EP2279100A1 - Vorrichtung zur detektion der charakteristik eines aufpralls auf ein kraftfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur detektion der charakteristik eines aufpralls auf ein kraftfahrzeug

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EP2279100A1
EP2279100A1 EP20090735903 EP09735903A EP2279100A1 EP 2279100 A1 EP2279100 A1 EP 2279100A1 EP 20090735903 EP20090735903 EP 20090735903 EP 09735903 A EP09735903 A EP 09735903A EP 2279100 A1 EP2279100 A1 EP 2279100A1
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EP20090735903
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Thomas Brandmeier
Michael Feser
Susanne Jacob
Jens Paggel
Sigrid Saulich
Paul Spannaus
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Continental Automotive GmbH
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Continental Automotive GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung umfasst zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) zur Erzeugung einer definierten und von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängigen Schallimpulsfolge, insbesondere einer Körperschallimpulsfolge, infolge einer Deformation eines Karosseriebauteils (3, 4, 5, 6, 7) des Kraftfahrzeugs, wobei die Schallimpulsfolge durch eine durch die Deformation bewirkte mechanische Betätigung der Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) erzeugt ist. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Sensorik (9) zum Erfassen der definierten Schallimpulsfolge. Schließlich weist die Erfindung eine Auswerteeinheit (10) zur Auswertung der von der Sensorik (9) gelieferten Signale auf, so dass Informationen über die Charakteristik des Aufpralls geliefert werden können.

Description


  Beschreibung 

  
Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug 

  
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug. 

  
Bei der Entwicklung von Personenschutzsystemen, wie z.B. Airbag-Systemen oder Gurtstraffern, kommt der schnellen Erkennung eines Aufpralls auf das Kraftfahrzeug eine sehr grosse Bedeutung zu. Für einen effizienten Schutz der Insassen des Kraftfahrzeugs ist es nicht nur notwendig zu erkennen, dass ein Aufprall (Crash) vorliegt, sondern auch, diesen zu klassifizieren. Neue Personenschutzsysteme, sog. Smart-AirbagSysteme, benötigen darüber hinaus eine Information über die Schwere des Aufpralls. Im Rahmen der Klassifizierung wird z.B. die Art des Aufpralls (Seitenaufprall oder Frontalzusammenstoss, mit oder ohne Überdeckung, etc.) ermittelt, um die für einen Schutz optimalen Rückhaltesysteme zu aktivieren. 

  
Die Richtung des Aufpralls auf das Kraftfahrzeug wird in der Regel mit Beschleunigungs-, Druckund Körperschallsensoren bestimmt. Der Körperschall wird beim Aufprall durch die Deformation von Karosseriebauteilen (z.B. Risse, Brüche und Verformungen) des Kraftfahrzeugs erzeugt. 

  
Obwohl die Verwendung von Körperschallsensoren bei der Ermittlung von Informationen über die Charakteristik des Aufpralls grosse Vorteile aufweist, besteht das Problem, dass die Körperschallentstehung von der Wahl der Geometrie und der Materialien abhängt. Daher muss ein Algorithmus zur Auswertung der Körperschallsignale und zur Ermittlung der Information über die Charakteristik des Aufpralls entsprechend angepasst werden. Es ist deshalb nur schwer möglich, die Performance durch die Körperschallsensierung bei allen Fahrzeugen in maximalen Umfang auszuschöpfen. Die notwendigen Informationen zur Ermittlung der Charakteristik des Aufpralls und zur optimalen Ansteuerung der Personenschutzsysteme können daher nur mit zeitaufwändiger und kostenintensiver Kalibierarbeit, Anpassung der Fahrzeugstruktur, sowie gegebenenfalls zusätzlichen Sensoren bereitgestellt werden. 

  
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche die Signalentstehung, - ermittlung und -auswertung auf einfachere Weise ermöglicht. 

  
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. 

  
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer definierten und von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängigen Schallimpulsfolge, insbesondere einer Körperschallimpulsfolge, in Folge einer Deformation eines Karosseriebauteils des Kraftfahrzeugs, wobei die Schallimpulsfolge durch eine durch die Deformation bewirkte mechanische Betätigung der Signalerzeugungseinrichtung erzeugt ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Sensorik zum Erfassen der definierten Schallimpulsfolge sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von der Sensorik gelieferten Signale, so dass Informationen über die Charakteristik des Aufpralls geliefert werden können. 

  
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht die "aktive" und definierte Erzeugung von Schallimpulsen, welche auf einfachere Weise detektiert werden können im Vergleich zu Körperschallsignalen, die durch die Deformation von Karosseriebauteilen erzeugt sind. Durch die gezielte Erzeugung der Schallimpulse bzw. der Schallimpulsfolge können Teile des Fahrzeugs im Crashfall akustisch decodiert und analysiert werden. Damit können neben der Erkennung des eigentlichen Aufpralls die In-tensität und weitere Informationen auf einfache Weise ermittelt werden. 

  
Die Erzeugung der Schallimpulse und deren Auswertung durch die Signalerzeugungseinrichtung ermöglicht es, Entwicklungsund Kalibrieraufwand bei der Applikation von Personenschutzsystemen auf die Fahrzeugkonstruktion zu verlagern. Gleichzeitig weist die Vorrichtung den Vorteil auf, dass die Robustheit erhöht wird, da keine Interpretation von Körperschallsignalen und dergleichen mehr notwendig ist. Stattdessen "wartet" die Auswerteeinheit auf eine bestimmte, gezielt erzeugte Schallimpulsfolge, um dann die entsprechenden Personenschutzsysteme mit einem vordefinierten Muster anzusteuern. Ein Teil der Erkennung der Art des Aufpralls und die Schwere des Aufpralls erfolgt damit in der Struktur des Kraftfahrzeugs selbst. In der Summe ergeben sich hierdurch eine starke Verbesserung der Performance sowie eine Einsparung bei den Sensoren.

   Darüber hinaus kann die Zeitdauer bis zur Erkennung und Analyse des Aufpralls verringert werden. Von besonderem Vorteil ist ferner, dass die Ermittlung der Relativgeschwindigkeit, welche die Grundlage sämtlicher Algorithmen für die Ansteuerung von Personenschutzmitteln bildet, sich aus der von der Signalerzeugungseinrichtung erzeugten Schallimpulsfolge direkt ermitteln und verarbeiten lässt. 

  
Zweckmässigerweise sind die von der zumindest einen Signalerzeugungseinrichtung erzeugten und durch die Struktur der Signalerzeugungseinrichtung definierten Schallimpulse unabhängig von Körperschallsignalen erzeugt, welche durch die Deformation des Karosseriebauteils entstehen. Die Sensorik sowie die nachgeschaltete Auswerteeinheit müssen damit lediglich auf die von der Signalerzeugungseinrichtung abgegebenen Schallimpulse bzw. die sich hieraus ergebende Schallimpulsfolge "hören". Die weiteren, bei einer Deformation von Karosseriebauteilen erzeugten Körperschallsignale können optional durch die Auswerteeinheit verarbeitet werden.

   Gemäss einer weiteren zweckmässigen Ausgestaltung sind die von der zumindest einen Signalerzeugungseinrichtung erzeugten Schallimpulse derart beschaffen, dass diese aus einem Signalgemisch, umfassend die durch die Karosseriestruktur erzeugten Körperschallsignale und die Schallimpulse, durch die Sensorik identifizierbar sind. Möglich wird dies durch die konstruktive Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung, so dass sich die bei der Aktivierung abgegebenen Frequenzen nahezu beliebig einstellen lassen. Da die im Rahmen einer Deformation eines Karosseriebauteils erzeugten Körperschallsignale und die dabei erzeugten Frequenzen bekannt sind, können die von der Signalerzeugungseinrichtung erzeugten Schallimpulse in einem anderen Frequenzbereich erzeugt werden, so dass diese durch die Sensorik auf besonders einfache Weise detektierbar sind. 

  
Zweckmässigerweise ist jeweils eine der Signalerzeugungseinrichtungen auf der linken und der rechten Seite des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hierdurch ist eine Erkennung der Aufprallrichtung möglich. Bei unterschiedlicher Abstimmung bzw. Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtungen auf der linken und rechten Seite des Kraftfahrzeugs kann darüber hinaus eine Winkelerkennung realisiert werden, wobei zur Unterscheidung lediglich ein einziger, z.B. zentral angeordneter Sensor, insbesondere ein Körperschallsensor, notwendig ist. 

  
Zweckmässigerweise ist die zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung in ein Typschadenelement integriert oder an einem Typschadenelement angeordnet, wobei das Typschadenelement einen Biegequerträger eines Stossfängers mit einem Fahrzeuglängsträger des Kraftfahrzeugs verbindet. Die Anordnung der Signalerzeugungseinrichtung in das Typschadenelement ist vorteilhaft, da sich dieses im Falle eines Aufpralls deformiert und dadurch die Erzeugung der Schallimpulsfolge auf einfache Weise realisiert werden kann. Darüber hinaus lässt sich die Signalerzeugungseinrichtung auf kostengünstige Weise in das Typschadenelement integrieren und in einem Schadensfall austauschen .

   In einer ersten Variante umfasst die zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung eine Mehrzahl an Körperschall erzeugenden Elementen, die abhängig von der Geschwindigkeit der Deformation durch einen zu der Mehrzahl an Körperschall erzeugenden Elementen relativ bewegbaren Stempel nacheinander aktivierbar sind, wobei bei deren Aktivierung jeweils ein Schallimpuls erzeugt wird. Die Körperschall erzeugenden Elemente können in einer frühen Phase des Aufpralls geschwindigkeitsabhängig aktiviert werden. Zur Aktivierung eines jeweiligen Körperschall erzeugenden Elements wird dessen Bruch oder Deformation herbeigeführt . 

  
Zur Erzeugung der Schallimpulsfolge, welche gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung codiert ist, werden die Körperschall erzeugenden Elemente in definierten Abständen zueinander angeordnet. Die Körperschall erzeugenden Elemente können beispielsweise äquidistant zueinander angeordnet sein. Ebenso ist die Anordnung in Gruppen mit jeweils äquidistanter, aber z.B. unterschiedlichem Abstand vorstellbar. Die Körperschall erzeugenden Elemente verschiedener Gruppen können auch jeweils äquidistant zueinander angeordnet sein, wobei jedoch der Abstand zwischen jeweils zwei Gruppen unterschiedlich zu der Äquidistanz ist. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise die Relativgeschwindigkeit zwischen den Kollisionspartnern bzw. die Geschwindigkeit des Aufpralls ermitteln. 

  
Durch den Stempel oder Stössel wird eine Kraft auf die Körperschall erzeugenden Elemente während des Aufpralls aufgebracht, so dass diese Elemente nach und nach aktiviert werden 

  
(z.B. brechen) und dabei jeweils einen Schallimpuls erzeugen. 

  
Bei äquidistanter Anordnung ist die Frequenz proportional zur 

  
Aufprallgeschwindigkeit. Die Codierung der Schallimpulsfolge kann durch die Anordnung der Schall erzeugenden Elemente realisiert werden, wie dies beispielsweise bei dem sog. BarkerCode in der Radartechnik üblich ist. Hierdurch lässt sich die angeregte Schallimpulsfolge aus den Körperschallsignalen (sog. Crash-Rauschen) identifizieren, wodurch eine sichere Bestimmung der Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Aufprallobjekt möglich ist. 

  
Die Schall erzeugenden Elemente sind gemäss einer Ausgestaltung durch Bolzen, Schrauben, Stifte oder umgeformte Materialabschnitte aus einem harten, spröden Material gebildet, welche durch den durch die Deformation relativ zu den Elementen bewegten Stempel gebrochen werden. Um die Aktivierung der jeweiligen Körperschall erzeugenden Elemente vorzunehmen, ist eine Relativbewegung des Stempels und der Körperschall erzeugenden Elemente zueinander notwendig. Es liegt dabei im Belieben des Fachmannes, ob der Stempel auf die Körperschall erzeugenden Elemente während einer Deformation zubewegt wird, oder umgekehrt. 

  
Gemäss einer alternativen Ausgestaltung sind die Schall erzeugenden Elemente durch kammartig angeordnete Vorsprünge, z.B. Zinken oder umgeformtes Material der Signalerzeugungseinrichtung, gebildet, welche durch die Deformation relativ zu dem Stempel oder einem Widerhaken bewegbar und durch den Eingriff mit dem Stempel oder dem Widerhaken auslenkbar und/oder zu einer Schwingung anregbar sind. Hierbei können die Vorsprünge durch den durch die Deformation bewegten Stempel oder Widerhaken deformiert werden. Alternativ können die Vorsprünge durch die Deformation relativ zu einem ortsfest gelagerten Stempel oder Widerhaken bewegt und dabei ausgelenkt bzw. zu der Schwingung angeregt werden. 

  
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Stempel an dem Typschadenelement verschieblich gelagert und liegt mit einem ersten Ende an dem Biegequerträger an oder ist mit diesem verbunden, so dass durch eine Deformation des Biegequerträgers in Richtung des Typschadenelements eine Bewegung des Stempels relativ zu dem Typschadenelement unter Aktivierung der Körperschall erzeugenden Elemente resultiert. Eine derart ausgestaltete erfindungsgemässe Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass die Signalerzeugungseinrichtung platzsparend und kompakt in dem Kraftfahrzeug vorgesehen werden kann. Insbe-sondere werden sämtliche zur Erzeugung der Schallimpulsfolge notwendigen Komponenten im Inneren des Biegequerträgers und des Typschadenelements angeordnet. 

  
Gemäss einer alternativen Ausgestaltung ist die Signalerzeugungseinrichtung durch ein Typschadenelement und/oder einen mit dem Typschadenelement verbundenen Biegequerträger eines Stossfängers ausgebildet. Die Signalerzeugungseinrichtung stellt damit kein zusätzliches Bauteil dar, sondern ist konstruktiv in bereits vorhandene Komponenten eines Kraftfahrzeugs integriert. 

  
Gemäss einer konkreten Ausgestaltung umfassen das Typschadenelement und/oder der Biegequerträger eine Wabenstruktur, welche abschnittsweise unterschiedlich grosse Waben aufweist, wobei die Waben durch deren Verformung oder Bruch aktivierbar sind und durch deren Aktivierung eine von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängige Schallimpulsfolge erzeugbar ist, welche von der abschnittsweisen Grösse der Waben abhängig ist. Die Wabenstruktur kann beispielsweise durch einen Aluminiumschaum gebildet sein, dessen Porendichte und damit Wabengrösse während des Herstellungsvorgangs auf einfach Weise gesteuert werden kann. Neben ihrer Fähigkeit, grosse Mengen an Energie absorbieren zu können, erzeugen die bei einer Deformation verformten Waben charakteristische Schallimpulse, welche in erfindungsgemässer Weise erfasst und ausgewertet werden können . 

  
Alternativ umfassen das Typschadenelement und/oder der Biegequerträger eine Laminatstruktur, welche durch Delamination aufgrund einer einwirkenden äusseren Kraft aktivierbar ist, wobei bei der Aktivierung ein von der Deformation der Geschwindigkeit abhängiger akustischer Impuls oder ein Körperschallimpuls erzeugbar ist. Eine Schallimpulsfolge bei der Deformation des Typschadenelements und/oder des Biegequerträgers lässt sich dadurch erzeugen, dass diese beiden strukturellen Komponenten des Kraftfahrzeugs eine Laminatstruktur mit abschnittsweise unterschiedlicher Dichte der Glasfasern aufweisen, welche bei der Delamination Schallimpulse unterschiedlicher Frequenz erzeugen. Unter einer Laminatstruktur wird insbesondere ein Faserverbundwerkstoff, z.B. aus CFK (kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe), verstanden. 

  
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anordnung der Körperschall erzeugenden Elemente oder die Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung auf der linken und der rechten Seite des Kraftfahrzeugs unterschiedlich. Hierdurch lässt sich, wie eingangs bereits erläutert, eine Unterscheidung der Aufprallseite sowie eine Winkelerkennung realisieren . 

  
Neben der Detektion der Aufprallseite ermöglicht es die erfindungsgemässe Vorrichtung, die Relativgeschwindigkeit der 

  
Kollisionspartner zu ermitteln. Bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung lassen sich ebenso die Masse des aufprallenden Objekts sowie die Steifigkeit des aufprallenden Objekts ermitteln. Im letzteren Fall wird die Signalerzeugungseinrichtung derart in das 

  
Kraftfahrzeug integriert, dass diese erst ab einer bestimmten Mindeststeifigkeit und/oder Masse aktiviert wird. 

  
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand verschiedener Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen erläutert. Es zeigen: 

  
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug, und 

  
Fig. 2 bis 11 verschiedene Ausführungsbeispiele einer in einer erfindungsgemässen Vorrichtung angeordneten Signalerzeugungseinrichtung. 

  
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug. Dargestellt sind in ei-ner Draufsicht ein Biegequerträger 3 eines Stossfängers, welcher bezüglich einer Fahrzeuglängsachse 8 symmetrisch angeordnet ist und beispielsweise die Front eines Kraftfahrzeugs ausbildet. Der Biegequerträger 3 ist in bekannter Weise an seinen beiden äusseren gegenüberliegenden Enden über ein linkes und rechtes Typschadenelement 4, 5 (auch Crash-Boxen genannt) mit einem jeweiligen linken und rechten Fahrzeuglängsträger 6, 7 der Fahrzeugkarosserie mechanisch verbunden. Bekanntermassen dienen die Typschadenelemente 4, 5 dazu, bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Objekt einen Teil der Aufprallenergie aufzunehmen, wobei sich die Typschadenelemente 4, 5 verformen.

   Die Typschadenelemente 4, 5 können mit dem Biegequerträger verschraubt, verschweisst oder mittels einer Steckverbindung verbunden sein. 

  
In jedem der Typschadenelemente 4, 5 ist erfindungsgemäss eine Signalerzeugungseinrichtung 1 bzw. 2 vorgesehen. Die im Detail weiter unten beschriebene Signalerzeugungseinrichtung 1, 2 dient zur Erzeugung einer definierten und von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängigen Schallimpulsfolge, insbesondere einer Körperschallimpulsfolge, infolge einer Deformation des Biegequerträgers bzw. des jeweiligen Typschadenelements 4, 5. Die Schallimpulsfolge ist durch eine durch die Deformation bewirkte mechanische Betätigung der Signalerzeugungseinrichtung erzeugt. Die von den Signalerzeugungseinrichtungen 1, 2 erzeugten Schallimpulsfolgen werden durch eine Sensorik 9 aufgenommen. Die Sensorik 9 kann hierzu einen oder mehrere Körperschallsensoren oder Sensoren zur Detektion von Frequenzen in hörbarem Bereich umfassen.

   Mit der Sensorik 9 ist eine Auswerteeinheit 10 gekoppelt, welche zur Auswertung der von der Sensorik 9 gelieferten Signale dient, um die erwünschten Informationen über die Charakteristik des Aufpralls zu ermitteln und gegebenenfalls ein in der Figur nicht dargestelltes PersonenschützSystem anzusteuern . 

  
In einer von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 abweichenden Variante können die Signalerzeugungseinrichtungen 1, 2 auch in oder an anderen Karosseriebauteilen des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Beispielsweise können eine oder mehrere der Signalerzeugungseinrichtungen 1, 2 im Bereich des Biegequerträgers 3 und/oder des Fahrzeuglängsträgers 6, 7 vorgesehen sein. Prinzipiell ist es zweckmässig, die erfindungsgemässe Signalerzeugungseinrichtung derart in dem Kraftfahrzeug anzuordnen, dass eine durch einen Aufprall verursachte Deformation möglichst verzögerungsfrei zur Erzeugung der Schallimpulsfolge führt. 

  
Die Figuren 2 bis 11 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Signalerzeugungseinrichtung 1, wie diese in der in Fig. 1 gezeigten und beschriebenen Anordnung zum Einsatz kommen kann. 

  
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Variante der erfindungsgemäss an dem Biegequerträger 4 angeordneten Signalerzeugungseinrichtung 1. Auf der Oberseite des Biegequerträgers 4 ist eine Anzahl an Schall erzeugenden Elementen 11 vorgesehen. Diese Körperschall erzeugenden Elemente 11 können beispielsweise durch Bolzen, Schrauben oder Stifte gebildet sein. Bevorzugt bestehen diese aus einem harten, spröden Material. Ein Stempel 12 ist über zwei Lager 16, 17 an der O- berseite des Biegequerträgers 3 gelagert. Der Stempel 12 umfasst eine Welle 13, welche von den Lagern 16, 17 geführt wird. An dem von den Körperschall erzeugenden Elementen 11 abgewandten Ende ist die Welle 13 mit einer Prallplatte 14 versehen. Eine entsprechende, optionale Prallplatte 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel auch an dem dem Körperschall erzeugenden Element 11 zugewandten Ende angeordnet. 

  
Wirkt auf den Stossfänger eine durch eine Deformation hervorgerufene Kraft F ein, so wird der Stempel 12 in Pfeilrichtung in Richtung der Körperschall erzeugenden Elemente 11 verschoben, wobei diese aufgrund ihres Materials und ihrer starren Befestigung an dem Typschadenelement 4 zerstört werden. Bei der Zerstörung eines jeden Elements 11, z.B. durch Brechen, wird ein Schallimpuls erzeugt, welcher durch die Sensorik 9 detektierbar ist. Die Körperschallleitung erfolgt über den Übertragungsweg, Typschadenelement 4, Fahrzeuglängsträger 6 hin zu der Sensorik 9, welche beispielsweise auf dem Fahrzeuglängsträger 6 oder einem zentral angeordneten Kraftfahrzeugtunnel angeordnet ist. 

  
Durch die zeitlich nacheinander auftretende Zerstörung der Köperschall erzeugenden Elemente 11 werden aufeinander folgende Schallimpulse erzeugt, so dass sich eine Schallimpulsfolge ergibt, welche mit der Geschwindigkeit des Aufpralls korrespondiert. Bei einer äquidistanten Anordnung der Körperschall erzeugenden Elemente 11 ist die Frequenz der Schallimpulse proportional zur Geschwindigkeit des Aufpralls. 

  
Durch die relative Beabstandung zweier benachbarter Körperschall erzeugender Elemente 11 kann eine Codierung bereitgestellt werden, wie sie beispielsweise in der Radartechnik bei den bekannten Barker-Codes verwendet wird. Die Schallimpulsfolge lässt sich auf einfache Weise von dem Crash-Rauschen unterscheiden, welches aus der Deformation des Biegequerträ- gers 3, des Typschadenelements 4 und gegebenenfalls des Fahrzeuglängsträgers 6 resultiert. Anhand der Schallimpulsfolge kann eine sichere Bestimmung der Differenzgeschwindigkeit der beiden Kollisionspartner erfolgen. 

  
Werden die Körperschall erzeugenden Elemente 11 in der Signalerzeugungseinrichtung 1 des linken Typschadenelements auf andere Weise angeordnet als in der in dem rechten Typschadenelement vorgesehenen Signalerzeugungseinheit 2, so kann eine einfache Unterscheidung erfolgen, ob der Aufprall auf der linken oder rechten Seite des Kraftfahrzeugs erfolgt. Darüber hinaus lässt sich eine Winkelerkennung realisieren. 

  
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Körperschall erzeugenden Elemente 11 im Inneren des Typschadenelements 4 angeordnet sind. Dabei sind die Körperschall erzeugenden Elemente 11 lediglich einseitig an der Oberseite des Typschadenelements 4 befestigt. Der Stempel 12 ist mit seiner von den Körperschall erzeugenden Elementen 11 abgewandten Seite an dem Biegequerträger 3 befestigt oder liegt an diesem an. Ferner ist der Stempel 12 über ein Lager 16 an dem Biegequerträger 3 bzw. dem Typschadenelement 4 verschiebbar gelagert. Eine weitere diesbezügliche Variante ist in Fig. 9 dargestellt, welche sich lediglich dadurch unterscheidet, dass die Körperschall erzeugenden Elemente 11 an beiden gegenüberliegenden Seitenflächen des Typschadenelements 4 eingespannt bzw. befestigt sind.

   Fig. 9 zeigt die Anordnung der Signalerzeugungseinrichtung 1 in der oberen Bildhälfte einmal in einer Seitenansicht und in der unteren Bildhälfte in einer 

  
Draufsicht. Bei den in Fig. 3 und Fig. 9 dargestellten Varianten erfolgt eine Relativbewegung des Stempels 12 in Richtung der Körperschall erzeugenden Elemente 11 durch eine Verformung des Biegequerträgers 3 und/oder des Typschadenelements 4. 

  
Eine schnellere Detektion des Aufpralls eines Objekts auf das Kraftfahrzeug ist mit der in Fig. 4 gezeigten Anordnung möglich, bei der das den Körperschall erzeugenden Elementen 11 abgewandte Ende des Stempels 12 aus dem Biegequerträger 3 hinausragt und beispielsweise unmittelbar an der Aussenhaut eines nicht dargestellten Stossfängers anliegt. Bereits bei einer geringfügigen Deformation des Stossfängers wird der Stempel 12 aufgrund der an seiner Prallplatte 14 angreifenden Kraft F in Richtung des Typschadenelements 4 verschoben, wobei in der bereits beschriebenen Weise ein Abscheren oder Brechen der hintereinander angeordneten Körperschall erzeugenden Elemente 11 erfolgt. 

  
Die Körperschall erzeugenden Elemente 11 können, wenn diese wie in den vorangegangenen erläuterten Ausführungsbeispielen als Bolzen oder dergleichen ausgeführt sind, durch eine Verschweissung mit den gegenüber liegenden Seiten des Typschadenelements 4 verbunden sein (Fig. 6) . Alternativ ist es möglieh, zylinderförmige Vorsprünge durch ein Tiefziehwerkzeug 50 in das Typschadenelement 4 einzubringen (Fig. 7) . Die Aktivierung des Körperschall erzeugenden Elements 11, welches durch einen Hohlzylinder gebildet ist, erfolgt dann nicht durch ein Brechen oder Abscheren, sondern durch eine Verformung, wobei bei dieser ein charakteristischer Signalimpuls abgegeben wird. 

  
Ein alternativ ausgestaltetes Körperschall erzeugendes Element ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante werden zur Ausbildung eines Körperschall erzeugenden Elements 11 Stanzränder 31, 32, 33 in eine Hauptfläche z.B. des Typschadenelements 4 eingebracht, welche in etwa topfförmig zueinander angeordnet sind. Über ein Umformwerkzeug wird ein Materialabschnitt 30 nach Art einer Lasche z.B. nach innen verbogen. In entsprechender Weise kann eine Anzahl an derartigen Materialabschnitten 30 hintereinander angeordnet werden, welche durch einen in Fig. 5 nicht gezeigten Stempel bei einer Deformation des Kraftfahrzeugs die jeweiligen Materialabschnitte 30 verformt werden, wobei wiederum jeweils die erwünschten Schallimpulse erzeugt werden. Von Vorteil ist bei dieser Ausführungsvariante die einfache und kostengünstige Herstellbarkeit . 

  
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der auf einen Stempel zur Zerstörung der Körperschall erzeugenden E- lemente 11 in Form von Bolzen, Schrauben oder Stiften, verzichtet werden kann. Die Funktion des relativ zu den Körperschall erzeugenden Elementen 11 beweglichen Stempels übernimmt eine Wand des Biegequerträgers 3. Wie aus der Querschnittsdarstellung der Fig. 8 gut ersichtlich ist, weist ein Biegequerträger 3 ein U-förmiges Profil auf, wobei das Typschadenelement 4 mit dem Abschnitt verbunden ist, der die parallel verlaufenden Schenkel miteinander verbindet. 

  
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zur Erzeugung der Schallimpulsfolge eine Kammstruktur 20 mit einer Anzahl an definiert hintereinander angeordneter Vorsprünge 21 vorgesehen ist. Bei einer Deformation erfolgt eine Relativbewegung zu einem ortsfesten Widerhaken 22, wodurch eine Anregung der Kammstruktur zum Schwingen erfolgt. Die Kammstruktur 20 ist über Loslager 23, 24 mit einem anderen Karos-Seriebauteil verbunden. Mit dem Bezugszeichen 26 ist die Bewegungsrichtung der Kammstruktur 20 im Falle eines Aufpralls auf das Fahrzeug gekennzeichnet. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass zur Erzeugung der Schallimpulsfolge auch die Kammstruktur 20 ortsfest an einem Karosseriebauteil angeordnet werden kann, während der Widerhaken 22 durch die Deformation relativ zu der Kammstruktur 20 bewegt wird. 

  
In dem in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Signalerzeugungseinrichtung 1 durch das Typschadenelement 4 selbst ausgebildet. Dabei ist das Typschadenelement 4 mit einer Wabenstruktur versehen, welche abschnittsweise unterschiedlich grosse Waben aufweist. Die Waben sind durch Verformung oder Bruch aktivierbar, wobei bei deren Aktivierung ein von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängige Schallimpulsfolge erzeugt wird, welche von der abschnittsweisen Grösse der Waben abhängig ist. Die Wabenstruktur kann beispielsweise durch einen Aluminiumschaum gebildet sein, dessen Porendichte und damit Wabengrösse auf einfache Weise einstellbar ist. 

  
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die Wabenstruktur zumindest abschnittsweise auch in dem Biegequerträger 3 und/oder in dem Fahrzeuglängsträger 6 vorgesehen sein. Alternativ kann die Wabenstruktur auch ausschliesslich zumindest abschnittsweise in dem Biegequerträger 3 und/oder auf dem Fahrzeuglängsträger 6 vorgesehen sein. 

  
In einer weiteren, figürlich nicht näher dargestellten Ausführungsform können der Biegequerträger 3 und/oder das TypSchadenelement 4 aus einem Laminat, z.B. einem Faserverbundwerkstoff, gebildet sein. Als Laminat kommt beispielsweise ein kohlenstoffverstärkter Verbundwerkstoff (CFK) in Betracht. Die charakteristischen Strukturschwingungen, d.h. die Schallimpulsfolge wird durch Delamination des Laminats erzeugt. 

  
Das der Erfindung zu Grunde liegende Prinzip besteht darin, in die Struktur des Kraftfahrzeugs Körperschall erzeugende Elemente zu integrieren, welche in der frühen Phase eines Aufpralls abhängig von der Geschwindigkeit des Aufpralls aktiviert werden. Diese Signalerzeugungselemente erzeugen bei deren Verformung bzw. Zerstörung definierbare (Körper) Schallsignale . Aufgrund der definierten Anordnung bzw. 

  
Beabstandung der Körperschall erzeugenden Elemente zueinander kann eine detektierbare Schallimpulsfolge im Falle eines Aufpralls erzeugt werden. Bei äquidistanter Anordnung ist die Impulsfolge proportional zur Geschwindigkeit des Aufpralls. 

  
Durch die Anordnung der Körperschall erzeugenden Elemente relativ zueinander kann eine Codierung vorgesehen werden. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung auf der linken und rechten Karosserieseite des Kraftfahrzeugs, können eine Erkennung der Aufprallseite und sogar eine Winkelerkennung erfolgen. 

  
Durch die Unterdrückung der Erzeugung der Schallimpulsfolge lässt sich auch eine einfache Ausblendung des Lastfalles "AZT-Erkennung" vorsehen. 

  
Von besonderem Vorteil ist der Umstand, dass der Entwicklungsund Kalibrieraufwand für Personenschutzsysteme, insbesondere Airbags, durch gezielte Ausgestaltung der Farzeugkonstruktion bzw. geringe Anzahl von Karosseriebauelementen nachhaltig vereinfacht bzw. reduziert wird. Gleichzeitig wird die Robustheit der Sensorik eines Personenschutzsystems erhöht, da gezielt erzeugte Schallimpulsfolgen detektiert und ausgewertet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug, umfassend: - zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) zur
Erzeugung einer definierten und von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängigen Schallimpulsfolge, insbesondere einer Körperschallimpulsfolge, infolge einer Deformation eines Karosseriebauteils (3, 4, 5, 6, 7) des Kraftfahr- zeugs, wobei die Schallimpulsfolge durch eine durch die Deformation bewirkte mechanische Betätigung der Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) erzeugt ist, eine Sensorik (9) zum Erfassen der definierten Schallimpulsfolge, und - eine Auswerteeinheit (10) zur Auswertung der von der
Sensorik (9) gelieferten Signale, so dass Informationen über die Charakteristik des Aufpralls geliefert werden können .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die von der zumindest einen Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) erzeugten und durch die Struktur der Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) definierten Schallimpulse unabhängig von Körperschallsignalen erzeugt sind, welche durch die Deformation des Karosseriebauteils (3, 4, 5, 6, 7) entstehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die von der zumindest einen Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) erzeugten Schallimpulse derart beschaffen sind, dass diese aus einem Signalge- misch, umfassend die durch die Karosseriestruktur erzeugten
Körperschallsignale und die Schallimpulse, durch die Sensorik (9) identifizierbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der jeweils eine der Signalerzeugungseinrichtungen (1, 2) auf der linken und der rechten Seite des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist .
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) in ein Typschadenelement (4, 5) integriert ist oder an einem Typschadenelement (4, 5) angeordnet ist, wobei das Typschaden- element (4, 5) einen Biegequerträger (3) eines Stoßfängers mit einem Fahrzeuglängsträger (6, 7) des Kraftfahrzeugs verbindet .
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) eine
Mehrzahl an Körperschall erzeugenden Elemente (11) umfasst, die abhängig von der Geschwindigkeit der Deformation durch einen zu der Mehrzahl an Körperschall erzeugenden Elementen relativ bewegbaren Stempel (12) nacheinander aktivierbar sind, wobei bei deren Aktivierung jeweils ein Schallimpuls erzeugt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der zur Aktivierung eines jeweiligen Körperschall erzeugenden Elements dessen Bruch o- der Deformation herbeigeführt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Körperschall erzeugenden Elemente (11) in definierten Abständen zueinander angeordnet werden zur Ausbildung einer kodierten Schallimpulsfolge.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Schall erzeugenden Elemente (11) durch Bolzen, Schrauben, Stifte oder umgeformte Materialabschnitte aus einem harten, spröden Material gebildet sind, welche durch den durch die Deformation relativ zu den Elementen bewegten Stempel (12) gebrochen werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Schall erzeugenden Elemente (11) durch Kammartig angeordnete
Vorsprünge (21) gebildet sind, welche durch die Deformation relativ zu dem Stempel (12) oder einem Widerhaken (22) bewegbar und durch den Eingriff mit dem Stempel (12) oder Widerha- ken (22) auslenkbar und/oder zu einer Schwingung anregbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der der Stempel (12) an dem Typschadenelement (4, 5) verschieblich gelagert ist und mit einem ersten Ende an dem Biegequerträger (3) anliegt oder mit diesem verbunden ist, so dass durch eine Deformation des Biegequerträgers (3) in Richtung des Typschadenelements (4, 5) eine Bewegung des Stempels (12) relativ zu dem Typschadenelement (4, 5) unter Aktivierung der Körperschall erzeugenden Elemente (11) resultiert.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass die Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) durch ein Typschadenele- ment (4, 5) und/oder einen mit dem Typschadenelement (4, 5) verbundenen Biegequerträger (3) eines Stoßfängers ausgebildet ist .
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Typschadenele- ment (4, 5) und/oder der Biegequerträger (3) eine Wabenstruktur (40) umfassen, welche abschnittsweise unterschiedlich große Waben aufweist, wobei die Waben durch deren Verformung oder Bruch aktivierbar sind und bei deren Aktivierung ein von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängige Schallimpulsfolge erzeugbar ist, welche von der abschnittsweisen Größe der Waben abhängig ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Typschadenelement (4, 5) und/oder der Biegequerträger (3) eine Lami- natstruktur umfassen, welche durch Delamination aufgrund einer einwirkenden äußeren Kraft aktivierbar ist, wobei bei der Aktivierung ein von der Deformation der Geschwindigkeit abhängiger akustischer Impuls oder ein Körperschallimpuls erzeugbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14 in Verbindung mit Anspruch 4, bei der die Anordnung der Körperschall erzeugenden Elemente (11) oder die Ausgestaltung der Signal- Erzeugungs-Einrichtung auf der linken und der rechten Seite des Kraftfahrzeugs unterschiedlich ist.
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