DE112018003281T5

DE112018003281T5 - System zur Erfassung von Fahrzeugzuständen

Info

Publication number: DE112018003281T5
Application number: DE112018003281.7T
Authority: DE
Inventors: Marco Bracalente; Neil G. Murray; Mark W. Ramsay
Original assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2020-07-30
Also published as: CN110869246A; US10286867B2; CN110869246B; US20180370471A1; WO2019005353A1

Abstract

Ein Fahrzeugsicherheitssystem für ein Fahrzeug umfasst eine elektronische Steuereinheit (ECU) und mindestens einen Fernaufprallsensor, der in dem Fahrzeug an einer von der ECU entfernten Stelle angebracht und betriebswirksam mit der ECU verbunden ist. Der Fernaufprallsensor ist dazu ausgelegt, Fahrzeugaufprallzustände zu erfassen und der ECU Daten in Bezug auf die erfassten Fahrzeugaufprallzustände bereitzustellen. Ein ECU-Fernsensor ist in dem Fahrzeug an einer von der ECU entfernten Stelle und in der Nähe eines Fahrzeugschwerpunktes (COG) angebracht. Der ECU-Fernsensor umfasst eine Trägheitsmesseinheit (IMU) und ist dazu ausgelegt, Fahrzeugrollzustände zu erfassen und der ECU Daten in Bezug auf die erfassten Fahrzeugrollzustände bereitzustellen. Die ECU ist betriebswirksam, die von dem mindestens einen Fernaufprallsensor und dem ECU-Fernsensor bereitgestellten Daten zu empfangen, Berechnungen durchzuführen, um zu bestimmen, ob die Daten einen Fahrzeugaufprallzustand anzeigen, und ein Signal zum Betätigen einer Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung bereitzustellen.

Description

Verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. Juni 2017 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/632 545 , die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft ein Fahrzeugsicherheitssystem, das Sensoren zur Erfassung von Fahrzeugzuständen und eine Steuereinrichtung zum Empfangen von Daten von den Sensoren umfasst, zum Bestimmen, auf Grundlage der Daten, ob ein Fahrzeugaufprallereignis stattgefunden hat, und zum Betätigen einer oder mehrerer Fahrzeuginsassenschutzvorrichtungen als Reaktion auf diese Bestimmung, insbesondere betrifft diese Offenbarung ein Fahrzeugsicherheitssystem, das elektronische Komponenten mit einer verbesserten verteilten Architektur umfasst.
Hintergrund
Es ist bekannt, ein Fahrzeugsicherheitssystem mit einer oder mehreren betätigbaren Fahrzeuginsassenschutzvorrichtungen, wie z.B. Airbags, bereitzustellen, um dazu beizutragen, einen Insassen beim Stattfinden eines Fahrzeugaufprallereignisses zu schützen. Solche Sicherheitssysteme umfassen eine elektronische Airbag-Steuereinheit (ECU) und Aufprallsensoren (z.B. Beschleunigungssensoren, Drucksensoren), die an verschiedenen Stellen im Fahrzeug positioniert sind. Die Sensoren stellen Daten in Bezug auf erfasste Fahrzeugzustände bereit, die die Airbag-ECU verwendet, um den Typ des stattgefundenen Aufpralls zu bestimmen und die, falls vorhanden, Schutzvorrichtungen zu betätigen. Airbag-ECU umfassen auch Aufprallsensoren (z.B. Beschleunigungssensoren), die verwendet werden, um die Basisbestimmung durchzuführen, dass das Fahrzeugaufprallereignis stattgefunden hat/stattfindet. Airbag-ECU umfassen auch Trägheitssensoren (z.B. Gyroskope), die zum Bestimmen der Rollbedingungen des Fahrzeugs verwendet werden. Dafür überwacht die Airbag-ECU die Haltung des Fahrzeugs und misst das Rollen um die X-, Y- und Z-Achse. Um diese Messungen durchzuführen, ist es wichtig, dass die Airbag-ECU so nah wie möglich an dem Fahrzeugschwerpunkt positioniert ist.
Der Schwerpunkt für die meisten Fahrzeuge liegt in einer Position niedrig in dem Fahrzeug und vorne im Bereich der Front des Fahrgastraums, wie im Bereich des Armaturenbretts/der Mittelkonsole. Somit ist der günstigste Ort, um die Airbag-ECU und die dazugehörigen Sensoren anzubringen, im Mitteltunnel des Fahrzeugs - der Raum außerhalb des Fahrzeuginnenraums, in dem sich bestimmte Antriebsstrangkomponenten, wie das Fahrzeuggetriebe und/oder die Antriebswelle, befinden. Der Raum im Mitteltunnel ist begrenzt und die Bedingungen an dieser Position sind rau, da er direkt oder indirekt der äußeren Betriebsumgebung des Fahrzeugs ausgesetzt sein kann. Da sich die Airbag-ECU zudem auf viele elektrische Verbindungen mit den zugehörigen Sensoren, den von ihr gesteuerten Airbags und mit anderen Fahrzeugsystemen, wie einem Karosseriesteuermodul (BCM), stützt, kann die Verkabelung schwierig sein und das Potenzial für Kontamination/Korrosion der Kontakte erhöht sein.
Kurzdarstellung
Ein Fahrzeugsicherheitssystem umfasst Sensoren zur Erfassung von Fahrzeugzuständen und eine Steuereinrichtung zum Empfangen von Daten von den Sensoren, zum Bestimmen, auf Grundlage der Daten, ob ein Fahrzeugaufprallereignis stattgefunden hat, und zum Betätigen einer oder mehrerer Fahrzeuginsassenschutzvorrichtungen als Reaktion auf diese Bestimmung. Das Fahrzeugsicherheitssystem umfasst elektronische Komponenten mit einer verbesserten verteilten Architektur.
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Fahrzeugsicherheitssystem für ein Fahrzeug eine elektronische Steuereinheit (ECU) und mindestens einen Fernaufprallsensor, der in dem Fahrzeug an einer von der ECU entfernten Stelle angebracht und betriebswirksam mit der ECU verbunden ist. Der Fernaufprallsensor ist dazu ausgelegt, Fahrzeugaufprallzustände zu erfassen und der ECU Daten in Bezug auf die erfassten Fahrzeugaufprallzustände bereitzustellen. Ein ECU-Fernsensor ist in dem Fahrzeug an einer von der ECU entfernten Stelle und in der Nähe eines Fahrzeugschwerpunktes (COG) angebracht. Der ECU-Fernsensor umfasst eine Trägheitsmesseinheit (IMU) und ist dazu ausgelegt, Fahrzeugrollzustände zu erfassen und der ECU Daten über die erfassten Fahrzeugrollzustände bereitzustellen. Die ECU ist betriebswirksam, die von dem mindestens einen Fernaufprallsensor und dem ECU-Fernsensor bereitgestellten Daten zu empfangen, Berechnungen durchzuführen, zu bestimmen, ob die Daten einen Fahrzeugaufprallzustand anzeigen, und ein Signal zum Betätigen einer Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem anderen Aspekt, kann der ECU-Fernsensor eine Leiterplatte (PCB) und eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten umfassen, die auf der PCB angebracht sind. Die elektronischen Komponenten können mindestens einen Sensor zum Detektieren von Rollbewegungen des Fahrzeugs umfassen. Eine weiche innere Materialschicht kann auf die PCB überspritzt sein. Die weiche innere Schicht kann die PCB teilweise bedecken und kann die elektronischen Komponenten bedecken, um Schutz vor Umgebungsbedingungen für die elektronischen Komponenten und die bedeckten Abschnitte der PCB bereitzustellen. Eine harte äußere Materialschicht kann auf die weiche innere Schicht und mindestens einen Abschnitt der nicht bedeckten Abschnitte der PCB überspritzt sein und diese bedecken, um die harte äußere Schicht sowohl mit der weichen inneren Schicht als auch mit der PCB zu verbinden.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem anderen Aspekt, kann der ECU-Fernsensor mindestens eine an der PCB befestigte Montagebuchse umfassen. Die harte äußere Schicht kann auf mindestens einen Abschnitt der mindestens einen Montagebuchse überspritzt sein. Die mindestens eine Montagebuchse kann Oberflächenmerkmale umfassen, in denen das Material der äußeren Schicht während des Spritzens aufgenommen wird. Wenn die äußere Schicht ausgehärtet ist, kann sie eine direkte starre Verbindung zwischen der äußeren Schicht und der mindestens einen Montagebuchse bereitstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem anderen Aspekt, kann die innere Schicht aus einem vergleichsweise weichen thermoplastischen Elastomermaterial und die äußere Schicht aus einem glasfaserverstärkten Nylonmaterial gebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem weiteren Aspekt, kann der ECU-Fernsensor dazu ausgelegt sein, in einem Mitteltunnel des Fahrzeugs angebracht zu werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem weiteren Aspekt, kann die Airbag-ECU von dem Fahrzeug-COG entfernt angebracht sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem weiteren Aspekt, kann die Airbag-ECU dazu ausgelegt sein, in einer Mittelkonsole des Fahrzeugs, in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs, hinter Innentrittflächenverkleidungsstücken des Fahrzeugs, im Bereich eines Handschuhfachs des Fahrzeugs, unter einer Fahrzeughaube in einem Motorraum des Fahrzeugs, unter Sitzen des Fahrzeugs oder an einer Feuerschutzwand des Fahrzeugs angebracht zu werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem weiteren Aspekt, kann die IMU dazu ausgelegt sein, das Rollen des Fahrzeugs um mindestens eine der Fahrzeugachsen X, Y und Z zu messen.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem weiteren Aspekt, kann die IMU dazu ausgelegt sein, mindestens eines von Nicken, Gieren und Rollen des Fahrzeugs zu messen.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem weiteren Aspekt, kann das Sicherheitssystem einen Fernsensorbus umfassen, der den ECU-Fernsensor mit der ECU verbindet. Der Fernsensorbus kann Energie für den Betrieb des ECU-Fernsensors und eine Kommunikationsverbindung bereitstellen, über die der ECU die Daten in Bezug auf die erfassten Fahrzeugrollzustände bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt, allein oder in Kombination mit jeglichem weiteren Aspekt, kann die ECU eine Hauptsteuereinheit (MCU) und eine ECU-Busschnittstelle umfassen, die betriebswirksam mit der MCU verbunden ist. Der ECU-Fernsensor kann eine Fernbusschnittstelle umfassen, die betriebswirksam mit der IMU verbunden ist. Die ECU-Busschnittstelle und die Fernsensorbusschnittstelle können so betriebswirksam sein, dass sie die Energieversorgung des ECU-Fernsensors über den Fernsensorbus ermöglichen und die Kommunikation zwischen der ECU und dem ECU-Fernsensor ermöglichen.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis kann auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden. In denen sind:

1 eine schematische Darstellung eines in einem Fahrzeug umgesetzten Fahrzeugsicherheitssystems.
2 ein Blockdiagramm des Fahrzeugsicherheitssystems.
3-5 schematische Darstellungen eines Abschnitts des Fahrzeugsicherheitssystems.
6A eine Querschnittsansicht, die im Allgemeinen entlang der Linie 6A-6A in 5 genommen wurde.
6B eine vergrößerte Schnittansicht, die im Allgemeinen entlang der Linie 6B-6B in 5 genommen wurde.

Beschreibung der Ausführungsformen
In dieser Beschreibung eines Fahrzeugsicherheitssystems wird manchmal auf die linke und rechte Seite eines Fahrzeugs Bezug genommen. Diese Bezugnahmen sollten so zu verstehen sein, dass sie sich auf die Vorwärtsrichtung der Fahrzeugfahrt beziehen. Somit soll die Bezugnahme auf die „linke“ Seite eines Fahrzeugs einer Fahrerseite des Fahrzeugs entsprechen. Die Bezugnahme auf die „rechte“ Seite des Fahrzeugs soll einer Beifahrerseite des Fahrzeugs entsprechen.
Mit Bezugnahme auf 1 umfasst ein Fahrzeug 10 ein Fahrzeugsicherheitssystem 100. Das Fahrzeugsicherheitssystem 100 umfasst eine oder mehrere betätigbare Fahrzeuginsassenschutzvorrichtungen (schematisch bei 102 gezeigt), wie Front-Airbags, Seitenairbags, Kopf-Airbags, Kniepolster-Airbags, betätigbare Sitzgurtstraffer und/oder - aufrollmechanismen. Das Fahrzeugsicherheitssystem 100 umfasst auch eine elektronische Steuereinheit (Airbag-ECU) 104, die betriebswirksam mit den Schutzvorrichtungen 102 verbunden ist. Die Airbag-ECU 104 ist betriebswirksam zum Steuern der Betätigung der Schutzvorrichtungen 102 als Reaktion auf Fahrzeugzustände, die über einen oder mehrere Sensoren erfasst werden, mit denen die Airbag-ECU betriebswirksam verbunden ist.
Das Fahrzeugsicherheitssystem 100 umfasst mehrere Sensoren zum Messen bestimmter Zustände des Fahrzeugs 10, die verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Insassenschutzvorrichtungen 102 des Fahrzeugs betätigt werden sollen. Diese Sensoren, wie Beschleunigungssensoren und/oder Drucksensoren, können an verschiedenen Stellen in dem gesamten Fahrzeug 10 angebracht sein, die so ausgewählt sind, dass der entsprechende Fahrzeugzustand, für den der Sensor bestimmt ist, erfasst werden kann. Das Fahrzeugsicherheitssystem 100 kann z.B. einen oder mehrere Frontaufprallsensoren 112 umfassen, die in dem Fahrzeug 10 nach vorne hin angebracht sind, z.B. im Bereich einer vorderen Stoßstange (z.B. vorne links und vorne rechts). Das Fahrzeugsicherheitssystem 100 kann auch einen oder mehrere Heckaufprallsensoren 114 umfassen, die in dem Fahrzeug 10 nach hinten hin angebracht sind, z.B. im Bereich einer hinteren Stoßstange (z.B. hinten links und hinten rechts). Das Fahrzeugsicherheitssystem 100 kann auch einen oder mehrere Seitensensoren 116 umfassen, die an Positionen auf der Fahrer- und Beifahrerseite, wie in einer Fahrzeugtür, angebracht sind. Zusätzlich kann das Fahrzeugsicherheitssystem 100 auch einen oder mehrere Überrollsensoren 118 umfassen, die an Positionen auf der Fahrer- und Beifahrerseite angebracht sind, wie an einer B-Säule des Fahrzeugs 10.
Die Positionen dieser verschiedenen Sensoren können wichtig sein, um zu bestimmen, welche der verschiedenen Typen von Fahrzeugaufprallszenarien stattgefunden haben. Dies wird als Aufprallunterscheidung bezeichnet. Nicht nur die Position der Sensoren ist wichtig, auch ihre Ausrichtung ist wichtig. Die Front- und Heckaufprallsensoren 112, 114 können z.B. so positioniert und ausgerichtet sein, dass sie die Beschleunigung in Richtungen parallel zu der X-Achse des Fahrzeugs messen. Die Seitenaufprallsensoren 116 können z.B. so positioniert und ausgerichtet sein, dass sie die Beschleunigung in Richtungen parallel zu der Fahrzeug-Y-Achse messen. Überrollsensoren sind empfindlich gegenüber Beschleunigungen in Richtungen parallel zu der Fahrzeug-Z-Achse, können aber so positioniert und ausgerichtet sein, dass sie die Beschleunigung in Richtungen parallel zu der Fahrzeug-X-, Y- und Z-Achse messen.
Die Positionierung der Frontaufprallsensoren 112 an den Positionen vorne links und vorne rechts in dem Fahrzeug 10 kann der Airbag-ECU 104 helfen, zwischen einer Vollfrontalkollision, wie einer Kollision genau von vorne, und einer versetzten oder schrägen Frontalkollision, wie Frontalkollisionen, bei denen Abschnitte der Fahrzeuge überlappen oder bei denen die Fahrzeuge in einem Winkel aufprallen, zu unterscheiden. Die Positionierung der Heckaufprallsensoren 114 an den Stellen hinten links und hinten rechts in dem Fahrzeug 10 kann eine Unterscheidung ähnlich den Frontaufprallsensoren 112 für Heckaufprallszenarien ermöglichen. Seitenaufprallsensoren, wie ihr Name schon impliziert, sind in der Seitenstruktur des Fahrzeugs, wie in einer Fahrzeugtür, positioniert und können so helfen, Seitenaufprallereignisse zu unterscheiden. Überrollsensoren 118 sind entlang der Länge des Fahrzeugs 10 in der Nähe der Mitte positioniert und können hoch in dem Fahrzeug, wie an einer B-Säule des Fahrzeugs, positioniert sein. Diese Positionierung ermöglicht es, die Beschleunigung der Seitenstruktur in Richtungen parallel zu der Z-Achse zu messen, und diese Beschleunigungen können helfen, das Stattfinden eines Überrollereignisses zu unterscheiden.
Die Fernsensoren 112, 114, 116 und 118 helfen bei der Unterscheidung des Typs des stattgefundenen Aufprallereignisses. Das Fahrzeugsicherheitssystem 100 umfasst auch einen oder mehrere Sensoren, die Daten bereitstellen, die es der Airbag-ECU 104 ermöglichen, die Schwellenwertbestimmung durchzuführen, dass ein Aufprallereignis stattgefunden hat. Es ist diese Bestimmung, dass ein Aufprallereignis stattgefunden hat, in Kombination mit der Unterscheidungsbestimmung, die es der Airbag-ECU 104 ermöglicht, zu bestimmen, welche der Schutzvorrichtungen 102 betätigt werden soll.
Mit Bezugnahme auf 2 wird zu verstehen sein, dass das Fahrzeugsicherheitssystem 100 ein verteiltes System ist, in dem Fernsensoren 112, 114, 116, 118 betriebswirksam mit der Airbag-ECU 104 verbunden sind, die betriebswirksam mit den verschiedenen in dem Fahrzeug 10 vorgesehenen Insassenschutzvorrichtungen 102 verbunden ist. In 2 ist die allgemeine Konfiguration der Airbag-ECU 104 zum Zweck der Darstellung der Gesamtkonfiguration des Fahrzeugsicherheitssystems 100 gezeigt. 2 soll keine Einschränkung in Bezug auf die Komponenten des Sicherheitssystems 100, deren Anordnung und deren entsprechende Verbindungen miteinander darstellen. Der Fachmann wird verstehen, dass die Konfiguration des Fahrzeugsicherheitssystems 100 variieren kann und von der in 2 gezeigten abweichen kann, ohne vom Geist und Offenbarungsumfang der hierin beschriebenen Erfindung abzuweichen.
Mit Bezugnahme auf 2 umfasst die Airbag-ECU 104 eine Hauptsteuereinheit (MCU) 120, die dazu ausgelegt ist, Daten zu empfangen und Berechnungen durchzuführen, die notwendig sind, um zu bestimmen, ob eine Fahrzeugkollision stattgefunden hat und ob eine der Insassenschutzvorrichtungen 102 des Fahrzeugs betätigt werden soll. Die MCU 120 ist betriebswirksam mit einer Satelliten-(SAT)-Sensorbusschnittstelle 122 und einem Schutzvorrichtungstreiber 124 verbunden, z.B. über interne serielle Busverbindungen, die eine hochintegrative, schnelle und zuverlässige Kommunikation zwischen diesen Komponenten ermöglichen.
Die MCU 120 ist auch betriebswirksam mit einer CAN-Busschnittstelle 130 verbunden, die die Kommunikation über einen Fahrzeug Controller Area Network)(CAN)-Bus 132 bereitstellt. Der CAN-Bus 132 ermöglicht die Kommunikation zwischen dem Fahrzeugsicherheitssystem 100 und einem Karosseriesteuermodul (BCM) 134. Das BCM 134 kommuniziert über den CAN-Bus 132 mit anderen Fahrzeugsystemen 136, wie Fahrzeuginstrumentierung, Fahrwerksteuerung, Stabilitätskontrolle, Antischlupf-/Gleitschutzregelung, Antiblockiersystem (ABS), Kollisionsvermeidung, Reifendrucküberwachung (TPMS). Über die CAN-Busschnittstelle 130 kann die Airbag-ECU 104 mit jeglichem dieser Systeme kommunizieren, um Daten bereitzustellen und/oder zu empfangen.
Die MCU 120 ist auch betriebswirksam mit einer LIN-Busschnittstelle 140 verbunden, die die Kommunikation über einen Local Interconnect Network(LIN)-Bus 142 des Fahrzeugs bereitstellt. Dies ermöglicht die Kommunikation zwischen dem Fahrzeugsicherheitssystem 100 und Systemen oder Vorrichtungen, die mit dem LIN-Bus 142 verbunden sind, wie Fahrgasterkennungssysteme und/oder Vorrichtungen 144 wie Sicherheitsgurtschalter, Sitzpositionssensoren, Sitzgewichtssensoren und Insassenpositionssensoren.
Die Airbag-ECU 104 ist mit der Fahrzeugbatterieenergie 150 verbunden, die die Energie für den Betrieb der Airbag-ECU-Komponenten bereitstellt. Die Kommunikation zwischen den Airbag-ECU-Komponenten, d.h. der MCU 120, SAT-Schnittstelle 122, dem Schutzvorrichtungstreiber 124, der CAN-Schnittstelle 130 und LIN-Schnittstelle 140, kann über einen internen Bus 152 ermöglicht werden, der sowohl die Kommunikation (serielle Kommunikation) als auch die Energie für die Ansteuerung der entsprechenden Schaltungsanordnungen bereitstellt. In diesem Zusammenhang kann z.B. die dem Schutzvorrichtungstreiber 124 über den internen Bus 152 zugeführte Energie verwendet werden, um die Anzündstücke, die die Schutzvorrichtungen 102 betätigen, mit Energie zu versorgen.
Zusätzlich kann die der SAT-Sensorschnittstelle 122 zugeführte Energie verwendet werden, um einen Fernsensorbus 154 mit Energie zu versorgen, der die Fernsensoren 112, 114, 116, 118 mit Energie versorgt und die Kommunikation zwischen den Aufprallsensoren und der MCU 120 ermöglicht. In dieser Konfiguration fungiert die SAT-Schnittstelle 122 als eine Master-Vorrichtung, die mit mehreren Slave-Vorrichtungen (Fernsensoren 112, 114, 116, 118) kommuniziert. Der Fernsensorbus 154 kann z.B. ein Busprotokoll einer verteilten Systemschnittstelle (DSI) umsetzen, das speziell für diese Aufgabe entwickelt wurde. Vorteilhafterweise kann der Fernsensorbus 154 serielle und parallele Sensorkonfigurationen unterstützen. Die Spezifikation für das DSI-Protokoll wird von dem DSI-Konsortium kontrolliert und ist im Internet unter www.dsiconsortium.org zu finden.
Die Fernsensoren 112, 114, 116, 118 erfassen ihre entsprechenden Fahrzeugzustände und stellen der SAT-Schnittstelle 122 der Airbag-ECU 104 entsprechende Datenströme zu Verfügung, die die Sensordaten an die MCU 120 weiterleiten, die eine Steuerlogik umsetzt, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug 10 an einem Aufprallereignis beteiligt ist, für das der Einsatz einer der Schutzvorrichtungen 102 gerechtfertigt ist. Die Sensoren 112, 114, 116, 118 können dazu ausgelegt sein, Rohaufpralldaten bereitzustellen, wie Roh-G-Daten (für Beschleunigungssensoren) oder Relativdruckdaten (für Drucksensoren). Die MCU 120 führt auf der Grundlage dieser Daten Berechnungen durch, um zu bestimmen, ob eine der Schutzvorrichtungen 102 betätigt werden soll. Gleichzeitig kann die Airbag-ECU 104, die über den CAN-Bus 132 betriebswirksam mit dem BCM 134 verbunden ist, dem BCM Daten bereitstellen, die für den Betrieb anderer Fahrzeugsysteme (z.B. Aktivlenkung, Gleitschutzregelung, Aufhängungs-/Stabilitätskontrolle) relevant sind, deren Betrieb sich auf diese Daten stützen kann.
Gemäß der Erfindung umfasst das Fahrzeugsicherheitssystem 100 neben den Fernsensoren 112, 114, 116, 118 auch einen ECU-Fernsensor 110. Mit Bezugnahme auf 3-5 umfasst der ECU-Fernsensor 110 eine Trägheitsmesseinheit (IMU) 160 und kann auch Aufprallsensoren 162, wie Beschleunigungssensoren, tragen. Der ECU-Fernsensor 110 ist „entfernt“ angeordnet, da er in dem Fahrzeug 10 entfernt von der Airbag-ECU 104 angebracht ist. Die von dem ECU-Fernsensor 110 getragenen Sensoren, d.h. die IMU 160 und jegliche Aufprallsensoren 162, sind diejenigen Sensoren, die herkömmlicherweise in der Airbag-ECU selbst untergebracht sind. Airbag-ECU wurden herkömmlicherweise an dem oder in der Nähe des Fahrzeugschwerpunktes (COG) 12 angebracht, da sie die Sensoren - IMU und Aufprallsensoren - umfassen, die von der Schwerpunktpositionierung profitieren würden oder die eine Schwerpunktpositionierung erfordern, um die erwünschten erfassten Fahrzeugdaten, d.h. erfasste Beschleunigungen und Rollbewegungen, bereitzustellen.
Die IMU 160 stellt Daten in Bezug auf die Drehparameter des Fahrzeugs 10 um drei Hauptachsen (X, Y, Z) bereit. Zu diesen Parametern gehören:

• Nicken - Drehung um die Y-Achse des Fahrzeugs;
• Gieren - Drehen um die Z-Achse des Fahrzeugs; und
• Rollen - Drehung um die X-Achse des Fahrzeugs.

162

10

160

10

110

160

12

162

160

110

Die in dem Fahrzeugsicherheitssystem 100 umgesetzte verteilte Architektur ermöglicht unter Verwendung des Fernsensorbusses 154 die Trennung der Airbag-ECU 104 von dem Fernsensor 110. Die Trennung der Airbag-ECU 104 von dem ECU-Fernsensor 110 bietet dem Fahrzeugsicherheitssystem 100 mehrere Vorteile. Die Trennung der Airbag-ECU 104 von dem ECU-Fernsensor 110 ermöglicht eine Flexibilität bei der Installation und Konstruktion des Fahrzeugsicherheitssystems 100. Die Airbag-ECU wird typischerweise in einem Mitteltunnel 20 des Fahrzeugs an dem oder in der Nähe des Schwerpunkts 12 des Fahrzeugs angebracht, da dies die ideale Position ist, um Fahrzeugaufprallbestimmungen durchzuführen und die Fahrzeugdrehung zu messen. Da der Mitteltunnel 20 wenig Platz bietet, kann es schwierig sein, die Airbag-ECU 104 in dem Tunnel anzubringen. Der ECU-Fernsensor 110 kann deutlich kleiner sein als die Airbag-ECU 104, was die Installation einfacher und platzsparender macht.
Durch das Entfernen von ortsabhängigen Sensoren aus der Airbag-ECU 104 kann die Airbag-ECU an jeglicher günstigen Stelle an dem Fahrzeug 102 angebracht werden. Dadurch kann auch die Größe der Airbag-ECU 104 reduziert werden, da die Sensorkomponenten entfernt werden. Während der ECU-Fernsensor 110 in dem begrenzten Raum des Mitteltunnels des Fahrzeugs 20 angebracht ist, kann die Airbag-ECU 104 in Räumen angebracht werden, in denen mehr Platz zur Verfügung steht. Beispiele für Einbauorte von Airbag-ECU 104 können z.B. in einer Mittelkonsole des Fahrzeugs, im Armaturenbrett, hinter Innentrittflächenverkleidungsstücken, im Bereich des Handschuhfachs, unter der Haube im Motorraum, unter den Fahrzeugsitzen oder an der Feuerschutzwand sein. Die Airbag-ECU 104 kann an jeder Stelle angebracht werden, die die Leistung des Fahrzeugsicherheitssystems 100 und/oder die Leichtigkeit und Effizienz, mit der die Komponenten des Sicherheitssystems in dem Fahrzeug 10 installiert werden, optimiert. Die Stelle der Airbag-ECU 104 kann so gewählt werden, dass kürzere Kabelbaumlängen und/oder einfachere Verkabelungsführungen entstehen, als dies bei Anbringung im Mitteltunnel 110 möglich wäre.
Der Mitteltunnel 20 des Fahrzeugs ist eine Stelle, die rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, einschließlich Feuchtigkeit, Verunreinigungen wie Schmutz und Streusalz, Schäden durch Steine und anderen Schutt, Wärme und übermäßige Vibrationen. Das Anbringen der Airbag-ECU 104 entfernt von dem Mitteltunnel 20 vermeidet die Notwendigkeit, das ECU-Gehäuse und die Komponenten so zu konstruieren, dass sie diesen Bedingungen standhalten. Nur den ECU-Fernsensor 110 diesen rauen Bedingungen auszusetzen, begrenzt die Notwendigkeit, den Schutz vor diesen Umgebungsbedingungen zu gewährleisten, auf die Konfiguration des ECU-Fernsensors. Dies macht natürlich auch den Schutz des Kabels/Drahtes des Fernsensorbusses 154 erforderlich, der den Fernsensor 110 mit der Airbag-ECU 104 verbindet. Die Verwitterung von Drähten/Kabeln ist jedoch bekannt und herkömmliche Techniken reichen aus.
3 zeigt eine exemplarische Konfiguration des ECU-Fernsensors 110. Der ECU-Fernsensor 110 umfasst eine Leiterplatte („PCB“) 200 oder eine andere geeignete Struktur (z.B. Substrat, Leiterplatine, Leiterplatte, Flexschaltung), auf der mehrere elektronische Komponenten 202 angebracht sind. Elektrische Verbindungsstifte 204 stellen ein Mittel bereit, um die Leiterplatte 200 und das Kabel 206, das den ECU-Fernsensor 110 mit der ECU 104 verbindet, elektrisch zu verbinden. An jeder der vier Ecken der rechteckigen PCB 200 umfasst der ECU-Fernsensor 110 eine Montagebuchse 208, die mechanisch an der PCB befestigt ist, z.B. durch eines oder mehrere von Presspassung, mechanischer Befestigung und Klebstoff. Die Montagebuchsen 208 können z.B. aus einer Metalllegierung, wie Edelstahl oder Messing, gebildet sein, die eine starke, zuverlässige und korrosionsbeständige Verbindung bereitstellt.
Die elektronischen Komponenten 202 können die IMU 160 und Aufprallsensoren 162 umfassen. Die elektronischen Komponenten 202 umfassen auch eine oder mehrere Komponenten 212 zum Ermöglichen des Betriebs der IMU 160 und/oder der Aufprallsensoren 162, wie Prozessoren, Kommunikationsschnittstellenkomponenten und Energieaufbereitungs-/-verwaltungskomponenten, Widerstände, Dioden, Kondensatoren usw. Die elektronischen Komponenten 202 umfassen ferner eine Schnittstelle des Fernsensorbus 214, die in Verbindung mit der Satellitensensorbusschnittstelle 122 die Energieversorgung des ECU-Fernsensors 110 durch die ECU 104 über den Fernsensorbus 154 ermöglicht. Die Schnittstelle des Fernsensorbus 214 und die Satellitensensorbusschnittstelle 122 ermöglichen auch die Kommunikation zwischen der ECU 104 und dem ECU-Fernsensor 110 über den Fernsensorbus 154.
Da der ECU-Fernsensor 110 in dem Mitteltunnel 20 rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein kann, ist der ECU-Fernsensor 110 so gebildet, dass er einen robusten Schutz vor rauen Umgebungsbedingungen bereitstellt. Da der Zweck des ECU-Fernsensors 110 darin besteht, Fahrzeugaufpralle und/oder Rollbedingungen zu erfassen, ist es gleichzeitig wichtig, eine starre Verbindung zwischen dem Fahrzeug 10 und den IMU/Aufprallsensoren 210 bereitzustellen, so dass die Sensoren unmittelbar auf Fahrzeugbewegungen reagieren können. Dies kann dazu beitragen, Verzögerungen bei der Reaktionszeit des ECU-Fernsensors 110 zu reduzieren.
Um diesen Interessen gerecht zu werden, hat der ECU-Fernsensor 110 eine zweilagige, überspritze Konstruktion mit einer ersten weichen inneren Schicht 220 und einer zweiten harten äußeren Schicht 230. Mit Bezugnahme auf 4 und 5 wird die weiche innere Schicht 220 auf die Leiterplatte 200 und die darauf angebrachten elektronischen Komponenten 202, z.B. durch Umspritzen, überspritzt. Nach dem Aushärten wird die harte äußere Schicht 230 auf die innere Schicht 220 überspritzt, wiederum z.B. durch Umspritzen. Das Material, das für die innere Schicht 220 verwendet wird, kann ein Weichgummi, gummiartiger Kunststoff, Elastomer oder Polymermaterial, wie ein thermoplastisches Elastomer, sein.
Mit Bezugnahme auf 4 bedeckt die innere Schicht 220 zumindest teilweise die PCB 200 und die auf der PCB angebrachten elektronischen Komponenten 202. Die innere Schicht 220 schützt die elektrischen Komponenten 202 und die PCB 200 vor Feuchtigkeitseinwirkung und trägt auch dazu bei, Schäden an der PCB und elektronischen Komponenten aufgrund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der PCB, elektronischer Komponenten und der äußeren Schicht 230 zu vermeiden, die potenziell schädliche Scherkräfte erzeugen können.
Wie in 4 dargestellt, können ausgewählte Abschnitte der PCB 200, wie Abschnitte der Ecken um die Buchsen 208, von der weichen inneren Schicht 220 unbedeckt bleiben, so dass sie für den harten Kontakt mit der harten äußeren Schicht 230 freigelegt sind. Dies stellt eine direkte Verbindung zwischen der äußeren Schicht 230 und der PCB 200 bereit, was eine starre Verbindung zwischen der äußeren Schicht und der PCB bereitstellt. Mit Bezugnahme auf 6B können die Montagebuchsen 208 eine axiale Länge aufweisen, die so gewählt ist, dass sie axiale Abschnitte angrenzend an eine oder beide Oberflächen der PCB 200 freiliegend lassen. Die äußere Schicht 230 kann auf diese freiliegenden axialen Abschnitte überspritzt werden und befestigt so die äußere Schicht sowohl an der PCB als auch an den Montagebuchsen. Um diese Verbindung zu fördern, kann der Außenumfang der Montagebuchsen 208 eine nicht glatte (z.B. aufgeraute, gerändelte, mit Gewinde versehene) Oberfläche haben, um eine mechanische Verbindung mit dem geschmolzenen Material der äußeren Schicht 230 während des Spritzens zu fördern.
Wie in 5 dargestellt, kann die äußere Schicht 230 auch einen Abschnitt 232 einer Steckverbinderanordnung 236 (z.B. Kabelbaum) für das Kabel 206 umfassen, wie eine Ummantelung, die einen Steckabschnitt 234 der Steckverbinderanordnung aufnimmt, wie einen Endverbinder, der das Kabel abschließt. Der Endverbinder 234 kann in die Ummantelung 232 eingesetzt werden, die die beiden Steckverbinderanordnungen 236 verriegelt, während gleichzeitig die Stifte 204 des ECU-Fernsensors 110 in dem Endverbinder aufgenommen werden und eine elektrische Verbindung zwischen dem ECU-Fernsensor und dem Kabel herstellen. Die Steckverbinderanordnung 236 kann auch Merkmale wie Dichtungen oder Silikonabdichtungen umfassen, die die elektrische Verbindung wetterfest machen.
In einer exemplarischen Konstruktion kann die äußere Schicht 230 zumindest teilweise aus einem Nylonmaterial hergestellt werden, z.B. glasverstärktes Nylon - PA66 GF (glasverstärktes Polyamid 66) oder PBT (Polybutylenterephthalat). Das Material, das verwendet wird, um die äußere Schicht 230 zu bilden, kann so gewählt werden, dass ein zuverlässiges Ausmaß an Verbindung und Haftung mit dem Material der inneren Schicht 220 gewährleistet ist.
Die äußere Schicht 230 bildet eine durchgehende, nahtlose gespritzte Struktur, die die elektronischen Komponenten 202 und die PCB 200 umgibt und nur die Steckerstifte 204 und die Montagebuchsen 208 freiliegend lässt. Das Anbringen des ECU-Fernsensors 110 an dem Fahrzeug 10 über die Buchsen stellt eine starre Verbindung zwischen den PCB-Montagesensoren 202 und dem Fahrzeug bereit. Dadurch wird die Übertragung von Aufprall- und Rollbewegungen von dem Fahrzeug auf die Sensoren 202 verbessert. Das Montagebuchsen 208 stellen eine starre Verbindung zwischen dem Fahrzeug 10 und der PCB 200 bereit, die die äußere Schicht 230 durch ihr Überspritzen sowohl an der PCB als auch an den Buchsen verstärkt.
Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung wird der Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen erkennen. Solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Fachwissens sollen durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15632545 [0001]

Claims

Fahrzeugsicherheitssystem für ein Fahrzeug, wobei das Sicherheitssystem umfasst: eine elektronische Steuereinheit (ECU); mindestens einen Fernaufprallsensor zur Anbringung in dem Fahrzeug an einer von der ECU entfernten Stelle, der betriebswirksam mit der ECU verbunden ist, wobei der mindestens eine Fernaufprallsensor dazu ausgelegt ist, Fahrzeugaufprallzustände zu erfassen und der ECU Daten in Bezug auf die erfassten Fahrzeugaufprallzustände bereitzustellen; mindestens einen ECU-Fernsensor zur Anbringung in dem Fahrzeug an einer von der ECU entfernten Stelle und in der Nähe eines Schwerpunktes (COG) des Fahrzeugs, wobei der mindestens eine ECU-Fernsensor eine Trägheitsmesseinheit (IMU) umfasst, wobei der mindestens eine Fernsensor dazu ausgelegt ist, Fahrzeugrollzustände zu erfassen der ECU Daten in Bezug auf die erfassten Fahrzeugrollzustände bereitzustellen; wobei die ECU betriebswirksam ist, die von dem mindestens einen Fernaufprallsensor und dem ECU-Fernsensor bereitgestellten Daten zu empfangen, Berechnungen durchzuführen, um zu bestimmen, ob die Daten einen Fahrzeugaufprallzustand anzeigen, und ein Signal zum Betätigen einer Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung bereitzustellen.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei der ECU-Fernsensor umfasst: eine Leiterplatte (PCB); eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten, die auf der PCB angebracht sind, wobei die Mehrzahl von elektronischen Komponenten mindestens einen Sensor zum Detektieren von Rollbewegungen des Fahrzeugs umfasst; eine weiche innere Materialschicht, die auf die PCB überspritzt ist, wobei die weiche innere Schicht die PCB teilweise bedeckt und die elektronischen Komponenten abdeckt, um den Schutz vor Umgebungsbedingungen für die elektronischen Komponenten und die bedeckten Abschnitte der PCB bereitzustellen; und eine harte äußere Materialschicht, die auf die weiche innere Schicht und mindestens einen Abschnitt der nicht bedeckten Abschnitte der PCB überspritzt ist und diese bedeckt, um die harte äußere Schicht sowohl mit der weichen inneren Schicht als auch mit der PCB zu verbinden.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 2, wobei der ECU-Fernsensor ferner mindestens eine an der PCB befestigte Montagebuchse umfasst, wobei die harte äußere Schicht auf mindestens einen Abschnitt der mindestens einen Montagebuchse überspritzt ist, und wobei die mindestens eine Montagebuchse Oberflächenmerkmale umfasst, in denen das Material der äußeren Schicht während des Spritzens aufgenommen wird, wobei die äußere Schicht, wenn sie ausgehärtet ist, eine direkte starre Verbindung zwischen der äußeren Schicht und der mindestens einen Montagebuchse bereitstellt.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 2, wobei die innere Schicht aus einem vergleichsweise weichen thermoplastischen Elastomermaterial und die äußere Schicht aus einem glasverstärkten Nylonmaterial gebildet ist.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei der ECU-Fernsensor dazu ausgelegt ist, in einem Mitteltunnel des Fahrzeugs angebracht zu werden.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die Airbag-ECU von dem Fahrzeug-COG entfernt angebracht ist.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 6, wobei die Airbag-ECU dazu ausgelegt ist, in einer Mittelkonsole des Fahrzeugs, in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs, hinter Innentrittflächenverkleidungsstücken des Fahrzeugs, im Bereich eines Handschuhfachs des Fahrzeugs, unter einer Fahrzeughaube in einem Motorraum des Fahrzeugs, unter Sitzen des Fahrzeugs oder an einer Feuerschutzwand des Fahrzeugs angebracht zu werden.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die IMU dazu ausgelegt ist, das Rollen des Fahrzeugs um mindestens eine der Fahrzeugachsen X, Y und Z zu messen.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die IMU dazu ausgelegt ist, mindestens eines von Nicken, Gieren und Rollen des Fahrzeugs zu messen.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Fernsensorbus, der den ECU-Fernsensor mit der ECU verbindet, wobei der Fernsensorbus Energie für den Betrieb des ECU-Fernsensors und eine Kommunikationsverbindung bereitstellt, über die der ECU die Daten in Bezug auf die erfassten Fahrzeugrollzustände bereitgestellt werden.
Fahrzeugsicherheitssystem nach Anspruch 10, wobei die ECU eine Hauptsteuereinheit (MCU) und eine ECU-Busschnittstelle umfasst, die betriebswirksam mit der MCU verbunden ist, und der ECU-Fernsensor eine Fernsensorbusschnittstelle umfasst, die betriebswirksam mit der IMU verbunden ist, wobei die ECU-Busschnittstelle und die Fernsensorbusschnittstelle betriebswirksam sind, um die Energieversorgung des ECU-Fernsensors über den Fernsensorbus zu ermöglichen und die Kommunikation zwischen der ECU und der ECU-Fernsensor zu ermöglichen.