DE112005002442B4

DE112005002442B4 - Zusammenstoßsensor

Info

Publication number: DE112005002442B4
Application number: DE112005002442.3T
Authority: DE
Inventors: Bengt Allan Bergvall
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Veoneer Sweden AB
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: US7836998B2; GB2418989A; GB0422183D0; US20080315568A1; DE112005002442T5; WO2006038841A1

Abstract

Aufprallsensor zum Abfühlen eines Aufpralls in ein Fahrzeug, wobei der Sensor ein langgestrecktes nachgiebiges Element (12) und eine Halteanordnung (10), um die gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements (12) direkt an der Außenhaut (9) des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, umfasst, wobei das nachgiebige Element (12) im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs ist, wobei die Steifheit und die Masse des nachgiebigen Elements (12) so ausgewählt sind, dass bei seiner Resonanzfrequenz für eine vollständige Schwingung des Elements (12) eine Periode von wenigstens 2 Millisekunden erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Element (12) mit einer Sensoranordnung (17, 18) versehen ist, die auf eine Biegung des nachgiebigen Elements (12) reagiert, um in Reaktion darauf, dass das nachgiebige Element (12) gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zusammenstoßsensor und insbesondere auf einen Zusammenstoßsensor zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
Es ist zuvor vorgeschlagen worden, in einem Kraftfahrzeug verschiedene Typen eines Zusammenstoßsensors vorzusehen. Üblicherweise erzeugen die Zusammenstoßsensoren Ausgangssignale, die dazu verwendet werden, den Einsatz von Sicherheitsvorrichtungen wie etwa Airbags oder Straffern, die Sicherheitsgurte straffen, zu steuern.
Es ist bekannt, dass ein Zusammenstoßsensor, der sich in der Nähe der Außenhaut des Fahrzeugs befindet, einen Zusammenstoß schneller erfasst als ein zentraler Beschleunigungsmesser, der an dem Fahrwerk des Fahrzeugs befestigt ist.
Viele Fahrzeuge sind außer mit einem zentralen Beschleunigungsmesser mit Sensoren versehen, die sich in den Türen oder in anderen Teilen auf der Seite des Fahrzeugs und außerdem in dem Bereich der vorderen und hinteren Stoßstangen oder Kotflügel des Fahrzeugs befinden.
Wenn die Sensoren, die sich in der Nähe der Außenhaut des Fahrzeugs befinden, Beschleunigungsmesser sind, werden diese Beschleunigungsmesser einer hohen Beschleunigung ausgesetzt, wenn dieser Teil der Außenhaut bei einem Zusammenstoß verformt wird. Allerdings repräsentiert das Beschleunigungsmessersignal die Beschleunigung des Beschleunigungsmessergehäuses, das sich nur an einem Punkt an der Außenhaut des Fahrzeugs befindet, wobei die Beschleunigung an einem Punkt insbesondere dann, wenn es einen Aufprall mit einem verhältnismäßig kleinen Objekt wie etwa z. B. mit einer Straßenlaterne oder mit einem Lampenmast gibt, sehr verschieden von der Beschleunigung an einem benachbarten Punkt sein kann.
Da die Außenhaut des Fahrzeugs verhältnismäßig weich ist, veranlasst ein Aufprall in einer typischen Situation, dass die Außenhaut des Fahrzeugs ihre Geschwindigkeit ändert, sodass die Außenhaut ihre Absolutgeschwindigkeit während höchstens weniger Millisekunden von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu der Geschwindigkeit des Aufprallobjekts ändert. Somit fühlt ein Beschleunigungsmesser, der benachbart zu der Haut des Fahrzeugs angebracht ist, in einer typischen Aufprallsituation einen sehr hohen Beschleunigungsimpuls.
Zum Beispiel fühlt ein zentral angebrachter Beschleunigungsmesser, der an dem Fahrwerk des Fahrzeugs angebracht ist, die Beschleunigung in einer Aufprallsituation viel später als ein Beschleunigungsmesser, der sich benachbart zu der Außenhaut des Fahrzeugs in dem Bereich des Aufpralls befindet. Der Grund dafür ist, dass das Fahrwerk des Fahrzeugs in vielen Aufprallsituationen erst wesentlich beschleunigt oder verzögert, wenn eine ”Knautschzone” geknautscht worden ist und einen Teil der Energie des Aufpralls absorbiert hat.
Ein Aufprallsensor mit einem Beschleunigungssensor ist beispielsweise aus DE 100 40 113 A1 bekannt.
Üblicherweise wird eine Sicherheitsvorrichtung wie etwa ein Airbag oder ein Sicherheitsgurtvorstraffer in Reaktion darauf ausgelöst, dass das integrierte Beschleunigungssignal von einem oder von mehreren Beschleunigungsmessern einen vorgegebenen Schwellenpegel übersteigt. Das heißt, dass keine Auslösung der Sicherheitsvorrichtung auftritt, falls die Aufprallgeschwindigkeit niedrig ist.
Um einen optimalen Reaktionsgrad sicherzustellen, sollte ein Fahrzeug mit einem zentralen Beschleunigungsmesser und außerdem mit Beschleunigungsmessern, die sich in allen Bereichen des Fahrzeugs, wo ein Aufprall auftreten könnte, benachbart zu der Außenhaut des Fahrzeugs befinden, versehen sein. Falls die Sensoren, die sich benachbart zu der Außenhaut des Fahrzeugs befinden, Beschleunigungsmesser sind, wird eine wesentliche Anzahl von Beschleunigungsmessern benötigt, was teuer ist.
Die vorliegende Erfindung soll eine verbesserte Zusammenstoßsensoranordnung schaffen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Aufprallsensor zum Abfühlen eines Aufpralls in einem Fahrzeug geschaffen, wobei der Sensor ein langgestrecktes nachgiebiges Element und eine Halteanordnung umfasst, um die gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements direkt an der Außenhaut des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, wobei das nachgiebige Element im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut des Fahrzeugs ist, wobei das nachgiebige Element mit einer Sensoranordnung versehen ist, die auf eine Biegung des nachgiebigen Elements reagiert, um in Reaktion darauf, dass das nachgiebige Element gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen, wobei die Steifheit und die Masse des nachgiebigen Elements so ausgewählt sind, dass bei seiner Resonanzfrequenz für eine vollständige Schwingung des Elements eine Periode von wenigstens 2 Millisekunden erzielt wird.
Vorzugsweise liegt die Periode für eine vollständige Schwingung zwischen 5 Millisekunden und 20 Millisekunden.
Zweckmäßig sind die Halter an den gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements durch eine Entfernung von wenigstens 50 Millimetern voneinander beabstandet.
Vorzugsweise sind die Halter durch eine Entfernung zwischen 100 und 300 Millimetern voneinander beabstandet.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Aufprallsensor zum Abfühlen eines Zusammenstoßes in einem Fahrzeug geschaffen, wobei der Sensor ein langgestrecktes nachgiebiges Element und einen Halter, dessen gegenüberliegende Enden eine Anordnung aufweisen, um das nachgiebige Element direkt an der Außenhaut des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, wobei das nachgiebige Element im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut des Fahrzeugs ist, umfasst, wobei das nachgiebige Element mit einer Sensoranordnung versehen ist, die auf die Biegung des nachgiebigen Elements reagiert, um in Reaktion darauf, dass das nachgiebige Element gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen, wobei die Entfernung zwischen den Haltern wenigstens 50 Millimeter beträgt.
Vorzugsweise beträgt die Entfernung zwischen den Haltern zwischen 100 und 300 Millimetern.
Zweckmäßig sind die Steifheit und die Masse des nachgiebigen Elements so ausgewählt, dass bei seiner Resonanzfrequenz für eine vollständige Schwingung des Elements eine Periode von wenigstens 2 Millisekunden erzielt wird.
Der Sensor kann in einem Fahrzeug angebracht sein.
Zweckmäßig bildet der Sensor einen Teil eines Streifens, der durch eine Vielzahl von im Wesentlichen gleichen Sensoren gebildet ist.
Vorzugsweise ist ein einzelnes nachgiebiges Element vorgesehen, das eine Vielzahl von langgestreckten nachgiebigen Elementen der Sensoren in dem Streifen von Sensoren bildet.
Zweckmäßig ist das einzelne nachgiebige Element mit einer schwachen mechanischen Kopplung zwischen benachbarten Sensoren versehen.
Vorzugsweise ist die schwache mechanische Kopplung durch eine Vielzahl von Einschnitten gebildet, die von den gegenüberliegenden Seiten des nachgiebigen Elements ausgehen.
Vorteilhaft umfasst die Sensoranordnung Widerstände, die an den gegenüberliegenden Seiten des nachgiebigen Elements angebracht sind, und einen Prozessor zum Verarbeiten von Signalen von den Widerständen.
Vorteilhaft ist jeder Sensor auf jeder Seite des nachgiebigen Elements mit einem Widerstand versehen, wobei die Widerstände so verbunden sind, dass sie einen Spannungsteiler bilden, an dem eine Quelle des Potentials befestigt ist, wobei von der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen ein Abgriff genommen ist, der mit dem Prozessor verbunden ist.
Zweckmäßig ist jeder Sensor auf jeder Seite des nachgiebigen Elements mit zwei Widerständen versehen, wobei die Widerstände als eine Wheatstone-Brücke verbunden sind.
Vorzugsweise ist jeder Widerstand durch eine Leiterbahn gebildet, die auf einer Fläche des nachgiebigen Elements gebildet ist.
Zweckmäßig ist das nachgiebige Element eine Leiterplatte.
In einer Ausführungsform umfasst das nachgiebige Element einen in Wärme ausgehärteten verstärkten Harzkern mit Leiterbahnen, die auf jeder der zwei gegenüberliegenden Flächen des Kerns gebildet sind.
In einer Ausführungsform sind die Halter einteilig mit einem Rohr gebildet, wobei das nachgiebige Element innerhalb des Rohrs angebracht ist.
Vorzugsweise ist die Bewegung des Mittelteils des nachgiebigen Elements, der sich zwischen den Haltern befindet, in einer Richtung beschränkt, um eine vollständige Schwingung zu verhindern.
Zweckmäßig befindet sich benachbart zu einer Fläche des nachgiebigen Elements eine Dämpfungsschicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Aufprallsensor zum Abfühlen eines Aufpralls in einem Fahrzeug geschaffen, wobei der Sensor ein langgestrecktes nachgiebiges Element und eine Halteanordnung, um die gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements direkt an der Außenhaut des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, umfasst, wobei das nachgiebige Element im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut des Fahrzeugs ist, wobei das nachgiebige Element mit einer Sensoranordnung versehen ist, die auf eine Biegung des nachgiebigen Elements reagiert, um in Reaktion darauf, dass das nachgiebige Element gebogen wird, wenigstens ein Biegesignal zu erzeugen, wobei der Sensor ferner ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Biegesignal einen Schwellenwert übersteigt, sodass kein Ausgangssignal erzeugt wird, falls die Aufprallgeschwindigkeit unter einem vorgegebenen Geschwindigkeitsschwellenwert liegt oder falls die Verformung der Außenhaut unter einem vorgegebenen Verformungsschwellenwert liegt.
Vorzugsweise ist die Eigenschwingungsperiode des nachgiebigen Elements T₀ näherungsweise das Vierfache der Zeitdauer zwischen dem Moment des Aufpralls und dem spätestmöglichen Moment, der dem Geschwindigkeitsschwellenwert zum Erzeugen des Ausgangssignals entspricht.
Zweckmäßig wird bei Verwendung in Reaktion auf eine Bewegung des Mittelteils des nachgiebigen Elements über einen Biegeschwellenwert hinaus, der zwischen 3 und 30 mm beträgt, ein Ausgangssignal erzeugt.
Vorzugsweise liegt der Geschwindigkeitsschwellenwert zwischen 15 und 60 Kilometern pro Stunde.
Zweckmäßig gibt es benachbart zu wenigstens einer Seite des nachgiebigen Elements einen Freiraum von wenigstens 5 Millimetern.
Der Sensor kann an der Tür, an der Seite, vorn oder hinten an einem Fahrzeug angebracht sein.
Vorzugsweise ist der Sensor direkt an der Außenhaut eines Fahrzeugs angebracht.
Alternativ kann der Sensor an einem Innenverstärkungselement angebracht sein, wobei das Innenverstärkungselement unmittelbar benachbart zu der Haut eines Fahrzeugs angebracht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Aufprallsensorsystem zum Abfühlen eines Aufpralls in einem Fahrzeug geschaffen, wobei das Aufprallsensorsystem einen langgestreckten nachgiebigen Streifen umfasst, wobei der Streifen zwei oder mehr langgestreckte nachgiebige Elemente umfasst, die entlang des Streifens verteilt sind, wobei jedes Element mit einer Halteanordnung versehen ist, um die gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements direkt an der Außenhaut des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, wobei das nachgiebige Element im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut des Fahrzeugs ist, wobei der nachgiebige Streifen mit einer oder mit mehreren Sensoranordnungen versehen ist, die jeweils auf die Biegung eines oder mehrerer nachgiebiger Elemente reagieren, um in Reaktion darauf, dass wenigstens ein nachgiebiges Element gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen.
Vorzugsweise ist jedes nachgiebige Element mit einer oder mit den Sensoranordnungen versehen.
Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann und ihre weiteren Merkmale gewürdigt werden können, wird die Erfindung nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Teilansicht einer Tür eines Fahrzeugs ist, die mit einer Zusammenstoßsensoranordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung versehen ist,
2 eine vertikale Schnittansicht durch die Tür ist, die einen Teil einer Sensoreinheit zeigt,
3 eine Aufrissansicht von dem Innern der Tür ist, die die Sensoreinheiten veranschaulicht,
4 eine horizontale Schnittsicht von oben durch die Tür ist, die die Sensoreinheiten aus 3 zeigt,
5 eine Ansicht eines Teils einer Leiterplatte ist, die bei der Bildung der Sensoreinheiten der 2 bis 4 verwendet wird,
6 eine Ansicht der anderen Seite der Leiterplatte ist, die in 5 zu sehen ist,
7 eine Schnittansicht durch die Leiterplatte der 5 und 6 ist,
8 eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer typischen Signalbahn ist, wie sie auf der Leiterplatte der 5 bis 7 zu sehen ist,
9 ein Blockschaltplan ist, der drei Sensoreinheiten und die zugeordnete Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung zeigt,
10 eine Ansicht ist, die 2 entspricht, aber eine geänderte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
11 eine Ansicht einer Seite einer weiteren Leiterplatte ist,
12 eine Ansicht der anderen Seite der Leiterplatte aus 11 ist,
13 eine Schnittansicht der Leiterplatte der 11 und 12 ist,
14 ein Blockschaltplan ist, der die Widerstände veranschaulicht, die auf der Leiterplatte der 11 bis 13 vorhanden sind,
15 eine schematische Ansicht einer Vielzahl von Sensoreinheiten ist, die mit einem festen Objekt zusammenprallen,
16 eine 15 entsprechende Ansicht ist, die die Sensoreinheiten kurz nach dem Aufprall aus 15 veranschaulicht,
17 eine graphische Darstellung ist, die für Erläuterungszwecke gegeben wird,
18 eine graphische Darstellung ist, die für Erläuterungszwecke gegeben wird,
19 eine graphische Darstellung ist, die für Erläuterungszwecke gegeben wird,
20 eine graphische Darstellung ist, die für Erläuterungszwecke gegeben wird,
21 eine weitere graphische Darstellung ist, die für Erläuterungszwecke gegeben wird,
22 eine andere graphische Darstellung ist, die für Erläuterungszwecke gegeben wird, und
23 eine nochmals andere graphische Darstellung ist, die für Erläuterungszwecke gegeben wird.
1 veranschaulicht eine Tür 1 eines Fahrzeugs, die mit einer Sensoranordnung zum Abfühlen eines Seitenaufpralls versehen ist. Die Sensoranordnung in der veranschaulichten Tür besteht aus zwei langgestreckten Streifen 2, 3, wobei der erste Streifen 2 zwei Sensoreinheiten 4, 5 umfasst und der zweite Streifen drei Sensoreinheiten 6, 7, 8 umfasst.
Die Streifen sind in dieser Ausführungsform horizontal in der Seitentür angeordnet und vertikal voneinander beabstandet, sodass sich die Tür in dem Bereich wenigstens einer der Sensoreinheiten 4 bis 8 verformt, falls ein Seitenaufprall auftritt.
Nunmehr zu den 2 bis 8 übergehend sollte gewürdigt werden, dass die Sensoreinheiten 4 bis 8 der Streifen 2, 3 direkt an der Innenoberfläche der äußersten Haut 9 der Tür angebracht sind. Die äußerste Haut wird aus verhältnismäßig dünnem Blech oder in einigen Fahrzeugen aus einer verhältnismäßig dünnen Kunststoffplatte gebildet, sodass sich die Außenhaut des Fahrzeugs in einer Seitenaufprallsituation leicht verformt. An der Haut 9 sind eine Vielzahl von Haltearmen 10 direkt angebracht, die von der Haut 9 der Tür nach innen verlaufen, wobei die Halter 10 in zwei parallelen Reihen angeordnet sind. Die Halter in jeder der Reihen sind quer aufeinander ausgerichtet. Jeder Halter 10 hat benachbart zu seinem freien Ende einen offenen Schlitz oder eine Aussparung 11, der/die zu dem anderen quer ausgerichteten Halter gerichtet ist.
In den Haltern ist eine einzelne Leiterplatte 12 mit einer langgestreckten rechteckigen Form angebracht, wobei die Kanten der Leiterplatte in den Schlitzen oder Aussparungen 11 der Halter 10 aufgenommen sind. Somit sind die Reihen der Halter 10 selbstverständlich durch eine Entfernung, die im Wesentlichen die gleiche wie die Breite der Leiterplatte 12 ist, voneinander beabstandet.
Die Leiterplatte 12 ist in drei Bereiche unterteilt, die die Sensoreinheiten 6, 7 und 8 bilden. Benachbart zu den vier Ecken jedes der drei Bereiche ist ein Halter 10 vorgesehen.
Die Leiterplatte 12 ist eine zweiseitig kaschierte Leiterplatte, wobei die Leiterplatte, wie aus den 3 und 4 zu sehen ist, an jeder der zwei gegenüberliegenden Flächen der Leiterplatte mit Widerständen versehen ist. Folglich sind in dem Teil der Leiterplatte, der der Sensoreinheit 6 entspricht, zwei Widerstände R1, R2 auf den gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte vorgesehen. In dem Teil der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 7 bildet, sind auf den gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte die Widerstände R3 und R4 vorgesehen und in dem Teil der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 8 bildet, sind die Widerstände R5 und R6 vorgesehen. Die Widerstände haben die Form von ”Dehnungsmessstreifen”-Widerständen, d. h. von Widerständen, deren Widerstandswert sich bei Durchbiegung der Leiterplatte ändert.
Die Halter 10 haben eine solche Länge, dass sich die Leiterplatte an ihrem Mittelpunkt in beiden Richtungen wenigstens um 5 mm biegen kann. Somit sind auf jeder Seite der Leiterplatte wenigstens 5 mm Freiraum vorgesehen.
Die 5 und 6 veranschaulichen einen Endteil der Leiterplatte 12, wobei sie den Teil der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 8 bildet, und einen Abschnitt der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 7 bildet, veranschaulichen.
Zunächst wird angemerkt, dass die Leiterplatte in dem Übergangsbereich 13 zwischen den Teilen der Leiterplatte, die die Sensoreinheit 8 und die Sensoreinheit 7 bilden, mit zwei voneinander beabstandeten Einschnitten 14, 15, die von einer Seitenkante der Platte über mehr als die Hälfte der Leiterplatte verlaufen, und an einer Stelle zwischen diesen zwei Einschnitten mit einem weiteren Einschnitt 16, der von der anderen Seitenkante der Leiterplatte über die Hälfte der Leiterplatte verläuft, versehen ist. Die Einschnitte 14, 15 und 16 sind in einem Teil der Leiterplatte vorgesehen, der sich zwischen den Haltern 10, die den Bereich 8 der Leiterplatte halten, der die Sensoreinheit 8 bildet, und den Haltern 10, die den Teil der Leiterplatte halten, der die Sensoreinheit 7 bildet, befindet. Die Einschnitte sind so vorgesehen, dass sie zwischen dem Teil der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 8 bildet, und dem Teil der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 7 bildet, eine Kopplung mit niedriger mechanischer Festigkeit bilden, sodass eine Verformung des Teils der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 8 bildet, z. B. nicht auf jenen Teil der Leiterplatte übertragen wird, der die Sensoreinheit 7 bildet.
Wie aus den 5 und 6 zu sehen ist, sind die gegenüberliegenden Flächen der Leiterplatte mit komplementären Leiterbahnen 17, 18 versehen. Die Leiterbahnen definieren die oben anhand von 4 beschriebenen Widerstände R1 bis R6, wobei an einem Ende der Leiterplatte Kontakte vorgesehen sind, die ermöglichen, dass mit den auf der Leiterplatte vorhandenen Widerständen eine Schaltungsanordnung verbunden wird, die im Folgenden anhand von 9 beschrieben wird.
Wie aus 7 der beigefügten Zeichnung zu sehen ist, ist die Leiterplatte mit einem zentralen planaren Substrat oder ”Kern” 19 versehen, das/der aus einem glasfaserverstärkten Phenolharz gebildet ist. Jede Seite der Leiterplatte ist mit einer Beschichtung 20, 21 aus Kupfer versehen. Die Dicke des Substrats oder Kerns kann 1,6 mm sein und die Dicke der Kupferschicht kann 18 Mikrometer sein.
Die wie in den 5 und 6 gezeigten Leiterbahnen 17, 18 werden unter Verwendung herkömmlicher Ätztechniken gebildet. Wie in 8 gezeigt ist, kann jede Leiterbahn eine Breite von 0,2 mm haben. Der Abstand zwischen benachbarten parallelen Teilen der Leiterbahn kann ebenfalls 0,2 mm sein.
Nunmehr übergehend zu 9 sind die Widerstände R1 und R2 selbstverständlich zwischen einer positiven Schiene, die eine positive Spannung von 5 Volt führen kann, und Masse in Reihe geschaltet. An der Verbindungsstelle der zwei Widerstände ist ein Abgriff U1 vorgesehen. Ähnlich sind die Widerstände R3 und R4, wieder mit einem Abgriff U2 an der Verbindungsstelle zwischen den zwei Widerständen, zwischen die positive Schiene und Masse geschaltet. Schließlich sind die Widerstände R5 und R6 zwischen der positiven Schiene und Masse in Reihe geschaltet, wobei an der Verbindungsstelle zwischen den zwei Widerständen ein weiterer Abgriff U3 vorgesehen ist. Jeder Abgriff ist mit einem jeweiligen Schwellenwertsensor 22, 23, 24 versehen, um abzufühlen, wann das an dem jeweiligen Abgriff vorhandene Potential einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Die Schwellenwertdetektoren 22 bis 24 sind mit einem Prozessor 25 verbunden, der einen Zusammenstoßalgorithmus ausführt. Es können weitere Zusammenstoßsensoren 26 vorgesehen sein, die ebenfalls Daten an den Prozessor 25 liefern. Der Prozessor 25 steuert eine Sicherheitsvorrichtung 27 wie etwa z. B. einen Airbag oder eine Sicherheitsgurtvorstraffung.
Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, wird die Haut 9 des Fahrzeugs schnell verformt, falls ein Seitenaufprall auftritt. Falls der Seitenaufprall z. B. in dem Bereich der Sensoreinheit 8 auftritt, werden die Halter 10, die die Sensoreinheit 8 halten, relativ zur Achse des Fahrzeugs mit einer sehr wesentlichen Beschleunigung nach innen getrieben. Folglich bewegen sich die vier Ecken jenes Teils der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 8 bildet, zur Mitte des Fahrzeugs nach innen, während der Mittelteil jenes Bereiches der Leiterplatte wegen der Trägheit dazu neigt, feststehen zu bleiben. Folglich beugt oder biegt sich die Leiterplatte und vibriert mit ihrer Eigenresonanzfrequenz. Da die Widerstände Dehnungsmessstreifen-Widerstände sind, veranlasst die Biegung der Leiterplatte, dass sich der Widerstandswert der Widerstände R5 und R6 ändert. Die Änderung des Widerstandswerts der Widerstände R5 und R6 veranlasst, dass sich das Ausgangspotential an dem Abgriff U3 ändert und einen Schwellenwert übersteigt, falls der Aufprall eine vorgegebene Stärke derart hat, dass die Leiterplatte in einem vorgegebenen Umfang verformt wird. Falls das Potential am Abgriff U3, wie durch den Schwellenwertsensor 24 abgefühlt wird, den Schwellenwert übersteigt, wird ein geeignetes Signal an den Prozessor 25 übergeben, der den Zusammenstoßalgorithmus ausführt. Somit empfängt der Prozessor 25 Daten, die einen Aufprall mit einer vorgegebenen Schwere in dem Bereich der Sensoreinheit 8 angeben. Der Prozessor 25, der üblicherweise ebenfalls Daten von anderen Zusammenstoßsensoren 26 verwendet, bestimmt, ob irgendeine bestimmte in dem Fahrzeug vorhandene Sicherheitsvorrichtung 27 betätigt werden sollte, und kann außerdem das Wesen des Einsatzes dieser Sicherheitsvorrichtung bestimmen.
Nunmehr übergehend zu 10, ist eine geänderte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In der Ausführungsform aus 10 ist der Sensor nicht an der Haut 9 der Fahrzeugtür angebracht, sondern stattdessen an einem Innenverstärkungsträger 30 angebracht. Allerdings befindet sich der Träger 30 benachbart zur Haut des Fahrzeugs. In der Ausführungsform aus 10 ist die Leiterplatte 12 in einem Rohr 31 mit rechteckigem Querschnitt untergebracht. Das Rohr 31 ist an voneinander beabstandeten Punkten mit nach innen gerichteten Nasen 32 versehen, die an der oberen und an der unteren Seitenwand 33, 34 des Rohrs gebildet sind. Die Nasen 32 befinden sich an den Stellen, die den Stellen der Halter 10 in der besonders anhand der 2 bis 4 veranschaulichten Ausführungsform entsprechen. Die Nasen sind von der Stirnwand 35, die zwischen den Seitenwänden 33, 34 verläuft, beabstandet. Die Nasen halten die Leiterplatte in einer zur Stirnwand 35 des Rohrs benachbarten Stellung, die fern von dem Träger 30 ist. Allerdings liegt zwischen der Leiterplatte 12 und dieser Stirnwand 35 des Rohrs ein langgestrecktes Polster 36 aus vibrationsdämpfendem Material. Das Polster 36 kann teilweise in einer in der Innenfläche der Stirnwand 35 gebildeten Aussparung aufgenommen sein. Auf einer Seite der Leiterplatte gibt es wenigstens 5 mm lichten Raum, sodass sich die Leiterplatte biegen kann.
Es sollte gewürdigt werden, dass der Sensor der Ausführungsform aus 10 im Wesentlichen in der gleichen Weise wie der der Ausführungsformen der 2 bis 9 arbeitet, nur dass die Leiterplatte, nachdem sie sich in einer Unfallsituation ”nach innen” durchgebogen hat, nur in ihre im Wesentlichen planare Anfangsstellung zurückkehren kann und die nachfolgende Vibration der Leiterplatte durch das Polster 36 als Dämpfungsmaterial gedämpft wird.
Nunmehr übergehend zu den 11 bis 14 wird eine geänderte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, in der in jedem Teil der Leiterplatte, der eine Sensoreinheit bildet, auf einer Seite der Leiterplatte zwei Widerstände vorgesehen sind und auf der anderen Seite der Leiterplatte zwei weitere Widerstände vorgesehen sind, was ermöglicht, dass die Widerstände in Form einer ”Wheatstone”-Brücke miteinander verbunden werden.
Somit ist anhand der 11 bis 13 eine Leiterplatte 40 veranschaulicht, wobei die Leiterplatte auf einer Seite davon zwei Widerstände R1, R2 besitzt und auf der anderen Seite davon zwei weitere Widerstände R3, R4 besitzt. Die Leiterplatte ist mit geeigneten Verbindungsbahnen versehen, die die Widerstände miteinander verbinden und die außerdem die Erzeugung der notwendigen Schaltungsanordnung zur Vervollständigung der Wheatstone-Brücke ermöglichen, die in 14 veranschaulicht ist.
Es ist zu sehen, dass in der Wheatstone-Brücke die Widerstände R1 und R4 zwischen einer Quelle der positiven Spannung, die auf 5 Volt sein kann, und Masse in Reihe geschaltet sind und die Widerstände R2 und R3 ebenfalls zwischen der Quelle des positiven Potentials und Masse in Reihe geschaltet sind. Die zwei Reihenschaltungen verlaufen zwischen den Anschlüssen A und B effektiv parallel. Zwischen dem Anschluss C bei der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R1 und R4 und dem Anschluss D bei der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und R3 ist ein Potentiometer 41 geschaltet. In dem ungebeugten Zustand der Leiterplatte haben die Widerstände den gleichen Widerstandswert und wird durch das Potentiometer 41 kein Strom erfasst. Sollte sich die Platte 40 biegen, ändern sich die Werte der Widerstände aber, da sie Dehnungsmessstreifen-Widerstände sind, wobei durch das Potentiometer 41 ein Stromfluss erfasst wird. Die Größe des Stromflusses hängt vom Grad der Biegung ab. Somit wird die Ausgabe des Potentiometers 41 selbstverständlich an eine Schwellenwertmessvorrichtung übergeben, die gleichwertig den wie anhand von 9 beschriebenen Schwellenwertmessvorrichtungen 22 bis 24 ist, wobei die Ausgabe der Schwellenwertmessvorrichtung an einen Prozessor übergeben wird, der äquivalent dem Prozessor 25 einen Zusammenstoßalgorithmus ausführt.
Somit ist in der Ausführungsform der 2 bis 9 auf jeder Seite der Leiterplatte in jeder Sensoreinheit ein Widerstand vorgesehen und es sind die Widerstände zwischen einer Quelle des Potentials und Masse in Reihe geschaltet, wobei das Potential an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen überwacht und mit dem Schwellenwert verglichen wird, während in der Ausführungsform der 11 bis 14 auf jeder Seite der Leiterplatte in jeder Sensoreinheit zwei Widerstände vorgesehen sind, wobei die Widerstände in einer Wheatstone-Brücken-Konfiguration geschaltet sind. Es sollte gewürdigt werden, dass die Wheatstone-Brücken-Konfiguration mit einer physikalischen Struktur, die äquivalent der der 2 bis 4 ist, oder in einer Struktur, die äquivalent der aus 10 ist, verwendet werden kann.
Nunmehr übergehend zu den 15 und 16 wird die Situation erläutert, die sich während eines Unfalls mit einem Seitenaufprall entwickelt.
Die 15 und 16 entsprechen allgemein 4 und zeigen die Außenhaut 9 des Fahrzeugs zusammen mit den zugeordneten Haltern 10 und einer Leiterplatte 12, die drei Sensoreinheiten 6, 7, 8 definiert. Die Tür 9 ist in einem Fahrzeug angebracht, das eine Quergeschwindigkeit v_c hat. Das Fahrzeug steht kurz davor, einen Seitenaufprall mit einem feststehenden Objekt 50 zu haben, wobei das Objekt folglich eine Geschwindigkeit v_o von null hat.
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_c relativ zu dem Objekt ist v_rel.
Anfangs bewegt sich der Mittelteil der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 7 bildet, zusammen mit dem Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit v_b, die dieselbe wie v_c ist, wobei sich ähnlich jeder Halter 10 mit einer Anfangsgeschwindigkeit v_s bewegt, die wieder dieselbe wie v_c ist.
Wenn der Seitenaufprall, wie in 16 gezeigt ist, tatsächlich auftritt, wird die Außenhaut des Fahrzeugs nach innen verformt, wobei die Außenhaut 9 mit dem Objekt 50 zusammenstößt. Es ist zu sehen, dass die zwei Halter 10, die jenen Teil der Leiterplatte halten, der die Sensoreinheit 7 bildet, ins Innere des Fahrzeugs nach innen getrieben werden. Wegen der Trägheit beugt oder biegt sich die Leiterplatte zwischen den Haltern, wobei sie sich anfangs zu der Haut des Fahrzeugs beugt. Die Beugung der Leiterplatte initiiert eine Vibration oder Schwingung der Leiterplatte, wobei die Leiterplatte mit ihrer Eigenresonanzfrequenz schwingt, wobei diese Frequenz durch die Steifheit und Struktur der Leiterplatte und außerdem durch die Masse der Leiterplatte bestimmt ist.
Nunmehr übergehend zu 17, die eine graphische Darstellung der Geschwindigkeit in Bezug auf die Zeit ist, ist zu sehen, dass der Aufprall mit dem Objekt 50 bei T_i auftritt. Vor T_i bewegen sich das Fahrzeug, der Halter 10 und die gesamte Leiterplatte 12 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit v_c, die v_rel ist. Bei T_i wird die Geschwindigkeit des Halters von V_s sehr schnell auf null, d. h. auf die Geschwindigkeit der Bewegung des Objekts 50, verringert. Der Mittelteil der Leiterplatte, der die Sensoreinheit 7 zwischen den Haltern 10 bildet, bewegt sich weiter vorwärts, jedoch mit einer gedämpften Bewegung, sodass sich v_b, die Geschwindigkeit des Mittelteils der Leiterplatte, verringert. Zu einem Zeitpunkt T_o/4 nach T_i erreicht die Leiterplatte ihre maximale Vorwärtsbewegung, wobei T_o die Periode für eine vollständige Vibration mit der Eigenresonanzfrequenz der Leiterplatte ist. Es ist zu sehen, dass der Mittelteil der Leiterplatte folglich in dem entgegengesetzten Sinn beschleunigt wird, wobei sich v_b, wie in 17 in Strichlinien gezeigt ist, wieder erhöht, sodass sie sich effektiv in die Anfangsstellung zurückbewegt, tatsächlich aber durch die Anfangsstellung bewegt, um weiterzuvibrieren.
In 17 ist zu sehen, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_c nach dem Aufprall allmählich zurückgeht. Dieser besondere Rückgang der Geschwindigkeit hängt vom Wesen des Aufpralls und vom Wesen des Knautschens irgendwelcher Knautschzonen ab. Allerdings ist zu sehen, dass sich der Abfall der Geschwindigkeit des Fahrzeugs über eine viel längere Zeitdauer als die Anfangsvibrationen der Leiterplatte erstreckt.
Es wird nun zu 18 übergegangen, die graphisch die Verlagerung verschiedener Teile des Systems während einer Aufprallsituation mit besonderem Bezug auf x_c, d. h. die Verlagerung des vollständigen Fahrzeugs, x_b, d. h. die Verlagerung des Mittelteils der Leiterplatte zwischen den Haltern 10, und x_s, d. h. die Verlagerung der Halter selbst, veranschaulicht.
Wie aus 18 zu sehen ist, werden das Fahrzeug, die Leiterplatte und die Halter anfangs alle gleichförmig in Bezug auf die Zeit verlagert. Im Moment des Aufpralls T_i wird die gesamte Bewegung der Halter x_s abgeschlossen, während der Mittelteil der Leiterplatte anfangs über eine Zeitdauer gleich T_o/4 verzögert und daraufhin rückwärts in seine Anfangsstellung zurück erneut beschleunigt wird. Im Vergleich zu der Zeit, die es dauert, dass die Leiterplatte schwingt, verzögert das Fahrzeug allmählich gegenüber der Geraden, die in Strichlinien gezeigt ist, über eine verhältnismäßig lange Zeitdauer.
Die Verformung der Außenhaut des Fahrzeugs ist x_c – x_s = x_c (t > 0).
Folglich sollte gewürdigt werden, dass v_b – v_rel·cosω_ot mit
ist, wobei f₀ die Eigenresonanzfrequenz der Leiterplatte ist, während der Mittelteil der Leiterplatte in Bezug auf ihre Halter verlagert wird.
Außerdem sollte gewürdigt werden, dass
ist, wobei x_bmax die maximale Verlagerung des Mittelteils der Leiterplatte ist, der die Sensoreinheit 7 zwischen den Haltern 10 bildet.
Zum Beispiel ist für V_rel = 14 m/s und T_o = 8 ms x_bmax = 8·14/(1000·2π) ≅ 20 mm und x_c(t = T_o/4) = 2 ms·14 m/s ≅ 30 mm
19 ist eine graphische Darstellung, die x_b – x_s, aufgetragen gegenüber der Zeit nach dem Moment des Aufpralls T_i, veranschaulicht. Die erste Kurve 61 ist für eine Relativgeschwindigkeit von 20 m/s, die zweite Kurve 62 ist für eine Relativgeschwindigkeit von 14 m/s und die dritte Kurve 63 ist für eine Relativgeschwindigkeit von 6 m/s. Es ist zu sehen, dass jede Kurve bei 2 m/s bei einer Zeitdauer von T_o/4 nach dem Ereignisaufprall T_i ein Maximum hat.
Selbstverständlich erzeugt der Sensor vorzugsweise in Reaktion auf eine Bewegung des Mittelteils der Leiterplatte über einen Schwellenwert x_bT hinaus ein Signal zum Betätigen einer Sicherheitsvorrichtung. Das heißt, dass x_b den Schwellenwert x_bT nur dann erreicht, wenn x_bmax ≥ x_bT ist. 19 zeigt x_bT = 16 mm. x_bmax = 16 mm entspricht v_rel = 12 m/s.
Der Entwurf des Systems muss kritische Parameter wie etwa x_bT, d. h. den Schwellenwert für die Bewegung des Mittelteils der Leiterplatte, und T_o, d. h. die Periode für eine vollständige Vibration mit der Eigenresonanzfrequenz der Leiterplatte, auswählen.
Wenn der Systementwickler ein praktikables System erzeugen möchte, muss der Systementwickler ein System erzeugen, das ein Auslösesignal erzeugt, wenn ein Aufprall auftritt, wenn die Relativgeschwindigkeit in der Aufprallsituation eine Schwellengeschwindigkeit v_cT übersteigt.
Üblicherweise möchte der Systementwickler nur dann ein Auslösesignal erzeugen, wenn v_rel = v_c ≥ die Schwellengeschwindigkeit v_cT ist, die beispielsweise als 5 m/s ausgewählt werden kann. Es wird angemerkt, dass die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs v_c im Fall eines Zusammenpralls mit einem feststehenden Objekt gleich v_rel ist.
Selbstverständlich soll das Auslösesignal nur dann erzeugt werden, wenn die Verformung x_c > (ein Verformungsschwellenwert x_cT) ist, der für v_c = 5 m/s als 5 mm ausgewählt werden könnte. Es wird angemerkt, dass x_cT eine Funktion von v_c ist. Der Verformungsschwellenwert x_cT wird groß genug gemacht, um eine nachteilige Erzeugung eines Auslösesignals, z. B. in Reaktion darauf, dass gegen einen Teil des Fahrzeugs getreten wird, zu vermeiden.
In dem gegebenen Beispiel wird das späteste Auslösesignal bei t_smax = x_cT/v_cT = (5 mm)/(5 m/s) = 1 ms erzeugt.
Somit sollte x_bmax bei t = T_o/4 = t_smax ≥ t_s auftreten.
Das heißt:
Somit wird folglich angenommen, dass in einer typischen Situation x_bT zwischen 3 und 30 mm liegen sollte und T_o zwischen 2 und 20 m/s liegen sollte. T_o = 2 m/s bezieht sich auf die Ausführungsform aus 23. Der Geschwindigkeitsschwellenwert v_cT sollte 5 bis 20 m/s sein, was näherungsweise einer Fahrgeschwindigkeit zwischen 15 und 60 Kilometern pro Stunde entspricht.
20 ist eine graphische Darstellung, die die Verlagerung eines Teils eines Fahrzeugs und die Verlagerung des Mittelteils der Leiterplatte, die einen Sensor der Erfindung bildet, gegenüber der Zeit während zweier Aufprallsituationen zeigt, wobei die Anfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs verhältnismäßig langsam bzw. verhältnismäßig schnell ist. In der Situation eines verhältnismäßig langsamen Aufpralls (v_c = v_c1) ist die Verformung des Teils des Fahrzeugs mit der Zeit nach dem Moment des Aufpralls T_i durch die Linie x_c1 veranschaulicht. Während des ersten Falls des Aufpralls ist die Verformung im Wesentlichen gleichförmig mit der Zeit. Infolge der wie durch die Linie x_c1 gezeigten Verformung des Fahrzeugs führt der Mittelteil der Leiterplatte des zugeordneten Sensors die durch die Linie x_b1 gezeigte Bewegung aus. Im Moment t_s1 erreicht die Linie den Schwellenwert x_bT. Somit wird das Auslösesignal erzeugt. Im Gegensatz dazu ist die Verformung des Fahrzeugs in der Aufprallsituation aber durch die Linie x_c2 gezeigt, wenn die Anfangsfahrgeschwindigkeit höher (v_c = v_c2) ist. Die Verformung des Mittelteils der Leiterplatte ist durch die Linie x_b2 gezeigt. Diese Linie x_b2 geht zu einem viel früheren Moment T_s2 durch den Schwellenwert x_bT. Somit wird das Auslösesignal in einem schnellen Aufprall vor dem Moment erzeugt, zu dem das Auslösesignal in einem langsameren Aufprall erzeugt würde. Selbstverständlich ist der Grad der Verformung x_cT (v_c1), die erforderlich ist, bevor das Auslösesignal erzeugt wird, in einem langsamen Aufprall größer als der absolute Grad der Verformung x_cT (v_c2), die erforderlich ist, um das Auslösesignal in einem schnellen Aufprall zu erzeugen.
21 ist eine graphische Darstellung, in der die Verformung des Fahrzeugs x_c gegenüber v_c, die als die Relativgeschwindigkeit des Aufpralls genommen wird, aufgetragen ist.
Es sollte gewürdigt werden, dass bei T_s ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn x_b, die maximale Bewegung des Mittelteils der Leiterplatte, einen Schwellenwert x_bT erreicht.
Der Geschwindigkeitsschwellenwert ist
Der Verformungsschwellenwert x_cT = x_c(t_s) = v_c·t_s, (da x_c = v_c·t) ist
Aus 21 kann gefolgert werden, dass wenn x_bmax → ∞, d. h. wenn v_c → ∞, x_cT → x_bT ist.
Das Ausgangssignal wird nur dann erzeugt, wenn v_c ≥ v_cT und x_c ≥ x_cT ist: x_cT = f(v_c), π / 2x_bT ≥ x_cT > x_bT
Folglich sollte gewürdigt werden, dass die beschriebene Anordnung hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit des Aufpralls zwischen dem Fahrzeug und dem Aufprallobjekt geschwindigkeitsabhängig ist.
Nunmehr übergehend zu 22 ist eine typische Ausgabeansicht von einem Abgriff von einem Paar miteinander verbundener Widerstände wie etwa der Widerstände R5 und R6 aus 7 vor und nach einem Ereignis des Aufpralls T_i veranschaulicht. Es ist zu sehen, dass die Ausgangsspannung an dem Abgriff vor dem Aufprall einen konstanten Pegel hat. Nach dem Aufprall steigt das Potential bei einem Ereignis T_o/4 nach dem Ereignis des Aufpralls T_i auf einen Spitzenwert an, wobei T_o die Schwingungsperiode der Leiterplatte bei ihrer Eigenresonanzfrequenz ist, da sich die Leiterplatte beugt. Wie zu sehen ist, übersteigt die Ausgabe einen Schwellenwert U_T bei einer Zeitdauer vor T_o/4, sodass zum Zeitpunkt t_s das Auslösesignal erzeugt wird.
Es sollte gewürdigt werden, dass die Linie 70 die Situation zeigt, in der die Leiterplatte wie in den besonders in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen frei schwingen kann, während die Linie 71 die Stellung zeigt, in der die Leiterplatte wie in der Ausführungsform aus 10 nicht frei schwingen kann.
23 zeigt die Situation, in der das Ausgangssignal von dem Abgriff integriert wird, bevor es zu dem Komparator geleitet wird. In dieser Ausführungsform erreicht das integrierte Ausgangssignal bei T_o/2 ein Maximum. Die Ausgabe wird mit einem Schwellenwert T_h verglichen, der auf einen geeigneten Pegel eingestellt ist, der im Moment t_s die Erzeugung eines Auslösesignals veranlasst.
Da das Maximum des Integrals von U viel später als das Maximum der Spannung U auftritt, kann zugelassen werden, dass t_s in der in 1 gezeigten Anordnung viel später als das t_s in der Anordnung aus 20 ist, falls die Resonanzfrequenz f_o dieselbe ist. Alternativ kann eine höhere Resonanzfrequenz f_o zugelassen werden.
Es sollte gewürdigt werden, dass in Ausführungsformen der Erfindung beabsichtigt ist, dass die Träger für jede Sensoreinheit einen minimalen Abstand von 50 mm haben können. Allerdings kann die Entfernung zwischen den Trägem für eine einzelne Sensoreinheit im Bereich von 100 bis 300 mm liegen. Es ist bevorzugt, dass der Freiraum hinter der Leiterplatte, wo die Leiterplatte schwingen soll, wenigstens 5 mm tief ist. Dies soll sicherstellen helfen, dass der Radius der Biegung ausreichend klein ist, um ein ausreichend starkes durch eine wesentliche Änderung des Werts des Widerstands auf den gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte veranlasstes Ausgangssignal zu liefern.
Dadurch, dass die Steifheit der Leiterplatte mit einem geeigneten Grad in Bezug auf die Masse der Leiterplatte ausgewählt wird, wird die Leiterplatte mit einer geeigneten Resonanzfrequenz versehen. Falls die Leiterplatte zu weich ist, würde ein langsamer Aufprall zu einer großen Verlagerung führen. Selbstverständlich wird angenommen, dass die maximale Amplitude der Verlagerung der Leiterplatte nahezu proportional zu der Aufprallgeschwindigkeit ist. Je steifer die Leiterplatte ist, desto früher tritt die maximale Verlagerung auf. Selbstverständlich tritt die maximale Verlagerung beim Ereignis T_o/4 auf, wo T_o die Periode für die Resonanz über die Leiterplatte bei ihrer Eigenresonanzfrequenz f_o ist.
Es versteht sich, dass es in einer beliebigen Aufprallsituation einen Moment gibt, eine kurze Zeitdauer, nachdem der Aufprall begonnen hat, bis zu dem der Sensor einen gefährlichen Aufprall von einem weniger gefährlichen Aufprall unterschieden haben sollte, um zu ermöglichen, dass eine Sicherheitsvorrichtung in einem gefährlichen Aufprall entsprechend und früh genug ausgelöst wird. Dieser kann der ”spätestmögliche Moment” genannt werden. Folglich ist es wichtig, dass die maximale Verlagerung der Leiterplatte in praktischen Ausführungsformen der Erfindung vor, obgleich möglicherweise sehr kurz nach, diesem spätestmöglichen Moment auftreten sollte. Folglich ist es allgemein bevorzugt, die Leiterplatte verhältnismäßig steif zu machen. Falls die Leiterplatte steif ist, erreicht die Leiterplatte während der Schwingung der Leiterplatte ihre maximale Verlagerung und beginnt ihre Bewegung umzukehren, bevor der spätestmögliche Moment erreicht ist. Folglich kann von dem Sensor früh genug ein wertvolles und aussagekräftiges Signal erzeugt werden, um zu ermöglichen, dass eine ausführliche Verarbeitung ausgeführt wird, bevor der spätestmögliche Moment erreicht worden ist. Insbesondere dort, wo der Sensor die Verlagerung der Leiterplatte direkt, ohne irgendeine Integration des Ausgangssignals von den Widerständen, misst, ist es natürlich wichtig, dass dann, wenn der Schwellenwert überschritten werden soll, dies in irgendeiner besonderen Unfallsituation spätestens auftreten sollte, wenn die maximale Verlagerung der Leiterplatte erreicht ist. Falls das Ausgangssignal der Widerstände dagegen integriert wird, sollte der Schwellenwert erreicht werden, bevor die Verlagerung in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt, d. h., bevor eine Zeitdauer von T_o/2 nach dem Ereignis des Aufpralls T_i verstrichen ist.
Obgleich die Erfindung in Bezug auf Ausführungsformen beschrieben wurde, in denen der Sensor eine herkömmliche Leiterplatte nutzt, kann eine beliebige Form eines verformbaren Streifens genutzt werden, der die Widerstände trägt.
Selbstverständlich hat jede Sensoreinheit effektiv zwei voneinander beabstandete Träger, wobei sich an jedem Ende der Sensoreinheit ein Paar von Trägem befindet. Das Signal von der Sensoreinheit repräsentiert einen Durchschnittswert der Bewegung der Träger an jedem Ende der Sensoreinheit. Die maximale Amplitude der Leiterplatte repräsentiert die Relativgeschwindigkeit, sodass die beschriebene Anordnung, die den Schwellenwertkomparator enthält, in der Weise betrachtet werden kann, dass sie eine Ausgabe liefert, die mit der Relativgeschwindigkeit des Aufpralls zusammenhängt.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Steifheit der Leiterplatte in Bezug auf ihre Masse so angepasst, dass sie eine Schwingungsperiode T_o gibt, die das Vierfache der längstmöglichen Zeit für die Auslösung ist. Das heißt, dass das Signal Hochpass-gefilterte Verlagerungen repräsentiert.
Obgleich die Erfindung anhand von an der Tür angebrachten Sensoren beschrieben worden ist, können die beschriebenen Sensoren selbstverständlich irgendwo benachbart zum Äußeren des Fahrzeugs, vom, hinten oder an den Seiten, angebracht sein.
Wenn in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen die Begriffe ”umfasst” und ”umfassend” und Abwandlungen davon verwendet sind, bedeutet das, dass die angegebenen Merkmale, Schritte oder ganzen Zahlen enthalten sind. Die Begriffe sind nicht so zu interpretieren, dass sie die Anwesenheit weiterer Merkmale, Schritte oder Komponenten ausschließen.

Claims

Aufprallsensor zum Abfühlen eines Aufpralls in ein Fahrzeug, wobei der Sensor ein langgestrecktes nachgiebiges Element (12) und eine Halteanordnung (10), um die gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements (12) direkt an der Außenhaut (9) des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, umfasst, wobei das nachgiebige Element (12) im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs ist, wobei die Steifheit und die Masse des nachgiebigen Elements (12) so ausgewählt sind, dass bei seiner Resonanzfrequenz für eine vollständige Schwingung des Elements (12) eine Periode von wenigstens 2 Millisekunden erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Element (12) mit einer Sensoranordnung (17, 18) versehen ist, die auf eine Biegung des nachgiebigen Elements (12) reagiert, um in Reaktion darauf, dass das nachgiebige Element (12) gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen.
Aufprallsensor nach Anspruch 1, bei dem die Periode für eine vollständige Schwingung zwischen 5 Millisekunden und 20 Millisekunden liegt.
Aufprallsensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Halter (10) an den gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements (12) durch eine Entfernung von wenigstens 50 Millimetern voneinander beabstandet sind.
Aufprallsensor nach Anspruch 1, bei dem die Halter (10) durch eine Entfernung zwischen 100 und 300 Millimetern voneinander beabstandet sind.
Aufprallsensor zum Abfühlen eines Zusammenstoßes in ein Fahrzeug, wobei der Sensor ein langgestrecktes nachgiebiges Element (12) und eine Halteanordnung (10) umfasst, um die gegenüberliegenden Enden des nachgiebigen Elements (12) direkt an der Außenhaut (9) des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, wobei das nachgiebige Element (12) im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs ist, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Element (12) mit einer Sensoranordnung (17, 18) versehen ist, die auf die Biegung des nachgiebigen Elements (12) reagiert, um in Reaktion darauf, dass das nachgiebige Element (12) gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen, wobei die Entfernung zwischen den Haltern (10) wenigstens 50 Millimeter beträgt.
Aufprallsensor nach Anspruch 5, bei dem die Entfernung zwischen den Haltern (10) zwischen 100 und 300 Millimetern beträgt.
Aufprallsensor nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Steifheit und die Masse des nachgiebigen Elements (12) so ausgewählt sind, dass bei seiner Resonanzfrequenz für eine vollständige Schwingung des Elements (12) eine Periode von wenigstens 2 Millisekunden erzielt wird.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einem Fahrzeug angebracht ist.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sensor einen Teil eines Streifens (2, 3) bildet, der durch eine Vielzahl von im Wesentlichen gleichen Sensoren gebildet ist.
Aufprallsensor nach Anspruch 9, bei dem ein einzelnes nachgiebiges Element vorgesehen ist, das eine Vielzahl von langgestreckten nachgiebigen Elementen (12) der Sensoren in dem Streifen (2, 3) von Sensoren bildet.
Aufprallsensor nach Anspruch 10, bei dem das einzelne nachgiebige Element (12) mit einer schwachen mechanischen Kopplung (13) zwischen benachbarten Sensoren versehen ist.
Aufprallsensor nach Anspruch 11, bei dem die schwache mechanische Kopplung (13) durch eine Vielzahl von Einschnitten (14, 15, 16) gebildet ist, die von den gegenüberliegenden Seiten des nachgiebigen Elements (12) ausgehen.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensoranordnung Widerstände (R1–R6), die an den gegenüberliegenden Seiten des nachgiebigen Elements (12) angebracht sind, und einen Prozessor (25) zum Verarbeiten von Signalen von den Widerständen (R1–R6) umfasst.
Aufprallsensor nach Anspruch 13, bei dem jeder Sensor auf jeder Seite des nachgiebigen Elements (12) mit einem Widerstand (R1–R6) versehen ist, wobei die Widerstände (R1–R6) so verbunden sind, dass sie einen Spannungsteiler bilden, an dem eine Quelle des Potentials befestigt ist, wobei von der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen (R1–R6) ein Abgriff (U1–U3) genommen ist, der mit dem Prozessor (25) verbunden ist.
Aufprallsensor nach Anspruch 13, bei dem jeder Sensor auf jeder Seite des nachgiebigen Elements (12) mit zwei Widerständen (R1–R6) versehen ist, wobei die Widerstände (R1–R6) als eine Wheatstone-Brücke verbunden sind.
Aufprallsensor nach Anspruch 13 bis 15, bei dem jeder Widerstand (R1–R6) durch eine Leiterbahn (17, 18) gebildet ist, die auf einer Fläche des nachgiebigen Elements (12) gebildet ist.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das nachgiebige Element (12) eine Leiterplatte ist.
Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem das nachgiebige Element (12) einen in Wärme ausgehärteten verstärkten Harzkern (19) mit Leiterbahnen (17, 18), die auf jeder der zwei gegenüberliegenden Flächen des Kerns (19) gebildet sind, umfasst.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halter (10) einteilig mit einem Rohr (31) gebildet sind, wobei das nachgiebige Element (12) innerhalb des Rohrs (31) angebracht ist.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bewegung des Mittelteils des nachgiebigen Elements (12), der sich zwischen den Haltern (10) befindet, in einer Richtung beschränkt ist, um eine vollständige Schwingung zu verhindern.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich benachbart zu einer Fläche des nachgiebigen Elements (12) eine Dämpfungsschicht (36) befindet.
Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 5, wobei der Sensor (6–8) ferner ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Biegesignal einen Schwellenwert übersteigt, sodass kein Ausgangssignal erzeugt wird, falls die Aufprallgeschwindigkeit unter einem vorgegebenen Geschwindigkeitsschwellenwert liegt oder falls die Verformung der Außenhaut (9) unter einem vorgegebenen Verformungsschwellenwert liegt.
Aufprallsensor nach Anspruch 22, bei dem die Eigenschwingungsperiode des nachgiebigen Elements (12) T₀ näherungsweise das Vierfache der Zeitdauer zwischen dem Moment des Aufpralls und dem spätestmöglichen Moment, der dem Geschwindigkeitsschwellenwert zum Erzeugen des Ausgangssignals entspricht, ist.
Aufprallsensor nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, bei dem bei Verwendung in Reaktion auf eine Bewegung des Mittelteils des nachgiebigen Elements (12) über einen Biegeschwellenwert hinaus, der zwischen 3 und 30 mm beträgt, ein Ausgangssignal erzeugt wird.
Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem der Geschwindigkeitsschwellenwert zwischen 15 und 60 Kilometern pro Stunde liegt.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es benachbart zu wenigstens einer Seite des nachgiebigen Elements (12) einen Freiraum von wenigstens 5 Millimetern gibt.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der an der Tür, an der Seite, vorn oder hinten an einem Fahrzeug angebracht ist.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der direkt an der Außenhaut (9) eines Fahrzeugs angebracht ist.
Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der an einem Innenverstärkungselement (30) angebracht ist, wobei das Innenverstärkungselement (30) unmittelbar benachbart zu der Haut (9) eines Fahrzeugs angebracht ist.
Aufprallsensorsystem mit einem Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 5, wobei das Aufprallsensorsystem einen langgestreckten nachgiebigen Streifen (2, 3) umfasst, wobei der Streifen zwei oder mehr langgestreckte nachgiebige Elemente (12) umfasst, die entlang des Streifens verteilt sind, wobei jedes Element (12) mit einer Halteanordnung (10) versehen ist, um die gegenüberliegenden Elemente des nachgiebigen Elements (12) direkt an der Außenhaut (9) des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, wobei das nachgiebige Element (12) im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs ist, dadurch gekennzeichnet, dass der nachgiebige Streifen (2, 3) mit einer oder mit mehreren Sensoranordnungen (6–8) versehen ist, die jeweils auf die Biegung eines oder mehrerer nachgiebiger Elemente (12) reagieren, um in Reaktion darauf, dass wenigstens ein nachgiebiges Element (12) gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen.
Aufprallsensorsystem nach Anspruch 30, bei dem jedes nachgiebige Element (12) mit einer oder mit den Sensoranordnungen (6–8) versehen ist.
Aufprallsensor zum Abfühlen eines Aufpralls in einem Fahrzeug, wobei der Sensor ein langgestrecktes nachgiebiges Element (12) und eine Halteanordnung (10) mit Haltern, die durch eine Entfernung von wenigstens 50 mm voneinander beabstandet sind, umfasst, um die gegenüberliegende Enden des nachgiebigen Elements (12) direkt an der Außenhaut (9) des Fahrzeugs oder an einer zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs benachbarten Komponente zu halten, wobei das nachgiebige Element (12) im Wesentlichen parallel zu der Außenhaut (9) des Fahrzeugs ist, wobei das nachgiebige Element (12) mit einer Sensoranordnung (17, 18) versehen ist, die auf die Biegung des nachgiebigen Elements (12) reagiert, um in Reaktion darauf, dass das nachgiebige Element (12) gebogen wird, wenigstens ein Signal zu erzeugen, wobei die Steifheit und die Masse des nachgiebigen Elements (12) so gewählt sind, dass bei seiner Resonanzfrequenz für eine vollständige Schwingung des Elements (12) eine Periode von zwischen 5 Millisekunden und 20 Millisekunden erzielt wird, wobei der Sensor einen Teil eines Streifens (2, 3) bildet, der durch eine Vielzahl von im Wesentlichen gleichen Sensoren gebildet ist, wobei ein einzelnes nachgiebiges Element (12) vorgesehen ist, das eine Vielzahl der langgestreckten nachgiebigen Elemente (12) der Sensoren in dem Streifen (2, 3) von Sensoren bildet, wobei das einzelne nachgiebige Element (12) mit einer schwachen mechanischen Kopplung (13) zwischen benachbarten Sensoren versehen ist, wobei die schwache mechanische Kopplung (13) durch eine Vielzahl von Einschnitten (14, 15, 16) gebildet ist, die von den gegenüberliegenden Seiten des nachgiebigen Elements (12) ausgehen.