EP2247471A2 - Deformation collision sensor and method for testing the function thereof - Google Patents

Deformation collision sensor and method for testing the function thereof

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Publication number
EP2247471A2
EP2247471A2 EP09706095A EP09706095A EP2247471A2 EP 2247471 A2 EP2247471 A2 EP 2247471A2 EP 09706095 A EP09706095 A EP 09706095A EP 09706095 A EP09706095 A EP 09706095A EP 2247471 A2 EP2247471 A2 EP 2247471A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavity
collision sensor
collision
sound
sensor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09706095A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Sondergeld
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Original Assignee
Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG filed Critical Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Publication of EP2247471A2 publication Critical patent/EP2247471A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0136Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to actual contact with an obstacle, e.g. to vehicle deformation, bumper displacement or bumper velocity relative to the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R2021/01006Mounting of electrical components in vehicles

Definitions

  • the invention relates to a collision sensor with a deformable cavity, with at least one acoustic sensor element connected to the cavity, with an evaluation unit connected to the sensor element, and with an acoustic actuator connected to the cavity for coupling preferably standing sound waves in the cavity, wherein the evaluation unit is designed to evaluate signals generated by the sound waves in the sensor element.
  • the invention further relates to a plurality of methods for verifying the function of a collision sensor having a deformable cavity.
  • a collision sensor of the type mentioned above is known from DE 10 2004 034 877 A1 and WO 2006/008298 A1. From DE 10 2004 003 199 Al collision systems and methods of the type mentioned above are known.
  • collision sensors which detect when the motor vehicle collides with an obstacle.
  • the obstacle may be another moving vehicle, a moving object, a space-locked obstacle or a pedestrian.
  • different devices are known, in particular for a frontal collision, a side impact, a rear impact, a rollover and a personal impact.
  • Collision sensors are also used in industrial safety technology, where high protection and safety requirements may even have to be met in compliance with standards in order to safely and reliably protect man and machine in dangerous situations of industrial use.
  • These are machine and personnel protection devices of all kinds, especially for machine safety in assembly, handling and robotics, as well as for personal safety and accident prevention in access control, access control, and attendance monitoring. Particularly in work areas with potential danger, there are high demands on safety devices for personal safety.
  • the permanent monitoring functions required for this purpose are realized by sensors which are sensitive to the environment and deliver a control signal directly and immediately after the occurrence of a dangerous situation to a downstream safety device.
  • contacting sensory security elements are used in particular in the presence of pinch edges, such as, for example, tactile switches, contact strips, contact buffers and contact mats.
  • pinch edges such as, for example, tactile switches, contact strips, contact buffers and contact mats.
  • to be monitored crushing edges can be found, for example, on doors, gates, protective gates, road and area boundaries of traffic areas, etc.
  • the monitoring is eg. For sliding gates, rolling gates, lifts, theater stages, machine doors, automatic doors, for example.
  • Forklift trucks, driverless transport systems, high bay warehouses, hangar doors, and passenger boarding bridges these lists being merely exemplary and not exhaustive.
  • the known sensory switching elements utilize different physical effects and are defined by their limit values for the action of force, the duration of action, the switching path and the overtravel path for the eradication of the impact energy.
  • the contact strips and contact buffers used in this case are often formed as hollow chamber profiles of a rubber-like or otherwise elastic material.
  • a sensor tube is integrated in the contact buffers, which has longitudinally opposite, electrically conductive and mutually insulated contact surfaces, which are electrically shorted at a locally impressed from the collision force by partially squeezing the sensor tube and generate a signal in this way.
  • a gas-filled cavity is arranged in the vehicle or at the pinch edge and is deformed in the event of a collision event.
  • it is known to increase the pressure in the cavity (DE 1 944 289 A, DE 43 22 488 A1, DE 195 04 353 A1), the air flow emanating from the deformed cavity (DE 102 44 730 A1, DE 102 44 732 A1) or the temperature rise (DE 100 57 258 C1, DE 101 03 047 C1) and trigger a signal when certain limit values are exceeded.
  • the signal in turn activates a safety system, in a vehicle such as an airbag, a belt tensioner, a roll bar, a pedestrian protection device and the like. More.
  • a sound event occurring during the collision is detected and evaluated.
  • a device for triggering a safety device is known.
  • structure-borne sound sensors such as microphones, mounted on a motor vehicle.
  • the structure-borne sound sensors generate an electrical structure-borne sound signal in the event of a collision of the motor vehicle.
  • This signal is fed to a spectrum analyzer which generates an acoustic power spectrum from the structure-borne sound signal.
  • the output of the spectrum analyzer controls a tripping unit for an occupant safety device.
  • US 4 346 914 A discloses a collision sensor device in which an acoustic waveguide is looped along the vehicle support structure and welded thereto at certain points. At the free ends of the waveguide are piezoelectric sensors, which also operate in the range between 100 kHz and 1 MHz. In the event of a collision of the vehicle, an acoustic wave in the waveguide is excited via the welding points and accordingly a corresponding signal is generated in the sensors. A deformation of the waveguide is not provided in this device.
  • EP 0 445 907 A2 describes a collision sensor device for motor vehicles.
  • an acoustic waveguide is also arranged in the vehicle, but acoustically isolated from its support structure.
  • the waveguide is deformed.
  • the deformation excites an acoustic wave in the waveguide and this wave is in turn detected by sensors.
  • the sensor signals are supplied to a processor, which generates a trigger signal for an occupant safety device from the sensor signals if certain limit values have been exceeded.
  • the acoustic decoupling of the waveguide from the vehicle structure ensures that only collision events are detected in which a deformation of the waveguide occurs.
  • DE 100 34 524 A1 discloses a method for detecting an accidental deformation of a component of a motor vehicle.
  • a component of the motor vehicle is repeatedly excited with a defined frequency pulse and analyzes the structure-borne noise spectrum resulting from the excitation.
  • an impact sensor in which a deformation of a fastening screw of a bumper is detected by means of ultrasound.
  • the screw is provided with an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver.
  • the ultrasonic signal propagates from the transmitter in the longitudinal direction of the screw, is reflected at the end and runs back to the receiver.
  • the transit time of the ultrasound signal changes, which can thus be evaluated as a criterion for the occurrence of a collision.
  • a piezoelectric crystal sound transmitter couples ultrasonic signals with a frequency of more than 10 kHz into a deformable cylindrical cavity of 1.50 m in length such that in the cavity creates a standing wave.
  • the sound transmitter is mounted on one end face and a sound receiver on the opposite end side. In a collision of the vehicle, the cavity is deformed and thus changes from the sound receiver received signal. To verify whether a collision has actually taken place, the sound transmitter can again emit a test pulse and the signal received by the sound receiver is then evaluated.
  • This known collision sensor has the disadvantage that a standing wave in the cavity is difficult to maintain, if at a length of the cavity of 1.50 m, the wavelength at 10 kHz is only 3.3 cm, ie 45 periods of the sound signal in the waveguide stand. Then, for the coupling of the sound signal of the sound transmitter as well as for the decoupling of the sound signal at the sound receiver important position of the nodes or Schwingungsbäuche changes even with the least change in the resonant frequency of the cavity, especially due to temperature change, so strong that in terms of quality For example, between 100 and 1000, a signal drop occurs in the cavity that could be misinterpreted as a collision.
  • the above-described collision sensors are all limited to detecting a collision event. They thus require a collision sensor, which is in perfect condition immediately before the collision.
  • a permanent narrowing of the cavity cross-section caused by external force or a complete local clamping of a cavity area can cause the air displacement to be detected beyond the bottleneck not to be forwarded to the sensor element which detects the pressure increase or the air flow. This is the case when the deformation caused by the collision takes place beyond the bottleneck in a volume portion of the cavity facing away from the sensor element.
  • the device has a waveguide into which a microwave signal of 2.4-2.5 or 5.72-5.875 GHz is coupled by means of a transmitter.
  • the device measures the transit time of the microwave signal between the transmitter and a receiver located at the opposite or the same end of the waveguide. If the waveguide is not deformed, results in a predetermined duration. If the waveguide is deformed by an impact, the transit time changes, and this transit time change is detected as an impact.
  • the known device also allows a functional test by comparing the measured transit time before or during operation of the device with stored data.
  • the known device thus has the disadvantage that a complex microwave apparatus is needed. Further, the transit time measurement is a relatively inaccurate measurement method because the travel time of a wave in an elongated waveguide is significantly more affected by changes in length than in the cross-sectional shape.
  • the collision sensors described so far also have the inherent disadvantage that the sound characteristic is firmly impressed by the mechanical Inrien entered and must be adapted to the particular application by re-design of the hollow chamber profile always new. That leads to an undesirable because costly variant variety.
  • Canted installations of the collision sensors are also only possible to a limited extent and in the case of very large radii of curvature, so that a frictional adaptation of the collision sensors to the objects to be monitored often succeeds only by embossing a plurality of collision sensors and consequently leads to increased assembly costs.
  • the invention is therefore the object of developing a collision sensor of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided.
  • the sensor according to the invention should be inexpensive to manufacture and easy to assemble, preferably an immediate detection of the described incidents, in particular a deformation (clamping or constriction) or a leak (hole or crack) of the cavity should be possible.
  • this detection is to be performed independently of which physical principle (air pressure, air flow, temperature, sound, etc.) the collision-induced deformation of the cavity is detected.
  • thermoacoustic actuator generates the sound waves using the thermoacoustic effect and preferably emits sound waves in the frequency range between 5 and 500 Hz.
  • the present invention thus utilizes the so-called thermoacoustic or thermo-pneumatic effect for generating sound in a sensory cavity resonator.
  • the sound is, for example, coupled via a driven with a pulsed or alternating electric current heating element directly into the cavity and the heating element immediately surrounding air due to the inhomogeneous and transient temperature distribution in the vicinity of the heating element by means of induced pressure fluctuations in the air to form sound waves excited ,
  • thermoacoustic effect as such has been known for a long time, the first investigations on a heating flame date back to the year 1777; See review article by M. Altenbokum: "The phenomenon of thermoacoustics” in KI Refrigeration Air Conditioning Technology, May 2007, pages 24 to 26.
  • thermoacoustic effect succeeded in 1880 by means of a thin heating wire, to which a large-area membrane was coupled; See M. Preece, "On Some Thermal Effects of Electric Currents," Proceedings of the Royal Society of London, May 27, 1880.
  • a sounding membrane is not required.
  • the switching point can be set electronically in the downstream evaluation unit and thus u.U. be easily and individually adapted to different operating conditions by means of preselection functions.
  • the collision sensor can be integrated into existing contact buffers - even with shared use of the existing cavity - with little effort, so that therefore the compulsion to variant variety is significantly reduced and often completely eliminated.
  • the new collision sensor is thus inexpensive to manufacture and easy to assemble.
  • the new sensor also supplies a so-called life-zero signal and can be used to record the temporal impact curve, as it not only provides a pure switching function. It thus makes it possible to detect and discriminate against harmless or undesired events, so that false tripping is avoided.
  • the cavity is bent or cranked when used in a contact strip, this leaves the impressed sound signal largely unimpaired.
  • the complete collision sensor system consisting of sensor element, actuator, cavity and evaluation unit can be completely monitored for functionality by self-test, which significantly increases operational reliability and reliability.
  • the object underlying the invention is therefore achieved in that a preferably standing sound wave is coupled into the cavity via a thermoacoustically acting actuator, and that the propagating in the cavity sound event is detected and compared with a predetermined setpoint , wherein preferably the sound wave with a frequency in the range between 5 and 500 Hz coupled into the cavity and / or the sound wave is coupled at predetermined operating conditions of an object to be monitored, in particular a motor vehicle for a predetermined period of time in the cavity.
  • the invention also makes it possible to have a collision sensor in or on an object to be monitored, in particular in a motor vehicle, with respect to its object
  • a collision sensor in or on an object to be monitored, in particular in a motor vehicle, with respect to its object
  • To monitor operability in particular to automatically monitor the entire measuring chain, consisting of cavity and sensor element, so that a fault of the type described above is displayed immediately and can be rectified immediately.
  • the verification of the functionality is on the one hand only for a short time, and preferably only made when a collision detection is not required.
  • the use of a very low frequency has the advantage that the coupling and decoupling of the sound wave into and out of the cavity is not critical with respect to fluctuations of the ambient temperature.
  • the sensor element is further designed to receive a collision signal which has been generated by a collision event acting on the collision sensor in the cavity.
  • This measure has the advantage that when a sound signal is evaluated for detecting the collision event, the sensor element and the evaluation unit are used not only in the manner described for monitoring the function of the collision sensor. Rather, the sensor element then also serves for the actual function, namely the detection of a collision event. This double function of the sensor element and the evaluation unit reduces the required installation space, for example, in the motor vehicle as well as the production costs.
  • the cavity is filled with a fluid, in particular with air, and the sensor element and / or the further sensor element detects a physical parameter from the group: fluid pressure, fluid flow, fluid temperature.
  • thermal flow sensor element particularly preferred is the use of a thermal flow sensor element, because this has an optimal sensitivity for the present application.
  • the acoustic actuator couples a periodic sound wave of fixed frequency into the cavity.
  • This measure has the advantage that the continuous wave excitation generates a stable sound wave in the cavity, which results in an equally stable signal of the sensor element. This is especially true when the frequency corresponds to the resonant frequency of the cavity.
  • the acoustic actuator can also couple a sound wave in the form of a single pressure jump into the cavity.
  • the acoustic actuator can successively couple sound waves of different frequencies into the cavity.
  • This measure has the advantage that a better differentiation of the type of interference is possible with a coupling of sound waves of different frequencies.
  • the acoustic actuator includes a heating element and the heating element is fed from a current source with an adjustable current.
  • This measure has the advantage that an effective acoustic actuator with simple and commercially available elements can be made available, which has a sufficient bandwidth and is able to generate a sound wave without moving elements.
  • the current is a periodically sampled direct current.
  • This measure has the advantage that the sound wave in the cavity can be excited particularly effectively.
  • the direct current is thereby sampled with a duty cycle of 50% and more preferably with a sampling frequency between about 10 and 300 Hz.
  • the direct current may also be sampled once in a stepped manner.
  • the power may also be an alternating current.
  • the heating element is flat, in particular as a carrier membrane with heating conductor tracks structured thereon.
  • This measure has the advantage that the thermal time constant is very small, for example, less than 1 ms, and thereby a correspondingly large temperature modulation is achieved with which effectively a sound wave can be excited in the cavity.
  • a particularly good effect is achieved when the heating element is arranged in a chamber, and the chamber is closed except for an outlet opening.
  • This measure has the advantage that within the chamber, a pulsating pressure is generated, which can be coupled via the outlet particularly well to the cavity.
  • the chamber is elongated, in particular cylindrical, and the heating element is arranged along a longitudinal axis of the chamber.
  • This measure has the advantage that there is a design in which a very high sound pressure is generated in the cavity in a particularly effective manner and thus an intense sound wave can be excited.
  • the heating element has a radial distance from an inner wall of the chamber, wherein the distance is approximately equal to, but not smaller than the thickness of the temperature boundary layer around the heating element around.
  • the outlet opening is arranged in the region of a vibration node of a standing sound wave excited by the acoustic actuator in the cavity.
  • the senor element and the acoustic actuator are arranged in a common housing.
  • This measure has the advantage that a small size is created and that a prefabrication of this module is possible, which facilitates later assembly, for example. In the motor vehicle.
  • the evaluation unit determines the root mean square value of the output signal of the sensor element and compares the root mean square value with a predetermined desired value.
  • the evaluation unit determines the quotient of the peak value and effective value of the output signal of the sensor element and compares the quotient with a predetermined desired value.
  • a sound wave of a first frequency and then a double frequency sound wave are successively coupled into the cavity.
  • the present invention also relates to collision sensors and methods of the type mentioned, in which the new forms of signal evaluation are used.
  • the invention thus relates to a collision sensor in or on an object to be monitored, in particular a motor vehicle, having a deformable cavity, with at least one acoustic sensor element connected to the cavity, with an evaluation unit connected to the sensor element, and with an acoustic actuator connected to the cavity for generating preferably standing sound waves in the cavity, wherein the evaluation unit is designed for evaluating signals which are generated by the sound waves in the sensor element, wherein the collision sensor at predetermined operating states of the object to be monitored with regard to its function monitored, in particular the acoustic Actuator is operable for a predetermined period of time, wherein the acoustic actuator couples a standing sound wave in the cavity (12) and recorded in the cavity propagating sound event and with a predetermined setpoint (RMSo; CRo) verg is determined, and wherein the root mean square (RMS) of the output signal of a sound event sensor element detected and the root mean square (RMS) with the setpoint (RMSo) is compared and / or the quot
  • Another method for checking the function of a collision sensor having a deformable cavity is characterized in that a preferably standing sound wave is coupled into the cavity (12), and that the sound event propagating in the cavity is detected and recorded at a predetermined setpoint value (FIG. RMSo; CRo) and that the root mean square (RMS) of the output signal of a sensor element detecting the sound event determines and the root mean square (RMS) with the setpoint (RMSo) and / or the quotient of peak and rms value (CR) of the output - Determined signal of a sound event detecting sensor element and the quotient (CR) with the setpoint (CR 0 ) is compared.
  • a predetermined setpoint value FOG. RMSo; CRo
  • the predetermined operating state is the actuation of a starter of the motor vehicle.
  • This measure has the advantage that the checking of the functionality of the collision sensor takes place before the start of the journey, that is to say at a time when a collision can not be expected.
  • the predetermined operating state can also be a standstill of the motor vehicle.
  • This measure has the advantage that the review takes place at shorter intervals.
  • the acoustic actuator couple a periodic acoustic wave into the cavity and that the predetermined period of time be shorter than about 20 periods of the acoustic wave.
  • This measure has the advantage that the check is completed in a minimum amount of time. For example, if the acoustic actuator emits sound waves in the frequency range between 5 and 500 Hz, then the duration is only a few milliseconds or seconds.
  • thermoacoustic actuator in the collision sensor according to the invention can be used either only for the self-test or for collision monitoring.
  • the collision sensor may preferably operate in pulsed mode.
  • the sound wave becomes a sound impulse generated directly by the local deformation of the cavity and detected the associated air displacement at the sensor element.
  • the thermoacoustic actuator is then intended only for the self-test.
  • thermoacoustic actuator continuously generates a standing sound wave.
  • a temporary attenuation of the sound intensity corresponding to the time duration of the external force action is detected on the sensor element.
  • the functional test ie the self-test, is then carried out by the life-zero signal of the (still) undeformed cavity generated continuously by the thermoacoustic actuator on the sensor element, by which the functionality and in particular the continuity of the entire measuring path is signaled.
  • Figure 1 is an extremely schematic plan view of an embodiment of a collision sensor according to the invention
  • Figure 2 is a representation, similar to Figure 1, but for a slightly modified embodiment
  • Figure 3 is another illustration, similar to Figure 1, but for another, slightly modified embodiment
  • Figure 4 is a detail of an acoustic actuator, as in the
  • Collision sensor of Figures 1 to 3 can be used;
  • FIG. 5 shows a signal / time diagram for illustrating a continuous wave
  • Figure 6 is a signal / time diagram similar to Figure 5, but illustrating a pulse method
  • FIG. 7 shows a signal / frequency diagram
  • FIG. 10 shows a decision matrix for different signal evaluation methods according to the invention in the case of different incidents.
  • the present invention takes advantage of the fact that in a gas volume with appropriate excitation sound waves can propagate.
  • air in particular in closed cavities, other gases can be used.
  • the properties of the sound waves are determined by the shape and dimensions of the cavity enclosing the air column.
  • the cavity can be in a conventional manner, a separate component or a structural cavity of an object to be monitored, so for example.
  • a vehicle for example, the interior of a door of the vehicle.
  • the cavity is preferably closed, but it may also be partially open, for example open on one side or it may have specifically provided outflow openings.
  • a sound wave is generated in the cavity and detected by means of a sensor element, if the current propagation pattern of the sound wave corresponds to the propagation pattern of the undisturbed cavity, for which purpose special evaluation methods are provided. If the state of the cavity is disturbed, for example by a deformation (clamping, bottleneck) or by a leak (hole, crack), then this invention is individually recognized and displayed.
  • an acoustic pulse is coupled into the air column located in the cavity by means of an acoustic actuator.
  • the actuator is preferably designed as a thermoacoustic actuator, which can also be referred to as a thermo-pneumatic actuator.
  • a sound wave is generated, for which applies:
  • the effective resonance length L changes accordingly.
  • the resonance frequency v n from [3] then also changes.
  • a shift in the resonant frequency thus signals a faulty state. This shift can be detected by means of a sound-sensitive sensor element and detected in an evaluation circuit.
  • the sensor element can be designed as a pressure sensor or as a flow sensor, with thermal flow sensors being preferred. Furthermore, it is preferred if the sensor element also serves as impact sensor element for the actual function of the collision sensor, namely the detection of a collision event.
  • 10 as a whole denotes an exemplary embodiment of a collision sensor according to the invention.
  • the collision sensor 10 has a cavity 12, which in the illustrated example is elongate-cylindrical.
  • the cavity 12 is a resonant structure which is in the frequency range of 5 to 500, preferably of 10 to 300 Hz is resonant.
  • the cavity 12 has a quality which in practice may be between 100 and 1000.
  • a Y-shaped branch with a first sound-conducting channel 18 and a second sound-conducting channel 20 is connected to a right front end 16 in FIG.
  • the first channel 18 leads to a sensor element 22 and supplies an acoustic signal 23 to it.
  • the sensor element 22 serves primarily to monitor the operability of the collision sensor 10 in the manner described in detail below. In addition, however, it can also detect signals which serve to detect a collision event, unless a separate sensor element is provided for this purpose.
  • the second channel 20 leads to an acoustic actuator 24, which can generate and deliver a sound wave 25.
  • An evaluation unit 26 is connected with a line 27 to the sensor element 22 and a line 28 to the actuator 24.
  • An output 29 of the evaluation unit 26 leads to a trip unit, not shown, for a safety system, which contains, for example, airbags, belt tensioners, a roll bar or the like.
  • the sensor element 22, the actuator 24 and the evaluation unit 26 and possibly also the Y-shaped branching can be arranged in a common housing 30, which is shown in FIG.
  • the housing 30 is arranged there at the front end 16.
  • the housing 30 ' may also be connected to a center position 31 of the cavity 12', as shown in FIG.
  • the actuator 24 is connected to a vibration node of the sound wave in the cavity 12, because then there is an optimal coupling.
  • 32 denotes an optional further sensor element, which is likewise connected to the cavity 12.
  • the further sensor element 32 detects a for a collision event characteristic signal. If this function is already performed by the sensor element 22, as described above, no further sensor element 32 is required.
  • the further sensor element can also be arranged elsewhere and work according to any other suitable physical principles of action.
  • perturbations of concern to the state of the cavity 12 are of interest.
  • the cavity 12 In the undisturbed state, the cavity 12 has a predetermined, for example, cylindrical shape.
  • the cavity can now be deformed, as indicated in FIGS. 1 and 34 and 36.
  • This may be a bulge or a clamping defect 34, in which the cavity 12 is narrowed over a substantial part of its cross section, as indicated in FIG.
  • Another disturbance is formed by a leak, which is indicated in Figure 1 as a hole defect 36, but which may also be a crack or a porous spot.
  • FIG. 4 shows details of the acoustic actuator 24.
  • the actuator 24 has a housing 40 in which a chamber 42 is located.
  • the housing 40 and the chamber 42 are closed except for a common outlet opening 43.
  • the chamber 42 is at least approximately cylindrical in the illustrated embodiment.
  • the heating element 46 is for example a filament in which a thin hot wire, such as a platinum wire of 20 microns in diameter, meandered or stretched in a plane or as Spiral is arranged around a longitudinal axis.
  • a so-called hotplate This consists of a flat membrane chip made of silicon with a corresponding heating structure.
  • Such filament heating elements have a very short response time and are operable in a wide frequency range.
  • heating elements are used as thermal-pneumatic or thermoacoustic See actuators used instead of conventional mechanical acoustic actuators, such as piezoelectric elements, which are usually only at a fixed frequency and in a much higher frequency range, in particular in the ultrasonic range, operable.
  • the heating element 46 is connected directly or inductively to a current source 50, to which a heating voltage UH is supplied via a first input 52 and a control voltage Uc via a second input 54.
  • the power supplied by the power source 50 to the heating element 46 may be an alternating current.
  • a sampled DC i. a rectangular time profile, in which by means of the control voltage Uc of the heating current with a duty cycle of 50% and a sampling frequency in the range between about 5 to 500 Hz, preferably from about 10 and 300 Hz, is adjustable.
  • the current supplied to the heating element 46 then also has a rectangular time profile, which switches between the value 0 and a predetermined current value.
  • the thickness of the so-called temperature boundary layer is designated.
  • the thickness of the temperature boundary layer is to be understood as meaning the distance from the heating element 46 at which the temperature has dropped to 1/100 times the amount in static ambient air.
  • the distance of the Wien to the inner wall of the chamber 42 is preferably about a. For a thermal crosstalk and associated heat losses in the wall of the chamber 42 are avoided. Due to the sampled heat generation, the air expands in the interior 44 of the chamber 42 periodically and also keyed. The air blasts are blown through the outlet opening 43 to the outside in the cavity 12, whereby in the cavity 12 a vibration of the air column therein and at a suitable sampling frequency a standing sound wave is excited.
  • the air surges are coupled into the cavity 12 as a continuous wave signal of constant frequency, preferably at the resonant frequency of the cavity 12.
  • the sound signal S detected by the sensor element 22 has a profile 62 shown in FIG. 5 in a first diagram 60 as a function of the time t.
  • the sound signal detected by the sensor element 22 has the profile 68 shown in a second diagram 66 in FIG. 6, which shows echoes decaying in the sound amplitude.
  • the envelope of the echoes reflects the quality of the cavity 12 and the distance of the echoes the resonance frequency again.
  • the sensor element 22 then generates a signal S with the frequency vi and maximum amplitude. This signal S then indicates that the cavity 12 is unchanged and the function of the collision sensor 10 is not impaired.
  • This form of monitoring can be carried out continuously or at predetermined time monitoring intervals.
  • the fundamental frequency vi of the cavity 12 is changed, for example by a clamping defect 34 and / or a hole defect 36, then the frequency vi of the air pulses no longer corresponds to the fundamental vibration of the changed cavity 12.
  • the signal S of the sensor element 22 changes then. The greater the quality, i. the edge steepness of the transmission curve of the cavity 12, the greater the signal change.
  • the frequency change is the measure of an existing fault.
  • the acoustic actuator 24 is driven at a fixed frequency in the preferred continuous wave mode, then frequency selective signal processing per se is not required. If, on the other hand, the actuator 24 is operated with a jump function, then it is expedient to connect a narrow bandpass filter downstream of the sensor element 22, in which the frequency vi lies in the passband, preferably in its middle.
  • FIG. 7 shows a third diagram 70 with a profile 72 of the signal S at the sensor element 22 as a function of the excitation frequency v of the sound waves 25 for an exemplary embodiment of a cavity 12 with an acoustic length of 150 cm.
  • the curve 72 shows a first maximum 74 at the fundamental frequency vi of approximately 100 Hz and a second maximum 76 at the second harmonic vz of approximately 200 Hz.
  • the signal S is determined as the root mean square RMS over several oscillation periods.
  • FIG. 8 shows a fourth diagram 80 for different axial positions of a clamping defect 34 in a 150 cm long cavity 12.
  • the diagram 80 contains a first profile 82, which represents the RMS value of the signal S as a function of the distance z.
  • the associated limit value RSo is indicated at 84.
  • a second curve 86 represents the so-called crest value CR. This is understood in the specialist world to be the quotient of the peak value and the effective value of the signal S.
  • the associated limit value CRo is indicated at 88.
  • the RMS value 82 can reach the setpoint value 84 and even exceed it, so that a clear diagnosis is not possible here.
  • the RMS value 82 is equal to the desired value 84, because the cavity 12 is closed there anyway. Therefore, with the exception of the initial range, a clamping defect 34 can be detected by the fact that the RMS value 82 of the signal S lies below the limit value RMSo indicated at 84.
  • the second criterion is the CR value 86.
  • the second course 86 shows that a clamping defect 34 over the entire length z of the cavity 12 results in the CR value 86 being above the limit value CRo indicated at 88.
  • FIG. 9 shows in a similar form to FIG. 8 a fifth diagram 90 in the case of a hole defect 36.
  • a first curve 92 again represents the RMS value and 94 its limit value RMSo.
  • a second curve 96 shows the CR value and 98 its limit value CRo.
  • a hole defect 36 is detected when the RMS value 94 is below the threshold 94. Only in the middle of the cavity 12 a clear diagnosis is not possible because there the RMS value 94 exceeds the limit 96 in some cases significantly. A similar problem arises for the CR value 96, which is only outside the center of the cavity 12 well above the limit value 98, but in the middle can assume the magnitude of the limit value.
  • a third criterion must be considered, namely the second harmonic V2 (see FIG.
  • a hole defect 36 at half the length of the cavity 12 corresponds to a unilaterally open resonator.
  • only odd-numbered harmonics (v 3 , vs, V7]. In the sense of equation [2] can form. Therefore, if one excites the cavity 12 with the second harmonic V2 and there is no increased signal S in terms of the maximum 76 of Figure 7, then there is a hole defect 36.
  • FIG. 10 again shows the criteria for the cases “no disturbance”, “clamping defect” and “hole defect” in the form of a decision matrix.
  • the checking of the collision sensor 10 is expediently carried out outside normal operation, because otherwise the sound waves 25 generated by the actuator 24 could interfere with the detection of a collision event. According to the invention, therefore, the check is made when starting the vehicle, possibly alternatively or additionally, when the vehicle is stationary or in the rest periods of the monitored object.
  • the verification process can be very fast.
  • continuous wave operation in the sense used above, it is to be understood that the actuator 24 emits the sound wave 25 only for a very limited number of periods, for example for less than 50, preferably less than 20 periods.
  • thermoacoustic actuator 24 is then used only for the functional test.
  • thermoacoustic actuator 24 is operated continuously, so that in the event of an external force, a change in the signal permanently generated at the sensor element 22 is detected.
  • the signal evaluation for the self-test described above can also be used advantageously when no thermoacoustic but an acoustic actuator is used, which is based on a different physical principle.

Landscapes

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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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Abstract

A deformation collision sensor (10) comprises a deformable hollow space (12), with at least one acoustic sensor element (22) connected to the hollow space (12), with an evaluation unit (26) connected to the sensor element (22), and with a thermoacoustic actuator (24) connected to the hollow space (12) for coupling preferably standing sound waves (25) into the hollow space (12). The evaluation unit (26) is designed for evaluating signals (23) that are created in the sensor element (22) by the sound waves (25). The acoustic actuator (24) preferably emits sound waves (25) in the frequency range between 5 and 500 Hz.

Description

Deformations-Kollisionssensor und Verfahren zur Überprüfung von dessen Funktion Deformation collision sensor and method for checking its function
Die Erfindung betrifft einen Kollisionssensor mit einem deformierbaren Hohlraum, mit mindestens einem an den Hohlraum angeschlossenen akustischen Sensorelement, mit einer an das Sensorelement angeschlossenen Auswerteeinheit, und mit einem an den Hohlraum angeschlossenen akustischen Aktor zum Einkoppeln von vorzugsweise stehenden Schallwellen in dem Hohlraum, wobei die Auswerteeinheit zum Auswerten von Signalen ausgebildet ist, die von den Schallwellen in dem Sensorelement erzeugt werden.The invention relates to a collision sensor with a deformable cavity, with at least one acoustic sensor element connected to the cavity, with an evaluation unit connected to the sensor element, and with an acoustic actuator connected to the cavity for coupling preferably standing sound waves in the cavity, wherein the evaluation unit is designed to evaluate signals generated by the sound waves in the sensor element.
Die Erfindung betrifft ferner mehrere Verfahren zum Überprüfen der Funktion eines Kollisionssensors, der einen deformierbaren Hohlraum aufweist. The invention further relates to a plurality of methods for verifying the function of a collision sensor having a deformable cavity.
Ein Kollisionssensor der oben genannten Art ist aus der DE 10 2004 034 877 Al und der WO 2006/008298 Al bekannt. Aus der DE 10 2004 003 199 Al sind Kollisionssysteme sowie Verfahren der oben genannten Art bekannt.A collision sensor of the type mentioned above is known from DE 10 2004 034 877 A1 and WO 2006/008298 A1. From DE 10 2004 003 199 Al collision systems and methods of the type mentioned above are known.
Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit so genannten Kollisionssensoren auszurüsten, die erkennen, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Hindernis zusammenstößt. Das Hindernis kann ein anderes bewegtes Fahrzeug sein, ein bewegtes Objekt, ein raumfestes Hindernis oder ein Fußgänger. Je nach Art der Kollision sind unterschiedliche Vorrichtungen bekannt, insbesondere für eine Frontalkollision, einen Seitenaufprall, einen Heckaufprall, einen Überschlag und einen Personenanprall.It is known to equip motor vehicles with so-called collision sensors, which detect when the motor vehicle collides with an obstacle. The obstacle may be another moving vehicle, a moving object, a space-locked obstacle or a pedestrian. Depending on the type of collision, different devices are known, in particular for a frontal collision, a side impact, a rear impact, a rollover and a personal impact.
Kollisionssensoren werden ferner in der industriellen Sicherheitstechnik eingesetzt, wo hohe Schutz- und Sicherheitsanforderungen ggf. sogar normgerecht erfüllt werden müssen, um Mensch und Maschine in Gefahrensituationen des Industriealltags sicher und zuverlässig zu schützen. Dabei handelt es sich um Maschinen- und Personenschutzeinrichtungen jeglicher Art, vor allem für die Maschinensicherheit in der Montage, der Handhabung und der Robotik, sowie für die Personensicherheit und den Unfallschutz bei der Zugangskontrolle, der Zutrittsüberwachung, und dem Anwesenheitsmonitoring. Insbesondere in Arbeitsbereichen mit potentieller Gefährdung bestehen hohe Anforderungen an Sicherheitseinrichtungen für die Personensicherheit.Collision sensors are also used in industrial safety technology, where high protection and safety requirements may even have to be met in compliance with standards in order to safely and reliably protect man and machine in dangerous situations of industrial use. These are machine and personnel protection devices of all kinds, especially for machine safety in assembly, handling and robotics, as well as for personal safety and accident prevention in access control, access control, and attendance monitoring. Particularly in work areas with potential danger, there are high demands on safety devices for personal safety.
Die hierzu erforderlichen permanenten Überwachungsfunktionen werden durch umgebungsempfindliche Sensoren realisiert, die unmittelbar und unverzüglich nach dem Eintreten einer Gefahrensituation ein Steuersignal an eine nachgeordnete Sicherheitseinrichtung abgeben. Neben berührungslosen Sensoren unterschiedlicher Bauarten werden insbesondere beim Vorhandensein von Quetschkanten berührende sensorische Sicherheitselemente eingesetzt wie bspw. Taktile Schalter, Kontaktleisten, Kontaktpuffer und Kontaktmatten. Derartige, zu überwachende Quetschkanten finden sich bspw. an Türen, Toren, Schutzgattern, Weg- und Flächenbegrenzungen von Verkehrsflächen, etc. Die Überwachung wird bspw. bei Schiebetoren, Rolltoren, Hebebühnen, Theaterbühnen, Maschinenschutztüren, Automatiktüren bspw. in öffentlichen Verkehrsmitteln sowie an Transportfahrzeugen, Flurförderfahrzeugen, führerlosen Transportsystemen, Hochregallagern, Hangartoren, und Fluggastbrücken eingesetzt, wobei diese Aufzählungen lediglich beispielhaft und nicht als abschließend zu verstehen sind.The permanent monitoring functions required for this purpose are realized by sensors which are sensitive to the environment and deliver a control signal directly and immediately after the occurrence of a dangerous situation to a downstream safety device. In addition to non-contact sensors of different types, contacting sensory security elements are used in particular in the presence of pinch edges, such as, for example, tactile switches, contact strips, contact buffers and contact mats. Such, to be monitored crushing edges can be found, for example, on doors, gates, protective gates, road and area boundaries of traffic areas, etc. The monitoring is eg. For sliding gates, rolling gates, lifts, theater stages, machine doors, automatic doors, for example. In public transport and on transport vehicles , Forklift trucks, driverless transport systems, high bay warehouses, hangar doors, and passenger boarding bridges, these lists being merely exemplary and not exhaustive.
Die bekannten sensorischen Schaltelemente nutzen je nach Bauart unterschiedliche physikalische Effekte aus und sind definiert über ihre Grenzwerte für die Krafteinwirkung, die Einwirkungsdauer, den Schaltweg und den Nachlaufweg zur Tilgung der Aufprallenergie.Depending on the design, the known sensory switching elements utilize different physical effects and are defined by their limit values for the action of force, the duration of action, the switching path and the overtravel path for the eradication of the impact energy.
Die dabei verwendeten Kontaktleisten und Kontaktpuffer sind häufig als Hohlkammerprofile aus einem gummiartigen oder sonstwie elastischen Werkstoff ausgebildet. In die Kontaktpuffer ist zusätzlich ein Sensorschlauch integriert, der innen sich längsseits gegenüberliegende, elektrisch leitfähige und voneinander isolierte Kontaktflächen aufweist, die bei einer von außen lokal eingeprägten Kollisionskraft durch partielles Zusammendrücken des Sensorschlauches elektrisch kurzgeschlossen werden und auf diese Weise ein Signal erzeugen.The contact strips and contact buffers used in this case are often formed as hollow chamber profiles of a rubber-like or otherwise elastic material. In addition, a sensor tube is integrated in the contact buffers, which has longitudinally opposite, electrically conductive and mutually insulated contact surfaces, which are electrically shorted at a locally impressed from the collision force by partially squeezing the sensor tube and generate a signal in this way.
Bei einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung interessierenden Bauart eines Kollisionssensors, wie er beispielsweise zum Personenschutz bei Fahrzeugen Verwendung findet, wird im Fahrzeug bzw. an der Quetschkante ein gasgefüllter Hohlraum angeordnet, der bei einem Kollisionsereignis deformiert wird. Um diese Deformation zu erkennen, ist es bekannt, den Druckanstieg im Hohlraum (DE 1 944 289 A, DE 43 22 488 Al, DE 195 04 353 Al), die vom deformierten Hohlraum ausgehende Luftströmung (DE 102 44 730 Al, DE 102 44 732 Al) oder den Temperaturanstieg (DE 100 57 258 Cl, DE 101 03 047 Cl) zu erfassen und bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte ein Signal auszulösen. Das Signal aktiviert seinerseits ein Sicherheitssystem, bei einem Fahrzeug beispielsweise einen Airbag, einen Gurtstraffer, einen Überrollbügel, eine Fußgänger-Schutzeinrichtung und dgl. mehr. Bei einer weiteren Bauart von Kollisionssensoren wird ein bei der Kollision auftretendes Schallereignis erfasst und ausgewertet.In a type of collision sensor of interest in the context of the present invention, as used, for example, for passenger protection in vehicles, a gas-filled cavity is arranged in the vehicle or at the pinch edge and is deformed in the event of a collision event. In order to detect this deformation, it is known to increase the pressure in the cavity (DE 1 944 289 A, DE 43 22 488 A1, DE 195 04 353 A1), the air flow emanating from the deformed cavity (DE 102 44 730 A1, DE 102 44 732 A1) or the temperature rise (DE 100 57 258 C1, DE 101 03 047 C1) and trigger a signal when certain limit values are exceeded. The signal in turn activates a safety system, in a vehicle such as an airbag, a belt tensioner, a roll bar, a pedestrian protection device and the like. More. In another type of collision sensors, a sound event occurring during the collision is detected and evaluated.
Aus der EP 0 305 654 Bl ist eine Vorrichtung zum Auslösen einer Sicherheitseinrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind Körperschallsensoren, beispielsweise Mikrophone, an einem Kraftfahrzeug angebracht. Die Körperschallsensoren erzeugen im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs ein elektrisches Körperschallsignal. Dieses Signal wird einem Spektrum-Analysator zugeführt, der aus dem Körperschallsignal ein akustisches Leistungsspektrum erzeugt. Der Ausgang des Spektrum-Analysators steuert einen Auslöseprozessor für eine Insassen-Sicherheitseinrichtung.From EP 0 305 654 Bl a device for triggering a safety device is known. In this device, structure-borne sound sensors, such as microphones, mounted on a motor vehicle. The structure-borne sound sensors generate an electrical structure-borne sound signal in the event of a collision of the motor vehicle. This signal is fed to a spectrum analyzer which generates an acoustic power spectrum from the structure-borne sound signal. The output of the spectrum analyzer controls a tripping unit for an occupant safety device.
Aus der US 4 842 301 A ist es bekannt, die im Falle einer Fahrzeugkollision auftretenden Körperschallsignale mittels piezoelektrischer Sensoren zu erfassen. Dabei wird ein Frequenzband zwischen 100 kHz und 1 MHz ausgewertet, indem ein entsprechendes Bandpassfilter eingesetzt wird.From US Pat. No. 4,842,301 A it is known to record the structure-borne sound signals occurring in the event of a vehicle collision by means of piezoelectric sensors. In this case, a frequency band between 100 kHz and 1 MHz is evaluated by a corresponding bandpass filter is used.
In der US 4 346 914 A ist eine Kollisionssensorvorrichtung beschrieben, bei der ein akustischer Wellenleiter schleifenförmig an der Fahrzeug-Tragstruktur entlang geführt und an bestimmten Punkten mit dieser verschweißt ist. An den freien Enden des Wellenleiters befinden sich piezoelektrische Sensoren, die ebenfalls im Bereich zwischen 100 kHz und 1 MHz arbeiten. Im Falle einer Kollision des Fahrzeugs wird über die Schweißpunkte eine akustische Welle in dem Wellenleiter angeregt und demzufolge ein entsprechendes Signal in den Sensoren erzeugt. Eine Deformation des Wellenleiters ist bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen.US 4 346 914 A discloses a collision sensor device in which an acoustic waveguide is looped along the vehicle support structure and welded thereto at certain points. At the free ends of the waveguide are piezoelectric sensors, which also operate in the range between 100 kHz and 1 MHz. In the event of a collision of the vehicle, an acoustic wave in the waveguide is excited via the welding points and accordingly a corresponding signal is generated in the sensors. A deformation of the waveguide is not provided in this device.
Die oben genannten bekannten Vorrichtungen, die ein Schallsignal auswerten, haben den Nachteil, dass auch Körperschallsignale erfasst werden, die nicht durch eine Kollision des Fahrzeugs verursacht wurden, beispielsweise bei einem heftigen Zuschlagen einer Fahrzeugtür. Dies kann zu Fehlauslösungen der Insassen- Sicherheitseinrichtung führen. In der EP 0 445 907 A2 ist eine Kollisionssensor-Vorrichtung für Kraftfahrzeuge beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist ebenfalls ein akustischer Wellenleiter in dem Fahrzeug angeordnet, jedoch von dessen Tragstruktur akustisch isoliert. Im Kollisionsfall wird der Wellenleiter verformt. Die Verformung regt eine akustische Welle im Wellenleiter an und diese Welle wird wiederum mittels Sensoren erfasst. Die Sensorsignale werden einem Prozessor zugeführt, der aus den Sensorsignalen ein Auslösesignal für eine Insassen-Sicherheitseinrichtung erzeugt, wenn bestimmte Grenzwerte überschritten wurden. Durch die akustische Entkopplung des Wellenleiters von der Fahrzeugstruktur ist sichergestellt, dass nur Kollisionsereignisse erfasst werden, bei denen eine Verformung des Wellenleiters auftritt.The above known devices that evaluate a sound signal have the disadvantage that structure-borne noise signals are detected that were not caused by a collision of the vehicle, such as a heavy slamming a vehicle door. This can lead to false triggering of the occupant safety device. EP 0 445 907 A2 describes a collision sensor device for motor vehicles. In this device, an acoustic waveguide is also arranged in the vehicle, but acoustically isolated from its support structure. In case of collision, the waveguide is deformed. The deformation excites an acoustic wave in the waveguide and this wave is in turn detected by sensors. The sensor signals are supplied to a processor, which generates a trigger signal for an occupant safety device from the sensor signals if certain limit values have been exceeded. The acoustic decoupling of the waveguide from the vehicle structure ensures that only collision events are detected in which a deformation of the waveguide occurs.
Die DE 100 34 524 Al offenbart ein Verfahren zur Erkennung einer unfallbedingten Verformung eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird ein Bauteil des Kraftfahrzeugs wiederholt mit einem definierten Frequenzimpuls angeregt und das aus der Anregung resultierende Körperschallfrequenzspektrum analysiert.DE 100 34 524 A1 discloses a method for detecting an accidental deformation of a component of a motor vehicle. In this case, a component of the motor vehicle is repeatedly excited with a defined frequency pulse and analyzes the structure-borne noise spectrum resulting from the excitation.
In der DE 102 59 527 Al ist ein Aufprallsensor beschrieben, bei dem eine Deformation einer Befestigungsschraube einer Stoßstange mittels Ultraschall erfasst wird. Zu diesem Zweck ist die Schraube mit einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger versehen. Das Ultraschallsignal breitet sich vom Sender in Längsrichtung der Schraube aus, wird an deren Ende reflektiert und läuft zum Empfänger zurück. Bei einer durch eine Kollision verursachten Längenänderung ändert sich die Laufzeit des Ultraschallsignals, die damit als Kriterium für das Auftreten einer Kollision ausgewertet werden kann.In DE 102 59 527 Al an impact sensor is described in which a deformation of a fastening screw of a bumper is detected by means of ultrasound. For this purpose, the screw is provided with an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver. The ultrasonic signal propagates from the transmitter in the longitudinal direction of the screw, is reflected at the end and runs back to the receiver. In the case of a change in length caused by a collision, the transit time of the ultrasound signal changes, which can thus be evaluated as a criterion for the occurrence of a collision.
Die eingangs erwähnten DE 10 2004 034 877 Al und WO 2006/008298 Al offenbaren einen Aufprallsensor, bei dem ein Piezokristall-Schallsender Ultraschallsignale mit einer Frequenz von mehr als 10 kHz in einen verformbaren zylindrischen Hohlraum von 1,50 m Länge einkoppelt, derart, dass in dem Hohlraum eine stehende Welle entsteht. Der Schallsender ist dabei an einer Stirnseite und ein Schallempfänger an der gegenüberliegenden Stirnseite angebracht. Bei einer Kollision des Fahrzeugs wird der Hohlraum verformt und damit ändert sich das von dem Schallempfänger empfangene Signal. Zur Verifikation, ob tatsächlich eine Kollision stattgefunden hat, kann der Schallsender nochmals einen Testimpuls aussenden und das vom Schallempfänger empfangene Signal wird dann bewertet.The above-mentioned DE 10 2004 034 877 A1 and WO 2006/008298 A1 disclose an impact sensor in which a piezoelectric crystal sound transmitter couples ultrasonic signals with a frequency of more than 10 kHz into a deformable cylindrical cavity of 1.50 m in length such that in the cavity creates a standing wave. The sound transmitter is mounted on one end face and a sound receiver on the opposite end side. In a collision of the vehicle, the cavity is deformed and thus changes from the sound receiver received signal. To verify whether a collision has actually taken place, the sound transmitter can again emit a test pulse and the signal received by the sound receiver is then evaluated.
Dieser bekannte Kollisionssensor hat den Nachteil, dass eine stehende Welle im Hohlraum nur schwierig aufrecht zu erhalten ist, wenn bei einer Länge des Hohlraums von 1,50 m die Wellenlänge bei 10 kHz nur 3,3 cm beträgt, also 45 Perioden des Schallsignals im Hohlleiter stehen. Dann ändert sich die für das Einkoppeln des Schallsignals des Schallsenders ebenso wie die für das Auskoppeln des Schallsignals am Schallempfänger wichtige Position der Schwingungsknoten bzw. Schwingungsbäuche bereits bei geringster Änderung der Resonanzfrequenz des Hohlraums, insbesondere infolge Temperaturänderung, so stark, dass im Hinblick auf eine Güte des Hohlraums von beispielsweise zwischen 100 und 1.000 ein Signalabfall entsteht, der als Kollision fehlinterpretiert werden könnte. Für den bekannten Sensor wird daher bereits in der Druckschrift selber eine Frequenzstabilisierung durch Wobbein der Schallfrequenz am Schallsender vorgeschlagen, was jedoch aufwendig und störanfällig ist. Die Verwendung von Schallsignalen im Ultraschallbereich hat ferner den Nachteil, dass es zu Interferenzen mit den Schallereignissen kommen kann, die als so genannter „Materialschrei" bei einer Kollision auftreten.This known collision sensor has the disadvantage that a standing wave in the cavity is difficult to maintain, if at a length of the cavity of 1.50 m, the wavelength at 10 kHz is only 3.3 cm, ie 45 periods of the sound signal in the waveguide stand. Then, for the coupling of the sound signal of the sound transmitter as well as for the decoupling of the sound signal at the sound receiver important position of the nodes or Schwingungsbäuche changes even with the least change in the resonant frequency of the cavity, especially due to temperature change, so strong that in terms of quality For example, between 100 and 1000, a signal drop occurs in the cavity that could be misinterpreted as a collision. For the known sensor, a frequency stabilization by wobbling the sound frequency at the sound transmitter is therefore already proposed in the publication itself, which is however complicated and prone to failure. The use of sound signals in the ultrasonic range also has the disadvantage that it can lead to interference with the sound events that occur as a so-called "material cry" in a collision.
Die vorstehend geschilderten Kollisionssensoren beschränken sich sämtlich darauf, ein Kollisionsereignis zu erkennen. Sie setzen damit einen Kollisionssensor voraus, der sich im Augenblick unmittelbar vor der Kollision in einwandfreiem Zustand befindet.The above-described collision sensors are all limited to detecting a collision event. They thus require a collision sensor, which is in perfect condition immediately before the collision.
Bei den bekannten Kollisionssensoren besteht jedoch das Problem, dass im Langzeitgebrauch bspw. des Kraftfahrzeugs der Hohlraum durch andere Ursachen verformt wird oder sich Löcher oder Risse im Hohlraum ausbilden. Damit ändert sich die akustische Charakteristik des Sensors und ein zuverlässiges Auslösen der Insassen- Sicherheitseinrichtung ist nicht mehr gewährleistet. Dadurch können bei einer schweren Kollision lebensgefährliche Situationen entstehen. Besonders kritisch ist dabei eine Rissbildung in der Hohlraumwand, die eine Leckage der Kompressionsluft zur Folge hat und den zu detektierenden Druckanstieg bzw. die zu detektierende Luftströmung verfälscht oder sogar unterbindet. Ebenso kann eine durch äußere Krafteinwirkung verursachte bleibende Verengung des Hohlraumquerschnitts oder ein komplettes lokales Abklemmen eines Hohlraumbereichs dazu führen, dass die zu detektierende Luftverdrängung über die Engstelle hinaus nicht mehr zu dem Sensorelement weitergeleitet werden kann, das den Druckanstieg bzw. die Luftströmung erfasst. Dies ist der Fall, wenn die durch die Kollision verursachte Deformation jenseits der Engstelle in einem vom Sensorelement abgewandten Volumenabschnitt des Hohlraums stattfindet.In the known collision sensors, however, there is the problem that in long-term use, for example, the motor vehicle, the cavity is deformed by other causes or form holes or cracks in the cavity. This changes the acoustic characteristics of the sensor and a reliable triggering of the occupant safety device is no longer guaranteed. This can lead to life-threatening situations in the event of a serious collision. Particularly critical is a crack formation in the cavity wall, which has a leakage of the compressed air result and falsifies the pressure increase to be detected or the air flow to be detected or even prevented. Likewise, a permanent narrowing of the cavity cross-section caused by external force or a complete local clamping of a cavity area can cause the air displacement to be detected beyond the bottleneck not to be forwarded to the sensor element which detects the pressure increase or the air flow. This is the case when the deformation caused by the collision takes place beyond the bottleneck in a volume portion of the cavity facing away from the sensor element.
Aus der eingangs erwähnten DE 10 2004 003 199Al ist eine Vorrichtung zur Auf- pralldetektion bekannt. Die Vorrichtung weist einen Hohlleiter auf, in den mittels eines Senders ein Mikrowellensignal von 2,4-2,5 oder 5,72-5,875 GHz eingekoppelt wird. Die Vorrichtung misst die Laufzeit des Mikrowellensignals zwischen dem Sender und einem am gegenüberliegenden oder demselben Ende des Hohlleiters befindlichen Empfänger. Wenn der Hohlleiter nicht deformiert ist, ergibt sich eine vorbestimmte Laufzeit. Wird der Hohlleiter durch einen Aufprall verformt, ändert sich die Laufzeit, und diese Laufzeitänderung wird als Aufprall detektiert. Die bekannte Vorrichtung ermöglicht auch einen Funktionstest, indem die gemessene Laufzeit vor oder während des Betriebs der Vorrichtung mit abgespeicherten Daten verglichen wird.From the aforementioned DE 10 2004 003 199Al a device for impact detection is known. The device has a waveguide into which a microwave signal of 2.4-2.5 or 5.72-5.875 GHz is coupled by means of a transmitter. The device measures the transit time of the microwave signal between the transmitter and a receiver located at the opposite or the same end of the waveguide. If the waveguide is not deformed, results in a predetermined duration. If the waveguide is deformed by an impact, the transit time changes, and this transit time change is detected as an impact. The known device also allows a functional test by comparing the measured transit time before or during operation of the device with stored data.
Die bekannte Vorrichtung hat damit den Nachteil, dass eine aufwendige Mikrowellenapparatur benötigt wird. Ferner ist die Laufzeitmessung eine relativ ungenaue Messmethode, weil die Laufzeit einer Welle in einem länglichen Hohlleiters erheblich mehr von Änderungen der Länge als der Querschnittsform beeinflusst wird.The known device thus has the disadvantage that a complex microwave apparatus is needed. Further, the transit time measurement is a relatively inaccurate measurement method because the travel time of a wave in an elongated waveguide is significantly more affected by changes in length than in the cross-sectional shape.
Die insoweit beschriebenen Kollisionssensoren haben ferner den inhärenten Nachteil, dass die Schallcharakteristik durch den mechanischen Inrienaufbau fest eingeprägt ist und auf den jeweiligen Anwendungsfall durch Neuauslegung des Hohlkammerprofils immer neu angepasst werden muss. Das führt zu einer unerwünschten weil kostenintensiven Variantenvielfalt. Gekröpfte Verlegungen der Kollisionssensoren sind zudem nur bedingt und bei sehr großen Krümmungsradien möglich, so dass eine kraftschlüssige Anpassung der Kollisonssensoren an die zu überwachenden Objekte häufig nur durch Anstückelung mehrerer Kollisionssensoren gelingt und folglich zu erhöhtem Montageaufwand führt.The collision sensors described so far also have the inherent disadvantage that the sound characteristic is firmly impressed by the mechanical Inrienaufbau and must be adapted to the particular application by re-design of the hollow chamber profile always new. That leads to an undesirable because costly variant variety. Canted installations of the collision sensors are also only possible to a limited extent and in the case of very large radii of curvature, so that a frictional adaptation of the collision sensors to the objects to be monitored often succeeds only by embossing a plurality of collision sensors and consequently leads to increased assembly costs.
Wegen der einfachen Schaltfunktion können ferner Fehlauslösungen nicht von tatsächlichen Gefahrensituationen unterschieden werden. Eine permanente Überwachung des Sicherheitskontaktes auf Funktionsfähigkeit ist bei dem normalerweise offenen Kontakt ebenfalls nicht möglich.Furthermore, because of the simple switching function, false alarms can not be distinguished from actual hazardous situations. Permanent monitoring of the safety contact for functionality is also not possible with the normally open contact.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kollisionssensor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung soll der erfindungsgemäße Sensor preiswert zu fertigen und leicht zu montieren sein, wobei vorzugsweise eine sofortige Erkennung der geschilderten Störfälle, insbesondere einer Verformung (Klemmung oder Verengung) oder einer Leckstelle (Loch oder Riss) des Hohlraums möglich sein soll. Diese Erkennung soll gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung unabhängig davon geschehen, nach welchem physikalischen Prinzip (Luftdruck, Luftströmung, Temperatur, Schall usw.) die kollisionsbedingte Deformation des Hohlraums erfasst wird.The invention is therefore the object of developing a collision sensor of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided. According to one aspect of the invention, the sensor according to the invention should be inexpensive to manufacture and easy to assemble, preferably an immediate detection of the described incidents, in particular a deformation (clamping or constriction) or a leak (hole or crack) of the cavity should be possible. According to a further aspect of the invention, this detection is to be performed independently of which physical principle (air pressure, air flow, temperature, sound, etc.) the collision-induced deformation of the cavity is detected.
Schließlich soll gewährleistet sein, dass es zu keiner störenden Wechselwirkung der erfindungsgemäßen Überprüfung der Funktion und der eigentlichen Funktion des Kollisionssensors kommt.Finally, it should be ensured that there is no disturbing interaction of the inventive review of the function and the actual function of the collision sensor.
Bei einem Kollisionssensor der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der akustische Aktor die Schallwellen mit Hilfe des thermoakustischen Effektes erzeugt und vorzugsweise Schallwellen im Frequenzbereich zwischen 5 und 500 Hz aussendet. Die vorliegende Erfindung nutzt somit den sogenannten thermoakustischen oder thermopneumatischen Effekt zur Schallerzeugung in einem sensorisch wirkenden Hohlraumresonator. Dabei wird der Schall bspw. über ein mit einem impulsförmigen oder alternierenden elektrischen Strom betriebenes Heizelement direkt in den Hohlraum eingekoppelt und die das Heizelement unmittelbar umgebende Luft aufgrund der inhomogenen und instationären Temperaturverteilung in Nähe des Heizelementes mittels induzierter Druckschwankungen in der Luft zur Ausbildung von Schallwellen angeregt.In a collision sensor of the type mentioned, this object is achieved in that the acoustic actuator generates the sound waves using the thermoacoustic effect and preferably emits sound waves in the frequency range between 5 and 500 Hz. The present invention thus utilizes the so-called thermoacoustic or thermo-pneumatic effect for generating sound in a sensory cavity resonator. In this case, the sound is, for example, coupled via a driven with a pulsed or alternating electric current heating element directly into the cavity and the heating element immediately surrounding air due to the inhomogeneous and transient temperature distribution in the vicinity of the heating element by means of induced pressure fluctuations in the air to form sound waves excited ,
Der thermoakustische Effekt als solcher ist seit langem bekannt, erste Untersuchungen an einer Heizflamme reichen in das Jahr 1777 zurück; siehe Übersichtsartikel von M. Altenbokum: „Das Phänomen Thermoakustik" in KI Kälte Luft Klimatechnik, Mai 2007, Seiten 24 bis 26.The thermoacoustic effect as such has been known for a long time, the first investigations on a heating flame date back to the year 1777; See review article by M. Altenbokum: "The phenomenon of thermoacoustics" in KI Refrigeration Air Conditioning Technology, May 2007, pages 24 to 26.
Die erste Schallübertragung mit Hilfe des thermoakustischen Effektes gelang im Jahr 1880 mittels eines dünnen Heizdrahtes, an den eine großflächige Membran angekoppelt war; siehe M. Preece: „On Some Thermal Effects of Electric Currents", in Proceedings of the Royal Society of London, 27. Mai 1880.The first sound transmission with the help of the thermoacoustic effect succeeded in 1880 by means of a thin heating wire, to which a large-area membrane was coupled; See M. Preece, "On Some Thermal Effects of Electric Currents," Proceedings of the Royal Society of London, May 27, 1880.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine schallgebende Membran nicht erforderlich.In the context of the present invention, a sounding membrane is not required.
Da die Signalerzeugung erfindungsgemäß analog erfolgt, kann in der nachgeschalteten Auswerteeinheit der Schaltpunkt elektronisch eingestellt und damit u.U. anhand von Vorwahlfunktionen an unterschiedliche Einsatzbedingungen einfach und individuell angepasst werden.Since the signal generation is carried out analogously according to the invention, the switching point can be set electronically in the downstream evaluation unit and thus u.U. be easily and individually adapted to different operating conditions by means of preselection functions.
Der Kollisionssensor kann in bestehende Kontaktpuffer - auch unter Mitnutzung des bereits vorhandenen Hohlraumes - mit geringem Aufwand integriert werden, so dass auch deshalb der Zwang zur Variantenvielfalt deutlich verringert wird und häufig ganz entfallen kann. Der neue Kollisionssensor ist somit preiswert herzustellen und leicht zu montieren.The collision sensor can be integrated into existing contact buffers - even with shared use of the existing cavity - with little effort, so that therefore the compulsion to variant variety is significantly reduced and often completely eliminated. The new collision sensor is thus inexpensive to manufacture and easy to assemble.
Der neue Sensor liefert bei Bedarf ferner ein sogenanntes Life-Zero-Signal und kann zur Erfassung des zeitlichen Anprallverlaufs verwendet werden, da er nicht nur eine reine Schaltfunktion bereitstellt. Er ermöglicht damit die Erkennung und Diskriminierung von ungefährlichen bzw. ungewollten Ereignissen, so dass eine Fehlauslösung vermieden wird.If required, the new sensor also supplies a so-called life-zero signal and can be used to record the temporal impact curve, as it not only provides a pure switching function. It thus makes it possible to detect and discriminate against harmless or undesired events, so that false tripping is avoided.
Ist der Hohlraum bspw. bei Verwendung in einer Kontaktleiste gebogen oder gekröpft ausgebildet, so bleibt dadurch das eingeprägte Schallsignal weitgehend unbeeinträchtigt.If, for example, the cavity is bent or cranked when used in a contact strip, this leaves the impressed sound signal largely unimpaired.
Ferner kann das komplette Kollisionssensor-System aus Sensorelement, Aktor, Hohlraum und Auswerteeinheit durch Selbsttest vollständig auf Funktionsfähigkeit überwacht werden, was die Betriebssicherheit und -Zuverlässigkeit deutlich erhöht.Furthermore, the complete collision sensor system consisting of sensor element, actuator, cavity and evaluation unit can be completely monitored for functionality by self-test, which significantly increases operational reliability and reliability.
Bei einemVerfahren der eingangs genannten Art wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe demzufolge dadurch gelöst, dass über einen thermoakustisch wirkenden Aktor eine vorzugsweise stehende Schallwelle in den Hohlraum eingekoppelt wird, und dass das sich in dem Hohlraum ausbreitende Schallereignis erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, wobei vorzugsweise die Schallwelle mit einer Frequenz im Bereich zwischen 5 und 500 Hz in den Hohlraum eingekoppelt und/oder die Schallwelle bei vorbestimmten Betriebszuständen eines zu überwachenden Objektes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs für eine vorbestimmte Zeitdauer in den Hohlraum eingekoppelt wird.In a method of the type mentioned above, the object underlying the invention is therefore achieved in that a preferably standing sound wave is coupled into the cavity via a thermoacoustically acting actuator, and that the propagating in the cavity sound event is detected and compared with a predetermined setpoint , wherein preferably the sound wave with a frequency in the range between 5 and 500 Hz coupled into the cavity and / or the sound wave is coupled at predetermined operating conditions of an object to be monitored, in particular a motor vehicle for a predetermined period of time in the cavity.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object underlying the invention is completely solved in this way.
Die Erfindung gestattet es nämlich auch, einen Kollisionssensor in oder an einem zu überwachenden Objekt, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, hinsichtlich seiner Funktionsfähigkeit zu überwachen, insbesondere die gesamte Messkette, bestehend aus Hohlraum und Sensorelement automatisch zu überwachen, so dass eine Störung der oben geschilderten Art unverzüglich angezeigt wird und sogleich behoben werden kann.In fact, the invention also makes it possible to have a collision sensor in or on an object to be monitored, in particular in a motor vehicle, with respect to its object To monitor operability, in particular to automatically monitor the entire measuring chain, consisting of cavity and sensor element, so that a fault of the type described above is displayed immediately and can be rectified immediately.
Damit es nicht zu unerwünschten Wechselwirkungen mit der eigentlichen Kollisionserkennung kommt, wird die Überprüfung der Funktionsfähigkeit einerseits nur kurzzeitig und vorzugsweise nur dann vorgenommen, wenn eine Kollisionserkennung nicht erforderlich ist.So that it does not come to undesirable interactions with the actual collision detection, the verification of the functionality is on the one hand only for a short time, and preferably only made when a collision detection is not required.
Die Verwendung einer sehr niedrigen Frequenz hat den Vorteil, dass die Ein- und Auskopplung der Schallwelle in den bzw. aus dem Hohlraum unkritisch hinsichtlich Schwankungen der Umgebungstemperatur ist.The use of a very low frequency has the advantage that the coupling and decoupling of the sound wave into and out of the cavity is not critical with respect to fluctuations of the ambient temperature.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sensorelement ferner zur Aufnahme eines Kollisionssignals ausgebildet, das durch ein auf den Kollisionssensor einwirkendes Kollisionsereignis im Hohlraum erzeugt wurde.In a particularly preferred embodiment of the invention, the sensor element is further designed to receive a collision signal which has been generated by a collision event acting on the collision sensor in the cavity.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass dann, wenn zum Erkennen des Kollisionsereignisses ein Schallsignal ausgewertet wird, das Sensorelement und die Auswerteeinheit nicht nur in der beschriebenen Weise zur Überwachung der Funktion des Kollisionssensors eingesetzt werden. Vielmehr dient das Sensorelement dann auch für die eigentliche Funktion, nämlich das Erkennen eines Kollisionsereignisses. Durch diese Doppelfunktion von Sensorelement und Auswerteeinheit werden der benötigte Einbauraum bspw. im Kraftfahrzeug sowie die Herstellkosten reduziert.This measure has the advantage that when a sound signal is evaluated for detecting the collision event, the sensor element and the evaluation unit are used not only in the manner described for monitoring the function of the collision sensor. Rather, the sensor element then also serves for the actual function, namely the detection of a collision event. This double function of the sensor element and the evaluation unit reduces the required installation space, for example, in the motor vehicle as well as the production costs.
Alternativ kann aber auch, insbesondere für den Fall, dass andere physikalische Effekte als der Schall für die Erkennung eines Kollisionsereignisses ausgewertet werden sollen, ein weiteres Sensorelement an den Hohlraum angeschlossen werden, das zur Aufnahme eines Kollisionssignals ausgebildet ist, das durch ein auf den Kollisionssensor einwirkendes Kollisionsereignis im Hohlraum erzeugt wurde. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass man in der Auswahl des physikalischen Effektes frei ist.Alternatively, however, especially in the event that other physical effects than the sound for the detection of a collision event to be evaluated, another sensor element to be connected to the cavity, which is designed to receive a collision signal, which acts by a force acting on the collision sensor Collision event was generated in the cavity. This measure has the advantage that one is free in the selection of the physical effect.
Vorzugsweise ist der Hohlraum mit einem Fluid, insbesondere mit Luft, befüllt und das Sensorelement und/oder das weitere Sensorelement erfasst einen physikalischen Parameter aus der Gruppe: Fluiddruck, Fluidströmung, Fluidtemperatur.Preferably, the cavity is filled with a fluid, in particular with air, and the sensor element and / or the further sensor element detects a physical parameter from the group: fluid pressure, fluid flow, fluid temperature.
Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung eines thermischen Strömungs- Sensorelements, weil dieses eine optimale Empfindlichkeit für den vorliegenden Anwendungsfall aufweist.Particularly preferred is the use of a thermal flow sensor element, because this has an optimal sensitivity for the present application.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung koppelt der akustische Aktor eine periodische Schallwelle fester Frequenz in den Hohlraum ein.In particularly preferred embodiments of the invention, the acoustic actuator couples a periodic sound wave of fixed frequency into the cavity.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass durch die Dauerstrich-Anregung eine stabile Schallwelle im Hohlraum erzeugt wird, die ein ebenso stabiles Signal des Sensorelementes zur Folge hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Frequenz der Resonanzfrequenz des Hohlraums entspricht.This measure has the advantage that the continuous wave excitation generates a stable sound wave in the cavity, which results in an equally stable signal of the sensor element. This is especially true when the frequency corresponds to the resonant frequency of the cavity.
Alternativ kann der akustische Aktor aber auch eine Schallwelle in Form eines einmaligen Drucksprungs in den Hohlraum einkoppeln.Alternatively, however, the acoustic actuator can also couple a sound wave in the form of a single pressure jump into the cavity.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass bei bestimmten Aktoren die Ansprechzeit vermindert werden kann, wenn der Aktor mit einem hohen Sprungsignal beaufschlagt wird. Der Aktor muss dann hinsichtlich seiner Ansprechcharakteristik bei vThis measure has the advantage that in certain actuators, the response time can be reduced when the actuator is acted upon by a high jump signal. The actuator must then be in terms of its response at v
Erregung keine besonderen Anforderungen erfüllen. Dann wird eine einmalige Stoßwelle in dem Hohlraum erzeugt, die wiederum Echos erzeugt, wobei dann der Abstand der Echos ein Maß für die Resonanzfrequenz des Hohlraums ist. Bei einer weiteren Gruppe von Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der akustische Aktor nacheinander Schallwellen unterschiedlicher Frequenz in den Hohlraum einkoppeln.Arousal does not meet any special requirements. Then a single shock wave is generated in the cavity, which in turn generates echoes, in which case the distance of the echoes is a measure of the resonant frequency of the cavity. In a further group of embodiments of the invention, the acoustic actuator can successively couple sound waves of different frequencies into the cavity.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass mit einer Einkopplung von Schallwellen unterschiedlicher Frequenz eine bessere Differenzierung der Art der Störung möglich ist.This measure has the advantage that a better differentiation of the type of interference is possible with a coupling of sound waves of different frequencies.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der akustische Aktor ein Heizelement und das Heizelement wird aus einer Stromquelle mit einem einstellbaren Strom gespeist.In a preferred embodiment of the invention, the acoustic actuator includes a heating element and the heating element is fed from a current source with an adjustable current.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein effektiver akustischer Aktor mit einfachen und handelsüblichen Elementen zur Verfügung gestellt werden kann, der eine ausreichende Bandbreite hat und ohne bewegte Elemente eine Schallwelle zu erzeugen vermag.This measure has the advantage that an effective acoustic actuator with simple and commercially available elements can be made available, which has a sufficient bandwidth and is able to generate a sound wave without moving elements.
Aus den bereits erwähnten Gründen ist auch hier bevorzugt, wenn der Strom ein periodisch getasteter Gleichstrom ist.For the reasons already mentioned, it is also preferred here if the current is a periodically sampled direct current.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Schallwelle im Hohlraum besonders effektiv angeregt werden kann.This measure has the advantage that the sound wave in the cavity can be excited particularly effectively.
Vorzugsweise wird der Gleichstrom dabei mit einem Tastverhältnis von 50% und weiter vorzugsweise mit einer Tastfrequenz zwischen etwa 10 und 300 Hz getastet.Preferably, the direct current is thereby sampled with a duty cycle of 50% and more preferably with a sampling frequency between about 10 and 300 Hz.
Alternativ kann der Gleichstrom, wie bereits erwähnt, auch einmalig stufenförmig getastet sein.Alternatively, as already mentioned, the direct current may also be sampled once in a stepped manner.
Weiter alternativ kann der Strom auch ein Wechselstrom sein. Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Ausfuhrungsbeispiels mit einem Heizelement ist das Heizelement flächig, insbesondere als Trägermembran mit darauf strukturierten Heizleiterbahnen, ausgebildet.Further alternatively, the power may also be an alternating current. In a preferred embodiment of the exemplary embodiment with a heating element, the heating element is flat, in particular as a carrier membrane with heating conductor tracks structured thereon.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die thermische Zeitkonstante sehr gering ist, beispielsweise kleiner als 1 ms, und dadurch eine entsprechend große Temperaturmodulation erreicht wird, mit der effektiv eine Schallwelle in dem Hohlraum angeregt werden kann.This measure has the advantage that the thermal time constant is very small, for example, less than 1 ms, and thereby a correspondingly large temperature modulation is achieved with which effectively a sound wave can be excited in the cavity.
Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn das Heizelement in einer Kammer angeordnet ist, und die Kammer bis auf eine Austrittsöffnung geschlossen ist.A particularly good effect is achieved when the heating element is arranged in a chamber, and the chamber is closed except for an outlet opening.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass innerhalb der Kammer ein pulsierender Druck erzeugt wird, der über die Austrittsöffnung besonders gut an den Hohlraum angekoppelt werden kann.This measure has the advantage that within the chamber, a pulsating pressure is generated, which can be coupled via the outlet particularly well to the cavity.
Es ist weiter bevorzugt, wenn die Kammer langgestreckt, insbesondere zylindrisch ist, und das Heizelement entlang einer Längsachse der Kammer angeordnet ist.It is further preferred if the chamber is elongated, in particular cylindrical, and the heating element is arranged along a longitudinal axis of the chamber.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine Bauform vorliegt, bei der in dem Hohlraum in besonders effektiver Weise ein möglichst hoher Schalldruck entsteht und dadurch eine intensive Schallwelle angeregt werden kann.This measure has the advantage that there is a design in which a very high sound pressure is generated in the cavity in a particularly effective manner and thus an intense sound wave can be excited.
Dabei wird eine gute Wirkung dadurch erzielt, dass das Heizelement einen radialen Abstand von einer Innenwand der Kammer aufweist, wobei der Abstand ungefähr gleich groß wie, aber nicht kleiner als die Dicke der Temperaturgrenzschicht um das Heizelement herum ist.In this case, a good effect is achieved in that the heating element has a radial distance from an inner wall of the chamber, wherein the distance is approximately equal to, but not smaller than the thickness of the temperature boundary layer around the heating element around.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Austrittsöffnung im Bereich eines Schwingungsknotens einer durch den akustischen Aktor im Hohlraum angeregten, stehenden Schallwelle angeordnet. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Schallwelle in dem Hohlraum mit besonders hohem Wirkungsgrad angeregt wird.In a further exemplary embodiment of the invention, the outlet opening is arranged in the region of a vibration node of a standing sound wave excited by the acoustic actuator in the cavity. This measure has the advantage that the sound wave is excited in the cavity with a particularly high efficiency.
Dies gilt insbesondere, wenn die Austrittsöffnung an einem geschlossenen Ende des Hohlraums angeordnet ist.This is especially true when the exit opening is located at a closed end of the cavity.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn das Sensorelement und der akustische Aktor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.Furthermore, it is preferred if the sensor element and the acoustic actuator are arranged in a common housing.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine geringe Baugröße entsteht und dass eine Vorfertigung dieser Baugruppe möglich ist, was die spätere Montage bspw. in dem Kraftfahrzeug erleichtert.This measure has the advantage that a small size is created and that a prefabrication of this module is possible, which facilitates later assembly, for example. In the motor vehicle.
Bei einer ersten bevorzugten Form der Signalauswertung in dem erfindungsgemäßen Kollisionssensor bestimmt die Auswerteeinheit den quadratischen Mittelwert des Ausgangssignals des Sensorelementes und vergleicht den quadratischen Mittelwert mit einem vorgegebenen Sollwert.In a first preferred form of signal evaluation in the collision sensor according to the invention, the evaluation unit determines the root mean square value of the output signal of the sensor element and compares the root mean square value with a predetermined desired value.
Bei einer zweiten bevorzugten Form der Signalauswertung in dem erfindungsgemäßen Kollisionssensor bestimmt die Auswerteeinheit den Quotienten aus Scheitelwert und Effektivwert des Ausgangssignals des Sensorelementes und vergleicht den Quotienten mit einem vorgegebenen Sollwert.In a second preferred form of signal evaluation in the collision sensor according to the invention, the evaluation unit determines the quotient of the peak value and effective value of the output signal of the sensor element and compares the quotient with a predetermined desired value.
Bei einer dritten bevorzugten Form der Signalauswertung wird nacheinander eine Schallwelle einer ersten Frequenz und danach eine Schallwelle doppelter Frequenz in den Hohlraum eingekoppelt.In a third preferred form of signal evaluation, a sound wave of a first frequency and then a double frequency sound wave are successively coupled into the cavity.
Diese alternativen Auswertmöglichkeiten gestatten es, bei den verschiedenen Störfällen (Deformation, Leckage) individuell mit höchstmöglicher Genauigkeit den jeweiligen Störfall zu erkennen. Vor diesem Hintergrund betrifft die vorliegende Erfindung auch Kollisionssensoren und Verfahren der eingangs genannten Art, bei denen die neuen Formen der Signalauswertung eingesetzt werden.These alternative evaluation options make it possible to individually identify the respective incident with the highest possible accuracy for the various incidents (deformation, leakage). Against this background, the present invention also relates to collision sensors and methods of the type mentioned, in which the new forms of signal evaluation are used.
Die Erfindung betrifft somit einen Kollisionssensor in oder an einem zu überwachenden Objekt, insbesondere einem Kraftfahrzeug, mit einem deformierbaren Hohlraum, mit mindestens einem an den Hohlraum angeschlossenen akustischen Sensorelement, mit einer an das Sensorelement angeschlossenen Auswerteeinheit, und mit einem an den Hohlraum angeschlossenen akustischen Aktor zum Erzeugen von vorzugsweise stehenden Schallwellen in dem Hohlraum, wobei die Auswerteeinheit zum Auswerten von Signalen ausgebildet ist, die von den Schallwellen in dem Sensorelement erzeugt werden, wobei der Kollisionssensor bei vorbestimmten Betriebs- zuständen des zu überwachenden Objektes hinsichtlich seiner Funktion überwachbar, insbesondere der akustische Aktor für eine vorbestimmte Zeitdauer betätigbar ist, wobei der akustische Aktor eine stehende Schallwelle in den Hohlraum (12) einkoppelt und das sich in dem Hohlraum ausbreitende Schallereignis erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert (RMSo; CRo) verglichen wird, und wobei der quadratische Mittelwert (RMS) des Ausgangssignals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes bestimmt und der quadratischen Mittelwert (RMS) mit dem Sollwert (RMSo) verglichen wird und/oder der Quotient aus Scheitelwert und Effektivwert (CR) des Ausgangssignals des das Schallereignis erfassenden Sensorelementes bestimmt und der Quotient (CR) mit dem Sollwert (CRo) verglichen wird.The invention thus relates to a collision sensor in or on an object to be monitored, in particular a motor vehicle, having a deformable cavity, with at least one acoustic sensor element connected to the cavity, with an evaluation unit connected to the sensor element, and with an acoustic actuator connected to the cavity for generating preferably standing sound waves in the cavity, wherein the evaluation unit is designed for evaluating signals which are generated by the sound waves in the sensor element, wherein the collision sensor at predetermined operating states of the object to be monitored with regard to its function monitored, in particular the acoustic Actuator is operable for a predetermined period of time, wherein the acoustic actuator couples a standing sound wave in the cavity (12) and recorded in the cavity propagating sound event and with a predetermined setpoint (RMSo; CRo) verg is determined, and wherein the root mean square (RMS) of the output signal of a sound event sensor element detected and the root mean square (RMS) with the setpoint (RMSo) is compared and / or the quotient of peak and effective value (CR) of the output signal of the Sound sensor detected sensor element determines and the quotient (CR) is compared with the setpoint (CRo).
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen der Funktion eines Kollisionssensors, der einen deformierbaren Hohlraum aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise stehende Schallwelle in den Hohlraum (12) eingekoppelt, und dass das sich in dem Hohlraum ausbreitende Schallereignis erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert (RMSo; CRo) verglichen wird, und dass der quadratische Mittelwert (RMS) des Ausgangssignals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes bestimmt und der quadratischen Mittelwert (RMS) mit dem Sollwert (RMSo) und/oder der Quotient aus Scheitelwert und Effektivwert (CR) des Ausgangs- Signals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes bestimmt und der Quotient (CR) mit dem Sollwert (CR0) verglichen wird.Another method according to the invention for checking the function of a collision sensor having a deformable cavity is characterized in that a preferably standing sound wave is coupled into the cavity (12), and that the sound event propagating in the cavity is detected and recorded at a predetermined setpoint value (FIG. RMSo; CRo) and that the root mean square (RMS) of the output signal of a sensor element detecting the sound event determines and the root mean square (RMS) with the setpoint (RMSo) and / or the quotient of peak and rms value (CR) of the output - Determined signal of a sound event detecting sensor element and the quotient (CR) with the setpoint (CR 0 ) is compared.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kollisionssensors ist der vorbestimmte Betriebszustand die Betätigung eines Anlassers des Kraftfahrzeugs.In a further development of the collision sensor according to the invention, the predetermined operating state is the actuation of a starter of the motor vehicle.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Kollisionssensors vor Antritt der Fahrt stattfindet, also zu einem Zeitpunkt, an dem nicht mit einer Kollision zu rechnen ist.This measure has the advantage that the checking of the functionality of the collision sensor takes place before the start of the journey, that is to say at a time when a collision can not be expected.
Alternativ oder zusätzlich kann der vorbestimmte Betriebszustand aber auch ein Stillstand des Kraftfahrzeugs sein.Alternatively or additionally, however, the predetermined operating state can also be a standstill of the motor vehicle.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Überprüfung in kürzeren Zeitabständen stattfindet.This measure has the advantage that the review takes place at shorter intervals.
Weiter ist bei Ausführungsformen der Erfindung bevorzugt, wenn der akustische Aktor eine periodische Schallwelle in den Hohlraum einkoppelt und dass die vorbestimmte Zeitdauer kürzer als etwa 20 Perioden der Schallwelle ist.Further, in embodiments of the invention, it is preferred that the acoustic actuator couple a periodic acoustic wave into the cavity and that the predetermined period of time be shorter than about 20 periods of the acoustic wave.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Überprüfung in einer minimalen Zeitdauer abgeschlossen ist. Wenn der akustische Aktor beispielsweise Schallwellen im Frequenzbereich zwischen 5 und 500 Hz aussendet, dann beträgt die Zeitdauer nur wenige Millisekunden oder Sekunden.This measure has the advantage that the check is completed in a minimum amount of time. For example, if the acoustic actuator emits sound waves in the frequency range between 5 and 500 Hz, then the duration is only a few milliseconds or seconds.
Aus dem obigen ergibt sich, dass der thermoakustische Aktor in dem erfindungsgemäßen Kollisionssensor entweder nur für den Selbsttest oder auch für die Kollisionsüberwachung verwendet werden kann.It follows from the above that the thermoacoustic actuator in the collision sensor according to the invention can be used either only for the self-test or for collision monitoring.
Bei zu erwartender hoher, kurzzeitiger Krafteinwirkung kann der Kollisionssensor vorzugsweise im Impulsbetrieb arbeiten. Hier wird die Schallwelle als Schallimpuls direkt durch die lokale Deformation des Hohlraumes erzeugt und die damit verbundene Luftverschiebung am Sensorelement nachgewiesen. Der thermoakustische Aktor ist dann nur für den Selbsttest vorgesehen.When expected high, short-term force, the collision sensor may preferably operate in pulsed mode. Here the sound wave becomes a sound impulse generated directly by the local deformation of the cavity and detected the associated air displacement at the sensor element. The thermoacoustic actuator is then intended only for the self-test.
Bei eher geringer Krafteinwirkung und entsprechend langsamem Kraftaufbau wird der Dauerstrichbetrieb bevorzugt, bei dem der thermoakustische Aktor kontinuierlich eine stehende Schallwelle erzeugt. Bei einer lokalen Deformation wird am Sensorelement eine der Zeitdauer der externen Krafteinwirkung entsprechende vorübergehende Abschwächung der Schallintensität detektiert. Die Funktionsprüfung, also der Selbsttest, erfolgt dann durch das von dem thermoakustischen Aktor kontinuierlich am Sensorelement erzeugte Life-Zero-Signal des (noch) undeformierten Hohlraumes, durch das die Funktionsfähigkeit und insbesondere die Durchgängigkeit der gesamten Messstrecke signalisiert wird.With a rather low force and a correspondingly slow force build-up, continuous wave operation is preferred in which the thermoacoustic actuator continuously generates a standing sound wave. In the case of a local deformation, a temporary attenuation of the sound intensity corresponding to the time duration of the external force action is detected on the sensor element. The functional test, ie the self-test, is then carried out by the life-zero signal of the (still) undeformed cavity generated continuously by the thermoacoustic actuator on the sensor element, by which the functionality and in particular the continuity of the entire measuring path is signaled.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
Figur 1 eine äußerst schematisierte Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kollisionssensors;Figure 1 is an extremely schematic plan view of an embodiment of a collision sensor according to the invention;
Figur 2 eine Darstellung, ähnlich Figur 1, jedoch für ein geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel; Figur 3 eine weitere Darstellung, ähnlich Figur 1, jedoch für ein anderes, geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel;Figure 2 is a representation, similar to Figure 1, but for a slightly modified embodiment; Figure 3 is another illustration, similar to Figure 1, but for another, slightly modified embodiment;
Figur 4 eine Detaildarstellung eines akustischen Aktors, so wie er bei demFigure 4 is a detail of an acoustic actuator, as in the
Kollisionssensor der Figuren 1 bis 3 verwendet werden kann;Collision sensor of Figures 1 to 3 can be used;
Figur 5 ein Signal/Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Dauerstrich-FIG. 5 shows a signal / time diagram for illustrating a continuous wave
Verfahrens, wie es bei dem erfindungsgemäßen Kollisionssensor verwendet werden kann;Method, as it can be used in the collision sensor according to the invention;
Figur 6 ein Signal/Zeitdiagramm, ähnlich Figur 5, jedoch zur Veranschaulichung eines Impuls-Verfahrens;Figure 6 is a signal / time diagram similar to Figure 5, but illustrating a pulse method;
Figur 7 ein Signal/Frequenzdiagramm;FIG. 7 shows a signal / frequency diagram;
Figur 8 ein Diagramm, darstellend den Verlauf des Signals und eines Crest-8 is a diagram showing the course of the signal and a crest
Wertes in Abhängigkeit von der Axialkoordinate eines länglichen Hohlraums in dem erfindungsgemäßen Kollisionssensor, für den Fall einer Verformung des Hohlraums;Value as a function of the axial coordinate of an elongate cavity in the collision sensor according to the invention, in the event of deformation of the cavity;
Figur 9 ein Diagramm, darstellend den Verlauf des Signals und eines Crest-9 is a diagram showing the course of the signal and a crest
Wertes in Abhängigkeit von der Axialkoordinate eines länglichen Hohlraums in dem erfindungsgemäßen Kollisionssensor, für den Fall einer Leckage im Hohlraum; undValue as a function of the axial coordinate of an elongate cavity in the collision sensor according to the invention, in the event of leakage in the cavity; and
Figur 10 eine Entscheidungsmatrix für unterschiedliche erfindungsgemäße Signal-Auswerteverfahren bei unterschiedlichen Störfällen.FIG. 10 shows a decision matrix for different signal evaluation methods according to the invention in the case of different incidents.
Die vorliegende Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass sich in einem Gasvolumen bei entsprechender Anregung Schallwellen ausbreiten können. Im Folgenden und vorstehend wird vereinfachend von „Luft" gesprochen, es versteht sich jedoch, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei geschlossenen Hohlräumen, auch andere Gase verwendet werden können.The present invention takes advantage of the fact that in a gas volume with appropriate excitation sound waves can propagate. In the following and above is simplified for "air" spoken, it understands However, that in the context of the present invention, in particular in closed cavities, other gases can be used.
Die Eigenschaften der Schallwellen werden durch die Form und Abmessungen des die Luftsäule einschließenden Hohlraums bestimmt. Der Hohlraum kann dabei in an sich bekannter Weise ein separates Bauteil oder ein struktureller Hohlraum eines zu überwachenden Objektes, also bspw. eines Fahrzeugs sein, beispielsweise der Innenraum einer Tür des Fahrzeugs. Der Hohlraum ist vorzugsweise geschlossen, er kann aber auch teilweise offen sein, beispielsweise einseitig offen oder er kann gezielt vorgesehene Abströmöffnungen aufweisen.The properties of the sound waves are determined by the shape and dimensions of the cavity enclosing the air column. The cavity can be in a conventional manner, a separate component or a structural cavity of an object to be monitored, so for example. A vehicle, for example, the interior of a door of the vehicle. The cavity is preferably closed, but it may also be partially open, for example open on one side or it may have specifically provided outflow openings.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Schallwelle in dem Hohlraum erzeugt und mittels eines Sensorelements erfasst, ob das aktuelle Ausbreitungsmuster der Schallwelle dem Ausbreitungsmuster des ungestörten Hohlraums entspricht, wozu spezielle Auswerteverfahren vorgesehen sind. Wenn der Zustand des Hohlraums gestört ist, beispielsweise durch eine Deformation (Klemmung, Engstelle) oder durch eine Leckage (Loch, Riss), dann wird dies erfindungsgemäß individuell erkannt und angezeigt.In the context of the present invention, a sound wave is generated in the cavity and detected by means of a sensor element, if the current propagation pattern of the sound wave corresponds to the propagation pattern of the undisturbed cavity, for which purpose special evaluation methods are provided. If the state of the cavity is disturbed, for example by a deformation (clamping, bottleneck) or by a leak (hole, crack), then this invention is individually recognized and displayed.
Um den Zustand eines resonanzfähigen Hohlraums zu überprüfen, wird erfindungsgemäß mittels eines akustischen Aktors ein Schallimpuls in die in dem Hohlraum befindliche Luftsäule eingekoppelt. Der Aktor ist dabei vorzugsweise als thermoakus- tischer Aktor ausgebildet, der auch als thermo-pneumatischer Aktor bezeichnet werden kann. In dem Hohlraum wird dann eine Schallwelle erzeugt, für die gilt:In order to check the condition of a resonant cavity, according to the invention, an acoustic pulse is coupled into the air column located in the cavity by means of an acoustic actuator. The actuator is preferably designed as a thermoacoustic actuator, which can also be referred to as a thermo-pneumatic actuator. In the cavity then a sound wave is generated, for which applies:
c = v λ [1]c = v λ [1]
wobei c die Schallgeschwindigkeit in Luft, v die Schwingungsfrequenz und λ die Wellenlänge in dem Hohlraum ist. Die Schallwelle kann sich als stehende Welle ausbilden, wenn zusätzlich die Modenbedingung Xn = 2 L/n (n = I1 2, 3 ...) [2]where c is the velocity of sound in air, v the oscillation frequency and λ the wavelength in the cavity. The sound wave can form a standing wave, if additionally the mode condition X n = 2 L / n (n = I 1 2, 3 ...) [2]
erfüllt ist, in der L die wirksame Länge des Hohlraums ist. Eine stehende Welle bildet sich daher nur dann im Hohlraum aus, wenn die Anregungsfrequenz v entsprechend [1] und [2] mit der Resonanzfrequenzis satisfied, in which L is the effective length of the cavity. Therefore, a standing wave only forms in the cavity when the excitation frequency v corresponding to [1] and [2] with the resonance frequency
Vn = nc/2L (n = 1, 2, 3 ...) ' [3]Vn = nc / 2L (n = 1, 2, 3 ...) ' [3]
zusammenfällt. Wenn der Hohlraum einen gestörten Zustand hat, wenn er also beispielsweise an einer bestimmten Stelle deformiert, insbesondere abgeklemmt, ist oder sich an einer bestimmten Stelle eine Leckage in Form eines Lochs oder eines Risses befindet, dann ändert sich die wirksame Resonanzlänge L entsprechend. Die Resonanzfrequenz vn aus [3] ändert sich dann ebenfalls. Eine Verschiebung der Resonanzfrequenz signalisiert somit einen gestörten Zustand. Diese Verschiebung kann mittels eines schallempfindlichen Sensorelements erfasst und in einer Auswerteschaltung erkannt werden.coincides. If the cavity has a disturbed state, that is, if it is deformed, for example, clamped at a certain point, in particular clamped, or there is a leak in the form of a hole or a crack at a certain point, then the effective resonance length L changes accordingly. The resonance frequency v n from [3] then also changes. A shift in the resonant frequency thus signals a faulty state. This shift can be detected by means of a sound-sensitive sensor element and detected in an evaluation circuit.
Auf ähnliche Weise lassen sich die Bedingungen für einen nicht-geschlossenen, beispielsweise einseitig offenen Hohlraum ableiten, indem die Gleichungen [2] und [3] auf offene Resonatoren angepasst werden.Similarly, the conditions for a non-closed, eg unilaterally open, cavity can be derived by adapting equations [2] and [3] to open resonators.
Das Sensorelement kann als Drucksensor oder als Strömungssensor ausgebildet sein, wobei thermische Strömungssensoren bevorzugt sind. Ferner ist bevorzugt, wenn das Sensorelement zugleich als Prallsensorelement für die eigentliche Funktion des Kollisionssensors dient, nämlich das Erkennen eines Kollisionsereignisses.The sensor element can be designed as a pressure sensor or as a flow sensor, with thermal flow sensors being preferred. Furthermore, it is preferred if the sensor element also serves as impact sensor element for the actual function of the collision sensor, namely the detection of a collision event.
In Figur 1 bezeichnet 10 als ganzes ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kollisionssensors. Der Kollisionssensor 10 weist einen Hohlraum 12 auf, der im dargestellten Beispiel langgestreckt-zylindrisch ausgebildet ist. Der Hohlraum 12 ist ein resonanzfähiges Gebilde, das im Frequenzbereich von 5 bis 500, vorzugsweise von 10 bis 300 Hz resonanzfähig ist. Der Hohlraum 12 hat eine Güte, die in der Praxis zwischen 100 und 1.000 liegen kann.In FIG. 1, 10 as a whole denotes an exemplary embodiment of a collision sensor according to the invention. The collision sensor 10 has a cavity 12, which in the illustrated example is elongate-cylindrical. The cavity 12 is a resonant structure which is in the frequency range of 5 to 500, preferably of 10 to 300 Hz is resonant. The cavity 12 has a quality which in practice may be between 100 and 1000.
Ein in Figur 1 linkes, hinteres Ende 14 des Hohlraums 12 ist geschlossen. An ein in Figur 1 rechtes, vorderes Ende 16 ist eine Y- förmige Verzweigung mit einem ersten schallführenden Kanal 18 und einem zweiten schallführenden Kanal 20 angeschlossen.A left in Figure 1, the rear end 14 of the cavity 12 is closed. A Y-shaped branch with a first sound-conducting channel 18 and a second sound-conducting channel 20 is connected to a right front end 16 in FIG.
Der erste Kanal 18 führt zu einem Sensorelement 22 und leitet diesem ein akustisches Signal 23 zu. Das Sensorelement 22 dient in erster Linie dazu, die Funktionsfähigkeit des Kollisionssensors 10 in der weiter unten ausführlich beschriebenen Weise zu überwachen. Er kann zusätzlich aber auch Signale erfassen, die zum Erkennen eines Kollisionsereignisses dienen, sofern dafür nicht ein separates Sensorelement vorgesehen ist. Der zweite Kanal 20 führt zu einem akustischen Aktor 24, der eine Schallwelle 25 erzeugen und in diesen abgeben kann.The first channel 18 leads to a sensor element 22 and supplies an acoustic signal 23 to it. The sensor element 22 serves primarily to monitor the operability of the collision sensor 10 in the manner described in detail below. In addition, however, it can also detect signals which serve to detect a collision event, unless a separate sensor element is provided for this purpose. The second channel 20 leads to an acoustic actuator 24, which can generate and deliver a sound wave 25.
Eine Auswerteeinheit 26 ist mit einer Leitung 27 an das Sensorelement 22 und mit einer Leitung 28 an den Aktor 24 angeschlossen. Ein Ausgang 29 der Auswerteeinheit 26 führt zu einer nicht dargestellten Auslöseeinheit für ein Sicherheitssystem, das beispielsweise Airbags, Gurtstraffer, einen Überrollbügel oder dergleichen enthält.An evaluation unit 26 is connected with a line 27 to the sensor element 22 and a line 28 to the actuator 24. An output 29 of the evaluation unit 26 leads to a trip unit, not shown, for a safety system, which contains, for example, airbags, belt tensioners, a roll bar or the like.
Das Sensorelement 22, der Aktor 24 und die Auswerteeinheit 26 sowie ggf. auch die Y-förmige Verzweigung können in einem gemeinsamen Gehäuse 30 angeordnet sein, das in Figur 2 dargestellt ist. Das Gehäuse 30 ist dort an dem vorderen Ende 16 angeordnet. Alternativ kann das Gehäuse 30' auch an eine Mittenposition 31 des Hohlraums 12' angeschlossen werden, wie in Figur 3 gezeigt. Bevorzugt ist in jedem Falle, dass der Aktor 24 an einen Schwingungsknoten der Schallwelle im Hohlraum 12 angeschlossen ist, weil dann eine optimale Ankopplung vorliegt.The sensor element 22, the actuator 24 and the evaluation unit 26 and possibly also the Y-shaped branching can be arranged in a common housing 30, which is shown in FIG. The housing 30 is arranged there at the front end 16. Alternatively, the housing 30 'may also be connected to a center position 31 of the cavity 12', as shown in FIG. In any case, it is preferred that the actuator 24 is connected to a vibration node of the sound wave in the cavity 12, because then there is an optimal coupling.
In Figur 1 ist mit 32 ein optionales, weiteres Sensorelement angedeutet, das ebenfalls an den Hohlraum 12 angeschlossen ist. Das weitere Sensorelement 32 erfasst ein für ein Kollisionsereignis charakteristisches Signal. Wenn diese Funktion bereits von dem Sensorelement 22 ausgeführt wird, wie oben geschildert, ist kein weiteres Sensorelement 32 erforderlich. Das weitere Sensorelement kann selbstverständlich auch anderweitig angeordnet sein und nach beliebigen anderen, geeigneten physikalischen Wirkprinzipen arbeiten.In FIG. 1, 32 denotes an optional further sensor element, which is likewise connected to the cavity 12. The further sensor element 32 detects a for a collision event characteristic signal. If this function is already performed by the sensor element 22, as described above, no further sensor element 32 is required. Of course, the further sensor element can also be arranged elsewhere and work according to any other suitable physical principles of action.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Störungen von Interesse, die den Zustand des Hohlraums 12 betreffen. Im ungestörten Zustand hat der Hohlraum 12 eine vorgegebene, beispielsweise zylindrische Form. Infolge von äußeren Einflüssen kann nun der Hohlraum deformiert werden, wie in Figur 1 mit 34 und 36 angedeutet. Es kann sich dabei um eine Beule handeln oder aber um einen Klemmdefekt 34, bei dem der Hohlraum 12 über einen wesentlichen Teil seines Querschnitts verengt ist, wie in Figur 1 angedeutet. Eine weitere Störung wird durch eine Leckage gebildet, die in Figur 1 als Lochdefekt 36 angedeutet ist, die aber auch ein Riss oder eine poröse Stelle sein kann. Die Defekte 34, 36 befinden sich im dargestellten Beispiel an einer Position z, wobei z = 0 am vorderen Ende 16 liegt.In the context of the present invention, perturbations of concern to the state of the cavity 12 are of interest. In the undisturbed state, the cavity 12 has a predetermined, for example, cylindrical shape. As a result of external influences, the cavity can now be deformed, as indicated in FIGS. 1 and 34 and 36. This may be a bulge or a clamping defect 34, in which the cavity 12 is narrowed over a substantial part of its cross section, as indicated in FIG. Another disturbance is formed by a leak, which is indicated in Figure 1 as a hole defect 36, but which may also be a crack or a porous spot. The defects 34, 36 are located in the example shown at a position z, where z = 0 is located at the front end 16.
Figur 4 zeigt Einzelheiten des akustischen Aktors 24. Der Aktor 24 weist ein Gehäuse 40 auf, in dem sich eine Kammer 42 befindet. Das Gehäuse 40 und die Kammer 42 sind mit Ausnahme einer gemeinsamen Austrittsöffnung 43 geschlossen. Die Kammer 42 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens näherungsweise zylindrisch.Figure 4 shows details of the acoustic actuator 24. The actuator 24 has a housing 40 in which a chamber 42 is located. The housing 40 and the chamber 42 are closed except for a common outlet opening 43. The chamber 42 is at least approximately cylindrical in the illustrated embodiment.
In einem Innenraum 44 der Kammer 42 befindet sich entlang der Längsachse der Kammer 42 ein Heizelement 46. Das Heizelement 46 ist zum Beispiel ein Filament, bei dem ein dünner Hitzdraht, beispielsweise ein Platindraht von 20 μm Durchmesser, mäanderartig oder gestreckt in einer Ebene oder als Wendel um eine Längsachse herum angeordnet ist. Bevorzugt ist eine so genannte Hotplate. Diese besteht aus einem ebenen Membran-Chip aus Silizium mit entsprechender Heizstruktur. Derartige Filament-Heizelemente haben eine sehr kurze Ansprechzeit und sind in einem großen Frequenzbereich betreibbar. Daher werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung derartige Heizelemente als thermisch-pneumatische bzw. thermoakusti- sehe Aktoren eingesetzt anstelle von herkömmlichen mechanischen akustischen Aktoren, beispielsweise piezoelektrischen Elementen, die üblicherweise nur bei einer festen Frequenz und in einem sehr viel höheren Frequenzbereich, insbesondere im Ultraschallbereich, betreibbar sind.In an interior space 44 of the chamber 42 is located along the longitudinal axis of the chamber 42, a heating element 46. The heating element 46 is for example a filament in which a thin hot wire, such as a platinum wire of 20 microns in diameter, meandered or stretched in a plane or as Spiral is arranged around a longitudinal axis. Preferred is a so-called hotplate. This consists of a flat membrane chip made of silicon with a corresponding heating structure. Such filament heating elements have a very short response time and are operable in a wide frequency range. Therefore, in the context of the present invention, such heating elements are used as thermal-pneumatic or thermoacoustic See actuators used instead of conventional mechanical acoustic actuators, such as piezoelectric elements, which are usually only at a fixed frequency and in a much higher frequency range, in particular in the ultrasonic range, operable.
Das Heizelement 46 ist unmittelbar oder induktiv an eine Stromquelle 50 angeschlossen, der über einen ersten Eingang 52 eine Heizspannung UH und über einen zweiten Eingang 54 eine Steuerspannung Uc zugeführt wird. Der von der Stromquelle 50 an das Heizelement 46 gelieferte Strom kann ein Wechselstrom sein. Bevorzugt ist jedoch ein getasteter Gleichstrom, d.h. ein rechteckförmiger Zeitverlauf, bei dem mittels der Steuerspannung Uc der Heizstrom mit einem Tastverhältnis von 50% und einer Tastfrequenz im Bereich zwischen ca. 5 bis 500 Hz, vorzugsweise von etwa 10 und 300 Hz, einstellbar ist. Der an das Heizelement 46 gelieferte Strom hat dann ebenfalls einen rechteckförmigen zeitlichen Verlauf, der zwischen dem Wert 0 und einem vorbestimmten Stromwert hin- und herschaltet.The heating element 46 is connected directly or inductively to a current source 50, to which a heating voltage UH is supplied via a first input 52 and a control voltage Uc via a second input 54. The power supplied by the power source 50 to the heating element 46 may be an alternating current. Preferably, however, a sampled DC, i. a rectangular time profile, in which by means of the control voltage Uc of the heating current with a duty cycle of 50% and a sampling frequency in the range between about 5 to 500 Hz, preferably from about 10 and 300 Hz, is adjustable. The current supplied to the heating element 46 then also has a rectangular time profile, which switches between the value 0 and a predetermined current value.
In der Kammer 42 befindet sich im dargestellten Beispiel atmosphärische Luft. Diese wird bei eingeschaltetem Heizelement 46 um das Heizfilament herum erwärmt. Aufgrund der periodischen Erwärmung findet eine Bewegung der Luft statt, die einen Luftaustausch an der Oberfläche der Filamente bewirkt. Aufgrund dessen wird periodisch nicht-erwärmte Luft an die Heizfilamente transportiert, so dass die Temperaturdifferenz zwischen den Heizfilamenten und der Luft hoch ist und die Ansprechzeit niedrig. Mit a ist in Figur 4 die Dicke der so genannten Temperaturgrenzschicht bezeichnet. Unter der Dicke der Temperaturgrenzschicht ist der Abstand vom Heizelement 46 zu verstehen, bei dem in ruhender Umgebungsluft die Temperatur auf den 1/100-fachen Betrag abgesunken ist.In the chamber 42 is in the example shown atmospheric air. This is heated with the heating element 46 to the Heizfilament around. Due to the periodic heating, a movement of the air takes place, which causes an exchange of air at the surface of the filaments. Due to this, non-heated air is periodically transported to the heating filaments, so that the temperature difference between the heating filaments and the air is high and the response time is low. With a in Figure 4, the thickness of the so-called temperature boundary layer is designated. The thickness of the temperature boundary layer is to be understood as meaning the distance from the heating element 46 at which the temperature has dropped to 1/100 times the amount in static ambient air.
Der Abstand der Heizfilamente zur Innenwand der Kammer 42 beträgt vorzugsweise etwa a. Damit werden ein thermisches Übersprechen und damit verbundene Wärmeverluste in der Wand der Kammer 42 vermieden. Aufgrund der getasteten Wärmeerzeugung dehnt sich die Luft im Innenraum 44 der Kammer 42 periodisch und ebenfalls getastet aus. Die Luftstöße werden durch die Austrittsöffnung 43 nach außen in den Hohlraum 12 geblasen, wodurch in dem Hohlraum 12 eine Schwingung der darin befindlichen Luftsäule und bei geeigneter Tastfrequenz eine stehende Schallwelle angeregt wird.The distance of the Heizfilamente to the inner wall of the chamber 42 is preferably about a. For a thermal crosstalk and associated heat losses in the wall of the chamber 42 are avoided. Due to the sampled heat generation, the air expands in the interior 44 of the chamber 42 periodically and also keyed. The air blasts are blown through the outlet opening 43 to the outside in the cavity 12, whereby in the cavity 12 a vibration of the air column therein and at a suitable sampling frequency a standing sound wave is excited.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es einerseits bevorzugt, wenn die Luftstöße als Dauerstrich-Signal konstanter Frequenz, vorzugsweise bei der Resonanzfrequenz des Hohlraums 12, in den Hohlraum 12 eingekoppelt werden. Dann hat das vom Sensorelement 22 erfasste Schallsignal S einen in Figur 5 in einem ersten Diagramm 60 dargestellten Verlauf 62 in Abhängigkeit von der Zeit t. Wie noch erläutert werden wird, ist es auch möglich, den Hohlraum 12 zeitlich nacheinander mit einer ersten Frequenz und mit einer zweiten, vorzugsweise der doppelten Frequenz anzuregen.In the context of the present invention, it is on the one hand preferred if the air surges are coupled into the cavity 12 as a continuous wave signal of constant frequency, preferably at the resonant frequency of the cavity 12. Then, the sound signal S detected by the sensor element 22 has a profile 62 shown in FIG. 5 in a first diagram 60 as a function of the time t. As will be explained, it is also possible to excite the cavity 12 in chronological succession with a first frequency and with a second, preferably twice the frequency.
Alternativ ist es auch möglich, die Schallwelle im Hohlraum 12 mit einer Sprungfunktion anzuregen, bei der der an das Heizelement 46 gelieferte Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt von 0 auf einen endlichen Wert springt und dort verbleibt. Dies hat zur Folge, dass eine impulsförmige Schallwelle in dem Hohlraum erzeugt wird, die Echos erzeugt und je nach der Güte des Hohlraums langsam abklingt. Danach wird der Heizstrom wieder abgeschaltet. Diese Abfolge kann beliebig oft wiederholt werden.Alternatively, it is also possible to excite the sound wave in the cavity 12 with a jump function in which the current supplied to the heating element 46 jumps from 0 to a finite value at a certain time and remains there. This has the consequence that a pulse-shaped sound wave is generated in the cavity, which generates echoes and decays slowly, depending on the quality of the cavity. Thereafter, the heating current is switched off again. This sequence can be repeated as often as desired.
Dann hat das vom Sensorelement 22 erfasste Schallsignal den in Figur 6 in einem zweiten Diagramm 66 gezeigten Verlauf 68, der in der Schallamplitude abklingende Echos zeigt. Die Einhüllende der Echos gibt dabei die Güte des Hohlraums 12 und der Abstand der Echos die Resonanzfrequenz wieder.Then, the sound signal detected by the sensor element 22 has the profile 68 shown in a second diagram 66 in FIG. 6, which shows echoes decaying in the sound amplitude. The envelope of the echoes reflects the quality of the cavity 12 and the distance of the echoes the resonance frequency again.
Im bevorzugten Fall der Figur 5 wird das Heizelement 46 jedoch in der oben beschriebenen Weise mit einer festen Frequenz des Heizstroms angesteuert, die so bemessen ist, dass die vom Aktor 24 abgegebenen Luftstöße in dem resonanzfähigen Hohlraum 12 eine stehende Schallwelle anregen, die der Grundschwingung des Hohlraums 12 entspricht (n = 1, v = vi). Das Sensorelement 22 erzeugt dann ein Signal S mit der Frequenz vi und maximaler Amplitude. Dieses Signal S zeigt dann an, dass der Hohlraum 12 unverändert und die Funktion des Kollisionssensors 10 insofern nicht beeinträchtigt ist. Diese Form der Überwachung kann kontinuierlich oder in vorgegebenen zeitlichen Überwachungsintervallen erfolgen.In the preferred case of Figure 5, however, the heating element 46 is driven in the manner described above with a fixed frequency of the heating current, which is so dimensioned that the air jets emitted by the actuator 24 in the resonant Cavity 12 excite a standing sound wave, which corresponds to the fundamental vibration of the cavity 12 (n = 1, v = vi). The sensor element 22 then generates a signal S with the frequency vi and maximum amplitude. This signal S then indicates that the cavity 12 is unchanged and the function of the collision sensor 10 is not impaired. This form of monitoring can be carried out continuously or at predetermined time monitoring intervals.
Falls nun in einem Störfall die Grundfrequenz vi des Hohlraums 12, beispielsweise durch einen Klemmdefekt 34 und/oder einen Lochdefekt 36, verändert wird, dann entspricht die Frequenz vi der Luftimpulse nicht mehr der Grundschwingung des veränderten Hohlraums 12. Das Signal S des Sensorelements 22 ändert sich dann. Je größer die Güte, d.h. die Flankensteilheit der Durchlasskurve des Hohlraums 12 ist, desto größer ist auch die Signaländerung.If, in an accident, the fundamental frequency vi of the cavity 12 is changed, for example by a clamping defect 34 and / or a hole defect 36, then the frequency vi of the air pulses no longer corresponds to the fundamental vibration of the changed cavity 12. The signal S of the sensor element 22 changes then. The greater the quality, i. the edge steepness of the transmission curve of the cavity 12, the greater the signal change.
Im Falle einer sprungartigen Anregung ist die Frequenzänderung das Maß für eine vorliegende Störung.In the case of a sudden excitation, the frequency change is the measure of an existing fault.
Wenn der akustische Aktor 24 in der bevorzugten Dauerstrich-Betriebsart mit einer festen Frequenz angesteuert wird, dann ist eine frequenzselektive Signalverarbeitung an sich nicht erforderlich. Wenn der Aktor 24 hingegen mit einer Sprungfunktion betrieben wird, dann ist es zweckmäßig, dem Sensorelement 22 ein schmales Bandpassfilter nachzuschalten, bei dem die Frequenz vi im Durchlassbereich, vorzugsweise in dessen Mitte, liegt.If the acoustic actuator 24 is driven at a fixed frequency in the preferred continuous wave mode, then frequency selective signal processing per se is not required. If, on the other hand, the actuator 24 is operated with a jump function, then it is expedient to connect a narrow bandpass filter downstream of the sensor element 22, in which the frequency vi lies in the passband, preferably in its middle.
Man kann nun in der Auswerteeinheit 26 einen Grenzwert definieren, der einer zulässigen Abweichung vom Sollwert (ungestörter Zustand des Hohlraums 12) entspricht. Wenn das Signal S nun den Grenzwert unter- bzw. überschreitet, wird dies als Störung angezeigt. Dies wird weiter unten anhand der Figuren 8 bis 10 noch näher erläutert. Um vor dem praktischen Einsatz des Kollisionssensors 10 für einen bestimmten Kollisionssensor 10 die Grundfrequenz vi des Hohlraums 12 zu ermitteln, wird beim Hersteller einmalig der Hohlraum 12 durch den Aktor 24 mit Schallwellen 25 angeregt, deren Frequenz dann in einem breiten Frequenzband durchgestimmt wird.It is now possible to define a limit value in the evaluation unit 26 which corresponds to a permissible deviation from the nominal value (undisturbed state of the cavity 12). If the signal S now exceeds or exceeds the limit value, this is displayed as a fault. This will be explained in more detail below with reference to FIGS. 8 to 10. In order to determine the fundamental frequency vi of the cavity 12 before the practical use of the collision sensor 10 for a specific collision sensor 10, the cavity 12 is excited once by the actuator 24 with sound waves 25, the frequency of which is then tuned in a wide frequency band.
Figur 7 zeigt als Ergebnis ein drittes Diagramm 70 mit einem Verlauf 72 des Signals S am Sensorelement 22 in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz v der Schallwellen 25 für ein Ausführungsbeispiel eines Hohlraums 12 mit 150 cm akustischer Länge. Der Verlauf 72 zeigt ein erstes Maximum 74 bei der Grundfrequenz vi von etwa 100 Hz und ein zweites Maximum 76 bei der zweiten Harmonischen vz von etwa 200 Hz Das Signal S wird dabei als quadratischer Mittelwert RMS über mehrere Schwingungsperioden ermittelt.As a result, FIG. 7 shows a third diagram 70 with a profile 72 of the signal S at the sensor element 22 as a function of the excitation frequency v of the sound waves 25 for an exemplary embodiment of a cavity 12 with an acoustic length of 150 cm. The curve 72 shows a first maximum 74 at the fundamental frequency vi of approximately 100 Hz and a second maximum 76 at the second harmonic vz of approximately 200 Hz. The signal S is determined as the root mean square RMS over several oscillation periods.
Nachfolgend soll nun noch erläutert werden, wie man aus dem Sensorsignal ermitteln kann, welche Art von Störung (Klemmdefekt 34 oder Lochdefekt 36) vorliegt.Below will now be explained how to determine from the sensor signal, which type of fault (clamping defect 34 or hole defect 36) is present.
Figur 8 zeigt ein viertes Diagramm 80 für unterschiedliche axiale Positionen eines Klemmdefekts 34 in einem 150 cm langen Hohlraum 12. Das Diagramm 80 enthält einen ersten Verlauf 82, der den RMS-Wert des Signals S in Abhängigkeit vom Abstand z darstellt. Der zugehörige Grenzwert RSo ist bei 84 eingezeichnet. Ein zweiter Verlauf 86 stellt den so genannten Crest-Wert CR dar. Darunter versteht man in der Fachwelt den Quotienten aus dem Scheitelwert und dem Effektivwert des Signals S. Der zugehörige Grenzwert CRo ist bei 88 eingezeichnet.FIG. 8 shows a fourth diagram 80 for different axial positions of a clamping defect 34 in a 150 cm long cavity 12. The diagram 80 contains a first profile 82, which represents the RMS value of the signal S as a function of the distance z. The associated limit value RSo is indicated at 84. A second curve 86 represents the so-called crest value CR. This is understood in the specialist world to be the quotient of the peak value and the effective value of the signal S. The associated limit value CRo is indicated at 88.
Am Anfang des Hohlraums 12 (z « 0), also in unmittelbarer Nähe des Aktors 24, kann der RMS-Wert 82 den Sollwert 84 erreichen und sogar überschreiten, so dass hier eine eindeutige Diagnose nicht möglich ist. Am Ende des Hohlraums ( z = 150 cm) hingegen ist der RMS-Wert 82 gleich dem Sollwert 84, weil der Hohlräum 12 dort ohnehin geschlossen ist. Mit Ausnahme des Anfangsbereiches kann daher ein Klemmdefekt 34 dadurch erkannt werden, dass der RMS-Wert 82 des Signals S unterhalb des bei 84 eingezeichneten Grenzwertes RMSo hegt. Erfindungsgemäß wird daher als zweites Kriterium auf den CR- Wert 86 abgestellt. Der zweite Verlauf 86 zeigt, dass ein Klemmdefekt 34 über die gesamte Länge z des Hohlraums 12 dazu führt, dass der CR-Wert 86 oberhalb des bei 88 eingezeichneten Grenzwertes CRo liegt.At the beginning of the cavity 12 (z "0), ie in the immediate vicinity of the actuator 24, the RMS value 82 can reach the setpoint value 84 and even exceed it, so that a clear diagnosis is not possible here. At the end of the cavity (z = 150 cm), however, the RMS value 82 is equal to the desired value 84, because the cavity 12 is closed there anyway. Therefore, with the exception of the initial range, a clamping defect 34 can be detected by the fact that the RMS value 82 of the signal S lies below the limit value RMSo indicated at 84. According to the invention, therefore, the second criterion is the CR value 86. The second course 86 shows that a clamping defect 34 over the entire length z of the cavity 12 results in the CR value 86 being above the limit value CRo indicated at 88.
Figur 9 zeigt in ähnlicher Form wie Figur 8 ein fünftes Diagramm 90 für den Fall eines Lochdefekts 36. Ein erster Verlauf 92 stellt wiederum den RMS-Wert und 94 dessen Grenzwert RMSo dar. Ein zweiter Verlauf 96 zeigt den CR-Wert und 98 dessen Grenzwert CRo.FIG. 9 shows in a similar form to FIG. 8 a fifth diagram 90 in the case of a hole defect 36. A first curve 92 again represents the RMS value and 94 its limit value RMSo. A second curve 96 shows the CR value and 98 its limit value CRo.
Wie man leicht sieht, wird ein Lochdefekt 36 erkannt, wenn der RMS-Wert 94 unterhalb des Grenzwerts 94 liegt. Lediglich in der Mitte des Hohlraums 12 ist eine eindeutige Diagnose nicht möglich, weil dort der RMS-Wert 94 den Grenzwert 96 teilweise deutlich überschreitet. Ein ähnliches Problem ergibt sich für den CR-Wert 96, der nur außerhalb der Mitte des Hohlraums 12 deutlich über dem Grenzwert 98 liegt, in der Mitte aber den Betrag des Grenzwertes annehmen kann.As can easily be seen, a hole defect 36 is detected when the RMS value 94 is below the threshold 94. Only in the middle of the cavity 12 a clear diagnosis is not possible because there the RMS value 94 exceeds the limit 96 in some cases significantly. A similar problem arises for the CR value 96, which is only outside the center of the cavity 12 well above the limit value 98, but in the middle can assume the magnitude of the limit value.
Hier muß auf ein drittes Kriterium abgestellt werden, nämlich auf die zweite Harmonische V2 (vgl. Figur 7). Ein Lochdefekt 36 auf halber Länge des Hohlraums 12 entspricht einem einseitig offenen Resonator. In einem solchen können sich aber nur ungeradzahlige Harmonische (v3, vs, V7 ...) im Sinne von Gleichung [2] ausbilden. Wenn man daher den Hohlraum 12 mit der zweiten Harmonischen V2 anregt und es tritt kein erhöhtes Signal S im Sinne des Maximums 76 von Figur 7 auf, dann liegt ein Lochdefekt 36 vor.Here, a third criterion must be considered, namely the second harmonic V2 (see FIG. A hole defect 36 at half the length of the cavity 12 corresponds to a unilaterally open resonator. In such a case, however, only odd-numbered harmonics (v 3 , vs, V7...) In the sense of equation [2] can form. Therefore, if one excites the cavity 12 with the second harmonic V2 and there is no increased signal S in terms of the maximum 76 of Figure 7, then there is a hole defect 36.
Figur 10 zeigt in Form einer Entscheidungsmatrix nochmals die Kriterien für die Fälle „keine Störung", „Klemmdefekt" und „Lochdefekt".FIG. 10 again shows the criteria for the cases "no disturbance", "clamping defect" and "hole defect" in the form of a decision matrix.
Die Überprüfung des Kollisionssensors 10 wird zweckmäßigerweise außerhalb des normalen Betriebs durchgeführt, weil ansonsten die vom Aktor 24 erzeugten Schallwellen 25 mit der Erkennung eines Kollisionsereignisses interferieren könnten. Erfindungsgemäß wird daher die Überprüfung beim Anlassen des Fahrzeugs vorgenommen, ggf. alternativ oder zusätzlich dann, wenn das Fahrzeug steht bzw. in den Ruhezeiten des überwachten Objekts.The checking of the collision sensor 10 is expediently carried out outside normal operation, because otherwise the sound waves 25 generated by the actuator 24 could interfere with the detection of a collision event. According to the invention, therefore, the check is made when starting the vehicle, possibly alternatively or additionally, when the vehicle is stationary or in the rest periods of the monitored object.
Der Überprüfungsvorgang kann dabei sehr schnell ablaufen. Unter „Dauerstrichbetrieb" im oben verwendeten Sinne ist dabei zu verstehen, dass der Aktor 24 die Schallwelle 25 lediglich für eine sehr begrenzte Zahl von Perioden aussendet, beispielsweise für weniger als 50, vorzugsweise weniger als 20 Perioden.The verification process can be very fast. By "continuous wave operation" in the sense used above, it is to be understood that the actuator 24 emits the sound wave 25 only for a very limited number of periods, for example for less than 50, preferably less than 20 periods.
Wenn im Falle einer zu detektierenden Kollision des überwachten Objektes mit einer kurzzeitigen Krafteinwirkung zu rechnen ist, kann diese Kollision über die durch diesen Vorfall induzierte einmalige und kurzzeitige Luftverschiebung an den Sensorelementen 22 und/oder 32 erfasst werden. Der thermoakustische Aktor 24 wird dann nur für die Funktionsprüfung eingesetzt.If, in the event of a collision of the monitored object to be detected, a brief force is to be expected, this collision can be detected via the one-time and short-term air displacement induced by this incident on the sensor elements 22 and / or 32. The thermoacoustic actuator 24 is then used only for the functional test.
Wenn jedoch geringere Krafteinwirkungen erwartet werden, so wird der thermoakustische Aktor 24 kontinuierlich betrieben, so dass im Falle einer externen Krafteinwirkung eine Veränderung des dauerhaft am Sensorelement 22 erzeugten Signals detek- tiert wird.If, however, lower force effects are expected, the thermoacoustic actuator 24 is operated continuously, so that in the event of an external force, a change in the signal permanently generated at the sensor element 22 is detected.
Wie bereits erwähnt, lässt sich die oben beschriebene Signalauswertung für den Selbsttest auch dann vorteilhaft einsetzen, wenn kein thermoakustischer sondern ein akustischer Aktor verwendet wird, der auf einem anderen physikalischen Prinzip beruht. As already mentioned, the signal evaluation for the self-test described above can also be used advantageously when no thermoacoustic but an acoustic actuator is used, which is based on a different physical principle.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kollisionssensor mit einem deformierbaren Hohlraum (12), mit mindestens einem an den Hohlraum (12) angeschlossenen akustischen Sensorelement (22), mit einer an das Sensorelement (22) angeschlossenen Auswerteeinheit (26), und mit einem an den Hohlraum (12) angeschlossenen akustischen Aktor (24) zum Einkoppeln von vorzugsweise stehenden Schallwellen (25) in dem Hohlraum (12), wobei die Auswerteeinheit (26) zum Auswerten von Signalen (23) ausgebildet ist, die von den Schallwellen (25) in dem Sensorelement (22) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) die Schallwellen (25) mit Hilfe des thermoakustischen Effektes erzeugt.1. Collision sensor with a deformable cavity (12), with at least one acoustic sensor element (22) connected to the cavity (12), with an evaluation unit (26) connected to the sensor element (22), and with one to the cavity (12) connected acoustic actuator (24) for coupling preferably standing sound waves (25) in the cavity (12), wherein the evaluation unit (26) for evaluating signals (23) is formed by the sound waves (25) in the sensor element (22 ), characterized in that the acoustic actuator (24) generates the sound waves (25) by means of the thermoacoustic effect.
2. Deformations-Kollisionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) Schallwellen (25) im Frequenzbereich zwischen 5 und 500 Hz aussendet.2. Deformation collision sensor according to claim 1, characterized in that the acoustic actuator (24) emits sound waves (25) in the frequency range between 5 and 500 Hz.
3. Kollisionssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (22) ferner zur Aufnahme eines Kollisionssignals ausgebildet ist, das durch ein auf den Kollisionssensor (10) einwirkendes Kollisionsereignis im Hohlraum (12) erzeugt wurde.3. collision sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor element (22) is further adapted to receive a collision signal generated by a on the collision sensor (10) acting collision event in the cavity (12).
4. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass noch ein weiteres Sensorelement (32) an den Hohlraum (12) angeschlossen ist, das zur Aufnahme eines Kollisionssignals ausgebildet ist, das durch ein auf den Kollisionssensor (10) einwirkendes Kollisionsereignis im Hohlraum (12) erzeugt wurde.4. collision sensor according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that a further sensor element (32) is connected to the cavity (12) which is adapted to receive a collision signal by a on the collision sensor (10). acting collision event in the cavity (12) was generated.
5. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) mit einem Fluid befüllt ist und dass das Sensorelement (22) und/oder das weitere Sensorelement (32) einen physi- kaiischen Parameter aus der Gruppe: Fluiddruck, Fluidströmung, Fluidtempe- ratur erfasst.5. collision sensor according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the cavity (12) is filled with a fluid and that the sensor element (22) and / or the further sensor element (32) has a physical Kaichi parameters from the group: fluid pressure, fluid flow, detected fluid temperature.
6. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) eine periodische Schallwelle (25) fester Frequenz (vi) in den Hohlraum (12) einkoppelt.6. collision sensor according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the acoustic actuator (24) a periodic sound wave (25) of fixed frequency (vi) couples into the cavity (12).
7. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) eine Schallwelle (25) in Form eines einmaligen Drucksprungs in den Hohlraum (12) einkoppelt.7. collision sensor according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the acoustic actuator (24) couples a sound wave (25) in the form of a single pressure jump in the cavity (12).
8. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) nacheinander Schallwellen (25) unterschiedlicher Frequenz (vi, v2) in den Hohlraum (12) einkoppelt.8. collision sensor according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the acoustic actuator (24) successively sound waves (25) of different frequency (vi, v 2 ) coupled into the cavity (12).
9. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) ein Heizelement (46) enthält und dass das Heizelement (46) aus einer Stromquelle (50) mit einem einstellbaren Strom gespeist wird.9. collision sensor according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the acoustic actuator (24) includes a heating element (46) and that the heating element (46) from a power source (50) is fed with an adjustable current.
10. Kollisionssensor nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom ein periodisch getasteter Gleichstrom ist.10. Collision sensor according to claim 6 and 9, characterized in that the current is a periodically sampled direct current.
11. Kollisionssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom mit einem Tastverhältnis von 50% getastet ist.11. collision sensor according to claim 10, characterized in that the direct current with a duty cycle of 50% is keyed.
12. Kollisionssensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom mit einer Tastfrequenz zwischen 10 und 300 Hz in das Heizelement (46) gespeist wird. 12. collision sensor according to claim 10 or 11, characterized in that the direct current with a sampling frequency between 10 and 300 Hz in the heating element (46) is fed.
13. Kollisionssensor nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom ein einmalig stufenförmig getasteter Gleichstrom ist.13. collision sensor according to claim 7 and 9, characterized in that the current is a one-time stepwise sampled direct current.
14. Kollisionssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom ein Wechselstrom ist.14. collision sensor according to claim 9, characterized in that the current is an alternating current.
15. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (46) im wesentlichen gestreckt oder um eine Längsachse einer Kammer (42) gewendelt, insbesondere als Hitzdraht ausgebildet ist.15. collision sensor according to one or more of claims 9 to 14, characterized in that the heating element (46) is substantially stretched or coiled around a longitudinal axis of a chamber (42), in particular formed as a hot wire.
16. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (46) flächig, insbesondere als Trägermembran mit darauf strukturierten Heizleiterbahnen, ausgebildet ist.16. collision sensor according to one or more of claims 9 to 14, characterized in that the heating element (46) is flat, in particular as a support membrane with structured thereon Heizleiterbahnen formed.
17. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (46) in einer Kammer (42) angeordnet ist, und dass die Kammer (42) bis auf eine Austrittsöffnung (43) geschlossen ist.17. collision sensor according to one or more of claims 9 to 16, characterized in that the heating element (46) in a chamber (42) is arranged, and that the chamber (42) except for an outlet opening (43) is closed.
18. Kollisionssensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (42) langgestreckt, insbesondere zylindrisch ist, und dass das Heizelement (46) entlang einer Längsachse der Kammer (42) angeordnet ist.18. collision sensor according to claim 17, characterized in that the chamber (42) is elongated, in particular cylindrical, and that the heating element (46) along a longitudinal axis of the chamber (42) is arranged.
19. Kollisionssensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (42) einen radialen Abstand (a) von einer Innenwand der Kammer (42)aufweist, wobei der Abstand (a) gleich groß wie, aber nicht kleiner als die Dicke der Temperaturgrenzschicht um das Heizelement (42) herum ist.19. A collision sensor according to claim 18, characterized in that the heating element (42) has a radial distance (a) from an inner wall of the chamber (42), wherein the distance (a) is equal to, but not smaller than the thickness of the temperature boundary layer around the heating element (42) around.
20. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (43) im Bereich eines Schwingungs- knotens einer durch den akustischen Aktor (24) im Hohlraum (12) angeregten, stehenden Schallwelle angeordnet ist.20. collision sensor according to one or more of claims 17 to 19, characterized in that the outlet opening (43) in the region of a vibration knot one of the acoustic actuator (24) in the cavity (12) excited, standing sound wave is arranged.
21. Kollisionssensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (42) an einem geschlossenen Ende des Hohlraums (12) angeordnet ist.21. collision sensor according to claim 20, characterized in that the outlet opening (42) is arranged at a closed end of the cavity (12).
22. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (22) und der akustische Aktor (24) in einem gemeinsamen Gehäuse (30) angeordnet sind.22. collision sensor according to one or more of claims 1 to 21, characterized in that the sensor element (22) and the acoustic actuator (24) are arranged in a common housing (30).
23. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (26) den quadratischen Mittelwert (RMS) des Ausgangssignals des Sensorelementes (22) bestimmt und den quadratischen Mittelwert (RMS) mit einem vorgegebenen Sollwert (RMSo) vergleicht.23. collision sensor according to one or more of claims 1 to 22, characterized in that the evaluation unit (26) determines the root mean square (RMS) of the output signal of the sensor element (22) and the root mean square (RMS) with a predetermined desired value (RMSo) compares.
24. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (26) den Quotienten aus Scheitelwert und Effektivwert (CR) des Ausgangssignals des Sensorelementes (22) bestimmt und den Quotienten (CR) mit einem vorgegebenen Sollwert (CRo) vergleicht.24. collision sensor according to one or more of claims 1 to 22, characterized in that the evaluation unit (26) determines the quotient of the peak value and effective value (CR) of the output signal of the sensor element (22) and the quotient (CR) with a predetermined desired value ( CRo) compares.
25. Verfahren zum Überprüfen der Funktion eines Kollisionssensors (10), der einen deformierbaren Hohlraum (12) aufweist, insbesondere zur Überprüfung des Kollisionssensors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermoakustisch wirkender Aktor eine vorzugsweise stehende Schallwelle (25) in den Hohlraum (12) einkoppelt, und dass das sich in dem Hohlraum (12) ausbreitende Schallereignis erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert (RMS0; CRo) verglichen wird. 25. A method for checking the function of a collision sensor (10) having a deformable cavity (12), in particular for checking the collision sensor (10) according to one of claims 1 to 24, characterized in that a thermoacoustically acting actuator is a preferably standing sound wave (25) is coupled into the cavity (12), and that the sound event propagating in the cavity (12) is detected and compared with a predetermined desired value (RMS 0 ; CRo).
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der quadratische Mittelwert (RMS) des Ausgangssignals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes (22) bestimmt und der quadratischen Mittelwert (RMS) mit dem Sollwert (RMSo) verglichen wird.26. The method according to claim 25, characterized in that the root mean square (RMS) of the output signal of a sound event detecting sensor element (22) determines and the root mean square (RMS) is compared with the desired value (RMSo).
27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus Scheitelwert und Effektivwert (CR) des Ausgangssignals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes (22) bestimmt und der Quotient (CR) mit dem Sollwert (CRo) verglichen wird.27. Method according to claim 25, characterized in that the quotient of peak value and effective value (CR) of the output signal of a sensor element (22) detecting the sound event is determined and the quotient (CR) is compared with the desired value (CRo).
28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander eine Schallwelle (25) einer ersten Frequenz (vi) und danach eine Schallwelle (25) doppelter Frequenz (v2) in den Hohlraum (12) eingekoppelt wird.28. The method according to one or more of claims 25 to 27, characterized in that successively a sound wave (25) of a first frequency (vi) and then a sound wave (25) double frequency (v 2 ) is coupled into the cavity (12) ,
29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwelle (25) mit einer Frequenz im Bereich zwischen 5 und 500 Hz in den Hohlraum (12) eingekoppelt wird.29. The method according to one or more of claims 25 to 28, characterized in that the sound wave (25) with a frequency in the range between 5 and 500 Hz in the cavity (12) is coupled.
30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwelle (25) bei vorbestimmten Betriebszustän- den eines zu überwachenden Objektes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, für eine vorbestimmte Zeitdauer in den Hohlraum (12) eingekoppelt wird.30. The method according to one or more of claims 25 to 29, characterized in that the sound wave (25) at predetermined Betriebszustän- of an object to be monitored, in particular a motor vehicle, for a predetermined period of time in the cavity (12) is coupled.
31. Kollisionssensor in oder an einem zu überwachenden Objekt, insbesondere einem Kraftfahrzeug, mit einem deformierbaren Hohlraum (12), mit mindestens einem an den Hohlraum (12) angeschlossenen akustischen Sensorelement (22), mit einer an das Sensorelement (22) angeschlossenen Auswerteeinheit (26), und mit einem an den Hohlraum (12) angeschlossenen akustischen Aktor (24) zum Erzeugen von vorzugsweise stehenden Schallwellen (25) in dem Hohlraum (12), wobei die Auswerteeinheit (26) zum Auswerten von Sig- nalen (23) ausgebildet ist, die von den Schallwellen (25) in dem Sensorelement (22) erzeugt werden, wobei der Kollisionssensor (10) bei vorbestimmten Be- triebszuständen des zu überwachenden Objektes hinsichtlich seiner Funktion überwachbar, insbesondere der akustische Aktor (24) für eine vorbestimmte Zeitdauer betätigbar ist, wobei der akustische Aktor (24) eine stehende Schallwelle (25) in den Hohlraum (12) einkoppelt und das sich in dem Hohlraum (12) ausbreitende Schallereignis erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert (RMSo; CRo) verglichen wird, und wobei der quadratische Mittelwert (RMS) des Ausgangssignals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes (22) bestimmt und der quadratischen Mittelwert (RMS) mit dem Sollwert (RMSo) verglichen wird und/oder der Quotient aus Scheitelwert und Effektivwert (CR) des Ausgangssignals des das Schallereignis erfassenden Sensorelementes (22) bestimmt und der Quotient (CR) mit dem Sollwert (CRo) verglichen wird.31. Collision sensor in or on an object to be monitored, in particular a motor vehicle, having a deformable cavity (12), with at least one acoustic sensor element (22) connected to the cavity (12), with an evaluation unit connected to the sensor element (22) ( 26), and with an acoustic actuator (24) connected to the cavity (12) for generating preferably standing sound waves (25) in the cavity (12), wherein the evaluation unit (26) for evaluating signals formed by the sound waves (25) in the sensor element (22), wherein the collision sensor (10) can be monitored with regard to its function under predetermined operating conditions of the object to be monitored, in particular the acoustic actuator (24). is operable for a predetermined period of time, wherein the acoustic actuator (24) couples a standing sound wave (25) in the cavity (12) and recorded in the cavity (12) propagating sound event and compared with a predetermined setpoint (RMSo; CRo) and the root mean square (RMS) of the output signal of a sensor element (22) detecting the sound event is determined and the root mean square (RMS) is compared with the target value (RMSo) and / or the quotient of the peak and effective value (CR) of the output signal the sensor element (22) detecting the sound event is determined and the quotient (CR) is compared with the desired value (CRo).
32. Kollisionssensor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Betriebszustand die Betätigung eines Anlassers des Kraftfahrzeugs ist.32. Collision sensor according to claim 31, characterized in that the predetermined operating state is the operation of a starter of the motor vehicle.
33. Kollisionssensor nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Betriebszustand ein Stillstand des Kraftfahrzeugs ist.33. collision sensor according to claim 31 or 32, characterized in that the predetermined operating state is a stoppage of the motor vehicle.
34. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) eine periodische Schallwelle (25) in den Hohlraum (12) einkoppelt und dass die vorbestimmte Zeitdauer kürzer als 20 Perioden der Schallwelle (25) ist.34. collision sensor according to one or more of claims 31 to 33, characterized in that the acoustic actuator (24) couples a periodic sound wave (25) in the cavity (12) and that the predetermined period shorter than 20 periods of the sound wave (25) is.
35. Kollisionssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Aktor (24) Schallwellen im Frequenzbereich zwischen 5 und 500 Hz aussendet.35. collision sensor according to one or more of claims 31 to 34, characterized in that the acoustic actuator (24) emits sound waves in the frequency range between 5 and 500 Hz.
36. Verfahren zum Überprüfen der Funktion eines Kollisionssensors (10), der einen deformierbaren Hohlraum (12) aufweist, insbesondere zur Überprüfung des Kollisionssensors (10) nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise stehende Schallwelle (25) in den Hohlraum (12) eingekoppelt, und das sich in dem Hohlraum (12) ausbreitende Schallereignis erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert (RMSo; CRo) verglichen wird, und dass der quadratische Mittelwert (RMS) des Ausgangssignals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes (22) bestimmt und der quadratischen Mittelwert (RMS) mit dem Sollwert (RMSo) und/oder der Quotient aus Scheitelwert und Effektivwert (CR) des Ausgangssignals eines das Schallereignis erfassenden Sensorelementes (22) bestimmt und der Quotient (CR) mit dem Sollwert (CRo) verglichen wird.36. A method for checking the function of a collision sensor (10) having a deformable cavity (12), in particular for verification of the collision sensor (10) according to any one of claims 31 to 35, characterized in that a preferably standing sound wave (25) coupled into the cavity (12), and in the cavity (12) propagating sound event detected and with a predetermined setpoint ( RMSo; CRo) and that the root mean square (RMS) of the output signal of a sensor element (22) detecting the sound event is determined and the root mean square (RMS) with the target value (RMSo) and / or the quotient of peak value and effective value (CR ) of the output signal of a sound element detecting sensor element (22) and the quotient (CR) with the setpoint value (CRo) is compared.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander eine Schallwelle (25) einer ersten Frequenz (vi) und danach eine Schallwelle (25) doppelter Frequenz (v2) in den Hohlraum (12) eingekoppelt wird.37. The method according to claim 36, characterized in that successively a sound wave (25) of a first frequency (vi) and then a sound wave (25) of twice the frequency (v2) is coupled into the cavity (12).
38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwelle (25) mit einer Frequenz im Bereich zwischen 5 und 500 Hz in den Hohlraum (12) eingekoppelt wird.38. The method according to claim 36 or 37, characterized in that the sound wave (25) with a frequency in the range between 5 and 500 Hz in the cavity (12) is coupled.
39. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwelle (25) bei vorbestimmten Betriebszustän- den des Objektes, insbesondere des Kraftfahrzeugs für eine vorbestimmte Zeitdauer in den Hohlraum (12) eingekoppelt wird. 39. The method according to one or more of claims 36 to 38, characterized in that the sound wave (25) at predetermined Betriebszustän- the object, in particular of the motor vehicle for a predetermined period of time in the cavity (12) is coupled.
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