DE10321209A1

DE10321209A1 - Anprallsensoranordnung

Info

Publication number: DE10321209A1
Application number: DE2003121209
Authority: DE
Inventors: Markus Gilch; Bernd Dr. Last
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: DE10321209B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anprallsensoranordnung zur Erfassung einer Kollision eines Fahrzeugs (10) mit einem Hindernis (11, 12). Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlkörper (1) vorgesehen ist, der durch ein mit dem Fahrzeug (10) kollidierendes Hindernis (11, 12) verformbar ist und in dem durch den Anprall eine Druckwelle (4) erzeugbar ist. Außerdem ist mindestens ein Drucksensor (2, 3) zur Erfassung der erzeugten Druckwelle (4) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anprallsensoranordnung zur Erfassung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis.

Nachdem die Entwicklung von Airbags für Fahrzeuginsassen mittlerweile ein sehr hohes Niveau erreicht hat, treten Sicherheitssysteme zum Fußgängerschutz zunehmend in den Vordergrund. Durch sogenannte Precrash-Sensoren kann bereits vor einer möglichen Kollision auf einen möglichen Anprall mit automatischem Abbremsen reagiert werden. Für einen dennoch unvermeidlichen Anprall gibt es Konzepte, bei denen die Motorhaube wenige Millisekunden nach einem Anprall ein Stück nach oben hochklappt und beim Auftreffen eines Körpers durch Nachgeben oder zusätzliche Auslösung eines im Bereich zwischen Motorhaube und Frontscheibe integrierten Airbagsystems dämpfend beziehungsweise energieabbauend wirkt.

Die Auslösung derartiger Sicherheitssysteme ist an das Vorhandensein entsprechender Anprallsensoren im Frontstoßfänger gekoppelt. Die Stoßfänger müssen als passiven Schutz eine gewisse Nachgiebigkeit vorweisen, damit der vorwiegend im Kniebereich auftretende Erstkontakt entscheidend abgemildert wird. Gleichzeitig muss dieser Erstkontakt dem folgenden Sicherheitssystem zur Auslösung weiterer aktiver Sicherheitsvorrichtungen zuverlässig angezeigt werden.

Zur Realisierung geeigneter Anprallsensoranordnungen sind Lösungen bekannt, die nach dem induktiven Prinzip den Abstand zwischen zwei in die Stoßfänger integrierten Streifenleitern messen. Ein ähnliches Prinzip arbeitet mit kapazitiven Sensoren, bei denen der Abstand zwischen zwei Elektroden ausgewertet wird. Außerdem ist die Anwendung von Lichtfasern aus Kunststoff bekannt. Dabei werden diese Fasern bei der Fertigung im Stoßfänger integriert. Bei einer Kollision mit einem Hindernis verformt sich der Stoßfänger, was zu Änderung des Abstandes zwischen Streifenleitern oder Elektroden beziehungsweise zu einer Krümmung der Lichtleitfasern führt. Durch die Krümmung der Lichtleitfasern ändert sich auch deren Lichtleiteigenschaft, was zu einer Lichtintensitätsänderung eines durch die Lichtleitfaser übertragenen Lichtstrahls führt.

Die bekannten Realisierungen von Anprallsensoranordnungen sind verhältnismäßig aufwendig. Bei Sensoren nach dem induktiven oder kapazitiven Prinzip ist eine Vielzahl von Sensoren im gesamten Stoßfängerbereich vorzusehen, damit unabhängig von dem Ort des Anpralls dieser erkannt werden kann. Bei der Verwendung von Lichtleitfasern müssen diese bei der Herstellung des Stoßfängers in den Stoßfänger integriert werden. Das macht diese spezielle Stoßfänger verhältnismäßig teuer und aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anprallsensoranordnung anzugeben, durch die eine Kollision eines Fahrzeuges mit einem Hindernis zuverlässig erkannt werden kann und die trotzdem einfach und kostengünstig in der Realisierung ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anprallsensoranordnung zur Erfassung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Hohlkörper vorgesehen ist, der durch ein mit dem Fahrzeug kollidierendes Hindernis verformbar ist und in dem durch den Anprall eine Druckwelle erzeugbar ist, und mindestens ein Drucksensor vorgesehen ist zur Erfassung der erzeugten Druckwelle.

Durch den Hohlkörper, der sich vorteilhafterweise über die gesamte Breite des Stoßfängers erstreckt beziehungsweise einen Teil des Stoßfängers bildet, ist ein Anprall unabhängig von der genauen Position des Anpralls detektierbar. Dadurch genügt in einer einfachen Ausführung ein einziger Drucksen sor, um einen Anprall zu detektieren. Die erfindungsgemäße Anprallsensoranordnung ist daher wesentlich kostengünstiger als die Sensoranordnungen aus dem Stand der Technik.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei Drucksensoren vorgesehen sowie Mittel zur Auswertung des Laufzeitunterschiedes zwischen erfassten Druckwellen der mindestens zwei Drucksensoren. Durch die Auswertung des Laufzeitunterschiedes lässt sich die laterale Position des Anpralls ermitteln, da die erzeugte Druckwelle bei den Drucksensoren zeitlich versetzt ankommt.

Weiterhin ist günstig, wenn Druckausgleichsmittel in dem Hohlkörper vorgesehen sind, durch die Druckunterschiede im Normalbetrieb, die beispielsweise aufgrund thermischer oder atmosphärischer Einflüsse entstehen, kompensiert werden. Dafür kann entweder ein spezielles Druckausgleichselement vorgesehen werden oder mehrere kleine Bohrungen, die wie Kapillare wirken und dadurch eine Tiefpasscharakteristik aufweisen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anprallsensoranordnung besteht darin, dass auch die Geschwindigkeit des Anpralls und die Masse des erfassten Hindernisses festgestellt werden kann. Diese Anprallcharakteristika sind anhand der Form der Druckwellen erkennbar.

Vorteilhaft ist weiterhin, Mittel vorzusehen, durch die mehrere Druckwellen innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters erfasst werden können. Kurz nacheinanderfolgende Kollisionen, beispielsweise mit zwei Beinen eines Fußgängers, werden so berücksichtigt und beispielsweise gemeinsam zur Ermittlung der Masse eines Fußgängers herangezogen. Besonders vorteilhaft ist, das Zeitfenster in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit vorzugeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anprallsensoranordnung bei Anprall eines einzelnen Hindernisses,
2 ein Zeitdiagramm der von der Sensoranordnung aus 1 erfassten Signale,
3 die Anprallsensoranordnung von 1 bei der Kollision mit zwei Hindernissen,
4 ein Zeitdiagramm der von der Sensoranordnung aus 3 aufgenommenen Signale,
5 und 6 Beispiele typischer Signalformen, die von den Drucksensoren erfasst werden,
7 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anprallsensoranordnung.
Die 1 zeigt einen Frontstoßfänger 13 in einer schematischen Darstellung. Halteelemente, durch die der Frontstoßfänger 13 an dem Fahrzeug befestigt ist, sind in der 1 nicht dargestellt. Wesentlich für die Anprallsensoranordnung ist ein Hohlkörper 1 sowie Drucksensoren 2 und 3. Der Hohlkörper 1 bildet einen ungeteilten oder geteilten Hohlraum, der gleichzeitig zur mechanischen Dämpfung des Anpralls dient. Es wäre jedoch auch denkbar, die Funktionen voneinander zu trennen, das heißt einen Hohlraum vorzusehen, der den mechanischen Anprall dämpft und einen zweiten Hohlraum vorzusehen, in dem durch einen Anprall eine Druckwelle 4 erzeugt wird, die in Verbindung mit den Drucksensoren 2 und 3 die Detektion des Anpralls erlaubt.
Während des Anpralls bewirkt die Verformung des Hohlkörpers 1 eine Volumenverringerung in dem Hohlraum, die zu einer Druckänderung, das heißt einem Anstieg des Drucks, führt. Dabei ist es unerheblich, an welcher Stelle der Anprall erfolgt, denn die Volumenänderung hängt nur von dem Ausmaß der Verformung des Hohlkörpers 1 ab, egal an welcher Stelle dies passiert. Daher ist es nicht erforderlich, eine Vielzahl von Drucksensoren vorzusehen.
Bei dem in 1 dargestellten Fall kollidiert der linke Teil des Hohlkörpers 1 frontal mit einem Objekt 11, so dass in dem verformbaren Hohlraum des vorzugsweise elastischen Hohlkörpers 1 eine Druckwelle 4 entsteht, die sich mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Drucksensoren 2 und 3 am jeweiligen seitlichen Ende des Hohlkörpers 1 befestigt. Da sich die Druckwelle 4 in beide Richtungen ausbreitet, wird sie von beiden Drucksensoren 2 und 3 detektiert, allerdings besteht zwischen den Ausgangssignalen der Drucksensoren 2 und 3 eine Laufzeitdifferenz. Im vorliegenden Fall detektiert der Drucksensor 2 die Druckwelle 4 vor dem Drucksensor 3, da er näher am Ort des Anpralls liegt. Die Laufzeit ergibt sich aus der Entfernung zwischen dem Anprallort und dem Ort des Drucksensors, wobei die Laufzeit zu dem Drucksensor 2 mit L1 und die Laufzeit zu dem anderen Drucksensor 3 mit L2 bezeichnet ist.
Die 2 veranschaulicht den von den Drucksensoren 2 und 3 erfassten Druckverlauf. P1 ist dabei der Druckverlauf, der von dem Drucksensor 2 gemessen wird, und P2 ist der Druckverlauf, der von dem anderen Drucksensor 3 erfasst wird. Während der Anprall von Drucksensor 2 bereits zum Zeitpunkt t = L1 erfasst wird, erfolgt dies durch den Drucksensor 3 erst zum Zeitpunkt t = L2.
Aus der Laufzeitdifferenz kann nun auf die seitliche Lage des Anprallortes geschlossen werden. Ist L1 kleiner als L2, so befindet sich der Anprallort in der linken Hälfte des Hohlkörpers 1, ist L1 größer als L2, so befindet sich der Anprallort in der rechten Hälfte des Hohlkörpers 1. Bei einem Anprall genau in der Mitte ist L1 = L2. Je nach Höhe der Differenz kann der Anprallort verhältnismäßig genau bestimmt werden.
Der Hohlkörper 1 besitzt Druckausgleichsmittel, um eine langsame Änderung des Drucks beispielsweise durch thermische oder atmosphärische Einflüsse auszugleichen. In 1 handelt es sich um ein Druckausgleichselement 6, das sich bei Erhöhung des Drucks im Innern des Hohlkörpers 1 verformt, so dass der Druck gleich bleibt. Es ist auch möglich, eine oder mehrere kleine Bohrungen vorzusehen, durch die ein Druckausgleich zwischen dem Innern des Hohlkörpers 1 und dem Außenraum erfolgen kann. Dabei muss allerdings gewährleistet bleiben, dass die durch einen Anprall erzeugte Druckwelle nicht so weit verfälscht wird, dass eine hinreichend genaue Messung durch die Drucksensoren 2 und 3 nicht mehr möglich ist. Vielmehr sollten die Druckausgleichsmittel nur langsame Änderungen des Drucks ausgleichen, nicht aber schnelle Änderungen, wie sie bei einem Anprall entstehen. Die Druckausgleichsmittel besitzen also eine Tiefpasscharakteristik.
Die 3 zeigt die Anprallsensoranordnung von 1 bei Kollision mit zwei Hindernissen. Bei den Hindernissen 11 und 12 kann es sich beispielsweise um die zwei Beine eines Fußgängers handeln, der von einem Fahrzeug erfasst wird. Der Anprall erfolgt zeitlich nacheinander, so dass zwei Druckwellen entstehen. Diese haben einen unterschiedlichen Ausgangspunkt, so dass sich zu den Drucksensoren 2 und 3 jeweils unterschiedliche Laufzeiten ergeben. Während die Druckwelle, die von dem Anprall des Hindernisses 11 erzeugt wird, nach der Laufzeit L1 beim Drucksensor 2 ankommt, erreicht die Druckwelle, die durch den Anprall des Hindernisses 12 erzeugt wird, erst nach der Laufzeit L3 den Drucksensor 2. Entsprechend ergeben sich Laufzeiten L2 und L4 zwischen dem Anprall der Hindernisse 11 und 12 und dem Erreichen des Drucksensors 3.
Der Signalverlauf ist in 4 dargestellt. Von dem Drucksensor 2 werden zwei kurz nacheinander folgende Druckimpulse nach den Laufzeiten L1 und L3 erfasst, während von dem Drucksensor 3 zwei Druckimpulse nach den Laufzeiten L2 und L4 erfasst werden.
Es ist festzuhalten, dass für die Funktionsweise einer Anprallsensoranordnung gemäß der Erfindung ein einziger Drucksensor genügen würde, wenn es nicht auch auf die Bestimmbarkeit der Anprallposition ankommt. Das Vorsehen von zwei Drucksensoren ist aber auf jeden Fall von Vorteil, da somit eine Redundanz gegeben ist. Bei Ausfall eines der Sensoren könnte zwar nicht mehr die Anprallposition bestimmt werden, das Vorliegen eines Anpralls wird aber dennoch erfasst.
Bei der Auswertung der Kollision mit zwei Hindernissen, wie anhand der 3 und 4 beschrieben, setzt voraus, dass ein Zeitfenster definiert wird, innerhalb dessen die beiden Druckimpulse detektiert werden müssen. Dies liegt daran, dass bei Einsatz in einem Fahrzeug aufgrund der detektierten Kollision Sicherheitsvorrichtungen ausgelöst werden sollen, beispielsweise die eingangs beschriebene Anhebung der Motorhaube und das Aufblasen von Airbags. Wird nach dem ersten Anprall zu lange auf einen möglichen zweiten Anprall gewartet, können die Sicherheitsvorrichtungen nicht mehr rechtzeitig ausgelöst werden, um die Folgen der Kollision zu verringern. In dem aufgezeigten Anwendungsfall soll verhindert werden, dass ein Fußgänger auf die Windschutzscheibe aufschlägt, stattdessen soll er nach oben abgelenkt werden.
Die Zeit, die zwischen der Kollision des Fußgängers mit der Anprallsensoranordnung und dem Anprall des Fußgängers auf der Windschutzscheibe besteht, wird durch die relative Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu dem Fußgänger bestimmt. Entsprechend unterschiedlich sind die Zeiten, die für das erwähnte Zeitfenster zur Verfügung stehen.
Je nach den verwendeten Sicherheitsvorrichtungen ist es nicht erforderlich, mehr als einen Anprall zu detektieren. In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Anprallsensoranordnung wird jedoch anhand der erzeugten und erfassten Druckwellen die Masse des Hindernisses beziehungsweise des Fußgängers bestimmt. Eine korrekte Bestimmung des Impulses beziehungsweise der Masse des Hindernisse kann nur erfolgen, wenn beide Kollisionen berücksichtigt werden. Bei einfach ausgestalteten Sicherheitsvorrichtungen erfolgt jedoch keine auf die Masse des Hindernisses abgestimmte Reaktion, so dass es nur darauf ankommt, dass ein Anprall detektiert wird. Somit kann schon nach der Detektion der ersten Kollision eine Aktivierung der Sicherheitsvorrichtungen erfolgen.
Die 5 und 6 zeigen charakteristische Signalformen, wie sie von den Drucksensoren 2 und 3 erfasst werden. Aus dem Gradienten des Druckverlaufs kann auf die Geschwindigkeit des Anpralls geschlossen werden. Aus dem absoluten Druck kann die Masse des Hindernisses bestimmt werden. Der Impuls 20 zeigt beispielsweise an, dass eine Kollision mit einem verhältnismäßig leichten Hindernis, aber mit hoher Geschwindigkeit erfolgt ist. Der Impuls 21 zeigt einen langsamen Anprall auf ein Hindernis großer Masse an. Der Impuls 22 in 6 zeigt an, dass es sich um einen schnellen Anprall auf ein Hindernis geringer Masse gehandelt hat, während es sich bei dem Impuls 23 um einen langsamen Anprall auf ein Hindernis geringer Masse gehandelt hat.
Die 7 zeigt ein Fahrzeug 10, das mit einer erfindungsgemäßen Anprallsensoranordnung ausgerüstet ist. Das Fahrzeug bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v gegenüber zwei Hindernissen 11 und 12, beispielsweise den Beinen eines Fußgän gers. Das Fahrzeug besitzt einen Stoßfänger 13, in den die Anprallsensoranordnung eingebaut ist. Der Hohlkörper ist integraler Bestandteil des Stoßfängers 13 und in 7 nicht im Detail dargestellt. In den seitlichen Endbereichen des Stoßfängers 13 sind Drucksensoren 2 und 3 vorgesehen, die mit einer Steuer- und Auswerteinheit 5 verbunden sind. Die Steuer- und Auswerteinheit 5 umfasst Mittel zur Auswertung des Laufzeitunterschiedes ebenso wie Mittel zur Erfassung mehrerer Druckwellen innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters. Im Falle eines detektierten Anpralls steuert die Steuer- und Auswerteinheit 5 Sicherheitsvorrichtungen 14 an, so dass diese aktiviert werden und beispielsweise die Motorhaube anheben und ein Airbagsystem aufblasen, wie dies eingangs beschrieben worden ist. Vorteilhaft ist darüber hinaus natürlich, wenn die Steuer- und Auswerteinheit 5 mit einem Fahrzeuginformationssystem verbunden ist und auch Messdaten anderer Sensoren der Steuer- und Auswerteinheit 5 zur Verfügung stehen. Andersherum können die Messdaten von der Steuer- und Auswerteinheit 5 anderen Komponenten des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden.

Claims

Anprallsensoranordnung zur Erfassung einer Kollision eines Fahrzeugs (10) mit einem Hindernis (11, 12), gekennzeichnet durch – einen Hohlkörper (1), der durch ein mit dem Fahrzeug (10) kollidierendes Hindernis (11, 12) verformbar ist und in dem durch den Anprall eine Druckwelle (4) erzeugbar ist, und – mindestens einen Drucksensor (2, 3) zur Erfassung der erzeugten Druckwelle (4).
Anprallsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (5) zur Bestimmung der Anprallposition bezüglich des Hohlkörpers (1) vorgesehen sind.
Anprallsensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zur Bestimmung der Anprallposition Mittel zur Auswertung des Laufzeitunterschiedes zwischen erfassten Druckwellen mindestens zweier Drucksensoren (2, 3) umfassen.
Anprallsensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckausgleichsmittel (6) vorgesehen ist zur Kompensation langsamer Druckänderungen.
Anprallsensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsmittel ein Druckausgleichselement (6) ist.
Anprallsensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsmittel durch mindestens eine Öffnung in dem Hohlkörper (1) gebildet ist.
Anprallsensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (5) vorgesehen sind zur Erfassung mehrerer Druckwellen innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters.
Anprallsensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v) vorgegeben ist.
Stoßfänger (13) eines Fahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Anprallsensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass im Frontbereich ein Stoßfänger (13) nach Anspruch 9 vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine auf eine Fahrzeugmotorhaube wirkende Sicherheitsvorrichtung (14), die mit der Anprallsensoranordnung verbunden ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anprallsensoranordnung mit einem Fahrzeuginformationssystem verbunden ist.