuginsassen und/oder in Gefahr befindliche Fußgänger zu gewinnen. Als denkbare Schutzmittel für Fußgänger werden in der Fachliteratur beispielsweise Luftsäcke erörtert, die sich außen am Fahrzeug, g entfalten.
-
- 1a
- Längsträger
- 1a.1
- Längsträger
- 1a.2
- Längsträger
- 1b
- Längsträger
- 2
- Querträger
- 3
- Stoßstange
- 4a
- Stoßstangenhalter
- 4b
- Stoßstangenhalter
- 5a
- Prallbox
- 5b
- Prallbox
- 6
- Stoßstangenträger
- 7
- Stoßstangenhalter
- 8
- Schraube
- 9
- Mutter
- 10
- Unterlegscheibe
- 11
- Steuergerät
- 12
- Schraube
- 12a
- Schraubenende
- 13
- elektroakustischer Wandler
- 14
- Steuergerät
- 15
- Schraube
- 16
- Hohlraum
- 17
- Permanentmagnet
- 18
- Hallelement
- 19
- Halterung
- 20
- Steuergerät
- 50
- Befestigungsmittel
- 51
- Mutter
- 52
- Stehbolzen
- 52a
- Stift
- 52a.1
- Ausnehmung
- 53
- Hülse
- 54
- Gleitlager
- 55
- Überwurfmutter
- 56
- Sensor
- 57
- Zuleitung
- 58
- Steuergerät
Claims (17)
- Aufprallsensor an einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass er Befestigungsmittel (
8 ,9 ,10 ) umfasst, mit denen periphere Fahrzeugteile an der Fahrzeugkarosserie befestigt sind. - Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schraubverbindung (
8 ,9 ,10 ) umfasst, mit der die Stoßstange an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (
8 ,9 ,10 ) aus einer Schraube (8 ), einer Mutter (9 ) und einer Unterlegscheibe (10 ) besteht, wobei die Unterlegscheibe (10 ) mit einer drucksensitiven Beschichtung versehen ist. - Aufprallsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drucksensitive Beschichtung aus Kohlenstoff mit diamantartiger Struktur und eingelagerten Metallteilen aus einem harten Metall, wie insbesondere Titan oder Wolfram besteht.
- Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der drucksensitiven Beschichtung zwischen 1 und 10 Mikrometer, insbesondere 1 bis 3 Mikrometer beträgt.
- Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drucksensitive Beschichtung mittels eines CVD-Verfahrens auf die Unterlegscheibe (
10 ) aufgebracht ist. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (
10 ) aus Stahl, insbesondere Edelstahl, besteht. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (
10 ) und die Schraube (8 ) der Schraubverbindung mit Kontakten für eine Widerstandsmessung der auf der Unterlegscheibe (10 ) angeordneten drucksensitiven Schicht versehen sind. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (
10 ) und die Schraube (8 ) über ihre Kontaktanschlüsse mit einem Steuergerät (11 ) für die Widerstandsmessung der auf der Unterlegscheibe (10 ) angeordneten drucksensitiven Schicht verbunden sind. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schraube (
12 ) umfasst, auf der ein elektroakustischer Wandler (13 ) angeordnet ist. - Aufprallsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (
13 ) ein Ultraschallsendeempfänger ist oder dass er aus einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger besteht. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 10, 11, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Steuergerät (
20 ) verbunden ist. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schraube (
15 ) umfasst, die einen Permanentmagnet (17 ) und ein mit diesem Permanentmagnet (17 ) in Wirkverbindung stehendes Hallelement (18 ) trägt. - Aufprallsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaft der Schraube (
15 ) ein Hohlraum (16 ) ausgebildet ist, dass der Permanentmagnet (17 ) auf der dem Kopf der Schraube (15 ) zugewandten Grundfläche des Hohlraums (16 ) angeordnet ist, und dass das Hallelement (18 ) auf einer stiftförmigen Halterung (19 ) befestigt ist, die in den Hohlraum (16 ) derart hineinragt, dass das Hallelement (18 ) dem Permanentmagneten (17 ) gegenübersteht. - Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 13, 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (
19 ) in den Schaft der Schraube (15 ) einschraubbar ausgebildet ist. - Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel einen im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Stehbolzen (
52 ) umfassen, der in eine Bohrung im Stoßstangenhalter (4a ) eingetrieben und dort zusätzlich mit einer Mutter (51 ) gesichert ist, welche auf einem mit Gewinde versehenen Endabschnitt des Stehbolzens (52 ) aufsitzt und den Stehbolzen (52 ) gegen den Stoßstangenhalter (4a ) verspannt, dass weiterhin auf das freie Endstück des Stehbolzens (52 ) eine hutförmige Hülse (53 ) aufgeschraubt ist, die, unter Zwischenfügung eines Gleitlagers (54 ) in eine Bohrung des Längsträgers (1a ) eingreift, dass auf die hutförmige Hülse (53 ) weiter eine Überwurfmutter (55 ) aufgeschraubt ist, die das Gleitlager (54 ) gegen den Längsträger (1a ) und den Längsträger (1a ) gegen die Krempe der hutförmigen Hülse (53 ) presst. - Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hallelement (
18 ) mit einem Steuergerät (20 ) verbunden ist.
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