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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung
mit einem Meßwerterfassungs-
und Steuersystem, welches wenigstens einen Sensor zur Meßwerterfassung
aufweist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
der Durchführung
von beispielsweise Fahrzeug-Aufprallversuchen, sogen. "Crash-Versuchen" werden viele interessierende
Meßgrößen, wie beispielsweise
Beschleunigungen, Kräfte,
Momente und Wege, gemessen und aufgezeichnet. Hierzu dient eine
große
Zahl unterschiedlichster Sensoren, die an einer sogen. Meßanlage
betrieben werden. Die Meßanlage
versorgt die Sensoren mit Energie, wandelt die in aller Regel analogen
Sensorsignale in Digitalwerte, speichert diese Digitalwerte, bis
sie nach dem Versuch zur weiteren Verarbeitung und Auswertung ausgelesen
werden. Zur automatischen Sensorerkennung befinden sich häufig sogen. ID-Module
auf bzw. an den Sensoren, die von der Meßanlage abgefragt werden, um
so den Sensortyp und ggf. auch einige charakteristische Daten (Sensorempfindlichkeit,
Kalibrierdatum usw.) festzustellen. Aufgrund der Verschiedenartigkeit
der eingesetzten Sensoren muß der
Signalaufbereitungs- und Digitalisierungsteil der Meßanlage
bisher universell ausgelegt sein, d.h. u.a. einen großen Eingangsspannungsbereich,
eine einstellbare oder selbsteinstellende Verstärkung und eine maximal hohe
Digitalisierungsauflösung
besitzen. Derartige Meßanlagen
weisen jedoch eine relativ hohe Masse, ein relativ großes Volumen
und einen unnötig
hohen Energieverbrauch auf. Diese drei Eigenschaften beeinträchtigen die
Durchführung
der Versuche, da durch das große Volumen
nur bestimmte Einbauplätze
im Fahrzeug in Frage kommen, wobei in unerwünschter Weise die hohe Masse
an einigen dieser Einbauorte das Deformationsverhalten und die Auslösecharakteristiken
für Pyroartikel
beeinflußt.
Ferner ist der Energieverbrauch bei Versuchen mit Akku-Versorgung
nachteilig, da hierbei zusätzlich
für den
Energiespeicher eine große
Masse und ein großes
Volumen unterzubringen ist. Diese Nachteile treten besonders hervor, wenn
Versuche mit einer geringen Zahl an Sensoren gefahren werden, weil
Masse, Volumen und Energieverbrauch der Meßanlage unverändert hoch
sind.
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Aus
der
DE 195 33 712
C2 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, bei der ein Sensor,
eine Verstärkungseinrichtung
und eine Spannungs-Impulszahl-Umsetzeinrichtung zu einer Impulsausgabe-Sensoreinrichtung
zusammengefaßt
sind. Die Spannungs-Impulszahl-Umsetzeinrichtung
umfaßt dabei
einen Analog-Digital-Wandler und eine Takt-Steuereinrichtung zum Steuern des Analog-Digital-Wandlers.
Der Ausgangs des A/D-Wandlers dient
jedoch lediglich zum Ansteuern eines Zählers, welcher über eine
Taktsteuervorrichtung lediglich eine Impulsausgabe initiiert, wobei
eine Impulszahl einer Ausgangsspannung des Verstärkers entspricht. Eine direkte
Ausgabe von Sensordaten bzw. von digitalen Sensordaten ist nicht
vorgesehen. Daher ist eine derartige Sensorvorrichtung nicht für Meßwerterfassungs-
und Steuersysteme von Crash-Versuchsanlagen geeignet.
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Die
WO 97/49578 beschreibt eine Steuerung für Kraftfahrzeugsicherheitssysteme
mit Nick- und Rollsensorelementen,
wobei diese mit Hochpaßfiltern
sowie Tiefpaßfiltern
und einem nachgeschalteten A/D-Wandler zu einem Sensormittel zusammengefaßt sind.
Das Sensormittel gibt digitale Sensorsignale aus, welche in einem
nachgeschalteten Steuermittel weiter verarbeitet werden. Als Ausgangssignal ist
lediglich ein ggf. abgegebenes Aktivierungssignal für eine Kraftfahrzeugsicherheitskomponente
vorgesehen, aber keinerlei Sensordaten selbst, denn diese dienen
lediglich dazu, zu bestimmen, ob ein Aktivierungssignal für eine Kraftfahrzeugsicherheitskomponente
zu erzeugen ist oder nicht.
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Die
Sensoren der beiden letztgenannten Systeme sind somit nicht für die Meßwerterfassungs- und
Steuersysteme von Vorrichtungen zur Fahrzeugerprobung, wie beispielsweise
Crash-Versuchsanlagen, geeignet, da sie einerseits aufgrund mangelnder
Kompatibilität
nicht an diese anschließbar
sind und andererseits kein Ausgangssignal zur Verfügung stellen,
welches unmittelbar als Meßwert
abspeicherbar ist. Bei Verwendung derartige Sensoren wäre nach
wie vor ein großvolumiges,
schweres und viel Energie verbrauchendes, zentrales Meßwerterfassungs-
und Steuersystem erforderlich, welches jedoch jeweils an die Sensoren
angepaßt
sein müßte. Ferner
müßten, wie
bei herkömmlichen
Meßwerterfassungs-
und Steuersysteme von Crash-Versuchsanlagen, zusätzlich für jeden Sensor eigene Datenleitungen
vorgesehen sein und zusätzliche
Datenausgänge
geschaffen werden, welche jedoch vor den diesen Sensoren zugeordneten
Signalverarbeitungseinrichtungen liegen müßten, da letztere keine Sensordaten
an sich ausgeben, sondern lediglich aufgrund von Sensordaten erzeugte
Impulse (Taktimpulse bzw. Aktivierungssignal) abgeben, welche keinen oder
nur sehr groben Rückschluß auf das
Sensorsignal selbst zulassen.
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Die
DE 94 01 197 U1 offenbart
ein Prüfmodul zur
technischen Überwachung
eines Fahrzeugs, welches als funktionelle Einheit eine Steuerelektronik, mindestens
einen Sensor und eine Auswerteeinrichtung umfasst. Die von dem mindestens
einen Sensor erfassten Messwerte werden im Prüfmodul von der Auswerteelektronik
verarbeitet und an einer serielle Schnittstelle bereitgestellt,
an welcher beispielsweise ein Computer angeschlossen ist.
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Die
Artikel „Automobilvernetzung
nach Maß" (Elektronik 23/1995,
Seite 64 bis 72) und „Multisensor
signal processing with CAN bus interface" (Sensors and Actuators A 62, 1997,
729–733)
beschreiben Möglichkeiten
zur Datenübertragung
zwischen mehreren Komponenten eines Fahrzeugs über einen CAN-Fahrzeugbus.
In dem Artikel „Sicherheit
der Datenübertragung
serieller Bussysteme im Automobil" (Automobiltechnische Zeitschrift, 96,
1994) ist offenbart, wie ein Signal eines Sensors über einen
daran angeschlossenen A/D-Wandler digitalisiert und anschließend über ein
Bussystem weitergeleitet werden kann.
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Die
WO 97/49578 A1 beschreibt eine Steuereinrichtung zum Aktivieren
mindestens einer Sicherheitskomponente eines Fahrzeugs, wie beispielsweise
eines Airbags, wobei die Steuereinrichtung mindestens einen Sensor
zum Ermitteln der Beschleunigungsparameter des zugehörigen Fahrzeugs
aufweist. Die von dem mindestens einen Sensor erfassten analogen
Sensorwerte werden dabei über
einen mit dem Sensor gekoppelten AID-Wandler digitalisiert und anschließend zu
einer angeschlossenen Auswerteeinrichtung weitergeleitet.
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Die
DE 195 33 712 C2 betrifft
eine Sensorvorrichtung mit einer Messeinrichtung zum Erfassen einer
physikalischen Größe und zum
Bereitstellen eines entsprechen analogen Signals, sowie einem an der
Sensoreirichtung angeschlossenen A/D-Wandler zum Umwandeln des analogen
Signals in ein digitalisiertes Signal. Das digitalisierte Signal
kann anschließend
einem Computer bereitgestellt werden.
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Die
WO 95/34801 beschreibt ein Messwerterfassungssystem für anthropomorphe
Testpuppen mit mindestens einem Sensor zum Bereitstellen eines einem
Messwert entsprechenden analogen Signals, welches über einen
an den Sensor gekoppelten Digitalen Signalprozessor (DSP) in ein
digitales Signal umgewandelt wird. Zum Übertragen des digitalen Signals
an ein zentrales Auswerte- und/oder Speichersystem ist der DSP über einen
Busanschluss an einen Datenbus angeschlossen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Fahrzeugsicherheitserprobung mit mindestens einem mehrachsigen,
zum Erfassen unterschiedlicher Sensorparameter ausgebildeten Sensor
und einem Datenbus zur Verfügung zu
stellen, welche eine reduzierte Fehlerrate für eine Datenübertragung
von dem mehrachsigen Sensor an den Datenbus aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung gemäß dem Anspruch 1. Dabei ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass in einem mehrachsigen Sensor mehrere
Signalverarbeitungseinrichtungen mit jeweils einer Sensorbrücke an einer
einzigen digitalen Schnittstelle angeschlossen sind.
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Dies
hat den Vorteil, daß wesentliche
Funktionen der Meßtechnik
in die Sensoren selbst ausgelagert sind, so daß bei einem Meßaufbau
immer exakt soviel Meßtechnik
vorhanden ist, wie für
die momentan benötigte
Anzahl von Sensoren auch tatsächlich benötigt wird.
Auf diese Weise ist Gewicht, Volumen und Energieverbrauch der Meßtechnik
immer exakt auf den momentanen Bedarf der Meßsituation abgestimmt. Die
erfindungsgemäß ausgebildeten
Sensoren liefern dabei unmittelbar Ausgangssignale, welche nicht
mehr weiter verarbeitet werden müssen, sondern
vielmehr über
einen angeschlossenen Daten-BUS direkt abgespeichert werden können. Hierdurch
ist ein Verkabelungsaufwand wesentlich reduziert, da nicht mehr
für jeden
Sensor eine eigene Anschlußleitung
erforderlich ist, sondern sich vielmehr ein einziger Kabelstrang
des Daten-BUS durch das Kraftfahrzeug erstreckt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
erzielt zusätzlich
eine Dezentralisierung der Masse des Meßwerterfassungssystems im Crashfahrzeug,
so daß der
Einfluß dieser
Masse auf das Crashverhalten reduziert ist. Somit werden realistischere
Meßergebnisse
erzielt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Sensorsignalverarbeitungseinrichtung einer Sensorbrücke nachgeschaltet
und weist in Signalverarbeitungsrichtung nach der Sensorbrücke folgendes
auf, einen Vorverstärker,
einen Tiefpaßfilter,
einen A/D-Wandler und eine Schnittstellensteuerlogik, wobei die
Schnittstellensteuerlogik die digitale Schnittstelle zu einem seriellen
Daten-BUS mit wenigstens einer Datenleitung und einer Synchronisationstaktleitung
ausbildet. Durch eine gemeinsame Synchronisationstaktleitung sind
alle mit dem seriellen Daten-BUS verbundene Sensoren gemeinsam triggerbar
ohne aufwendigen Abgleich zwischen den Sensoren von beispielsweise
jeweiligen Taktgebern.
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Zum
Identifizieren eines jeweiligen Sensors und zur Parameterbestimmung
direkt über
den seriellen Daten-BUS ist eine Speichereinrichtung für Sensorparameter,
insbesondere ID-Nummer,
Sensorempfindlichkeit und/oder Kalibrierdatum, vorgesehen, welche
mit der Schnittstellensteuerlogik verbunden ist. Beispielsweise
ist die Speichereinrichtung ein E2Prom.
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Eine
Zusammenfassung von mehreren Sensoren, beispielsweise zu einem dreiachsigen
Sensor, erzielt man dadurch, daß mehrere
Sensorbrücken über einen
Multiplexer mit dem Vorverstärker
verbunden sind. Dies erzielt weitere Einsparungen bzgl. Verkabelungsaufwand
und Gewicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung eine Vorrichtung
zum Überprüfen von
Wirkungen eines Kraftfahrzeugunfalls mit mindestens einem Kraftfahrzeug,
welches mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit an einen vorbestimmten
Kollisionspunkt mit einem Hindernis oder wenigstens einem anderen Fahrzeug
führbar
ist, wobei in dem Kraftfahrzeug und/oder dem Hindernis bzw. anderen
Fahrzeug das Meßwerterfassungs-
und Steuersystem mit dem wenigstens einen Sensor vorgesehen ist.
Alternativ umfaßt
die Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung eine Schlittenanlage,
eine Crashsimulationsanlage, eine Fahrversuchsanlage oder einen
Prüfstand.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen,
sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der
beigefügten
Zeichnungen. Diese zeigen in
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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2 ein
Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Sensors der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
von 1.
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Bei
der beispielhaft in 1 dargestellten Vorrichtung
zum Überprüfen von
Wirkungen eines Kraftfahrzeugunfalls ist ein Kraftfahrzeug 10 in
Richtung 12 auf ein Hindernis 14 zubewegbar, mit
dem es in vorbestimmter Weise kollidieren soll. In dem Kraftfahrzeug 10 sind
Sensoren 16 vorgesehen, welche während und ggf. auch vor der
Kollision Meßdaten erfassen.
Die Sensoren 16 sind mittels einer geeigneten digitalen
Schnittstelle mit einem seriellen Daten-BUS 18 verbunden, auf dem die
von den Sensoren gelieferten Daten mittels eines Senders 20 über eine
Funkstrecke zu einem Empfänger 22 übertragen werden.
Der Empfänger 22 ist
mit einem Personal Computer (PC) 24 verbunden, welcher
die Sensordaten speichert und ggf. auswertet.
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Die
Sensoren 16 sind an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug 10 angeordnet
und erfassen unterschiedliche Meßgrößen, wie beispielsweise Beschleunigung,
Lage, Momente, Wegstrecken, Ausgangssignale von Steuereinrichtungen
und/oder einen jeweiligen Zustand von Kraftfahrzeugsicherheitssystemen,
wie Gurtstraffer, Airbag, ABS oder ähnlichem.
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Um
die dargestellte Anordnung der Sensoren 16 mit dem seriellen
Daten-BUS 18 zu ermöglichen,
sind diese erfindungsgemäß wie in 2 beispielhaft
dargestellt ausgebildet. Hierbei illustriert 2 eine bevorzugte
Ausführungsform
eines Sensors 16 der Vorrichtung von 1.
Der Sensor 16 umfaßt
eine Sensorbrücke 26,
welche als eigentlicher Meßwertaufnehmer
fungiert, eine Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 28 und
eine Schnittstellensteueriogik 30. An Leitungen 32 liegt
eine Versorgungsspannung an, welche beispielsweise ebenfalls über den
seriellen Daten-BUS 18 übertragen
wird.
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Ein
Ausgangssignal 34 der Sensorbrücke 26 durchläuft in der
Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 28 einen Vorverstärker 36,
einen Tiefpaßfilter 38 und
einen Analog-Digital-Wandler 40, nachfolgend kurz A/D-Wandler
genannt. Sowohl die Sensorbrücke 26 als
auch der Vorverstärker 36 als
auch der A/D-Wandler 40 erhalten direkt die Versorgungsspannung 32,
wobei diese für
den A/D-Wandler 40 als Referenzspannung Uref dient.
Die Schnittstellensteuerlogik 30 hat einen Masseanschluß (GND) 42, einen
Taktsignalanschluß (SCL) 44 und
einen Datenanschluß (SDA) 46,
welche mit dem seriellen Daten-BUS 18 verbunden sind. Entsprechende
Anschlüsse
sind datenstromauf der Schnittstellensteuerlogik 30 vorgesehen
und mit dem A/D-Wandler 40 verbunden. Ferner sind weitere
entsprechende Anschlüsse
an der Schnittstellensteuerlogik 30 vorgesehen, welche
mit einem E2Prom 48 als Speicher
für Parameter
des Sensors, wie beispielsweise einer ID-Nummer, verbunden sind.
Auch der Speicher 48 erhält die Versorgungsspannung 32.
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Die
erfindungsgemäß ausgebildeten
Sensoren 16 weisen somit eine zugeschnittene Sensorsignalverarbeitung
und Digitalisierung 28 sowie ein geeignetes digitales Interface 30 auf.
Die Funktionalität der
Meßanlage
ist in bzw. an die Sensoren 16 verlagert. Die über die Schnittstellensteuerlogik 30 an
den seriellen Daten-BUS abgegebenen Daten sind direkt speicherbare
Meßwertdaten,
welche zunächst
nicht weiter bearbeitet werden müssen.
Dies ist ggf. erst für
eine später
Meßdatenauswertung
erforderlich. Auf diese Weise ist mittels der beispielsweise als Standardschnittstelle
ausgebildeten Schnittstellensteuerlogik 30 ein im wesentlichen
direkter Betrieb an dem PC 24 möglich, wobei die Funkübertragungsstrecke
lediglich beispielhaft dargestellt ist. Der PC 24 kann
auch mittels eines Kabels mit dem seriellen Daten-BUS 18 verbunden
sein und sich auch innerhalb des Kraftfahrzeuges 10 befinden.
Die beispielhaft dargestellte Funkstrecke ist lediglich als drahtlose
Verlängerung
des seriellen Daten-BUS 18 zu verstehen.
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Durch
den seriellen Daten-BUS reduzieren sich Kabelaufwand, Energiebedarf
und damit auch Gewicht des Meßwerterfassungssystems
erheblich. Eine Signalverfälschung
durch Leitungslänge
oder Störeinkopplung
ist vermieden. Der Transport der Daten von den Sensoren 16 weg
erfolgt vollständig digital,
was wesentlich fehlersicherer ist als die herkömmliche analoge Übertragung.
Die Konsistenzprüfung
der gesamte Kette der Sensoren 16 ist über Auslesen der jeweiligen
Speicher 48 möglich,
so daß Kombinationsfehler,
beispielsweise Sensor X am Meßkanal
Y, vermieden sind. Zur Sensorbrücke 26 kann
ferner über
den seriellen Daten-BUS 18 und die Schnittstellensteuerlogik 30 eine
direkter Zugang zur Diagnose und Kalibrierung zur Verfügung gestellt werden.
Die Abtasffrequenz des A/D-Wandlers 40 ist vorzugsweise
einstellbar bis zu einem Wert von beispielsweise 100 kHz. Ferner
ist optional folgendes in der Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 28 vorgesehen:
ADU (Analog-Digital-Wandler), Anti-Aliasing, Offsetkompensationseinrichtungen,
an das Sensorelement 26 angepaßte Signalverarbeitungskette
ADU, zusätzliche
Filter, weitere Vorverstärker,
ADU ratiometrisch.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung und
Anordnung der Sensoren verändert
die Übertragungsstrecke
der Daten von einem jeweiligen Sensor zu einer Datenspeicher- und
Verarbeitungseinrichtung nicht ein Übertragungsverhalten und damit
nicht die Meßdaten
selbst. Daher genügt
es, die Sensoren selbst zu kalibrieren. Eine zusätzliche Kalibrierung des Gesamtsystems
ist nicht mehr erforderlich.
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Alternativ
sind in einem Sensor mehrere Anordnungen, insbesondere drei, aus
jeweils einer Sensorbrücke,
einem Vorverstärker
und einem ADU an einer einzigen digitalen Schnittstelle angeschlossen, so
daß mit
einem einzigen Sensor beispielsweise eine dreiachsige Meßgruppe
zur Verfügung
steht.
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Die
Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung umfaßt beispielsweise
eine Schlittenanlage, eine Crashsimulationsanlage, eine Fahrversuchsanlage
oder einen Prüfstand.
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Fahrtrichtung
- 14
- Hindernis
- 16
- Sensoren
- 18
- serieller
Daten-BUS
- 20
- Sender
- 22
- Empfänger
- 24
- Personal
Computer
- 26
- Sensorbrücke
- 28
- Sensorsignalverarbeitungseinrichtung
- 30
- Schnittstellensteuerlogik
- 32
- Versorgungsspannung
- 34
- Ausgangssignal
der Sensorbrücke
- 36
- Vorverstärker
- 38
- Tiefpaßfilter
- 40
- Analog-Digital-Wandler
- 42
- Masseanschluß
- 44
- Taktsignalanschluß
- 46
- Datenanschluß
- 48
- E2Prom