DE10360138A1 - Piezoelectric collision detector and safety equipment deployment system for vehicle, detects mass of object, e.g. pedestrian, with which collision occurs and activates appropriate safety device - Google Patents

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Armin Dr. Hürland
Matthias Dipl.-Ing. Kloß (BA)
Aleksander Dr. Knezevic
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Abstract

The evaluation and control unit (10) determines the mass of an object with which collision has occurred. It does this from the potential across the crystals of the collision detection sensor (9, 11, 12) as a result of collision, and from the vehicle speed. The object is classified in accordance with the mass obtained. In accordance with the class assigned, an associated safety device (14) is activated.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Erkennung einer Kollision eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens einem piezoelektrischen Kollisionserkennungssensor und einer Auswerte- und Steuerungseinrichtung nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The The invention relates to a system for detecting a collision of a Motor vehicle with at least one piezoelectric collision detection sensor and an evaluation and control device according to the preamble of claim 1 closer defined type.

Bei modernen Kraftfahrzeugen werden zahlreiche Sicherheitseinrichtungen eingesetzt, um im Falle eines Crash die Unfallschwere für die Unfallbeteiligten zu vermindern. Besondere Bedeutung kommt dabei einer frühzeitigen Erkennung der Crashsituation zu, damit innerhalb einer möglichst kurzen Reaktionszeit die den gegebenen Unfallbedingungen angemessenen Sicherheitseinrichtungen aktiviert werden können.at modern motor vehicles are numerous safety devices used in the event of a crash, the severity of the accident for the accident to diminish. Particular importance is attached to an early Detection of the crash situation, so within a shortest possible Reaction time activates the safety devices appropriate to the given accident conditions can be.

Zur Erkennung eines Front-, Seiten- oder Heckaufpralls werden in der Praxis nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeitende Sensoren eingesetzt.to Detection of a front, side or rear impact are in the Practice according to different measuring principles working sensors used.

Weithin verbreitet sind Kraft messende Sensoren, wie z. B. kraftsensitive Widerstände, welche beispielsweise derart in einem Stoßfänger des Kraftfahrzeuges appliziert werden, dass sie bei Kontakt des Stoßfängers mit einem Kollisionsobjekt bzw. bei Verformung des Stoßfängers mit Kraft beaufschlagt werden.Widely are force measuring sensors, such as. B. force-sensitive resistors, which, for example, applied in such a bumper of the motor vehicle be that they contact the bumper with a collision object or with deformation of the bumper with Force be applied.

Ein solches Sensorsystem ist beispielsweise aus der EP 0 518 381 B1 bekannt, wobei das darin beschriebene System zur Erkennung einer Kollision des Fahrzeugs ein Vielzahl von Primärsenoren zur individuellen Abgabe von Signalen bei einem Zusammendrücken in Folge einer Kollision des Fahrzeugs aufweist sowie einen Sekundärsensor zur Ausgabe eines Signals nach den Primärsensoren, wenn der Sekundärsensor in Folge einer Kollision zusammengedrückt wird.Such a sensor system is for example from the EP 0 518 381 B1 The system for detecting a collision of the vehicle described therein comprises a plurality of primary sensors for individually outputting signals when compressed due to a collision of the vehicle and a secondary sensor for outputting a signal after the primary sensors when the secondary sensor is due to a collision is compressed.

Die Verwendung von resistiven Foliendrucksensoren ist aus der DE 43 25 414 C2 und der DE 43 09 827 C2 bekannt. Bei diesen Sensoren wird bei einer aufprallbedingten Verformung der Außenhaut des Fahrzeugs und somit einer Krafteinwirkung auf die Sensoren ein elektrisches Signal an eine Auswerteschaltung gegeben, welche in Abhängigkeit des eingehenden Signals Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeugs aktiviert.The use of resistive film pressure sensors is from the DE 43 25 414 C2 and the DE 43 09 827 C2 known. In the case of an impact-related deformation of the outer skin of the vehicle and thus a force acting on the sensors, an electrical signal is applied to an evaluation circuit in these sensors, which activates safety devices of the vehicle as a function of the incoming signal.

Eine weitere aus der Praxis bekannte Methode zur Erkennung einer Fahrzeugkollision mit einem Kollisionsobjekt stellt die Messung der Deformation des jeweils betroffenen Stoßfängers des Kraftfahrzeuges bei Kontakt mit dem Kollisionsobjekt dar. Dazu wird beispielsweise die Widerstandsänderung eines entsprechend angebrachten mehrsegmentigen Dehnungsmessstreifens oder die geänderte Lichtreflexion in einem mehrsegmentigen Lichtwellenleiter zur Erkennung der Kollisionssituation herangezogen.A further known from practice method for detecting a vehicle collision with a collision object, the measurement represents the deformation of the each affected bumper of the Motor vehicle in contact with the Kollisionsobjekt dar. This is for example, the change in resistance of a according to attached multi-segment strain gauge or the changed one Light reflection in a multi-segment optical waveguide for detection the collision situation used.

Um insbesondere die Erkennung der Art des Kollisionsobjektes zu ermöglichen und hierbei einen verbesserten Schutz für ungeschützte Kollisionsobjekte wie Fußgänger bereitzustellen, werden vorausschauende Systeme, so genannte Pre-Crash-Systeme, eingesetzt. Zu deren wesentlichen Bestandteilen zählt eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungssensorik, die bei spielsweise mittels optischer Bilderfassungseinrichtungen oder Radarsysteme den unmittelbaren Bereich um das Fahrzeug erfassen. Steht beispielsweise eine Kollision des Fahrzeugs mit einem Fußgänger unmittelbar bevor, so kann durch eine Auswertung des Abstandes des Fußgängers sowie durch Berücksichtigung der relativen Annäherungsgeschwindigkeit die Kollision schon vor dem eigentlichen Aufprall erkannt werden.Around in particular to enable the detection of the type of collision object and hereby improved protection for unprotected collision objects such as To provide pedestrians, Foresight systems, known as pre-crash systems, are used. Its essential components include a vehicle environment detection sensor system, the example in by means of optical image capture devices or radar systems detect the immediate area around the vehicle. For example, is a collision of the vehicle with a pedestrian immediately before, so can by an evaluation of the distance of the pedestrian as well by consideration the relative approach speed the collision can be detected even before the actual impact.

Ausführungen von Pre-Crash-Systemen sind z. B. in der EP 0 952 459 A2 , DE 197 29 960 A1 , DE 101 00 880 A1 und der DE 198 42 827 A1 beschrieben.Executions of pre-crash systems are z. B. in the EP 0 952 459 A2 . DE 197 29 960 A1 . DE 101 00 880 A1 and the DE 198 42 827 A1 described.

Nachteilig ist bei den bekannten Pre-Crash-Systemen jedoch allgemein der hohe Aufwand, welcher zur Erkennung des Kollisionobjektes und dessen Klassifizierung erforderlich ist.adversely However, in the known pre-crash systems is generally the high Effort, which for the detection of the collision object and its Classification is required.

Eine einfachere Möglichkeit zur Erkennung einer Kollision und zur Bestimmung der Art des Kollisionsobjektes besteht in der Verwendung kapazitiver Sensoren. Hierbei werden zwei oder mehrere Elektroden beispielsweise in die Stoßstange eines Kraftfahrzeuges integriert, wobei die Kapazitäten zwischen den Elektroden gemessen werden. Da z. B. Körperteile eines Fußgängers eine deutlich höhere Dielektrizitätskonstante als Luft besitzen, steigt die gemessene Kapazität bei einem Kontakt an und kann gemessen werden.A easier way to detect a collision and to determine the type of collision object consists in the use of capacitive sensors. Here are two or more electrodes, for example, in the bumper integrated in a motor vehicle, the capacity between the electrodes are measured. Because z. B. body parts of a pedestrian one significantly higher dielectric constant as air, the measured capacitance increases with contact and can be measured.

Nachteiligerweise sind derartige kapazitive Sensoren nach einer Vorschädigung der Stoßstange und somit einer Beschädigung der Sensoroberflächen und nach starken Umwelteinflüssen nicht mehr zuverlässig oder gar nicht mehr funktionsbereit.Unfortunately, are such capacitive sensors after a Vorschädigung the Bumper and thus damage the sensor surfaces and after strong environmental influences no longer reliable or not working anymore.

Des Weiteren ist aus der Praxis die Messung der Beschleunigung von Fahrzeugteilen bei einer Fahrzeugkollision bekannt. Der Zusammenprall eines Kraftfahrzeuges mit einem Kollisions objekt, wie z. B. einem Fußgänger, führt zu einer hohen Geschwindigkeitsänderung von vorderen Teilen des Kraftfahrzeuges während eines Eindrückens des vorderen Stoßfängers. Diese Beschleunigung kann durch entsprechend angebrachte Beschleunigungssensoren gemessen werden. Aus der Differenzgeschwindigkeit zwischen zwei hintereinander angeordneten Kontaktelementen kann die Art des Kollisionspartners ermittelt werden, wie es beispielsweise in der DE 2 212 190 beschrieben ist.Furthermore, from practice the measurement of the acceleration of vehicle parts in a vehicle collision is known. The collision of a motor vehicle with a collision object, such. As a pedestrian leads to a high speed change of front parts of the motor vehicle during a depression of the front bumper. This acceleration can be achieved by appropriate acceleration sensors are measured. From the differential speed between two consecutively arranged contact elements, the type of collision partner can be determined, as for example in the DE 2 212 190 is described.

Ein weiterer Sensor für eine Sicherheitseinrichtung von Kraftfahrzeugen, der in oder unmittelbar hinter der Außenhaut des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, und bei dem sich in geringem Abstand hintereinander zwei Deformationssignalelemente befinden, die bei einer Deformation in vorgegebener Stärke ein Signal liefern, ist in der DE 37 16 168 A1 offenbart. Bei diesem Sensor, bei dem auch Piezogeber in den Lagerstellen der zwei hintereinander angeordneten Deformationssignalelementen vorgesehen sein können, erfolgt eine Klassifizierung des Kollisionsobjektes ebenfalls anhand der Differenzgeschwindigkeit. Bei diesem vor allem zur Erkennung von einem Seitenaufprall vorgesehenen und vorzugsweise in Fahrzeugtüren angeordneten Sensor wird anhand der von dem Sensor abgegebenen Spannungssignal weiterhin geprüft, ob es sich bei dem vorliegenden Impuls um eine "normale" Beanspruchung handelt, beispielsweise einem Türzuschlagen, oder ob es ich um einen Crashfall handelt.Another sensor for a safety device of motor vehicles, which is arranged in or immediately behind the outer skin of the motor vehicle, and in which a small distance behind each other are two deformation signal elements that provide a signal at a predetermined strength in a deformation, is in the DE 37 16 168 A1 disclosed. In this sensor, in which also piezoelectric sensors can be provided in the bearing points of the two successively arranged deformation signal elements, a classification of the collision object is also based on the differential speed. In this particular provided for detecting a side impact and preferably arranged in vehicle doors sensor is further checked based on the output from the sensor voltage signal, whether it is the present impulse to a "normal" stress, such as a door slamming, or if it is me is a crash.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Erkennung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem piezoelektrischen Kollisionserkennungssensor und einer Auswerte- und Steuerungseinrichtung, welche in Abhängigkeit der von dem wenigstens einem Kollisionserkennungssensor eingehenden Signal Sicherheitsmittel ansteuert, zu schaffen, welches hinsichtlich der Erkennung der Art des Kollisionsob jektes, insbesondere die Erkennung eines Anpralls eines Fußgängers betreffend, zuverlässigere Informationen liefert sowie bei einer möglichst einfachen konstruktiven Ausgestaltung über die Lebensdauer des Fahrzeugs zuverlässig arbeitet.It It is an object of the present invention to provide a system for detection a collision of a motor vehicle with at least one piezoelectric collision detection sensor and an evaluation and control device, which in dependence of from the at least one collision detection sensor incoming Signal security means to create whichever the detection of the type of Kollisionsob jektes, in particular the detection concerning an impact of a pedestrian, more reliable Provides information as well as constructive as simple as possible Design over the life of the vehicle works reliably.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Auswerte- und Steuerungseinrichtung mittels der an piezoelektrischen Kristallen des Kollisionserkennungssensors in Folge einer Kollision anliegenden Spannung und der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Masse eines Kollisionsobjekts ermittelt, dieses unter Verwendung der Masse klassifiziert, und der jeweiligen Klasse des Kollisionsobjektes zugeordnete Sicherheitsmittel aktiviert.According to the invention this Task solved by that the evaluation and control device by means of piezoelectric Crystals of the collision detection sensor as a result of a collision applied voltage and the vehicle speed a mass of a collision object, this using mass classified, and the respective class of the collision object assigned security means activated.

Die Verwendung von piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren hat den Vorteil, dass durch statischen Druck zwischen den Sensorelektroden aufgebaute Spannungen über Messmittel der angeschlossenen Auswerteeinrichtung abgebaut werden, womit eine Vorspannung beispielsweise durch Vorschädigung der Sensoraufnahmefläche nicht zu einem Offset des Sensors führt. Dasselbe gilt für Umwelteinflüsse wie z. B. Temperatur und Feuchte.The Has use of piezoelectric collision detection sensors the advantage that by static pressure between the sensor electrodes built-up voltages over Measuring means of the connected evaluation device are dismantled, with which a bias, for example, by Vorschädigung the Sensor mounting surface not leads to an offset of the sensor. The same applies to environmental influences such as B. temperature and humidity.

Ein weiterer Vorteil ist die Abhängigkeit des Signals von der Stärke des Impulses bzw. der Wucht des Aufpralls. Bei der üblicherweise stets bekannten Fahrzeuggeschwindigkeit kann so auf die Masse des Unfallgegners geschlossen werden, wobei die Eigengeschwindigkeit des Unfallgegners im Falle des hier besonders interessierenden Fußgängers als Kollisionsobjekt vernachlässigbar ist.One Another advantage is dependency the signal of the strength the momentum or the force of the impact. At the usual always known vehicle speed can so on the mass of the accident opponent be closed, the airspeed of the accident opponent in the case of the here particularly interesting pedestrian as a collision object negligible is.

Das mit piezoelektrischen Kristallen arbeitende erfindungsgemäße System ist in Kenntnis der Masse des Kollisionsobjektes in der Lage, dieses gewichtsmäßig zu klassifizieren, wobei zwischen dem Anprall eines anderen Fahrzeugs, eines Fußgängers und so genannten Misuse-Situationen, wie z. B. dem Aufprall von Steinen, kleinen Tieren, Schnee- und Eisbrocken, unterschieden werden kann.The system according to the invention operating with piezoelectric crystals is aware of the mass of the collision object in a position, this to classify by weight, being between the impact of another vehicle, a pedestrian and so-called misuse situations, such as B. the impact of stones, small animals, snow and ice chunks, can be distinguished.

Zur Ausbildung eines piezoelektrischen Kollisionserkennungssensors eignen sich zahlreiche nicht-zentrosymmetrische Kristalle, wie z. B. Sphalerit, Turmalin, Ammoniumchlorid oder Quarz. Bevorzugt kann für den Kollisionserkennungssensor eine in geeigneter Richtung aus einem Quarzkristall geschnittene Platte verwendet werden.to Formation of a piezoelectric collision detection sensor are suitable numerous non-centrosymmetric crystals such. Sphalerite, Tourmaline, ammonium chloride or quartz. Preferred may be for the collision detection sensor a cut in a suitable direction of a quartz crystal Plate to be used.

Da der Kristall im Allgemeinen sehr hochohmig ist und damit keinen Stromfluss zulässt, erfolgt ein Abbau der entstandenen Spannung über ein angeschlossenes Messgerät. Dabei eignet sich im Fall der hier gewünschten Sensierung des Anpralls eines Kollisionsobjekts vorteilhafterweise eine einfache Spannungsmessung, bei der die Höhe des Spannungspeak, wie sie durch den Anprall im piezoelektrischen Material generiert wird, einer direkten Impulsmessung entspricht.There The crystal is generally very high impedance and therefore no Current flow allows, a reduction of the resulting voltage takes place via a connected measuring device. there is suitable in the case of the desired here Sensing the impact of a collision object advantageously a simple voltage measurement, where the height of the voltage peak as it generated by the impact in the piezoelectric material, corresponds to a direct pulse measurement.

Eine zur Kraftmessung in der Praxis bekannte, aufwendigere Messmethode, bei der ein Quarzblättchen durch eine angelegte Wechselspannung in Schwingung versetzt und die durch Auflast veränderte Frequenz gemessen wird, ist somit bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich.A known for measuring force in practice, more complex measuring method, at the a quartz flake vibrated by an applied AC voltage and which changed by surcharge Frequency is measured, is thus not in the inventive solution required.

Anhand des gemessenen Impulses und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, welche zu jeder Zeit bekannt ist, kann die anprallende Masse berechnet und klassifiziert werden.Based the measured pulse and the speed of the vehicle, which is known at all times, the impacting mass can be calculated and be classified.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt in der Unempfindlichkeit gegenüber Verspannungen im Bereich des Kollisionserkennungssensors. Tritt beispielsweise bei einem Parkvorgang eine langsame Deformation des Stoßfängers auf, so ist die Peakhöhe des elektrischen Spannungssignals niedrig und baut sich schnell wieder ab. Selbst wenn die Verspannung dauerhaft ist, etwa durch eine Beschädigung des Stoßfängers, ist der Kollisionserkennungssensor weiterhin funktionsfähig, da nach dem Abbau der elektrischen Spannung durch die Verformung im Falle eines erneuten Anpralls wiederum ein piezoelektrischer Spannungspeak erzeugt wird.Another advantage of the system according to the invention lies in the insensitivity to tension in the region of the collision detection sensor. If, for example, during a parking process, a slow deformation of the bumper occurs, then the peak height of the electrical span is low and degrades quickly. Even if the tension is permanent, such as damage to the bumper, the collision detection sensor is still functional, because after the voltage is removed by the deformation in the event of a re-impact again a piezoelectric voltage peak is generated.

Je nach Aufbau des piezoelektrischen Kollisionserkennungssensors ist ein Kompressions-Betrieb und/oder ein Biege-Betrieb und/oder ein Scherkraft-Betrieb möglich. Bei einem Kompressionsbetrieb wird durch den Druck, welcher ein Auflastgewicht wie ein anprallendes Kollisionsobjekt auf die piezoelektrischen Kristalle ausübt, und der entlang einer sensitiven Achse beispielsweise lotrecht zu einer Grundplatte erfasst wird, ein Spannungssignal erzeugt.ever after construction of the piezoelectric collision detection sensor a compression operation and / or a bending operation and / or a Shear force operation possible. In a compression mode is by the pressure, which a Load weight like a colliding impact object on the piezoelectric Exerts crystals, and along a sensitive axis, for example, perpendicular to a base plate is detected, generates a voltage signal.

Im Biegebetrieb wird ein beispielsweise auf einer seismischen Masse angeordnetes und über eine sensitive Achse mit der Grundplatte verbundenes Piezoelement in Richtung der Grundplatte oder von dieser weg verbogen, wobei dieses Verbiegen der piezoelektrischen Kristalle zu einer elektrischen Spannung führt.in the Bending operation becomes, for example, on a seismic mass arranged and about one sensitive axis connected to the base plate piezoelectric element in Direction of the base plate or bent away from this, this being Bending the piezoelectric crystals to an electric voltage leads.

Im Scherkraft-Betrieb wird das Spannungssignal durch eine scherende Belastung des Piezoelements generiert.in the Shear force operation is the voltage signal through a shearing Load of the piezo element generated.

Generell ist jede dieser Aufbauarten für eine präzise Kollisionsobjekterkennung, wie eine Fußgängeranprallerkennung, verwendbar, jedoch erweist es sich als besonders vorteilhaft, eine Messung im Kompressions- und im Biegebetrieb bzw. in einer Kombination dieser Betriebsarten durchzuführen.As a general rule is each of these types of construction for a precise one Collision object detection, such as pedestrian impact detection, usable, However, it proves to be particularly advantageous to have a measurement in Compression and bending or in a combination of these Operating modes.

Besonders kostengünstig ist die Verwendung von scheibenförmigen Piezoelementen, wobei im Handel befindliche Piezokristallscheiben mit beidseitiger Kontaktierung und einem geringen Durchmesser von meist unter 2 cm eingesetzt werden können.Especially economical is the use of disc-shaped Piezoelectric elements, wherein commercially available piezocrystal discs with double-sided contacting and a small diameter of usually below 2 cm can be used.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn das das Piezoelement aufnehmende Grundelement wenigstens einen Träger aufweist, auf dem bzw. zwischen denen die scheibenförmigen Piezoelemente angeordnet sind. Die Träger können dabei großflächige Metall- oder Kunststoffträger mit einer Dicke von beispielsweise 1 mm bis 2 mm sein, welche geometrisch und bezüglich ihrer Größe der jeweiligen Einbauart angepasst ausgebildet sind.in this connection It is advantageous if the element receiving the piezoelectric element at least one carrier has, on or between which the disk-shaped piezo elements are arranged. The carriers can while large-scale metal or plastic carrier with a thickness of, for example, 1 mm to 2 mm, which geometric and re their size of the respective Installation type adapted adapted.

Das erfindungsgemäße System eignet sich insbesondere zur Erkennung eines Fußgängeranpralls, wobei der wenigstens eine Kollisionserkennungssensor zweckmäßigerweise ein Vorderfrontsensor ist, welche insbesondere im Bereich eines vorderen Stoßfängers des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Dabei können mehrere der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren über die Breite des Fahrzeugs verteilt angeordnet sein.The inventive system is particularly suitable for detecting a pedestrian impact, the at least a collision detection sensor expediently a front-front sensor which is particularly in the area of a front bumper of the Motor vehicle is arranged. In this case, several of the piezoelectric inventive Collision detection sensors via be arranged distributed the width of the vehicle.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Systems als Vorderfrontsensorik, bei der die Kollisionserkennungssensoren entsprechend im vorderen Teil des Kraftfahrzeuges appliziert sind und eine schnelle Erkennung eines Anpralls von vorne möglich ist, dienen die Kollisionserkennungssensoren als ausgelagerte "Satelliten", welche durch ihre Positionierung eine schnellere Auslöseentscheidung durch die Auswerte- und Steuerungseinrichtung ermöglichen, als dies bei einem in einer Fahrzeugmitte positionierten Airbagsteuergerät möglich ist.at the use of the system according to the invention as a front-front sensor, where the collision detection sensors are applied according to the front part of the motor vehicle and a quick detection of an impact from the front is possible The collision detection sensors serve as outsourced "satellites", which through their Positioning a faster triggering decision by the evaluation and control device enable than is possible with a vehicle-mounted airbag control unit.

Analog zur Verwendung als Vorderfrontsensorik kann das erfindungsgemäße System ebenfalls zur Detektion eines Seitenaufpralls verwendet werden. Hierzu werden Sensoren in bzw. an Türen des Kraftfahrzeuges, an einem Seitenschweller oder an einem Türrahmen appliziert.Analogous for use as a front-front sensor, the system according to the invention also be used to detect a side impact. For this purpose, sensors in or on doors of the motor vehicle, to a side skirts or applied to a door frame.

Das System zur Erkennung einer Kollision eines Kraftfahrzeuges gemäß der Erfindung ermöglicht auch die Erkennung eines Heckaufpralls, wenn wenigstens ein Kollisionserkennungssensor am hinteren Teil des Fahrzeugs befestigt wird. Hier ist eine Applikation an und/oder in einem hinteren Stoßfänger, an und/oder in einer Kofferraumklappe, der Karosserie oder einem Rahmenteil denkbar.The System for detecting a collision of a motor vehicle according to the invention also allows the detection of a rear impact, if at least one collision detection sensor is attached to the rear of the vehicle. Here is an application on and / or in a rear bumper, on and / or in one Boot lid, the body or a frame part conceivable.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Systems zur Erkennung einer Kollision eines Kraftfahrzeuges gemäß der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the system for detection a collision of a motor vehicle according to the invention are the description, the drawing and the claims can be removed.

In der Zeichnung sind prinzipmäßig Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Systems dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert sind.In the drawing are in principle embodiments a system according to the invention shown, which are explained in more detail in the following description.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems zur Erkennung einer Kollision des Kraftfahrzeugs; 1 a schematic plan view of a motor vehicle with essential components of a system according to the invention for detecting a collision of the motor vehicle;

2 ein schematisiertes Schnittbild eines vorderen Stoßfängers und eines Querträgers des Kraftfahrzeuges der 1 mit Kollisionserkennungssensoren, welche im Bereich des mittels Halterungen an dem Aufbau des Kraftfahrzeugs gehalterten Stoßfängers und des Querträgers angeordnet sind; und 2 a schematic sectional view of a front bumper and a cross member of the motor vehicle of 1 with collision detection sensors, which in the range of held by means of brackets on the structure of the motor vehicle shock catcher and the cross member are arranged; and

3 bis 11 jeweils ein vereinfachtes Schnittbild eines Stoßfängers und eines Querträgers eines Kraftfahrzeuges gemäß der Darstellung in 2 mit unterschiedlichen Anordnungen von Kollisionserkennungssensoren. 3 to 11 in each case a simplified sectional view of a bumper and a cross member of a motor vehicle as shown in FIG 2 with different arrangements of collision detection sensors.

In 1 ist schematisiert ein Personenkraftwagen 1 ersichtlich, bei dem auf einem die Führung der Fahrzeugräder 2A, 2B, 2C, 2D übernehmenden Fahrwerk 3 eine durch eine Federungs- und Dämpfungseinrichtung 4 gegenüber dem Fahrwerk 3 gedämpfte Karosserie 5 aufgebaut ist. Von der Karosserie 5 ist stark schematisiert ein sich im Wesentlichen über die Fahrzeugbreite erstreckender Querträger 6 gezeigt, an den sich in Vorwärtsfahrtrichtung ein vorderer Stoßfänger 7 anschließt.In 1 is schematized a passenger car 1 it can be seen, in which on a the leadership of the vehicle wheels 2A . 2 B . 2C . 2D assuming landing gear 3 one by a suspension and damping device 4 opposite the chassis 3 damped body 5 is constructed. From the body 5 is highly schematized a substantially across the vehicle width extending cross member 6 shown at the front in forward direction a front bumper 7 followed.

Der Personenkraftwagen 1 verfügt über ein System 8 zur Erkennung einer Kollision des Kraftfahrzeuges 1, wobei zwei exemplarisch dargestellte Kollisionserkennungssensoren 9 im Bereich des vorderen Stoßfängers 7 Vorderfrontsensoren darstellen, welche mit einer Auswerte- und Steuerungseinrichtung 10 verbunden sind. Die Auswerte- und Steuerungseinrichtung 10 ist des Weiteren mit seitlich in nicht näher dargestellten Türen des Kraftfahrzeuges 1 angeordneten Kollisionserkennungssensoren 11 zur Erkennung eines Seitenaufpralls und mit als Hecksensoren ausgestalteten Kollisionserkennungssensoren 12 im Bereich eines hinteren Stoßfängers 13 zur Erkennung eines Heckaufpralls verbunden.The car 1 has a system 8th for detecting a collision of the motor vehicle 1 , wherein two exemplarily shown collision detection sensors 9 in the area of the front bumper 7 Front-front sensors represent, which with an evaluation and control device 10 are connected. The evaluation and control device 10 is further with laterally not shown in detail doors of the motor vehicle 1 arranged collision detection sensors 11 to detect a side impact and designed as tail sensors collision detection sensors 12 in the area of a rear bumper 13 connected to detect a rear impact.

In Abhängigkeit der von den Kollisionserkennungssensoren 9, 11, 12 eingehenden Signale steuert die Auswerte- und Steue rungseinrichtung 10 Sicherheitsmittel an, von denen in der Prinzipskizze der 1 schematisch eine Fußgängerschutzeinrichtung 14 und eine mit der Federungs- und Dämpfungseinrichtung 4 zusammenwirkende aktive Fahrwerkregelung 15 gezeigt sind.Depending on the collision detection sensors 9 . 11 . 12 incoming signals are controlled by the evaluation and control device 10 Safety means, of which in the schematic diagram of the 1 schematically a pedestrian protection device 14 and one with the suspension and damping device 4 cooperative active suspension control 15 are shown.

Es versteht sich, dass die Auswerte- und Steuerungseinrichtung 10 mit allen ohnehin in einem modernen Fahrzeug vorhandenen Sicherheits- und Komfortsystemen verknüpft sein kann, so beispielsweise mit einer an sich bekannten Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung, welche mit auf Ultraschall-, Infrarot-, Radartechnik oder auch auf Bilderkennung basierenden Sensorsystemen ausgeführt sein kann, sowie mit Rückhaltesystemen unterschiedlichster Art, wie beispielsweise einer Fahrzeuginsassen konditionierenden Sitzverstellung und einem Airbagsteuergerät.It is understood that the evaluation and control device 10 can be linked to all existing in a modern vehicle safety and comfort systems, such as with a known vehicle environment detection device, which may be implemented with based on ultrasound, infrared, radar technology or on image recognition sensor systems, and with restraint systems various types, such as a vehicle occupant conditioning seat adjustment and an airbag control unit.

Die symbolisch gezeigte Fußgängerschutzeinrichtung 14 umfasst vorliegend Mittel zur aktiven Anhebung der Motorhaube bei Erkennung einer Kollision mit einem Fußgänger, um zwischen der Motorhaube und dem Motor ausreichenden Platz zu schaffen, damit ein Aufschlag des Fußgängers auf der Motorhaube abgefedert werden kann.The symbolically shown pedestrian protection device 14 The present invention comprises means for actively raising the bonnet upon detection of a collision with a pedestrian to provide sufficient space between the bonnet and the engine to cushion impact of the pedestrian on the bonnet.

Zur weiteren Reduzierung der Gefahr von schweren Verletzungen bei einem Fußgänger dient die Verknüpfung der Auswerte- und Steuereinrichtung 10 mit der aktiven Fahrwerkregelung 15, da hiermit das Niveau der Motorhaube auf eine für den Crashfall günstigste Höhe eingestellt werden kann.To further reduce the risk of serious injury to a pedestrian, the linkage of the evaluation and control device is used 10 with the active suspension control 15 , since hereby the level of the hood can be adjusted to a height that is most favorable for a crash.

Bei allen in der Zeichnung gezeigten Ausführungen weisen die Kollisionserkennungssensoren 9, 11, 12 piezoelektrische Kristalle aus Sphalerit, Turmalin, Ammoniumchlorid oder Quarz auf, welche als scheibenförmige Piezoelemente zwischen zwei metallischen Trägern eines Grundelementes angeordnet sind.All embodiments shown in the drawing have the collision detection sensors 9 . 11 . 12 piezoelectric crystals of sphalerite, tourmaline, ammonium chloride or quartz, which are arranged as disc-shaped piezoelectric elements between two metallic supports of a base element.

Bei den Ausführungen gemäß den 2 bis 11 sind die Träger des Grundelements und das darin aufgenommene scheibenförmige Piezoelement jeweils vereinfacht als Einheit dargestellt.In the embodiments according to the 2 to 11 the carriers of the base element and the disc-shaped piezoelectric element accommodated therein are each shown simplified as a unit.

Die 2 bis 11 zeigen unterschiedliche Anordnungen der für eine Fußgänger-Kollisionserkennung vorgesehenen frontseitigen Kollisionserkennungssensoren 9, welche vereinfach jeweils mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.The 2 to 11 show different arrangements of provided for a pedestrian collision detection front side collision detection sensors 9 , which are each denoted by the same reference numerals.

Bei allen Ausführungen der 2 bis 11 ist der vordere Stoßfänger 7 mittels Halterungen 16A, 16B an dem in den 2 bis 11 nicht näher gezeigten Fahrzeugaufbau 5 im Bereich des Querträgers 6 befestigt. In einem Zwischenraum zwischen dem Stoßfänger 7 und dem Querträger 6 ist jeweils ein Blockelement 17 aus elastischem Material, vorliegend Schaumstoff, angeordnet.In all versions of the 2 to 11 is the front bumper 7 by means of holders 16A . 16B at the in the 2 to 11 not shown in detail vehicle construction 5 in the area of the crossbeam 6 attached. In a space between the bumper 7 and the cross member 6 is each a block element 17 of elastic material, in this case foam arranged.

Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sind die piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren 9 zwischen dem Querträger 6 und dem in dem Stoßfänger 7 angeordneten Blockelement 17 aus Schaumstoff angeordnet.At the in 2 shown embodiment of the system according to the invention are the piezoelectric collision detection sensors 9 between the cross member 6 and in the bumper 7 arranged block element 17 made of foam.

In einer in 3 gezeigten Ausführungsalternative sind die piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren 9 direkt an einer Innenseite des Stoßfängers 7 in einem an die Halterung 16A bzw. 16B des Stoßfängers 7 angrenzenden Bereich angeordnet.In an in 3 The alternative embodiments shown are the piezoelectric collision detection sensors 9 directly on an inside of the bumper 7 in one to the holder 16A respectively. 16B of the bumper 7 arranged adjacent area.

Bei der Ausführungsvariante gemäß 4 ist der wenigstens eine piezoelektrische Kollisionserkennungssensor 9 direkt an dem ein Hohlprofil darstellenden Querträger 6 angeordnet, wobei hier eine Anordnung der Kollisionserkennungssensoren 9 an einer dem Stoßfänger 7 abgewandten Seite des Querträgers 6 bzw. an einer Innenseite der an das Schaumstoff-Blockelement 17 grenzenden Wandung des Querträgers 6 vorgesehen ist.In the embodiment according to 4 is the at least one piezoelectric collision detection sensor 9 directly on the a cross-profile performing cross member 6 arranged, here an arrangement of the collision detection sensors 9 at one of the bumpers 7 opposite side of the cross member 6 or on an inner side of the Foam block member 17 adjacent wall of the cross member 6 is provided.

Des Weiteren ist es gemäß einer in 5 gezeigten Ausführung möglich, dass der wenigstens eine piezoelektrische Kollisionserkennungssensor 9 zwischen der Innenseite des Stoßfängers 7 und dem in diesem angeordneten Schaumstoff-Blockelement 17 angeordnet ist.Furthermore, it is according to a in 5 shown embodiment possible that the at least one piezoelectric collision detection sensor 9 between the inside of the bumper 7 and the foam block member disposed therein 17 is arranged.

In 6 ist eine weitere Anordnungsmöglichkeit der piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren 9 gezeigt, wobei die Kollisionserkennungssensoren 9 direkt an der Halterung 16A bzw. 16B des Stoßfängers 7 auf einer dem Stoßfänger 7 abgewandten Seite derselben angeordnet sind.In 6 is another arrangement possibility of piezoelectric collision detection sensors 9 shown, with the collision detection sensors 9 directly on the holder 16A respectively. 16B of the bumper 7 on a bumper 7 opposite side of the same are arranged.

Die 7 zeigt eine Anbringung der piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren 9 in einem Spalt zwischen dem Stoßfänger 7 und seiner Halterung 16A bzw. 16B.The 7 shows an attachment of the piezoelectric collision detection sensors 9 in a gap between the bumper 7 and its holder 16A respectively. 16B ,

Die piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren 9 können auch, wie in 8 gezeigt, an und/oder in dem Schaumstoff-Blockelement 17 angeordnet sein.The piezoelectric collision detection sensors 9 can also, as in 8th shown, on and / or in the foam block element 17 be arranged.

Eine weitere Anordnungsmöglichkeit des wenigstens einen piezoelektrischen Kollisionserkennungssensors 9 zeigt 9, wobei der hierin gezeigte Kollisionserkennungssensor 9 zwischen dem in dem Stoßfänger 7 angeordneten Schaumstoff-Blockelement 17 und der an das Schaumstoff-Blockelement 17 grenzenden Halterung 16B des Stoßfängers 7 angeordnet ist.Another possible arrangement of the at least one piezoelectric collision detection sensor 9 shows 9 wherein the collision detection sensor shown herein 9 between the one in the bumper 7 arranged foam block element 17 and the foam block element 17 adjacent bracket 16B of the bumper 7 is arranged.

Wenn der Stoßfänger 7 und der Querträger 6 aneinander grenzende Wandungen aufweisen, ist auch eine Anordnung der piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren 9 zwischen der dem Querträger 6 zugewandten Wand des Stoßfängers 7 und der dem Stoßfänger 7 zugewandten Wand des Querträgers 6 zweckmäßig.If the bumper 7 and the cross member 6 Having adjoining walls is also an arrangement of the piezoelectric collision detection sensors 9 between the cross member 6 facing wall of the bumper 7 and the bumper 7 facing wall of the cross member 6 appropriate.

Sofern die Halterung 16A bzw. 16B des Stoßfängers 7 an den Querträger 6 grenzt, bietet sich auch eine in 11 gezeigte Anordnung der piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren 9 zwischen der Halterung 16A bzw. 16B des Stoßfängers 7 und dem Querträger 6 an.Unless the bracket 16A respectively. 16B of the bumper 7 to the cross member 6 is also an in 11 shown arrangement of the piezoelectric collision detection sensors 9 between the bracket 16A respectively. 16B of the bumper 7 and the cross member 6 at.

Die gezeigten Anbringungsmöglichkeiten für die piezoelektrischen Kollisionserkennungssensoren beziehen sich sämtlich auf den gezeigten vorderen Stoßfänger 7. Es versteht sich jedoch, dass bei einer vergleichbaren Gestaltung des hinteren Stoßfängers auch die Hecksensoren 12 analog angeordnet werden können.The attachment possibilities shown for the piezoelectric collision detection sensors all relate to the front bumper shown 7 , It is understood, however, that in a comparable design of the rear bumper and the rear sensors 12 can be arranged analogously.

Claims (19)

System zur Erkennung einer Kollision eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens einem piezoelektrischen Kollisionserkennungssensor und einer Auswerte- und Steuerungseinrichtung, welche in Abhängigkeit der von dem wenigstens einen Kollisionserkennungssensor eingehenden Signale Sicherheitsmittel ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerungseinrichtung 10 mittels der an piezoelektrischen Kristallen des Kollisionserkennungssensors (9, 11, 12) in Folge einer Kollision anliegenden Spannung und der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Masse eines Kollisionsobjektes ermittelt, dieses unter Verwendung der Masse klassifiziert und der jeweiligen Klasse des Kollisionsobjekts zugeordnete Sicherheitsmittel 14 aktiviert.System for detecting a collision of a motor vehicle with at least one piezoelectric collision detection sensor and an evaluation and control device, which controls in response to incoming from the at least one collision detection sensor signals security means, characterized in that the evaluation and control device 10 by means of piezoelectric crystals of the collision detection sensor ( 9 . 11 . 12 ) determines a mass of a collision object as a result of a voltage applied to the collision and the vehicle speed, this safety means classified using the mass and safety means assigned to the respective class of the collision object 14 activated. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor ein Vorderfrontsensor (9) ist, welcher insbesondere im Bereich eines Stoßfängers (7) des Kraftfahrzeuges (1), welcher an einem Querträger (6) des Kraftfahrzeuges (1) angeordnet und mittels wenigstens einer Halterung (16A, 16B) an dem Aufbau (5) des Kraftfahrzeuges (1) gehaltert ist, angeordnet ist.System according to claim 1, characterized in that at least one collision detection sensor is a front-front sensor ( 9 ), which in particular in the area of a bumper ( 7 ) of the motor vehicle ( 1 ), which on a cross member ( 6 ) of the motor vehicle ( 1 ) and by means of at least one holder ( 16A . 16B ) on the structure ( 5 ) of the motor vehicle ( 1 ) is arranged, is arranged. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor 9 zwischen dem Querträger (6) und einem in dem Stoßfänger (7) angeordneten Blockelement (17) aus elastischem Material, insbesondere aus Schaumstoff, angeordnet ist.System according to claim 2, characterized in that at least one collision detection sensor 9 between the crossbeam ( 6 ) and one in the bumper ( 7 ) block element ( 17 ) made of elastic material, in particular of foam, is arranged. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) an einer Innenseite des Stoßfängers (7), vorzugsweise im Bereich der wenigstens einen Halterung (16A, 16B) des Stoßfängers (7), angeordnet ist.System according to claim 2 or 3, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) on an inside of the bumper ( 7 ), preferably in the region of the at least one holder ( 16A . 16B ) of the bumper ( 7 ) is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) an dem Querträger (6), insbesondere an einer dem Stoßfänger (7) abgewandten Seite des Querträgers (6), angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 4, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) on the cross member ( 6 ), in particular on a bumper ( 7 ) facing away from the cross member ( 6 ) is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) zwischen dem Stoßfänger (7) und einem in diesem angeordneten Blockelement (17) aus elastischem Material, insbesondere aus Schaumstoff, angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 5, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) between the bumper ( 7 ) and a block element arranged therein ( 17 ) made of elastic material, in particular of foam, is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) an der wenigstens einen Halterung (16A, 16B) des Stoßfängers (7), insbesondere an einer dem Stoßfänger (7) abgewandten Seite derselben, angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 6, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) on the at least one holder ( 16A . 16B ) of the bumper ( 7 ), in particular on a bumper ( 7 ) facing away from the same, is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) zwischen dem Stoßfänger (7) und seiner wenigstens einen Halterung (16A, 16B) angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 7, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) between the bumper ( 7 ) and its at least one holder ( 16A . 16B ) is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) an oder in einem in dem Stoßfänger (7) angeordneten Blockelement (17) aus elastischem Material, insbesondere aus Schaumstoff, angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 8, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) on or in one of the bumpers ( 7 ) block element ( 17 ) made of elastic material, in particular of foam, is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) zwischen einem in dem Stoßfänger (7) angeordneten Blockelement (17) aus elastischem Material, insbesondere aus Schaumstoff, und der wenigstens einen Halterung (16B) des Stoßfängers (7) angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) between one in the bumper ( 7 ) block element ( 17 ) made of elastic material, in particular of foam, and the at least one holder ( 16B ) of the bumper ( 7 ) is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) zwischen einer an den Querträger (6) grenzenden Wandung des Stoßfängers (7) und dem Querträger (6) angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 10, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) between one to the cross member ( 6 ) adjacent wall of the bumper ( 7 ) and the cross member ( 6 ) is arranged. System nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor (9) zwi schen der wenigstens einen Halterung (16A, 16B) des Stoßfängers (7) und dem Querträger (6) angeordnet ist.System according to one of claims 2 to 11, characterized in that at least one collision detection sensor ( 9 ) between the at least one holder ( 16A . 16B ) of the bumper ( 7 ) and the cross member ( 6 ) is arranged. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor ein Fahrzeugseitensensor (11) zur Erkennung eines Seitenaufpralls ist.System according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least one collision detection sensor, a vehicle side sensor ( 11 ) is to detect a side impact. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kollisionserkennungssensor ein Hecksensor (12) zur Erkennung eines Heckaufpralls ist.System according to one of claims 1 to 13, characterized in that at least one collision detection sensor, a rear sensor ( 12 ) is to detect a rear impact. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Kristalle ein vorzugsweise scheibenförmiges Piezoelement bilden, welches über eine sensitive Achse, an der eine Druckbeanspruchung und/oder Biegebeanspruchung und/oder Scherbeanspruchung des Piezoelements erfasst wird, mit einem Grundelement verbunden ist.System according to one of claims 1 to 14, characterized the piezoelectric crystals are a preferably disk-shaped piezoelement make over a sensitive axis, at which a compressive stress and / or bending stress and / or shear stress of the piezoelectric element is detected with connected to a primitive. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement wenigstens einen Träger aufweist, an dem das wenigstens eine Piezoelement angeordnet ist.System according to claim 15, characterized in that the base element has at least one support on which the at least a piezoelectric element is arranged. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus Metall oder Kunststoff und dem Einbauort angepasst ausgebildet ist.System according to claim 16, characterized that the carrier made of metal or plastic and adapted to the installation site is. System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Kristalle Sphalerit, Turmalin, Ammoniumchlorid oder Quarz sind.System according to one of claims 1 to 17, characterized that the piezoelectric crystals sphalerite, tourmaline, ammonium chloride or quartz are. System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsmittel eine Fußgängerschutzeinrichtung (14, 15) umfassen.System according to one of claims 1 to 18, characterized in that the security means a pedestrian protection device ( 14 . 15 ).
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