DE19962472A1 - Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweiter Seiten - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweiter Seiten

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Abstract

Für eine besonders schnelle und einfache Detektion eines Seitenaufpralls, insbesondere bei einem Fahrzeug, ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung einer Abstandsänderung DELTAr zweier Seiten (4a, 4b) eines Körpers, insbesondere eines Karosserieteils eines Fahrzeugs, vorgesehen, umfassend einen ein Millimeterwellensignal (u¶ZF¶) sendenden Dopplersensor (6) an einer der beiden Seiten (4b) und einen im Abstand (r¶0¶) gegenüber angeordneten Reflektor (8) zur Reflexion des Millimeterwellensignals (u¶ZF¶) an der anderen Seite (4a) sowie eine Auswerteeinheit (10) zur Bestimmung eines die Verformung beschreibenden Deformationssignals (d¶S¶) in Abhängigkeit von der Anzahl von Nulldurchgängen (N¶NS¶) des Millimeterwellensignals (u¶ZF¶).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweier Seiten eines Körpers, insbesondere eines Hohlraums zwischen Karosserieteilen eines Fahrzeugs, wobei eine dabei ermittelte Grösse zur Bereitstellung einer Eingangsgrösse für eine Auslöselogikeinheit oder zur Erzeugung eines Auslösesignals für ein aktives Insassenschutzsystem dient.
Die Erhöhung der aktiven und passiven Sicherheit von Insassen in einem Fahrzeug stellt heute einen Schwerpunkt dar. Voraussetzung für ein aktives Insassenschutzsystem, z. B. Rückhaltesystem wie Gurtstraffer oder Airbag, ist die Verfügbarkeit von aktuellen Informationen über den Zustand des Fahrzeugs, insbesondere über die Änderung von Zuständen bei einem Unfall.
Aktive Rückhaltesysteme, wie beispielsweise Airbags oder Gurtstraffer, umfassen üblicherweise eine sogenannte Fahrzeugaufprallerkennungssensorik, in der Beschleunigungssensoren vorgesehen sind, die auf eine aufprallrelevante Beschleunigung hin ansprechen, die im Fall einer Aufprallunfallsituation, in welcher es zur Verformung von Hohlräumen zwischen Karosserieteilen des Fahrzeuges kommt, auftritt. Obwohl aktive Rückhaltesysteme, die beispielsweise auf dem pyrotechnischen Prinzip beruhen, in der Lage sind, ihre Wirkung schnell zu entfalten, gibt es Unfallkonstellationen, wie beispielsweise Seitenkollisionen direkt in den Türbereich des Fahrzeugs, bei denen der Aufprall von Beschleunigungssensoren mit üblicher Positionierung erst relativ spät erkannt wird.
Eine derartige Fahrzeugaufprallerkennungssensorik ist aus der DE 195 46 715 A1 bekannt. Darin ist eine Airbag- Sensorik beschrieben, die mehrere Mikrowellen-Sensoren umfasst, welche jeweils eine Sende- und Empfangsstufe aufweisen. Diese Mikrowellen-Sensoren sind nebeneinander in einer Karosserietür derart angeordnet, dass sie die angrenzende Fahrzeugaussenumgebung überwachen. Dazu erzeugen sie ein Frequenzsignal im Bereich von beispielsweise 76 GHz und tasten einen Abstandsbereich von ca. 1 m auf mögliche Objekte hin ab, die sich auf das Fahrzeug zubewegen, indem sie ein ggf. reflektiertes Frequenzsignal detektieren und dieses nach der Dopplerfrequenztechnik auswerten. Aus der Dopplerfrequenz kann die Geschwindigkeit bestimmt werden, mit der sich ein Kollisionsobjekt auf die Mikrowellen-Sensorik, worauf bei Überschreiten eines Schwellwertes eine Auslösung des Airbags erfolgt.
Darüber hinaus ist in der DE 92 15 383 U1 ein in einer Karosserietür angeordneter optischer Crash-Sensor offenbart, der insbesondere für das rechtzeitige Detektieren von Seitenaufprall-Unfällen geeignet ist. Dieser Sensor umfasst eine Lichtführungsstrecke mit Linsen und Blenden zur Bündelung eines Lichtstrahls, der auf einen Fototransistor gerichtet ist. Im Falle eines Seitenaufpralls wird die Lichtführungsstrecke verformt, was eine Änderung eines Signals des Fototransistors hervorruft und eine entsprechende Auslösung von aktiven Insassenschutzsystemen ermöglicht.
In der DE 43 22 488 A1 ist beschrieben, piezoresistive Druckaufnehmer am Türinnenblech einer Fahrzeug- Karosserietür anzuordnen, die im Falle eines Seitenaufpralls einen stossartigen Druckanstieg der Umgebungsluft erfassen und daraufhin ein aktives Insassenschutzsystem auslösen.
Des weiteren ist es zur Seitenaufprallerkennung bekannt, im Türbereich eines Fahrzeugs Dehnungsmessstreifen einzusetzen oder Beschleunigungssensoren am Türaussenblech zu positionieren. Insbesondere im Falle eines Seitenaufpralls besteht das Problem darin, dass nur eine sehr kurze Zeit zur Analyse und Interpretation von Sensordaten zur Verfügung steht, da sich der Fahrzeuginnenraum in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Aufprall- oder Intrusionsort befindet. Die oben genannten zum Stand der Technik bekannten Sensoren haben alle den Nachteil, dass sie bezüglich einer schnellen Auswertung nicht geeignet sind. Insbesondere ist das bei herkömmlichen Beschleunigungssensoren eingesetzte Integrationsverfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit besonders zeitaufwendig und fehlerbehaftet. Häufig muss zur Erhöhung der Genauig­ keit der Berechnung eine zweite Integration erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweier Seiten eines Körpers anzugeben, die besonders schnell und einfach eine Deformation erfasst und insbesondere zur Detektion eines Seitenaufpralls bei einem Fahrzeug geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsveränderung zweier Seiten eines Körpers, insbesondere eines Karosserieteils eines Fahrzeugs mit einem ein Millimeterwellensignal sendenden Dopplersensor an einer der beiden Seiten und einem im Abstand gegenüber angeordneten Reflektor zur Reflexion des Millimeterwellensignals an der anderen Seite sowie mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung eines die Verformung beschreibenden Deformationssignals in Abhängigkeit von der Anzahl von Nulldurchgängen des Millimeterwellensignals. Hierdurch kann bereits aufgrund einer geringen Bewegung der aufprallrelevanten Seiten oder Reflexionsfläche relativ zur sensortragenden Seite des Karosserieteils des Fahrzeugs eine drohende Unfallsituation rasch erkannt und beispielsweise zum frühzeitigen Auslösen eines aktiven Insassenschutzsystems genutzt werden. Somit eignet sich die Vorrichtung insbesondere zur Bestimmung der Verformung einer Fahrzeugtür im Falle eines Aufpralls oder einer Beschädigung.
Bei der Verformung des Raums zwischen den beiden Seiten des Karosserieteils ändert sich der Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor. Beispielsweise bewirkt ein beginnendes Eindrücken des Türaussenhautbleches eine Änderung der Hohlraumkonfiguration für die in ihm reflektierten Millimeterwellen und somit ein entsprechendes Dopplerfrequenzsignal (im weiteren Dopplersignal genannt) an dem Dopplersensor. Das am Reflektor reflektierte und vom Dopplersensor empfangene Dopplersignal ist dabei abhängig vom Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor. Dabei gilt folgende Beziehung:
uZF (r) = A(r).cos(2πKDr); KD = 2f0/c (1)
wobei gilt:
uZF = Dopplersignal
KD = Kenngrösse des Dopplersensors
f0 = Grundfrequenz
c = Lichtgeschwindigkeit
r = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor
A = Amplitude des Dopplersignals
Üblicherweise ist die Amplitudenabhängigkeit des Dopplersignals im Vergleich zur Oszillation der Kosinusschwingung nur schwach ausgeprägt. Daher wird für die weitere Betrachtung die Amplitude als konstant angenommen. Bei einer Verformung einer der beiden Seiten des Karosserieteils wird der Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zeitabhängig verkleinert, wodurch das Dopplersignal eine Funktion der Zeit bildet. In dem Zeitbereich zwischen zwei Nulldurchgängen des Dopplersignals verkleinert sich der Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor vorzugsweise gemäss:
rNS = 1/2KD = c/4f0 (2)
wobei gilt:
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
c = Lichtgeschwindigkeit
f0 = Grundfrequenz
KD = Kenngrösse des Dopplersensors
Zweckmässigerweise weist die Auswerteeinheit zur Bestimmung der Nulldurchgänge des Dopplersignals einen Schwellwert­ schalter auf. Somit beträgt beispielsweise bei einer Arbeitsfrequenz des Dopplersensors von 61 GHz der Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen 1,23 mm. Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit einen Zähler zur Ermittlung der Anzahl der Nulldurchgänge. Durch die Zählung der Nulldurchgänge ist gewährleistet, dass die Tiefe der Verformung und somit die Abstandsänderung besonders einfach gemessen werden kann. Dabei gilt folgende Beziehung:
Δr = (NNS - 1).rNS (3)
wobei gilt:
Δr = Abstandsänderung oder Tiefe der Verformung
NNS = Anzahl der Nulldurchgänge
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
Darüber hinaus wird bevorzugt aus dem Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen und den dafür benötigten zeitlichen Abstand der beiden Nulldurchgänge oder Nullstellen die aktuelle Verformungs­ geschwindigkeit ermittelt gemäss:
νV = rNS/tNS (4)
wobei gilt:
νV = Verformungsgeschwindigkeit
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
tNS = Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen
Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit einen Vergleicher zur Ermittlung des Deformationssignals. Dabei vergleicht der Vergleicher die Anzahl der ermittelten Nulldurchgänge mit einem vorgegebenen Grenzwert, wobei bei Überschreiten des Grenzwertes eine gefährliche Deformation identifiziert wird. Mittels des Vergleichers kann somit aufgrund der besonders schnellen Identifizierung einer gefährlichen Deformation ein aktives Insassenschutzsystem frühzeitig ausgelöst werden.
Zum Rücksetzen des Zählers ist vorzugsweise ein Zeitmodul vorgesehen. Das Zeitmodul wird mittels des ersten Takt­ impulses des Schwellwertschalters ausgelöst, wobei nach Ablauf einer den Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor beschreibenden Zeit ein Signal zur Löschung des Zählers generiert wird. In einer bevorzugten Ausführungs­ form ist ein Grenzwertmodul zur Vorgabe eines Grenzwertes für die Anzahl der Nulldurchgänge des Dopplersignals vorgesehen. Mittels des Grenzwertes ist zweckmässigerweise die kritische Verformung einstellbar gemäss folgender Beziehung:
NG = (ΔrKrit/rNS) + 1 (5)
wobei gilt:
NG Grenzwert für die Anzahl der Nulldurchgänge
ΔrKrit = kritische Verformung (maximaler Wert für die Abstandsänderung zwischen Dopplersensor und Reflektor)
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
Im Fall einer kritischen Deformation, in welcher gilt Δr < ΔrKrit und νV < νV,Krit, wird der Zähler den Grenzwert erreichen, bevor eine Rücksetzung des Zählers durch das Zeitmodul erfolgt ist. Für die Bestimmung der Zeit des Zeitmoduls wird die kritische Geschwindigkeit herangezogen gemäss:
TTor = ΔrKrit/νV,Krit (6)
wobei gilt:
TTor = Zeit des Zeitmoduls
ΔrKrit = kritische Verformung (maximaler Wert für die Abstandsänderung zwischen Dopplersensor und Reflektor)
νV,Krit = kritische Verformungsgeschwindigkeit (maximaler Wert für die Verformungsgeschwindigkeit)
Als Dopplersensor ist vorzugsweise eine aktive integrierte Antenne vorgesehen. Die aktive integrierte Antenne umfasst dabei einen Sender und einen Empfänger, wobei der Sender Millimeterwellen oder Radarwellen vorzugsweise im Frequenzbereich von ca. 60 GHz, d. h. bei Wellenlängen von ca. 5 mm, in den Raum, z. B. in den Innenraum der Fahrzeug­ tür abstrahlt. Der Dopplersensor ist zweckmässigerweise auf einer Halteplatte angeordnet. Als Reflektor ist vorzugs­ weise ein Kunststoffbauteil vorgesehen. Hierdurch ist eine einfache Formgebung des Reflektors gegeben. Darüber hinaus ist ein derartiger Reflektor besonders kostengünstig und einfach herstellbar. Der Reflektor wird bevorzugt auf der aufprallrelevanten Seite des Raums angeordnet, wohingegen der Dopplersensor auf der gegenüberliegenden und somit nichtaufprallgefährdeten Seite angeordnet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung weisen die Halteplatte des Dopplersensors und der Reflektor die gleiche Oberflächen­ grösse auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass die vom Dopplersensor ausgestrahlten Millimeterwellen derart auf den Reflektor treffen, dass ein ausreichend gutes Dopplersignal vom Dopplersensor empfangen werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Raum zwischen der Halteplatte und dem Reflektor von einem Hohlelement umhüllt. Zweckmässigerweise weist das Hohlelement innenseitig absorbierendes Material auf oder besteht selbst aus absorbierendem Material. Bevorzugt dient als Hohlelement ein flexibles Rohr. Durch eine derartige Umhüllung oder Kapselung der gesamten Vorrichtung, d. h. des Dopplersensors und des Reflektors sowie des zwischen diesen beiden gebildeten Hohlraumes mittels beispielsweise eines Kunststofffaltenbalgs wird parasitäre Abstrahlung besonders sicher vermieden. Insbesondere durch das innenseitig absorbierende Material des Hohlelements sind sogenannte Stehwelleneffekte innerhalb des Hohlraums weitgehend reduziert. Darüber hinaus ist durch eine derartige vollständig gekapselte Ausführung der Vorrichtung eine besonders grosse Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Beeinflussung des Dopplersensors durch bewegte Teile in seiner Umgebung sicher vermieden sind. Ferner ist eine erforderliche Einhaltung des Frequenzbandes, die einer besonders aufwendigen Ausführung bedarf, sicher vermieden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines Dopplersensors und einem zugeordneten Reflektor sowie einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Abstandsänderung zwischen diesen anhand der Anzahl der Nulldurchgänge des Dopplersignals eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform für eine derartige Vorrichtung, auch Intrusionssensor genannt, gegeben ist. Darüber hinaus kann innerhalb einer besonders kurzen Zeit eine Deformierung des Karosserieteils sicher identifiziert werden. Ferner ist es ermöglicht, in besonders einfacher Art und Weise zwischen kritischen und weniger kritischen Deformierungen zu unterscheiden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweier Seiten eines Körpers mit einem Dopplersensor und einem Reflektor sowie einer Auswerteeinheit in Seitenansicht,
Fig. 2 schematisch die Vorrichtung gemäss Fig. 1 in Perspektive,
Fig. 3 schematisch die Auswerteeinheit gemäss Fig. 1, und
Fig. 4 ein Diagramm zur Klassifikation des Dopplersignals des Dopplersensors.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Änderung eines Abstands r0 in einem Raum 2 zwischen zwei Seiten 4a und 4b eines Karosserieteils eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs, z. B. einer Fahrzeugtür. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Dopplersensor 6 und einen Reflektor 8, die im Abstand r0 zueinander angeordnet sind. Dem Dopplersensor 6 ist darüber hinaus eine Auswerteeinheit 10 zugeordnet. Der Dopplersensor 6 ist mittels einer Halteplatte 12 an der Seite 4b befestigt. Der gegenüberliegende Reflektor 8 ist an der anderen Seite 4a angeordnet. Der Reflektor 8 ist dabei auf derjenigen Seite 4a des Karosserieteils angeordnet, welche durch die Richtung des Pfeils R angedeutet mit einer Kraft (z. B. Aufprall) beaufschlagt wird, die zu einer Verformung des Raums 2 und somit zu einer Veränderung des Abstands r0 führt. Somit ist der Reflektor 8 auf der aufprallrelevanten Seite 4a des Karosserieteils angeordnet. Der Raum 2 zwischen dem Dopplersensor 6 und dem Reflektor 8 ist darüber hinaus von einem Hohlelement 14 umgeben. Für einen besonders einfachen Aufbau des Hohlelements 14 weisen die Halteplatte 12 und der Reflektor 8 die gleiche Oberflächen­ grösse auf.
Für eine weitgehende Unempfindlichkeit der Vorrichtung 1 gegenüber Beschädigung, Verformung und anderen äusseren Einflüssen dient als Hohlelement 14 ein flexibles Rohr, beispielsweise ein Kunststofffaltenbalg.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 1 mit dem Reflektor 8 und dem Dopplersensor 6 in Perspektive. Dabei ist der Dopplersensor 6 auf der Halteplatte 12 angeordnet. Der zwischen dem Reflektor 8 und dem Dopplersensor 6 gebildete Raum 2 ist mittels des Hohlelements 14 umhüllt. Bevorzugt ist das Hohlelement 14 aus einem verformbaren Kunststoffrohr gebildet, welches beispielsweise wie eine Ziehharmonika gefaltet ist.
Als Dopplersensor 6 ist beispielsweise eine aktive integrierte Antenne vorgesehen, welche Radarwellen bevorzugt im Millimeterwellenbereich, insbesondere im Frequenzbereich von ca. 60 GHz, d. h. bei Wellenlängen von ca. 5 mm, in den Raum 2 zwischen den beiden Seiten 4a und 4b ausstrahlt. Die ausgestrahlten Millimeterwellen werden an dem Reflektor 8 reflektiert. Die aussenseitige Begrenzung des Raums 2 bildet das Hohlelement 14, welches innenseitig aus absorbierendem Material gebildet ist. Hierdurch ist eine Reflexion der Millimeterwellen oder Radarwellen an dem Hohlelement 14 weitgehend reduziert. Diejenigen Wellen, die aufgrund der Reflexion an dem Reflektor 8 von dem Dopplersensor 6 empfangen werden, dienen der Bestimmung der Dopplerfrequenz, d. h. der Differenz der Frequenz der empfangenen, rückreflektierten Wellen einerseits und der ausgesendeten Wellen andererseits. Aus der Dopplerfrequenz (im weiteren Dopplersignal uZF genannt) kann auf eine Relativbewegung zwischen der reflektierenden aufprallrelevanten Seite 4a und der gegenüberliegenden den Dopplersensor 6 tragenden Seite 4b geschlossen werden.
Bei einer Verformung des Raums 2 zwischen den Seiten 4a und 4b ändert sich der Abstand r0 zwischen dem Dopplersensor 6 und dem Reflektor 8. Es entsteht dabei das Dopplersignal uZF, welches vom Abstand r0 zwischen dem Dopplersensor 6 und dem Reflektor 8 abhängt gemäss der Beziehung:
uZF (r) = A(r).cos(2πKDr); KD = 2f0/c (1)
wobei gilt, dass der Abstand r0 zwischen dem Dopplersensor 6 und dem Reflektor 8 zeitabhängig ist und somit das Dopplersignal uZF ebenfalls eine Funktion der Zeit ist. Für den Abstand rNS zwischen dem Dopplersensor 6 und dem Reflektor 8 zwischen zwei Nulldurchgängen NS des Dopplersignals uZF gilt folgende Beziehung:
rNS = 1/2KD = c/4f0 (2)
Durch Zählung der Nulldurchgänge NS wird vorzugsweise die Abstandsänderung Δr und demzufolge die Tiefe der Verformung bestimmt. Bei einer vorgegebenen Anzahl von Nulldurchgängen NNS gilt:
Δr = (NNS - 1).rNS (3)
Über den zeitlichen Abstand tNS der Nulldurchgänge NS des Dopplersignals uZF wird die aktuelle Verformungs­ geschwindigkeit νv ermittelt gemäss:
νV = rNS/tNS (4)
Mittels des Zeitverlaufs des Dopplersignals uZF sind bevorzugt die Abstandsänderung Δr sowie die Verformungsgeschwindigkeit νV ermittelbar. Beispielsweise ergeben sich für einen im Frequenzbereich von 56 GHz arbeitenden Dopplersensor 6 und bei einer Bewegung der Seite 4a des Reflektors 8 um 1 cm im Durchschnitt etwa 7,4 Nulldurchgänge NS des Dopplersignals uZF. Dies entspricht einem Abstand rNS zwischen zwei Nulldurchgängen NS von 1,35 mm. Gemäss der Beziehung 2 ist der Abstand rNS 1,34 mm. Die Anzahl der Nulldurchgänge NNS pro Längeneinheit ist somit annähernd konstant.
Zur Bestimmung eines die Verformung oder Abstandsänderung Δr beschreibenden Deformationssignals dS ist in Fig. 3 die Auswerteeinheit 10 schematisch dargestellt. Das Doppler­ signal uZF wird einem Schwellwertschalter 16 der Auswerte­ einheit 10 zugeführt. Der Schwellwertschalter 16 formt aus jedem Nulldurchgang NS des Dopplersignals uZF einen Impuls oder ein Taktsignal. Der Schwellwertschalter 16 erkennt ein fehlendes Eingangssignal des Dopplersignals uZF und gibt in diesem Fall keinen Impuls i aus.
Die Auswerteeinheit 10 umfasst darüber hinaus einen Zähler 18 zur Ermittlung der Anzahl der Nulldurchgänge NNS sowie einen Vergleicher 20 zur Ermittlung des Deformationssignals dS. Der Impuls i des Schwellwertschalters 16 wird dem Zähler 18 zugeführt, welcher in Abhängigkeit von dem Impuls 1 die Anzahl der Nulldurchgänge NNS des Dopplersignals uZF zählt. Bevorzugt löst der erste Impuls 1 des Dopplersignals uZF ein Zeitmodul 22 aus, das nach Ablauf einer Zeit TTor ein Signal zur Löschung des Zählers 18 generiert.
Der Ausgang des Zählers 18 ist mit dem Vergleicher 20 verbunden. Dem Vergleicher 20 wird von einem Grenzwertmodul 24 ein Grenzwert NG für die maximale Anzahl der Nulldurchgänge NNS des Dopplersignals uZF zugeführt. Der vorgegebene Grenzwert NG dient der Einstellung der kritischen Verformung und somit der kritischen Abstands­ änderung ΔrKrit zwischen dem Dopplersensor 6 und dem Reflektor 8 und wird wie folgt ermittelt:
NG = (ΔrKrit/rNS) +1 (5)
Im Fall einer kritischen Verformung wird der Zähler 18 den Grenzwert NG erreichen oder überschreiten, bevor eine Rücksetzung durch das Zeitmodul 22 erfolgt. Die Zeit TTor oder Torzeit des Zeitmoduls 22 wird aus der kritischen Geschwindigkeit νV,Krit berechnet gemäss:
TTor = ΔrKrit/νV,Krit (6)
Im Fall einer tiefen, langsamen Verformung der Seite 4a hingegen wird der Zähler 18 vor Erreichen des Grenzwerts NG von dem Zeitmodul 22 wieder gelöscht. In einem weiteren Fall erfolgt die Verformung sehr schnell, aber nicht genügend weit, d. h. der Grenzwert NG wird nicht erreicht. Der Zähler 18 wird anschliessend mittels des Zeitmoduls 22 wieder gelöscht. In beiden Fällen wird das eine kritische Verformung beschreibende Deformationssignal dS nicht generiert. Alternativ oder zusätzlich kann mittels eines Ausgangs 26 der Auswerteeinheit 10 ein Signal für eine derartige ungefährliche Deformation ausgegeben werden.
Ist die Verformungsgeschwindigkeit νV schnell genug (d. h. die kritische Verformungsgeschwindigkeit νV,Krit) sowie die kritische Abstandsänderung ΔrKrit erreicht, so wird mittels des Vergleichers 20 das Deformationssignal dS gesetzt. Je nach Ausführungsart der Vorrichtung 1 kann dies beispielsweise mittels eines R-S-Flipflops erfolgen, wobei die Rücksetzung des Deformationssignals dS von vorgebbaren Kriterien abhängt. Das Deformationssignal dS dient insbesondere der Auslösung von aktiven Insassenschutzsystemen. Darüber hinaus kann das Deformationssignal dS beispielsweise zur Anzeige oder Ausgabe der gefährlichen Deformation genutzt werden.
Hierdurch ist beispielsweise ein Signal für die Identifizierung der Unbrauchbarkeit der Vorrichtung 1 durch Deformation ausgebbar.
In Bild 4 ist die Klassifikation des Dopplersignals uZF in einem Diagramm dargestellt. Dabei ist die Verformungs­ geschwindigkeit νV in Abhängigkeit von der Änderung des Abstandes Δr dargestellt. Das Diagramm ist in vier Quadranten I bis IV unterteilt, wobei die Linien L1 und L2 zwischen den Quadranten I bis IV die kritische Verformungsgeschwindigkeit νV,Krit bzw. die kritische Abstandsänderung ΔrKrit darstellen.
Der Quadrant IV stellt die Fälle für eine gefährliche Deformation oder kritische Verformung dar, wobei gilt νV < νV,Krit, Δr < ΔrKrit. Der Quadrant III repräsentiert jene Verformung, die sehr schnell auftritt νV < νV,Krit), z. B. Fusstritte oder harte Stösse, die aber die kritische Abstandsänderung ΔrKrit nicht überschreiten. Im Quadranten II sind demgegenüber langsame Verformungen, z. B. durch einen Einparkunfall, dargestellt, welche beispielsweise die kritische Abstandsänderung ΔrKrit überschreiten, aber die kritische Verformungsgeschwindigkeit νV,Krit nicht überschreiten.
Die durch den Quadranten I dargestellten Felder repräsentieren Deformationen, welche sowohl hinsichtlich der Verformungsgeschwindigkeit νV als auch hinsichtlich der Abstandsänderung Δr nicht als kritisch bewertet werden, da deren kritischen Werte wesentlich unterschritten sind.
Durch eine derartige Auswertung des Dopplersignals uZF anhand des Deformationssignals dS eignet sich die Vorrichtung I zur Detektion, insbesondere zur Unterscheidung von starken und weniger starken Deformierungen der aufprallrelevanten Seite 4a, d. h. zur Unterscheidung eines schweren Zusammenstoßes von einem leichten Eindellen an beliebiger Stelle der Seite 4a. Die Vorrichtung 1 kann in Abhängigkeit von der Ausführung in einem Karosseriehohlraum oder an einer anderen geeigneten Stelle am Fahrzeug, z. B. an einem hülsenartigen Einschluss, angeordnet sein. Bei der Anordnung der Vorrichtung 1 in einer Hülse des Fahrzeugs kann die Umhüllung mittels des Hohlelements 14 entfallen. Darüber hinaus können eine Vielzahl von Vorrichtungen 1 an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angeordnet sein, so dass die Möglichkeit geschaffen wird, den genauen Ort eines Aufpralls am Fahrzeug zu bestimmen. Dies ermöglicht ein aufprall­ situationsabhängiges Ansteuern von aktiven Insassenschutz­ systemen bzw. eine Erzeugung einer Eingangsgrösse für eine Auslöselogik eines aktiven Insassenschutzsystems in Abhängigkeit von der auslösenden Vorrichtung 1 und somit vom erkannten Intrusionsort.
Eine Modifikation des obigen Ausführungsbeispiels für die Vorrichtung 1 besteht in der Signalauswertung durch die Verwendung von digitalen Signalprozessoren. Dabei kann anstelle eines analogen Schaltungsaufbaus für die Auswerte­ einheit 10 der Vorrichtung 1 ein digitaler Signalprozessor verwendet werden. Der Einsatz von digitalen Signal­ prozessoren für die Auswerteeinheit 10 ermöglicht sowohl die Erfassung der durchschnittlichen Verformungs­ geschwindigkeit νV als auch deren zeitlichen Verlauf. Beispielsweise kann dies mittels einer modellgestützten Spektralanalyse des Dopplersignals uZF erfolgen. Dazu wird die Bewegung des Reflektors 8 und somit die Änderung des Abstands r beispielsweise als Taylor-Reihe modelliert, gemäss:
wobei gilt:
r0 = Ist-Abstand im unverformten Zustand
t = Funktion der Zeit
νV = Verformungsgeschwindigkeit
a = Konstante
Das Dopplersignal uZF ist dabei proportional abhängig von der Zeitfunktion des Abstands r gemäss:
Eine derartige modellgestützte Spektralanalyse des Dopplersignals uZF ermöglicht, weitere Werte oder Informationen für die Indikation eines Aufpralls oder einer Deformation zu berücksichtigen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels der Vorrichtung 1 ein derartiges aufprallindikatives Deformationssignal dS erzeugt wird, welches eine differenzierte Auswertung der Deformation ermöglicht. Die Vorrichtung 1 (auch millimeterwellengestützter Intrusionssensor genannt) ermöglicht insbesondere die Klassifizierung der Deformation in Abhängigkeit von dem ermittelten Deformationsweg. Dabei wird sowohl die Abweichung eines Schwellwerts für die Abstandsänderung Δr als auch die Abweichung der durchschnittlichen Verformungsgeschwindigkeit von dem vorgegebenen Wertebereich berücksichtigt. Durch eine derartige Kombination von verschiedenen Informationen aus dem Dopplersignal uZF können Fehlauslösungen von aktiven Insassenschutzsystemen aufgrund von Vibrationen der betreffenden Aufprallflächen, z. B. der Seite 4a, vermieden werden.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung Δr zweier Seiten (4a, 4b) eines Körpers, insbesondere eines Karosserieteils eines Fahrzeugs, mit einem ein Millimeterwellensignal (uZF) sendenden Dopplersensor (6) an einer der beiden Seiten (4b) und einem im Abstand (r0) gegenüber angeordneten Reflektor (8) zur Reflexion des Millimeterwellensignals (uZF)an der anderen Seite (4a) gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (10) zur Bestimmung eines die Verformung beschreibenden Deformationssignals (dS) in Abhängigkeit von der Anzahl von Nulldurchgängen (NNS) des Millimeterwellensignals (uZF)
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) einen Schwellwertschalter (16) zur Bestimmung von Nulldurchgängen (NS) des Millimeterwellen­ signals (uZF) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) einen Zähler (18) zur Ermittlung der Anzahl der Nulldurchgänge (NNS) umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) einen Vergleicher (20) zur Ermittlung des Deformationssignals (dS) umfasst.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitmodul (22) zum Rücksetzen des Zählers (18) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzwertmodul (24) zur Vorgabe eines Grenzwertes (NG) für die Anzahl der Nulldurchgänge (NNS) des Millimeterwellen­ signals (uZF) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Dopplersensor (6) eine aktive integrierte Antenne vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dopplersensor (6) auf einer Halteplatte (12), die mit einer Seite (4a) verbunden ist, angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektor (8) ein Kunststoffbauteil vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteplatte (12) des Dopplersensors (6) und der Reflektor (8) die gleiche Oberflächengrösse aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (2) zwischen der Halteplatte (12) und dem Reflektor (8) von einem Hohlelement (14) umhüllt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlelement (14) innenseitig absorbierendes Material aufweist oder selbst aus absorbierendem Material gebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Hohlelement (14) ein flexibles Rohr dient.
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