DE3716168A1 - Sensor fuer eine sicherheitseinrichtung von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sensoren für derartige Sicherheitseinrichtungen wie Airbag und Gurtstrammer sind in verschiedener Weise bekannt. Die serienmäßig verwendeten Sensoren arbeiten überwiegend auf der Grundlage der Beschleunigung, die im Falle eines Unfalls ein vorgegebenes Maß übersteigt und eine normale Zeit anhält. Dabei wird mit der Integra­ tion eines Beschleunigungssignals (vgl. DE-AS 22 22 038) oder mit den Ausgangssignalen zweier Beschleunigungs- Schwellwertgeber gearbeitet. Die bekannten Sensoren sind für die heute üblichen Anwendungsfälle ausgereift und arbeiten zufriedenstellend. Es handelt sich dabei um die Erfassung sogenannter "Front-Crashs". Für Anwendungs­ fälle, bei denen es darum geht, innerhalb kurzer Zeit ein aussagekräftiges Signal für die Auslösung von derartigen Sicherheitseinrichtungen zu bekommen, sind diese Sensoren jedoch weniger geeignet. Derartige Anwendungsfälle sind beispielsweise im Falle eines Tür- bzw. Seitencrashes gegeben und erfordern aufgrund der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit zwischen dem Auf­ treffen eines Hindernisses und dem Auslösen der Sicher­ heitseinrichtung ein schnelles und zuverlässiges An­ sprechen. Hinzukommt beispielsweise bei Verwendung für eine Sicherheitseinrichtung gegen einen Tür-Crash, daß bei Anordnung des Sensors in der Tür diese auch durch den normalen Betrieb der Fahrzeugtür einer Belastung ausgesetzt ist, die der im Falle eines Crashs durchaus gleichwertig sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Wirksamkeit insbesondere für den Anwendungsfall gegen seitliche Kollisionen des Kraftfahrzeugs besitzt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Sensor der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1.

Durch die Anordnung des Sensors in oder knapp unter der Außenhaut des Kraftfahrzeugs ist ein schnelles Anspre­ chen gewährleistet. Die Berücksichtigung "normaler" Beanspruchungen, beispielsweise beim Türzuschlagen, wird durch das Kriterium des zeitlichen Abstands ausgeschlos­ sen, das für das Auslösen der Sicherheitseinrichtung maßgeblich ist. Im Falle des Türzuschlagens werden beide Sensoren in gleicher Weise und ohne zeitlichen Abstand beaufschlagt. Dadurch läßt sich dieser normale Betriebs­ fall vom Crashfall unterscheiden. Der zeitliche Abstand, der zwischen de beiden Signalen mindestens eingehalten werden muß, um zum Auslösen der Sicherheitseinrichtung zu führen, hängt im wesentlichen ab vom geometrischen Abstand der beiden Deformationssignalelemente und entspricht der Zeit, die im Fall eines mit vorgegebener maximaler Geschwindigkeit in das Kraftfahrzeug eindrin­ genden Hindernisses zum Zurücklegen dieses Abstandes benötigt wird.

Wie bereits ausgeführt, eignet sich der Sensor bevorzugt zur Anordnung in einem seitlichen Konstruktionselement des Kraftfahrzeugs. Dabei kann es sich um eine Tür oder ein seitliches, nicht bewegliches Karosserieelement handeln. Der Sensor kann dabei so ausgebildet sein, daß er die gesamte Breite des Konstruktionselements über­ spannt. Die Sicherheitseinrichtung wird dann unabhängig vom Auftreten eines Hindernisses in jedem Fall ausge­ löst, sofern dieses Auftreffen mit vorgegebener und für die Fahrzeuginsassen bedrohlicher Stärke erfolgt.

Der Sensor kann in Form von hintereinander angeordneten Lichtleitern ausgebildet sein, die durch ein Hindernis in definiertem zeitlichen Abstand unterbrochen werden.

Die Signalgewinnung kann ferner auf besonders einfache Weise in den beiden Lagerstellen jedes Deformationssig­ nalelements gegenüber dem Konstruktionselement erfolgen. Bei Addition der beiden durch entsprechende Geber in den Lagerstellen ausgelösten Signale zu einem Gesamt-Signal ergibt sich dadurch eine weitere Verbesserung, da das Gesamt-Signal aus den beiden Anteilen gemittelt wird und eventuelle Spitzen eines derartigen Anteils durch Auftreffen des Hindernisses in einer der Lagerstellen ausgleicht.

Bei den Gebern in den beiden Lagerstellen kann es sich vorzugsweise um Druckgeber handeln, die beispielsweise in Form von Piezogebern ausgebildet sind und damit ein zuverlässiges und langzeitstabiles Mittel zur Gewinnung des relativen Signals darstellen.

Eine weitere Verbesserung des Sensors besteht darin, daß die von den beiden Deformationssignalelementen ausgehen­ den Signale hinsichtlich der zeitlichen Aufeinanderfolge geprüft werden und nur bei "richtiger" Reihenfolge und bei Erfüllen der sonstigen Voraussetzungen hinsichtlich Stärke und Dauer des Signals zum Auslösen dieser Sicher­ heitseinrichtung führen.

Die Erfindung ist anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 konstruktive Ausgestaltungen eines Sensors nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 vergrößert,

Fig. 4 ein Detail aus Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild und

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Schaltung entsprechend dem Block­ schaltbild von Fig. 5.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind in einer nicht vollständig gezeigten Tür eines Kraftfahrzeugs knapp unter der Außenhaut 2 zwei Deformationssignalelemente 3 und 4 in einem definierten Abstand a bezüglich der Richtung angedeutet, die durch die Normale bezüglich der Außenhaut 2 definiert ist. Entgegengesetzt zur Richtung der Normalen verläuft die in das Innere des Kraftfahr­ zeugs gerichtete Stoßrichtung (Pfeil 5), mit der ein Hindernis oder dgl. in das Kraftfahrzeug eindringt.

Zum Erkennen eines derartigen Hindernisses und zur Beurteilung von dessen Gefährlichkeit sind die beiden Deformationssignalelemente 3 und 4 über einen Licht­ wellenleiter 6 mit einer permanenten Lichtquelle 7 verbunden. Deren Licht gelangt über die beiden Äste des Lichtwellenleiters 6 und die geradlinigen Deformations­ signalelemente 3 und 4 zu Lichtempfängern 8 und 9. Das dort normalerweise auftreffende Licht ist für die beiden Lichtempfänger 8 und 9 in etwa gleich groß und wird in eine entsprechende gleich große Spannung umgewandelt.

Trifft nun ein Hindernis mit einer Bewegungskomponente in Stoßrichtung (5) auf die Tür auf und dringt es in das Fahrzeuginnere ein, so werden die beiden Deformations­ signalelemente der Reihe nach deformiert. Dadurch wird die Lichtausbreitung durch die Deformationssignalelemen­ te 3 und 4 nacheinander unterbrochen. Die mit Hilfe der Lichtempfänger 8 und 9 empfangene Lichtstrahlung und die davon abgeleiteten Spannungen U ₁ und U ₂ gehen damit mit einem zeitlichen Abstand auf den Wert Null zurück. Dieser Zeitabstand hängt ab vom Abstand a der beiden Deformationssignalelemente 3 und 4 sowie der Geschwin­ digkeit, mit der das Hindernis in das Kraftfahrzeug eindringt. Da der Abstand a vorgegeben ist, läßt sich damit die Geschwindigkeit, mit der das Hindernis sich in das Fahrzeuginnere bewegt, ableiten. Ist diese Geschwin­ digkeit groß, d. h. der zeitliche Abstand, in dem die beiden Spannungen U ₁ und U ₂ auf den Wert Null absinken, gering, so läßt sich daraus eine bevorstehende erheb­ liche Gefährdung der Fahrzeuginsassen ableiten. In diesem Fall können nicht dargestellte Sicherheitsein­ richtungen, wie beispielsweise Seiten-Airbags oder dgl., ausgelöst werden und die Insassen wirksam vor diesem Hindernis geschützt werden.

Das zeitliche Verhalten der beiden mit Hilfe der Licht­ empfänger 8 und 9 gebildeten Spannungen U ₁ und U ₂ ist anhand des Diagramms von Fig. 1a schematisch gezeigt. Der Abstand t ₁ und t ₂, in dem die beiden Spannungen auf den Wert Null absinken, hängt im wesentlichen ab von der Eindringgeschwindigkeit eines Hindernisses. Wird bei­ spielsweise zum Zeitpunkt t ₁ ein Zähler mit konstanter Zählfrequenz angestoßen und zum Zeitpunkt t ₂ gestoppt, so ist der Zählerstand ein direktes Maß für die inte­ ressierende Eindringgeschwindigkeit. Mit Hilfe vorge­ gebener Schwellwerte für den unteren und den oberen maximal zulässigen Zählerstand, bei dem die Sicherheits­ einrichtung ausgelöst werden soll, läßt sich somit diese Sicherheitseinrichtung wirksam steuern.

Es wird dabei durch die untere und die obere Schwelle verhindert, daß die Sicherheitseinrichtung überflüssi­ gerweise ausgelöst wird. Durch den unteren Schwellwert werden Vorgänge erkannt, die durch gleichzeitiges oder für ein Hindernis nicht typisches zu schnelles Auf­ einanderfolgen der beiden Signale U ₁ = 0 und U ₂ = 0 maßgeblich sind. Derartige Vorgänge treten beispiels­ weise bei einem Schaltungsfehler auf. Sie können aber auch, abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des Sensors bei heftigem Zuschlagen der Fahrzeugtür vor­ kommen und sollen nicht dazu führen, daß die Sicher­ heitseinrichtungen ausgelöst werden.

Dasselbe gilt für ein zu langsames Aufeinanderfolgen der beiden Signale U ₁ = 0 und U ₂ = 0. Ein derartiger Fall tritt beispielsweise dann auf, wenn ein Hindernis sehr langsam in das Fahrzeuginnere eindringt, wie dies beispielsweise beim Auftreffen des Kraftfahrzeugs auf ein derartiges Hindernis mit geringer Geschwindigkeit vorliegt. Auch in diesem Fall soll die Sicherheitsein­ richtung nicht ausgelöst werden.

Auf diese Weise ergibt sich ein wirksamer Schutz der Fahrzeuginsassen vor Hindernissen, die mit einer be­ drohlichen Geschwindigkeit und mit einer besorgniser­ regenden Intensität in das Fahrzeuginnere eindringen. Andere Vorgänge hingegen werden insoweit eliminiert, als sie nicht zum Auslösen der Sicherheitseinrichtung führen. Hierzu gehört das bereits erwähnte heftige Zuschlagen der Fahrzeugtür ebenso wie das Auftreffen des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis, das nur zu einer geringen Deformation der Fahrzeugtür führt. Dies wird beispielsweise dadurch erkannt, daß nur das Deforma­ tionssignalelement 3 anspricht, d. h. die Spannung U ₁ den Wert Null erreicht, während dies für die Spannung U ₂ nicht gilt. Auch lassen sich schaltungstechnische oder mechanische Fehler des Sensors eliminieren. Hierzu gehört die Beschädigung eines oder beider Äste des Lichtwellenleiters 6 ebenso wie der Ausfall der Licht­ quelle 7 oder eines der beiden Lichtempfänger 8 oder 9. Sämtliche derartige Fälle geschehen mit hoher Wahr­ scheinlichkeit nicht in der Weise, daß die beiden Spannungen U ₁ und U ₂ in einem durch zwei Schwellwerte gegebenen zeitlichen Abstand auf den Wert Null absinken.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind zwei Deforma­ tionssignalelemente 3′ bzw. 4′ entsprechend den Elemen­ ten 3 und 4 als Blechprofile ausgebildet, die in Blöcken 10 und 11 wiederum innerhalb der Fahrzeugtür 1 gelagert sind. Die Blechprofile sind im Detail in Fig. 4 darge­ stellt und besitzen an ihren beidseitigen Lagerstellen in den beiden Lagern 10 und 11 jeweils einen Druckgeber 12 und 13, der in Fig. 3 im Detail für das Lager 10 dargestellt ist. Die von den beiden Druckgebern 12 und 12′ bzw. 13 und 13′ je eines Deformationssignalelementes 3′ bzw. 4′ gelieferten Signale in Form von Spannungen U ₁₂ und U ₁₂, sowie U ₁₃ und U ₁₃, werden jeweils addiert und mit einem Schwellwert verglichen. Bei einem bedroh­ lichen Crash ergeben sich dann zeitliche Spannungsver­ läufe, wie sie in Fig. 6 für das Summensignal der beiden Spannungen dargestellt sind. Die zugeordneten Schwell­ werte U _{S 1} bzw. U _{S 2} werden zu unterschiedlichen Zeiten überschritten. Aus dem zeitlichen Verhalten läßt sich daraus wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 auf einen bedrohlichen Crash bzw. ein sonstiges Ergebnis schlies­ sen.

Die elektronische Schaltung, mit der dies erfolgt, ist in Fig. 5 gezeigt. Dabei sind mit U ₁ bzw. U ₂ die im Falle von Fig. 1 durch die beiden Lichtempfänger 8 bzw. 9 und im Falle des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 die summierten Ausgangssignale der zugehörigen Druckgeber 12 und 12′ bzw. 13 und 13′ bezeichnet. Die Spannungen U ₁ und U ₂ werden über Verstärker 14 bzw. 15 geleitet und über einen Integrator mit nachgeschaltetem Schwellwert­ schalter 16 bzw. 17 geführt. Die Ausgangssignale hiervon werden über einen Zeitfenster-Komperator 18 auf einen Lastschalter 19 gegeben, der ggf. schematisch darge­ stellte Zündpillen 20 für Sicherheitseinrichtungen wie z. B. einen Seiten-Airbag auslöst. Dieser Fall tritt dann auf, wenn der zeitliche Abstand der beiden Spannun­ gen U ₁ und U ₂ innerhalb des durch den Zeitfenster-Kom­ perator 18 definierten Bereichs liegt. Dieser Bereich ist in der beschriebenen Weise festgelegt. Die Arbeits­ weise des Zeitfenster-Komperators entspricht der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Arbeitsweise der dort als Schwellenwertschalter beschriebenen Einrichtung.

Auf diese Weise läßt sich mit Hilfe der erfindungsge­ mäßen Sensorik ein wirksamer Schutz vor Fehlauslösungen einer Sicherheitseinrichtung bei gleichzeitig hoher Funktionssicherheit für den Bedarfsfall erreichen.

Claims (8)

1. Sensor für eine Sicherheitseinrichtung von Kraft­ fahrzeugen, der in oder unmittelbar hinter der Außenhaut des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, gekennzeichnet durch zwei in geringem Abstand bezüglich einer zur Außenhaut senkrechten Richtung angeordnete Deformationssignalelemente, die bei einer Deformation vorgegebener Stärke ein Signal liefern und durch eine Auswerteschaltung, die bei Aufeinanderfolge der Signale der beiden Deforma­ tionssignalelemente in definiertem zeitlichen Abstand die Sicherheitseinrichtung auslösen.

2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnung in einem seitlichen Konstruktionselement des Kraftfahrzeugs.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor die gesamte Breite des Konstruktionselements übergreift.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationssig­ nalelemente als Lichtleiter ausgebildet sind, die bei gestörter Funktion das Signal auslösen.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Sensoren Druckgeber in den Lagern am Konstruktionselement zugeordnet sind.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Druckgeber eines Konstruktionselements addiert und als das Signal des Deformationssignalelements der Auswerteschaltung zugeführt sind.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Prüfung der Signale der Deformatonssignalelemente auf ihre richtige Aufeinanderfolge.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten des Signals eines ersten Deformationssignalelements ein Zeittor für das Signal des zweiten Deformationssig­ nalelementes wirksam geschaltet ist, das in defi­ niertem zeitlichen Abstand von diesem Auftreten beginnt und eine vorgegebene Breite besitzt.