DE4202460A1 - Kollisionsbestimmungs-schaltkreis - Google Patents

Kollisionsbestimmungs-schaltkreis

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Description

Die Erfindung betrifft Kollisionsbestimmungs-Schaltkreise, die zur Erzeugung eines Startsignals für die Betätigung eines Airbag-Systems oder eines Gurtstraffungssystems nach einer Kollision eines Fahrzeugs ausgelegt sind.
Wenn bei einem Airbag-System zum Schutz eines Insassen vor seitlicher Verletzung nach einer Kollision eines Fahrzeugs lediglich ein von einem Beschleunigungs-Sensor erzeugtes Beschleunigungssignal als Startsignal des Airbag-Systems verwendet wird, so besteht die Möglichkeit, daß das Startsignal bei einer Kollision eines den Beschleunigungs- Sensor aufnehmenden Bereichs der Fahrzeugkarosserie mit einem kleinen Gegenstand, der nahezu keinen Schaden an der Fahrzeugkarosserie verursachen würde, ausgegeben wird. Daher ist eine Einrichtung zur Vermeidung einer derartigen Situation erforderlich. Darüber hinaus ist es notwendig, das Airbag-System nicht nur nach einer Kollision mit einem starken Stoß, sondern auch nach einer Kollision mit einem schwachen, aber lang anhaltenden Stoß zu betätigen. In einem derartigen Fall besteht jedoch die Möglichkeit, daß der Beschleunigungs-Sensor das Startsignal nicht ausgibt. Daher ist zusätzlich eine Einrichtung zur Abdeckung dieser Situation erforderlich.
Zur Vermeidung eines derartigen Problems wurde eine Technik vorgeschlagen (siehe japanische Patentveröffentlichung Kokoku Nr. 8574/84), bei welcher aus einer von dem Beschleunigungs-Sensor erzeugten Beschleunigung durch Integration eine Geschwindigkeit berechnet wird, d. h. eine Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit eines durch Trägheit aufgrund der Kollision beispielsweise in Richtung eines Steuerrads bewegten Insassen. Bei dieser Technik wird dann, wenn die berechnete Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet, ein Startsignal für ein Airbag-System ausgegeben.
Es ist jedoch aus Versuchen bekannt, daß eine derartige Technik zwar effektiv ist, wenn ein Frontabschnitt eines Fahrzeugs unter rechtem Winkel mit einem Hindernis kollidiert, daß aber bei einer schrägen Kollision des Frontabschnitts des Fahrzeugs mit dem Hindernis eine Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit sogar dann nicht ausreichend erfaßt wird, wenn die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Kollision relativ groß ist. In letzterem Fall besteht daher die Möglichkeit, daß das Startsignal nicht erzeugt wird.
Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis für ein Airbag-System oder ein Gurtstraffungssystem bereitzustellen, das ausgelegt ist, stets ein geeignetes Startsignal auszugeben, d. h. sogar dann, wenn ein Fahrzeug unter verschiedenen Winkeln (d. h. schräge Kollision) mit einem Hindernis kollidiert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis bereitgestellt, der zur Ausgabe eines Startsignals auf Grundlage eines Ausgangs­ signals eines Beschleunigungs-Sensors, welcher eine aufgrund einer Kollision eines Fahrzeugs erzeugte Beschleunigung erfaßt, ausgelegt ist. Der Kollisions­ bestimmungs-Schaltkreis umfaßt eine erste Recheneinrichtung zur Berechnung einer Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit eines Insassen durch Integration eines Ausgangssignals des Beschleunigungs-Sensors, eine zweite Recheneinrichtung zur Berechnung einer Intensität des Ausgangssignals des Beschleunigungs-Sensors in einem bestimmten Frequenzbereich und einen ODER-Schaltkreis, der das Startsignal ausgibt, wenn die Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit oder/und die Intensität in dem bestimmten Frequenzbereich einen Referenzwert überschreitet.
Bei der vorstehenden, erfindungsgemäßen Anordnung wird das Startsignal erzeugt, wenn die durch Integration der aufgrund der Kollision des Fahrzeugs erzeugten Beschleuni­ gung erhaltene Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit oder/und die Stärke bzw. Intensität der Beschleunigung in dem bestimmten Frequenzbereich einen Referenzwert überschrei­ tet. Daher kann ein Airbag-System oder ein Gurtstraffungs­ system nach einer Frontalkollision des Fahrzeugs auf Grundlage einer tatsächlichen Korrelation zwischen dem Insassen und dem Fahrzeug betätigt werden. Zusätzlich kann das Airbag-System oder dgl. sogar nach einer schrägen Kollision (d. h. nicht frontal), bei der eine Fahrgast- Trägheitsgeschwindigkeit kurz nach der Kollision schwierig zu erfassen ist, auf Grundlage der Intensität der Beschleunigung in dem vorbestimmten Frequenzbereich ohne Verzögerung betätigt werden. Folglich ist es möglich, bei verschiedenen Arten von Kollisionen des Fahrzeugs stets den ordnungsgemäßen Betrieb des Airbag-Systems oder dgl. sicherzustellen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung an einer bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben werden. Es stellt dar:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Gesamt­ anordnung eines Kollisionsbestimmungs-Schalt­ kreises; und
Fig. 2A bis 2C Graphen zur Darstellung von Intensitäts­ spektren nach einer Frontalkollision bei niedriger Geschwindigkeit, nach einer schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit bzw. nach einer Frontal­ kollision bei einer mittleren Geschwindigkeit.
Gemäß Fig. 1 sind ein mechanischer Beschleunigungs-Sensor 3, eine Zündkapsel 4 und ein Transistor 5 zwischen einer Batterie 1 und Masse 2 in Reihe angeordnet. Der mechanische Beschleunigungs-Sensor 3 erfaßt eine aufgrund der Kollision eines Fahrzeugs erzeugte Beschleunigung. Wenn die erfaßte Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschritten hat, wird ein Kontakt geschlossen, um ein Airbag-System zu betätigen. Die Zündkapsel 4 kann durch die Batterie 1 zum Zünden eines Treibmittels zum Aufblasen eines Airbags erregt werden, wenn der Kontakt des mechanischen Beschleunigungs-Sensors 3 geschlossen wurde und an eine Basis des Transistors 5 durch einen nachfolgend näher zu beschreibenden Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis 6 ein Startsignal ausgegeben wurde.
Mit 7 ist ein elektrischer Beschleunigungs-Sensor bezeichnet, der zur Umwandlung einer Beschleunigung in ein elektrisches Signal, d. h. ein Spannungssignal, mittels eines Verformungsmessers und zur fortwährenden Ausgabe dieses elektrischen Signals geeignet ist. Die Beschleuni­ gung wird aufgrund der Kollision des Fahrzeugs erzeugt. Ein Ausgangssignal des elektrischen Beschleunigungs-Sensors 7 wird durch einen Verstärker 8 verstärkt und dann in eine im Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis 6 vorgesehene Rechenein­ richtung 9 zur Berechnung der Fahrgast-Trägheitsgeschwin­ digkeit eingegeben.
Die Recheneinrichtung 9 zur Berechnung der Fahrgast- Trägheitsgeschwindigkeit besteht aus einem Integrations- Schaltkreis und integriert die Beschleunigung, um eine Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV nach Kollision des Fahrzeugs zu berechnen. Die Fahrgast-Trägheitsgeschwin­ digkeit ΔV entspricht einer Geschwindigkeit eines Insassen, der keinen Sicherheitsgurt verwendet und nach einer Kollision des Fahrzeugs durch Trägheit in die Vorwärts­ richtung des Fahrzeugs geschleudert wird. Der Wert dieser Geschwindigkeit hängt von der Größe der Beschleunigung aufgrund der Kollision und von der seit der Kollision vergangenen Zeit ab. Die Recheneinrichtung 9 zur Berechnung der Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit gibt ein Signal an einen noch zu beschreibenden ODER-Schaltkreis 12 aus, wenn die berechnete Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV größer als ein vorbestimmter Referenzwert ist.
Das von dem elektrischen Beschleunigungs-Sensor 7 durch den Verstärker 8 ausgegebene Signal wird weiter durch einen Bandpaßfilter 10 des Kollisionsbestimmungs-Schaltkreises 6 ausgegeben. Der Bandpaßfilter 10 filtert eine Frequenz­ komponente mit einer Frequenz 100 Hz und eine Frequenz­ komponente mit einer Frequenz 200 Hz aus. Dann wird ein derartiges Ausgangssignal einer Intensitätsberechnungs- Einrichtung 11 zugeführt, in der die Größe einer Intensität der Beschleunigung in einem Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz berechnet wird. Die Intensitätsberechnungs- Einrichtung 11 gibt ein Signal an den ODER-Schaltkreis 12 aus, wenn die berechnete Intensität S100-200 größer als ein vorbestimmter Referenzwert ist. Der ODER-Schaltkreis 12 gibt an die Basis des Transistors 5 ein Startsignal für das Airbag-System aus, wenn darin von der Recheneinrichtung 9 zur Berechnung der Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit oder/und der Intensitätsberechnungs-Einrichtung 11 ein Signal empfangen wird.
Fig. 2A bis 2C stellen jeweils ein Intensitätsspektrum der aufgrund der Kollision des Fahrzeugs erzeugten Beschleunigung dar. Fig. 2A zeigt das Intensitätsspektrum nach einer Frontalkollision des Fahrzeugs bei niedriger Geschwindigkeit (bei einem Kollisionswinkel von 0°). Fig. 2B zeigt das Intensitätsspektrum nach schräger Kollision des Fahrzeugs bei hoher Geschwindigkeit (bei einem Kollisionswinkel von 30°). Fig. 2C zeigt das Intensitäts­ spektrum nach Frontalkollision des Fahrzeugs bei einer mittleren Geschwindigkeit (bei einem Kollisionswinkel von 0°). In diesen Graphen ist der Wert bei 0 Hz die Intensität einer Gleichstromkomponente der Beschleunigung zu verschiedenen, vorbestimmten Zeitpunkten nach der Kollision und entspricht der Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV.
Wie aus einem Vergleich von Fig. 2A, die das Intensitäts­ spektrum nach einer Frontalkollision des Fahrzeugs bei niedriger Geschwindigkeit zeigt, mit Fig. 2C, die das Intensitätsspektrum nach einer Frontalkollision des Fahrzeugs bei mittlerer Geschwindigkeit zeigt, ersichtlich ist, steigt die Größe der Intensität bei 0 Hz mit zunehmender Kollisionsgeschwindigkeit und zunehmender abgelaufener Zeit zu. Wenn beispielsweise nach Ablauf von 30 ms seit der Kollision die Intensität P0 einer Gleich­ stromkomponente erfaßt wird und das Startsignal ausgegeben wird, wenn der erfaßte Wert einen Referenzwert übersteigt, so kann daher der Betrieb des Airbag-Systems nach einer Frontalkollision in geeigneter Weise gesteuert werden. Da diese Intensität P0 der Gleichstromkomponente der Beschleunigung in einem tatsächlichen Fall der Fahrgast- Trägheitsgeschwindigkeit ΔV entspricht, wird die Intensität P0 in der Recheneinrichtung 9 als Fahrgast-Trägheits­ geschwindigkeit ΔV berechnet.
In Fig. 2B, die das Intensitätsspektrum infolge einer schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit zeigt, ist die Intensität P0 der Gleichstromkomponente nach Ablauf von 30 ms trotz der Tatsache kleiner als die Intensität P0 in Fig. 2C, daß die schräge Kollision bei einer höheren Geschwindigkeit als die frontale stattfindet. Es wird angenommen, daß der Grund hierfür darin liegt, daß die Karosserie durch die schräge Kollision bei hoher Geschwindigkeit leicht verformt werden kann und lediglich eine geringe Belastung erzeugt. Die Intensität P0 der Gleichstromkomponente steigt in Fig. 2C mit zunehmender, seit der Kollision vergangener Zeit, beispielsweise 40 oder 50 ms, an. Da jedoch die Betätigung des Airbag-Systems sofort nach Auftreten der Kollision erfolgen muß, ist eine Ausgabe des Startsignals spätestens 30 ms nach der Kollision erwünscht. Die Verwendung eines Werts von 40 oder 50 ms, wie vorstehend beschrieben, ist nämlich nicht angemessen. Daher ist es bei Auftreten einer schrägen Kollision des Fahrzeugs zur Ausgabe des Startsignals notwendig, anstelle der Intensität P0, d. h. anstelle der Fahrgast-Trägheits­ geschwindigkeit ΔV, einen weiteren Parameter zu verwenden. Als dieser zweite Parameter wird die Größe S100-200 der Intensität in dem Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz nach Ablauf von 30 ms nach der Kollision verwendet.
Die Größe S100-200 der Intensität in dem Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz ist in jeder der Fig. 2A bis 2C schraffiert dargestellt. Man erkennt, daß die Größe S100-200 in Fig. 2B, die das Intensitätsspektrum infolge einer schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit zeigt, einen größeren Wert aufweist, als jene in den Fig. 2A und 2C, die jeweils das Intensitätsspektrum infolge einer Frontalkollision darstellen. Es wird angenommen, daß die Ursache hierfür darin liegt, daß eine Hochfrequenz- Komponente der Beschleunigung bei schräger Kollision größer ist als bei einer frontalen.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird nachfolgend erläutert werden.
Wenn aufgrund einer Kollision des Fahrzeugs eine Beschleu­ nigung erzeugt wird, so wird der Kontakt des mechanischen Beschleunigungs-Sensors 3, der eine derartige Beschleu­ nigung erfaßt hat, geschlossen. Wenn der Kollisions­ bestimmungs-Schaltkreis 6 nicht das Startsignal ausgegeben hat, so ist zugleich der Transistor 5 nicht erregt. Somit wird die Zündkapsel 4 nicht betätigt.
Das Spannungssignal, das von dem elektrischen Beschleu­ nigungs-Sensor 7 durch die Beschleunigung aufgrund der Kollision ausgegeben wird, wird in dem Verstärker 8 verstärkt und der Recheneinrichtung 9 zur Berechnung Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit im Kollisionsbestimmungs- Schaltkreis 6 zugeführt. Wenn die in der Recheneinrichtung 9 berechnete Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV einen Referenzwert überschreitet, d. h. wenn die Geschwindigkeit des aufgrund der Kollision durch Trägheit nach vorne geworfenen Insassen eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet, wird das Signal dem ODER-Schaltkreis zugeführt.
Das vom elektrischen Beschleunigungs-Sensor 7 ausgegebene Spannungssignal wird über den Verstärker 8 und den Bandpaß­ filter 10 der Intensitätsberechnungs-Einrichtung 11 zuge­ führt. Wenn die in der Intensitätsberechnungs-Einrichtung 11 berechnete Intensität S100-200 den Referenzwert überschreitet, wird das Signal dem ODER-Schaltkreis zugeführt.
Wie man durch Bezug auf Tabelle 1 erkennt, gibt der ODER- Schaltkreis 12 bei einer Frontalkollision bei niedriger Geschwindigkeit (Fig. 2A) das Startsignal nicht aus, da weder die Geschwindigkeit ΔV noch die Intensität S100-200 den Referenzwert erreichen. Im Falle der schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit (Fig. 2B) erzeugt der ODER- Schaltkreis 12 das Startsignal, da die Fahrgast-Trägheits­ geschwindigkeit ΔV den Referenzwert nicht erreicht, jedoch die Intensität S100-200 den Referenzwert erreicht. Für eine Frontalkollision bei mittlerer Geschwindigkeit (Fig. 2C) erzeugt der ODER-Schaltkreis 12 das Startsignal, da die Intensität S100-200 den Referenzwert nicht erreicht, jedoch die Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV den Referenzwert erreicht. Wenn das Startsignal auf diese Weise bei einer schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit oder einer Frontalkollision bei mittlerer Geschwindigkeit ausgegeben wird, wird der Transistor 5 erregt und erlaubt einen elektrischen Stromfluß über die Zündkapsel 4, wodurch ein Aufblasen des Airbag-Systems zum Schutze des Insassens bewirkt wird.
Tabelle 1
Das Airbag-System kann sogar bei Auftreten einer frontalen oder schrägen Kollision des Fahrzeugs innerhalb einer kurzen Zeit in geeigneter Weise betätigt werden, indem das Startsignal des Airbag-Systems unter Berücksichtigung einer durch Integration der Beschleunigung gefundenen Fahrgast- Trägheitsgeschwindigkeit ΔV und einer Intensität S100-200 der Beschleunigung in einem vorbestimmten Frequenzbereich ausgegeben wird.
Obwohl vorstehend die Ausführungsform der Erfindung detail­ liert beschrieben wurde, versteht es sich, daß verschie­ dene, kleine Abänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Airbag-System begrenzt, sondern ist auch bei einem Gurt­ straffungssystem für einen Sicherheitsgurt anwendbar.
Es wurde ein Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis beschrieben, der zur Betätigung eines Airbag-Systems oder eines Gurt­ straffungssystems auf Grundlage einer von einem Beschleu­ nigungs-Sensor in einem Fahrzeug erfaßten Beschleunigung geeignet ist. Bei diesem Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis wird ein von einem elektrischen Beschleunigungs-Sensor ausgegebenes Beschleunigungssignal in einer Rechenvor­ richtung zur Berechnung einer Fahrgast-Trägheitsgeschwin­ digkeit integriert, um eine Fahrgast-Trägheitsgeschwindig­ keit zu berechnen. Gleichzeitig wird in einer Intensitäts­ berechnungs-Vorrichtung eine Intensität des in einem Filter im Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz gefilterten Beschleu­ nigungssignals berechnet. Wenn die Fahrgast-Trägheitsge­ schwindigkeit oder/und die Intensität einen Referenzwert überschreiten, gibt ein Startsignalerzeugungs-Schaltkreis ein Startsignal aus, um eine Zündkapsel zum Aufblasen des Airbag-Systems oder zur Aktivierung des Gurtstraffungs­ systems zu zünden. Dies stellt sicher, daß das Startsignal ordnungsgemäß ohne Verzögerung erzeugt werden kann, sogar wenn das Fahrzeug mit einem Hindernis unter einem Winkel kollidiert.

Claims (6)

1. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis, ausgelegt zur Ausgabe eines Startsignals auf Grundlage eines Ausgangssignals eines Beschleunigungs-Sensors (7), welcher eine aufgrund einer Kollision eines Fahrzeugs erzeugte Beschleunigung erfaßt, der Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis (6) umfassend
  • - eine erste Recheneinrichtung (9) zur Berechnung einer Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit (ΔV) eines Insassen durch Integration eines Ausgangssignals des Beschleunigungs-Sensors (7);
  • - eine zweite Recheneinrichtung (11) zur Berechnung einer Intensität (S100-200) des Ausgangssignals des Beschleunigungs-Sensors (7) in einem bestimmten Frequenzbereich; und
  • - einen Startsignalerzeugungs-Schaltkreis (12), der das Startsignal ausgibt, wenn die Fahrgast-Trägheits­ geschwindigkeit (ΔV) oder/und die Intensität (S100-200) in dem bestimmten Frequenzbereich einen Referenzwert überschreitet.
2. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollisionsbestimmungs- Schaltkreis (6) weiter eine Bandpaßfilter-Einrichtung (10) zur Filterung des Ausgangssignals des Beschleu­ nigungs-Sensors (7) vor dessen Eingabe in die zweite Recheneinrichtung (11) umfaßt.
3. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter- Einrichtung (10) Frequenzkomponenten des Ausgangssignals filtert, deren Frequenzen
  • a) kleiner oder gleich 100 Hz und
  • b) größer oder gleich 200 Hz sind.
4. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Startsignalerzeugungs-Schaltkreis ein ODER-Schaltkreis (12) ist.
5. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis (6) für ein Airbag- System verwendet ist.
6. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollisionsbestim­ mungs-Schaltkreis (6) weiter eine elektrische Schalt­ einrichtung (5) und einen mechanischen Beschleunigungs- Sensor (3), die in Reihe angeordnet sind, umfaßt, wobei ein Ausgang des ODER-Schaltkreises (12) mit der elektrischen Schalteinrichtung (5) verbunden ist.
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