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Stand der
Technik
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Die Endung geht aus von einem Sensor
mit mehreren Schaltern zur Aufprallerkennung nach der Gattung des
unabhängigen
Patentanspruchs.
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Aus
DE 100 03 992 A1 ist bereits ein Sensor mit
zwei Schaltern zur Aufprallerkennung bekannt. Damit kann die Relativgeschwindigkeit
des Aufpralls, die Breite des Hindernisses und der Ort des Auftreffens
bestimmt werden.
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Nachteilig an diesem Sensor ist,
dass mit ihm keine Aussagen über
die Masse bzw. Steifigkeit des Aufprallobjekts gemacht werden können.
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Der erfindungsgemäße Sensor mit mehreren Schaltern
zur Aufprallerkennung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
hat demgegenüber
den Vorteil, dass nunmehr neben dem Aufprallzeitpunkt, der Aufprallgeschwindigkeit
auch die Verzögerung
des Fahrzeugs und damit die Masse, sowie die Steifigkeit des Aufprallobjekts
bestimmbar sind. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass
mindestens drei Schalter vorgesehen sind, um durch die Auswertung
der Kontaktsignale diese Größen, insbesondere
die Verzögerung,
also die negative Beschleunigung, zu bestimmen. Für die Verzögerung ist es
notwendig, einen Differenzenkoeffizienten zu bilden und dafür sind wenigstens
drei Schalter notwendig. Durch die Bestimmung der Masse und Steifigkeit des
Aufprallobjekts ist eine genauere Klassifizierung möglich. Auf Grund
des sehr einfachen Aufbaus des Sensors ist dieser sehr kostengünstig. Der
erfindungsgemäße Sensor
selbst besitzt keinerlei Temperaturabhängigkeit, wie dies bei anderen
Sensoren immer der Fall ist. Der Sensor ist in die energieabsorbierende
Struktur, beispielsweise die Stoßstange, an der Fahrzeugfront
integriert und seine Messeigenschaften werden von den Eigenschaften
dieser Struktur bestimmt. Dabei überträgt sich
auch die Temperaturabhängigkeit
dieser Temperatur auf den Sensor, was aber eine Eigenheit aller
Aufprallsensoren in diesem Frontbereich ist. Der einfache Aufbau der
Schalter bedingt, dass keine EMV-Probleme zu erwarten sind.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Sensors möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die
Kontakte der drei Schalter hintereinander angeordnet sind, so dass
sich vorteilhafter Weise zwei benachbarte Schalter einen Kontakt
teilen können.
Damit besteht eine Struktur aus drei Schaltern, aus vier Kontakten, die
in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind und sich beispielsweise über die
gesamte Breite der Stoßstange
erstrecken können
und in diese eingebettet sind. Dabei können die Abstände zwischen den
Kontakten variabel sein. Die Abstände zwischen den Kontakten
können
dabei so gestaltet werden, dass sie für die Auswertung optimal sind.
Beispielsweise kann der erste Schalter zur Aufprallzeitpunkterkennung
verwendet werden, so dass hier nur ein geringer Abstand zwischen
dem ersten und zweiten Kontakt von Nöten ist. Die Abstände zwischen
den anderen Kontakten sind dagegen etwas größer, da sie für die Geschwindigkeit
und Verzögerungsbestimmung
gedacht sind. Vorteilhafter Weise wird beim Schließen des
ersten Kontakts, also des ersten Schalters, der Weg vom zweiten
zum dritten Kontakt nicht verringert, ebenso wird der Weg vom dritten zum
vierten Kontakt nicht verringert.
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Weiterhin ist es von Vorteil, dass
der Sensor zur Bestimmung des Aufprallortes konfiguriert ist. Dies
kann beispielsweise durch die Verwendung von mehreren Gruppen von
drei Schaltern geschehen, die untereinander nicht verbunden sind,
um so den Aufprallort zu bestimmen. Eine andere Möglichkeit
ist eine Signallaufzeitmessung. Dabei kann gemessen werden, wie
lange das Signal benötigt,
um empfangen zu werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Messung des
Widerstandes zu verwenden. Je nach dem, wo der Sensor getroffen
wird, wird der Schalter an einer anderen Stelle geschlossen. Damit ist
die Schleife, über
die der Detektionsstrom fließt,
unterschiedlich lang und damit mit einem unterschiedlichen Widerstand
behaftet. Aus dem gemessenen Widerstand lässt sich damit der Aufprallort
bestimmen. Hierbei ist dann auch nur ein Sensorsegment notwendig.
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Weiterhin ist es von Vorteil, dass
der Sensor mit einem Rückhaltesystem
verbindbar ist und dann mit dem Rückhaltesystem derart verbunden
ist, dass in Abhängigkeit
von einem Signal des Sensors Rückhaltemittel
angesteuert werden. Beispielsweise zum Fußgängerschutz, um bei einer Kollision
mit einem Fußgänger diesen
entsprechend zu schützen,
beispielsweise durch ein Hochfahren der Motorhaube oder durch einen
Außenairbag.
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Weiterhin ist es von Vorteil, dass
der erfindungsgemäße Sensor
beheizbar ist, um seine Temperaturabhängigkeit zu verringern. Damit
ist auch das Problem von eindringender Feuchtigkeit gemindert, so
dass insgesamt Korrosion verhindert wird.
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Der erfindungsgemäße Sensor kann vorteilhafter
Weise neben einer Verwendung als Fußgängeraufprallsensor auch als
ein Upfrontsensor verwendet werden, um möglichst frühzeitig einen Aufprall zu detektieren
und in seiner Schwere zu charakterisieren. Auch dies verhilft zu
einer möglichst
zielgenauen Ansteuerung von Rückhaltemitteln
bzw. einer Einleitung von Gegenmaßnahmen.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Übersicht über den
erfindungsgemäßen Sensor,
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2 eine
Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Sensors,
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3 eine
Darstellung des erfindungsgemäßen Sensors
zur Bestimmung des Aufprallorts und
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4 ein
Blockschaltbild.
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Beschreibung
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Stoßstangensensoren sollen hauptsächlich für die Fußgängeraufprallerkennung
verwendet werden. Hierbei kommen Kraftsensoren oder Verformungssensoren
in Frage. Diese sollen sich über
die gesamte Breite der Stoßstange
erstrecken. Beispiele für
solche Kraftsensoren sind eine Piezofolie, Dehnmess-Streifen, Lichtleitersensoren,
Sensoren aus Komposit u.ä.
Bei den Verformungssensoren handelt es sich teilweise ebenfalls
um Lichtleiter oder einfache Schalter. Zur Erkennung des Aufprallorts
werden mitunter mehrere Sensoren verwendet.
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Erfindungsgemäß wird nun ein solcher Sensor
vorgeschlagen, der mehrere Schalter aufweist und derart konfiguriert
ist, dass er den Aufprallort, die Aufprallgeschwindigkeit, die Verzögerung sowie
die Masse und Steifigkeit des Aufprallobjekts bestimmen kann. Dies
kann ein solcher Sensor beispielsweise dadurch erreichen, dass er
wenigstens drei Schalter aufweist, die vorzugsweise hintereinander
angeordnet sind. Damit ist es zunächst möglich, Aufprallzeitpunkt, Aufprallgeschwindigkeit
und Aufprallverzögerung
zu bestimmen, um dann aus der Aufprallverzögerung die Masse und Steifigkeit
des Aufprallobjekts abschätzen
zu können.
Dies ist möglich,
da in der scheinbaren effektiven Masse die wirkliche Masse des Aufprallobjekts
sowie deren Steifigkeit enthalten ist.
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Durch die Aufprallgeschwindigkeit
kann das aufprallende Objekt nicht charakterisiert werden. Die Charakterisierung
gelingt für
schwere und steife Objekte gut mit Hilfe der zentralen Beschleunigungssensoren
und der Upfrontsensoren. Bei leichten Objekten, wie den Beinen eines
Fußgängers oder
einem Begrenzungspfahl geben diese Sensoren keine auswertbaren Signale.
Es ist notwendig, direkt am Aufprallort definiert die Verzögerung (eigentlich
Beschleunigung) des Objektes durch die Kraft zu messen, die durch
die Stoßstange
ausgeübt
wird. Daraus läßt sich
dann eine effektive Masse bestimmen, die bei der Klassifizierung
sehr hilfreich ist. Je schwerer und härter das Objekt ist, desto
größer dessen
effektive Masse.
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1 zeigt
in einer Übersichtsdarstellung den
erfindungsgemäßen Sensor.
Eine Stoßstange 1 weist
mehrere Kontakte 5 auf, die derart beschaltet sind, dass
sie Schalter bilden, wenn sie zusammengedrückt werden. Es sind vier Kontakte
hintereinander vorgesehen, so dass drei Schalter gebildet werden.
Diese werden beim Aufprall nacheinander geschlossen. Die Stoßstange 1 ist über einen
Stoßstangenhalter 2 mit Prallboxen 4 verbunden,
in die die Stoßstangenhalter 2 einfahren
können.
Prallboxen 4 sind über
Längs-
und Querträger
mit der Fahrzeugkarosserie verbunden.
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2 zeigt
in einer Prinzipdarstellung den erfindungsgemäßen Sensor. Der äußerste Kontakt 20 wird
von einem zweiten Kontakt 21, einem dritten Kontakt 22 und
einem vierten Kontakt 23 gefolgt. Die Kontakte 20 und 21 bilden
den ersten Schalter, die Kontakte 21 und 22 den
zweiten Schalter und die Kontakte 22 und 23 den
dritten Schalter. Die Kontakte 20 bis 23 sind
demnach in Fahrtrichtung gesehen hintereinander angeordnet und in
einem ersten Ausführungsbeispiel über die
gesamte Breite der Stoßstange
angebracht und in dieser eingebettet. Der äußere Kontakt 20 hat
zum nächstinneren
Kontakt 21 einen Abstand S1, der geringer ist, als der
Abstand S2 zwischen dem Kontakt 21 und 22 sowie
dem Abstand S3 zwischen dem Kontakt 22 und 23.
Der äußere Kontakt 20 dient
der Bestimmung des Aufprallzeitpunkts und der ist derart angeordnet,
dass er dem Aufprallobjekt eine sehr geringe Kraft entgegensetzt. Da
der Schalter aus den Kontakten 20 und 21 wie gesagt
zur Aufprallzeitpunkterkennung dient, ist auch hier der Abstand
S1 geringer gewählt,
als zwischen den anderen Kontakten. Bis zum Schließen des
ersten Schalters zwischen den Kontakten 20 und 21 wird der
Weg S2 nicht verringert. Ebenso wird S3 beim Schließen des
zweiten Schalters aus den Kontakten 21 und 22 nicht
verringert. Es ergeben sich folgende Aufprallzeitpunkte und -wege:
t1
Zeitpunkt Schließen
erster Schalter
s1 Weg zwischen den Kontakten 20 und 21
t2
Zeitpunkt Schließen
des zweiten Schalters aus den Kontakten 21 und 22
s2
Weg zwischen 21 und 22
t3 Zeitpunkt Schließen des
dritten Schalters aus den Kontakten 22 und 23.
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Damit ergibt sich die Aufprallgeschwindigkeit als
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Die relative Verzögerung, die das Aufprallobjekt
zwischen 22 und 23 erfährt,
ergibt sich damit
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Die scheinbare effektive Masse, in
der sowohl die echte Masse, als auch die Steifigkeit steckt, kann
man dann aus m = F/aberechnen, wobei F die
Kraft ist, die durch die Aufprallzone zwischen den Kontakten 22 und 23 bestimmt
ist. Damit ist eine sehr genaue Charakterisierung des Aufprallobjekts
möglich.
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Der Sensor kann auch als Upfrontsensor
zur besseren Crashcharakterisierung, also für Typ und Schwere, herangezogen
werden. Weiterhin ist es möglich,
eine Aufprallortbestimmung durch den Einsatz mehrerer Sensoren oder
durch Signallaufzeitmessungen oder durch Widerstandsmessungen zu realisieren.
Auch die Funktionsfähigkeit
der Kontakte kann durch eine Widerstandsmessung pro Kontakt sichergestellt
werden. Die einzelnen Kontakte können
beheizt werden, um die Temperaturabhängigkeit zu reduzieren und
Korrosion zu vermeiden. Diese Heizung kann dabei insbesondere indirekt
vorgenommen werden. Es ist jedoch auch eine direkte Heizung möglich, indem
durch die Kontakte ein entsprechender Strom geschickt wird.
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3 zeigt
ein Beispiel für
einen Sensor mit mehreren Gruppen von drei Schaltern, um einen Aufprallort
zu detektieren. Diese Gruppen sind dann an der Stoßstange
angeordnet, und zwar von einander getrennt. Die erste Gruppe besteht
aus den Kontakten 30, 31, 32 und 33 und
bildet, wie in 2 dargestellt,
entsprechend drei Schalter. Dies wird auch durch die Kontakte 34, 35 und 36 und 37 sowie 38, 39, 300 und 301 realisiert.
Je mehr solche Gruppen an der Stoßstange und anderen Partien
des Fahrzeugs angebracht sind, um so genauer kann der Aufprallort
bestimmt werden. Wie oben dargestellt ist es alternativ möglich, über Signallaufzeitmessungen oder über Widerstandsmessungen
mit nur einer Gruppe den Aufprallort zu bestimmen.
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4 zeigt
in einem Blockschaltbild einen erfindungsgemäßen Sensor, der mit einem Rückhaltesystem
verbunden ist. Ein Sensor 40 gemäß der erfindungsgemäßen Beschreibung
ist an ein Steuergerät
für Rückhaltemittel 41 angeschlossen.
Eine weitere kinematische Sensorik 42 ist mit dem Steuergerät 41 verbunden. Über einen
Datenausgang ist das Steuergerät 41 an
Rückhaltemittel 43 wie
Airbags, Gurtstraffer, Überrollbügel, angeschlossen.
Das Steuergerät 41 löst in Abhängigkeit
von Signalen des Sensors 40 und der Sensorik 42 und
weiteren Sensoren, die sich im Steuergerät 41 befinden, die
Rückhaltemittel 43 aus.
Dabei wird die Crashrichtung, die Crashschwere und der Crashtyp
berücksichtigt.
Insbesondere das Treffen der Auslöseentscheidung für vorhandene
Fußgängerschutzmittel
wird die Eigengeschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugs
zur Plausibilisierung herangezogen, um echte Crashs und beispielsweise
Parkrempler voneinander zu trennen. Die Signalverarbeitung der Sensorsignale
kann in einem eigenen Steuergerät
oder in einem zentralen Airbagsteuergerät 41, wie hier dargestellt, erfolgen.
Die Sensoren sind insbesondere für
den Betrieb im Motorraum spezifiziert.
