JP2007514587A - 安全システム内のセンサを稼動するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、安全システム内のセンサを稼動するための方法、並びに安全システムに関する。信頼性に関して改善された、安全システム内の少なくとも１つのセンサを稼動するための方法、並びにそれに対応する安全システムを創作するために、センサが電気的な反応信号を中央システムユニットに送信し、及び中央システムユニットから診断信号及び／又は励起信号により可逆的な電子機械式システムとして励起されることが提案される。

Description

本発明は、安全システム内のセンサを稼動するための方法、並びに安全システムに関する。

センサが安全システム内の信号送信器として使用されることは知られている。本発明の枠内で考慮されるセンサは、材料の変形時や固体伝送音の伝達時に引張力及び／又は圧縮力により発生するような材料応力の少なくとも１つの形をセンシングするために用いられる。この種のセンサ及びそれに付属する安全システムは中でも航空及び宇宙飛行で使用されるが、自動車（モータビークル）産業においても事故報知器として使用される。

ＤＥ４０２５５６４Ｃ１

本発明の課題は、信頼性に関して改善された、安全システム内の少なくとも１つのセンサを稼動するための方法、並びにそれに対応する安全システムを創作することである。

前記の課題は、各々の独立請求項に記載された措置により解決される。それに対応し、本発明に従う安全システムは、少なくとも１つのセンサが備えられていて、このセンサがそのセンサ特性の他にアクチュエータの特性も有することにより傑出している。レシプロカル（相互的）な作用方式のこの種の特性は、多数の変換器において中でも圧電気（ピエゾ電気）として知られている。このもとでは、統一的な結晶構造の特性であって、それらの結晶構造が、これらの表面における引張力及び圧縮力の作用のもと、外部に電極を介して電圧が読取り可能であるという結果をもたらす電荷分離を引き起こすという特性として理解される。しかしながらその逆で、外部で印加された電圧により圧電性結晶を変形させることも可能である。従って、適合された材料選択及び圧電性結晶の適切な造形により、幅広い周波数領域に渡り、表面変形と固体伝送音効果が、それと関連されるピエゾ・センサ要素の機械的な変形を介して電気的な信号へと変換され得る。つまり、その逆で電気的な信号により、表面も、同じピエゾ・センサによりそのアクチュエータとしての適性に基づいて機械的に振動され得る。

セラミック要素として、チタン酸バリウム或いはＢａＴｉＯ_３又はジルコン酸チタン酸鉛或いはＰＺＴをベースにしても実施され得る水晶ベースの圧電性結晶の使用の他、圧電性プラスチック・フォイル又はフィルムの導入も知られるようになった。ＢａＴｉＯ_３パウダーから、固定した造形のもと、圧縮成形せれたパウダーを介し、構成部材或いはセンサの寸法を有するセラミックボディへと変えることは、焼結により行なわれる。それに対し、圧電性プラスチックフォイルは持続的にフレキシブル（柔軟）であり、ほぼ５〜５００μｍだけの厚さをもち、軽量であり、更に簡単な切断によりほぼ任意にどのような面形状にももたらされ得る。使用されるプラスチックは、通常、強い極性の物質であり、この物質は、フォイルの製造時に加熱された状態で分子の統一した指向性のために強い静電界に施される。冷却の流れで、フォイルボディ内で強要された分子のこの指向性は準固体状に凍結されている。つまり例えば特許文献１から、ポリ弗化ビニリデンＰＶＤＦの使用、又は極性分子から成る別のポリマーの使用が知られている。各々の場合において、前記の物質は、受動的な構成要素として見ると、即ち既にそれ自体で電荷電位をもち、圧力作用時には測定可能な容量性の電荷変化を示す。従って外部の電圧源による外部供給が不要である。

前述の材料にとって、センサ及びアクチュエータの特性が１つのシステム内に統合され得るということは共通であり、その結果、簡単な方式で中央システムユニットによる駆動コントロールとそれに続く評価のもと自己テストが可能である。そのためにセンサ・要素は先ずアクチュエータとして駆動され、この際、この要素が障害なく作動している場合、そのように励起された振動が再び電気的な信号としてセンシングされ得る。つまりこの可能性によりセンサは信号送信器などにおける追加的な機器上の手間を伴うことなくいつでも検査され、その稼動特性に関して監視され得る。

しかし自己テストの他にアクチュエータ稼動により、保護すべきシステムについて機械的な振動も強制され得て、この際、同じ要素を通じ、引き続き、励起された振動の分析には、実際の安全システムの評価ユニット内におけるこのシステム回答の特性の調査が提供され得る。つまり材料の変形の他、亀裂や他の障害も、特にこのシステム回答のずれた周波数パターンにより検知され得る。従って、安全システム内のレシプロカルな作用機構を用いてセンサを稼動するための提案された方法が、信頼性のある自己テストという長所、並びに、各検査の終了時に診断の可能性を伴い、監視すべき機械的な全システム内における僅かな手間と費用で成され且つ障害影響を無視することのできる安全検査及びシステム分析という長所を形成する。

本発明の有利な構成では安全システムが多数のセンサを含んでいて、これらのセンサは、観察領域或いは監視領域としての保護すべき構造体に渡って配分されて配設されている。つまり観察すべき機械的な構造体は、ある意味でセンサのネットワークで張りめぐらされ、このネットワークは機械的な構造体の各々の特徴をセンサの配分形式及び配分密度により考慮する。この配置構成においてもセンサの各々にとって自己テストが、前述の方式として、予め定義されたテスト信号と記録された測定信号とを用いた能動的なテスト励起の後に各々の振動停止特性の評価を介して更に可能である。更に、センサを介する能動的な励起により、及び全てのセンサから到来する測定信号の評価により、誤り分析及び／又は障害分析のために広域に渡る評価を行なうという可能性も存在する。全てのセンサは同種で構成され、固定され得て、つまり１つのセンサ・構成シリーズ或いは１つのタイプに属するものである。

更に現代車両では大きな範囲で共振現象（共鳴現象）が発生し、これらの共振現象は、車両内部空間内でも騒音として明らかに知覚可能とされてしまう。機械的な持続振動及び定常波の形式として更にこの種の共振現象は、支持部材において、応力の増加を介し、摩損現象の増大及び剛性の問題を引き起こす。実際に頻繁に発生するこれらの問題の一例は車室又はキャビンであり、これらは、炭素繊維をベースにした新たな複合材料或いはＣＦＫ複合材料の使用のもと構成されたものである。軽量で且つ極端に硬質のこれらの材料は、特に宇宙飛行、航空機構造、また前進的には自動車構造においても使用される。ＣＦＫ材料はその高い固有剛性に基づき本質的でないところだけで振動を減衰するので、動作中のシステム内ではバイブレーションが各々の発生箇所から先に導かれ、つまり例えばホイールサスペンション、エンジン又はタービンからキャビン又は車室に向かってである。特に旅客機における使用時には騒音レベルがリアタービンから、堅固なパイプとしての客室を介し、底部及び天井の支持部分が追加的に共振ボードとして機能することにより音響的にも増幅される。

この種の騒音事象は長く続くと健康に害を及ぼし得て、またいずれにせよ集中力を低下させ、車両運転者及び乗客の居心地のよさを損なうことになる。従って説明した現象は同時に二重の観点で安全上重要である。先に例として挙げた場合に発生する振動は、本発明に従う多数のセンサを使用することにより選択的に検知され得る。従って、面又はその他の構造形状に渡って配分され、その都度の共振現象の最大と最小が、到来する信号の評価により検出され得る。本発明に従うセンサのアクチュエータ・特性の能動的な駆動により、発生する振動が駆動及び逆位相の励起により減衰され得る。理想的に共振はそれによりむしろ除去される。

他の問題としては中でもＣＦＫ材料の使用との関連で、異なる構成部材を支持する及び／又は安全上重要な構造体間の持続的な結合の問題が発生する。金属材料の分野では、鋼材とアルミ材が溶接では結合され得ないことが知られている。また様々な鋼材は互いに溶接不能である又は溶接できたとしても極めて制限されている。また所謂多相鋼材又はマルチフェーズ鋼材という素材があるが、これらの素材は、それらの特殊な特性に関し、溶接過程中の熱導入により多大の損害をこうむるであろう。例として挙げた前述の分野では、航空分野における使用の他、新たに自動車構造においても前進的に様々な接着結合が見出されなくてはならない。この種の接着部の耐久性と信頼性を監視するためにも、フォイルキャリア上のセンサ及び正に圧電性プラスチックフォイルの構造形式のセンサが特に有利に使用可能である。適用形式としてはフォイルとしての圧電性センサが接着部に張りめぐらされる及び／又は被覆される。この際、フォイルは好ましくは１つの構造部材からその構成部材へ、又は接着接続部により互いに結合されている別の構成部材へと延在する。通常の条件においてフォイルのセンサから放出された信号の入力較正又は開始較正の後、接着結合部の変化が、フォイルの個々のセンサの引張負荷又は圧縮負荷により電気的に測定可能である。従って接着接続部の連続的な解離は、例えば事故に起因して亀裂が入ること又はむしろ切断のように正確に確定可能である。

この使用目的にもかかわらず、例えば、障害、クラッシュ、又は外部接触、並びに歩行者認識などにより発生し得るような非調和的な振動の発生時には、その都度の事象の精密な認識並びに各々のセンサ要素を介して位置測定を行なうことが可能である。その際、適切な対抗措置は、目標を定め、全体として安全システムに後接続されているサブシステムが作動され得て、特にベルトテンショナ、様々なエアバック・システム、又はその他の能動的な安全コンポーネントを目的に合わせ且つ正確に定義して作動することである。

つまり本発明に従う方法は、前述の構成においても、丈夫で且つ過負荷に対して抵抗力があり安価で更に自己診断可能なセンサが使用されることにより傑出している。この際、持続的に信頼性のある固定部を用いた位置決めは、所定の箇所において、埋設、接着、ねじ止め、ボルト止めなどによりいつでも後から行なわれ得る。それに加え、純粋な事故・早期警告システムを構成するためには自動車において、バンパー、ドア、ルーフ領域、及びエンジンフードが特に適している。好ましくは、駐車・間隔・管理ユニット、即ちＰＤＣのために既に設けられていてピエゾ・要素の形式で可逆的な特性を有するセンサが、本発明に従う方法により追加的に使用され得て、その結果、相乗効果が利用され得る。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下、各々の図面では統一して同じ要素には同じ符号が使用される。

安全システム１は多数のセンサ２を含んでいて、これらのセンサ２は、部分的に描かれている自動車（モータビークル）に配設されている。この事例においてセンサ２は車両内側で左側のフロントフェンダ３の金属板に接着及び／又は溶接により固定されている。各センサ２は信号ライン４を介して中央システムユニット５と接続されている。信号ライン４は、診断信号及び／又は励起信号６のための配線として用いられ、その信号は各々のセンサ２により機械的な信号に変換される。そのためにセンサ２は、レシプロカルに作用する変換器として形成され、この事例においては圧電性変換器（ピエゾ電気・変換器）として形成されている。つまり、所定のセンサ２ｉに向かう信号６ｉとしての励起信号６の導入に対し、反応信号７ｉがこのセンサ２ｉの戻りライン８ｉを介して中央システムユニット５に戻され得る。駆動される各センサ２ｉの反応信号７ｉは、該当するセンサ２ｉが電気的に応答することができ、機械的に反応したことを示し、この際、この反応は再び元に変換され得たものである。従ってこの反応信号７ｉは簡単な自己テストのために用いられ得て、反応信号７ｉの評価により、該当するセンサ２ｉの機能性に関する情報が得られる。従ってセンサ２の各々は、追加的な装置を伴うことなく同じテスト・パターンにより自己・診断可能である。中央システムユニット５は、安全システム１の全センサ２のためのこの種の自己テストを定期的に実施するため、及びその都度に駆動されるセンサ２のその都度に得られる反応信号７を評価するために形成されている。

中央システムユニット５に向かう励起信号６に対するセンサ２の機械的なシステム回答は、金属板とのセンサ２の固定連結により、機械的な波の形式で、本事例において観察されるフェンダ３内で伝播する。フェンダ３を伝わる信号伝播に基づき、残りのセンサ２の他の反応信号７も、各々の戻りライン８を介して中央システムユニット５へと伝えられる。

また、ここでは単に例として描かれているフェンダ３の領域に渡って多数のセンサ２を配分することにより、図示された安全システム１は、拡大された検知可能性及び分析可能性をもっている：センサ２の各々は固有の信号ライン４並びに固有の戻りライン８をもっている。従って各々の励起信号６は目標を定めて導入可能であり、反応信号７は、各々のセンサ２に対し、及びそれと関連し、フェンダ３における所定のポジションに対して一義的に割当て可能である。各ピエゾ・センサ２はそれ自体で観察すると自己診断可能であり、その結果、安全システム１も全体として自己診断可能であり、その理由はこのシステムが、ネットワークとしてフレキシブルに拡張可能であり、基本素子として丈夫で安価なピエゾ・センサ・要素２に基づいているためである。

センサ２ｉに対して中央システムユニット５により励起信号６を送信することに応じ、全てのセンサ２は、その都度、固有の反応信号７を、割り当てられている戻りライン８を介して中央システムユニット５へと返信する。従って、誤り分析として圧電性センサの使用スタンバイを監視することの他に、フェンダ３の機械的な特性を一般的に監視すること並びに損傷管理を一般的に監視することが中央システムユニット５内の反応信号７の評価により可能である。そのために中央システムユニット５は、データベース９、並びに各々の監視領域１１のモデル１０、即ちここではフェンダ３のモデル１０と接続されている。この際、データベース９内には、障害のない稼動時に完全な状態で記録された各々のセンサ２の反応信号の７の特性曲線が、励起アクチュエータとしての各センサ２に依存して列挙されている。モデル１０内には、監視領域１１としてのフェンダ３に渡った各々のセンサ２の配分形式が保管されている。データベース９並びにモデル１０と中央システムユニット５の相互接続のもと、センサ２の各々のために制御特性からのずれが確定され得て、モデル１０を基礎にし、監視領域１１の１つの又は複数の部分に割り当てられ得る。

付着物、更には小さなへこみは、フェンダ３の機械的な振動特性を既に著しく変化させる。従ってこれらの変化は、障害のないシステム回答との比較により比較され得て、その結果、付着物又はむしろ損傷を有する領域が目標を定めて認識され、表示され得る。このことは重要であり、その理由は、氷や雪や泥などの付着物が稼動障害を引き起こし得るためである。このような調査は、当然のことながら、シャーシにおける他の機械的な支持要素及び接続部にも拡張される。

安全システム１内の１つの又は複数のセンサ２を稼動するための前述の方法は目標を定めた機械的な励起に基づくもので、この励起はシステム内部で中央システムユニット５により作動（トリガ）される。それにより安全検査の意味で静的な障害が検知される。つまりそのために、機能損傷及びその他の障害自体が音を放出するように経過する必要は特にない。外側の励起が動的である及び／又は非調和的である場合の認識及び分析のためにも、前述のシステム１が使用される。この種の外部の振動発生は中でも部材の変形によりもたらされ、それらが監視領域１１内で経過しない場合には監視領域１１内に放射してゆく。それらの外部の振動発生は、それらの拡散の種類により及び各々の周波数パターンにより、外部接触により引き起こされる障害に対する強い徴候を提供する。そのような外部接触の例は、歩行者や自転者の運転者との事故に起因する接触や車両衝突との関連のクラッシュなどである。

監視領域１１に渡ったセンサ２の配分は、安全システム１に対し、中央システムユニット５の仲介のもと、位置測定を用い、始まった変形の極めて迅速な記録、監視領域１１内のそれらの局所限定、又は監視領域１１外のそれらの局所限定を可能とする。更に、変形の経過及び進行を介して各々の事故の重さをも診断することが可能である。この際、再度、データベース９のデータ、並びに局所限定のためにモデル１０が用いられる。詳細化されたこのデータベース９に基づき、中央システムユニット５により、付設のサブシステムを備えた安全装置１２に対して信頼性のある情報が供給され得る。その後、安全装置１２から出発し、様々なエアバック及びベルトテンショナ・システム並びに他の周知の安全措置が、同調された保護方式により成され得て、この保護方式は各々の障害又は事故の種類と重さに依存する。データベース９及び／又はモデル１０に基づいて制御が行なわれ、これらは、提供されている監視領域１１の各々の機械的な特殊性を考慮するように調整されている。歩行者又は二輪車の関与した事故の場合、安全措置として好ましくは所謂アクティブ・エンジンフードが駆動され、このアクティブ・エンジンフードは、衝突の強さを低減するため又は衝撃吸収部を拡大するためにエンジン空間上の領域でリフトアップされる又は角度をもって設定される。

最終的には前述の種類の安全システム１により、アンチ・サウンドなどを生成するために配分された装置も提示可能である。自動車は、大多数、部分システムから成っていて、これらの部分システムは、各自で、また共同でも振動可能である。発生する共振は、低周波領域から、知覚可能、特に聞くことのできる周波数領域を介し、超音波領域に至るまで達する。低周波領域では例えば走行特性が極めてネガティブに該当され得て、特に揺動によるものである。聞くことのできる領域では快適であること又はむしろ乗客の集中度が該当されている。しかし全ての種類の共振は機械的な剛性を損傷し、それにより車両の稼動安全性と耐久性を持続的に損傷する。つまり、配分されたセンサ２を備えた安全システム１を診断ネットワークとして音源を見つけ出すために利用することはとても有利である。この際、音源としては、エンジンや、ホイールサスペンションを備えたホイールそのものだけが観察されるのではない。機械的な音波の伝送によりこれらの振動発生源から離れて共振域が発生し、これらの共振域の方は、その後、振動により増幅されて音も放出する。センサ２により及びモデル１０内に保管されているような構造上の実情の認識によりこの種の共振域をより正確に位置測定することで、センサ２のアクチュエータ・特性により、目標を定めて対抗振動が導入され得て、共振域内でこれらの対抗振動は弱め合う干渉により振動を消すことができる。

図２は自動車の俯瞰図を示していて、この図では図面の見易さのために自動車の半分に１５個よりも幾らか多くの本発明に従うセンサ２が設けられている。センサ２の数がまだ比較的少数であることをもとに、量産においてこのように多くの個別部材を取り付けることが如何に実施しづらいことであるかが既に明らかである。取付時間を劇的に低下させるために、個別部材の数量、またそれらの形状と大きさも適合される。センサ２は、各々、主要な監視領域１１に割り当てられていて、そのためにグループ１３にまとめられている。これらのグループ１３は自己接着式のフォイルキャリアを形成し、このフォイルキャリアは各々の監視領域１１を覆っている。グループ１３内では、詳細には記入されていないセンサ・反応信号７の前処理の行なわれ、特に、各々のセンサ２ｉに対する戻り信号又は反応信号７ｉの一義的な割当てのもとの増幅及びコーディングである。つまりセンサ２のグループ１３は、エンジンフードの左部分、左側のフロントフェンダ、運転者ドア、ルーフルームの一部分にまで入り込む左側の後部ドア、左側のリアフェンダ、並びにバンパー及びトランクルームの左部分のために設けられている。従って、特に一方では事故と結び付いている領域、他方では機械的に強く応力のかかる領域が各々の監視領域１１により検知され、特に車両の車体（ボディ）のＡピラー、Ｂピラー、及びＣピラーである。図示されていないが、右側の車両半分にも実質的に鏡像対称的にセンサ２が対応的に装備されている。

図３は、自動車において異なる２つの監視領域１１を監視するために、図２によるグループ形成のもと、図１に従う部分システム１４を２つ用いた場合のシステムの概要を示している。ここではセンサ信号のグループごとの前処理が意図されていて、この際、自己接着式のフォイルキャリア上の構成グループとしてのグループ１３には前電子装置５ａ、５ｂ及び電気的な信号端子並びに供給端子が装備されている。フレキシブルな自己接着式のフォイルには、ほぼ５０〜６０ｃｍの長さでほぼ１０ｃｍの幅で少なくとも２つのセンサ２が装備されていて、本事例では３つのセンサ２が装備されている。詳細には図示されていないが図２の配置構成では、この種のフォイルがドアごとに各々２つ設けられ、また少なくとも１０個のセンサ２のためにほぼ１ｍの長さで２ｃｍの幅でバンパーごとに１つのフォイルが設けられている。エンジンフードやトランクリッドや車両ルーフのような面のためには、センサ２の対応する配置構成により、この種のフォイルキャリアのために長円形状又は星形状の構成が使用される。

更に図３の図面では、少なくとも１つの安全システム１２の作動がこれに割り当てられている前電子装置５ａ、５ｂにより直接的に行われ得ることが示唆されている。そのために、観察領域即ち監視領域１１に渡って配分されて配設されているグループ１３のセンサ２により検出された信号７は、別個のライン８を介し、各々の前電子装置５ａ、５ｂに短い間隔で提供され、そこで各部分システムのために、割り当てられているデータベース９、及び各々の監視領域１１に対応して調整されているモデル１０ａ、１０ｂに立ち戻って別々に評価される。また選択的に又は追加的に、数種の安全システム１２の作動も中央システムユニット５により行われ得て、この中央システムユニット５は数種の部分システム１４の予め評価された信号を共同で評価する。これを基本にし、その際には、事故のその都度の必要条件に対応して適合された、様々な安全システム１２の全回答の形式の始動方式となる。

図３の図面に対応し、図４は、第２実施形態として２つの部分システム１４の概要を示している。ここでは前電子装置５ａ、５ｂと中央システムユニット５との間の信号ラインがバスライン１５で置換されている。対応的に自己接着式のフォイルキャリア上の構成グループとしてのグループ１３には各々の前電子装置５ａ、５ｂ及びバスシステム内に組み込むための電気的な信号端子が設けられている。前電子装置５ａ、５ｂの各々は、この際、中央システムユニット５とのバスを介した後続するデータ交換のために、較正を伴う信号準備、調整、初期化、並びにプロトコルユニットとして用いられる。この解決策は、高い信頼性の他、特に電磁的に強く負荷されている車両のエンジンルームにおいて、配線手間が極めて減少されていることで反応時間が極めて速いことによっても傑出している。

更に図５は、他の実施形態として図３及び図４に対応する２つのシステムの概要を示している。図４の実施形態に対し、更なる簡素化として、各々、前電子装置５ａ、５ｂのブロックも省略されている。グループ１３のセンサ２は、固有の知能を有するアクティブ要素として、これらが、統一的なバスシステムのバスライン１５に直接的に接続され得るように形成されている。それにより、各グループ１３内の内部の配線手間が更に減少され、この際、システム体系をより良く見渡すことができるようになる。

図６ａには、歩行者保護装置の形式の保護装置１のスケッチが示されている。セラミックセンサ２のグループ１３は、この実施例において、キャリアとしてのフレキシブルフォイル１６に配設されている。このキャリアは一方の端部において前電子装置５ａと接続されていて、この前電子装置５ａ内には、各々のセンサ２から到来し、互いに絶縁されていて、前電子装置５ａ内で前処理される個々のアナログ信号を伝達するための信号ライン１７が通じている。フロントエンドとしての前電子装置５ａに至るまでこの装置は純粋に受動的であり、この際、フレキシブルフォイル１６の領域における、衝突、衝撃、振動、又はその他の影響（インパクト）は、該当するセンサ２内の電荷移動により、対応する電気的な信号を作動する。個々のアナログ信号から獲得されたデータは、引き続き、前電子装置５ａから、データ安全性をより良くするために、バス１５を介し、通常ではＥＭＶ負荷されている車両のエンジンルーム１８を通じ、内部空間１９内へ、中央システムユニット５へと転送される。そこで、その後、データベース９からのデータと共にモデル１０を利用してデータの処理が行われ、この処理は、歩行者・事故を認識した場合、少なくとも１つの適切な安全システム１２の作動がもたらされる。それ故、図６ａの図面に関連して描かれた歩行者保護装置１は、内部構造から見て、図４において説明した両方のシステムの１つに対応する。この際、各センサ２のためにペアとして設けられている信号ライン４及び戻りライン８は、フレキシブルフォイル１６内で信号ライン１７として埋設されて実施されていて、このフォイル１６はセンサ２も支持している。それにより、個々のセンサの位置精度が改善されると同時に組立時間が遥かに短縮される。また部分システムは取付け前に既に前電子装置５ａにより誤りが無いことに関してテストされ得る。

図６ａのＡ-Ａ面の拡大断面図が、図６ｂとして、セラミックセンサ２のグループ１３のキャリアとしてのフレキシブルフォイル１６の内部構造を明確化するために示されている。フレキシブルフォイル１６は様々な役割を満たす：１つの役割は、ボディ２０の表面にグループ１３の各センサ２を機械的に固定することにあり、ボディ２０とは歩行者保護装置１の本事例ではバンパーの機械的に剛性の高い部分である。この固定は、フォイル１６において外側に設けられている自己接着層２１を介してもたらされる。フレキシブルフォイル１６の他の役割は、フォイルに固定されているセンサの電気的な接触にある。そのためにフォイル１６は多層式で構成されている。本事例では、電気的な伝導レーンを有する２つのフォイル層２２が設けられていて、これらのフォイル層２２は各々別々に外側接触部と伝導接続されている。これらの外側接触部は、センサボディ２３において、センサ２の各々における金属化された円形の外側面２４、２５により形成されている。この際、記入された矢印の方向の、事故に起因するセラミックセンサ２の圧縮歪により、信号ライン１７の電気的な伝導レーンであって金属化された外側面２４、２５と接続されている伝導レーンを介し、電荷変化が測定可能である。

最終的にフォイル１６は、環境影響、特に信号を改ざんする電磁的な干渉などに対する保護をも提供する必要がある。この目的のためにフォイル１６は、自己接着層２１とは反対側の外側面において、ＥＭＶ遮蔽のための金属化層或いは金属保護層２６を有する。この連続する接地された保護層２６により、センサ２の反応信号７において全ての重要なスペクトルに渡る有効な保護が保証される。

図６ｂではセラミックセンサ２の構造形式が図示されているがこの他に中でも、接触面が両方とも、例えばセンサ２のセラミックボディ２３内へのメッキ貫通処理により同じ外側面に配設されているという構造形式もある。それに対応し、フレキシブルフォイル１６にこの種のセンサ構造形式を使用する場合には、各々のセンサ２の電気的な接触のために、互いに絶縁されている対応的な信号ライン１７を有する１つのフォイル層２２だけが設けられている。この場合、金属保護層２６は、各々のセンサの回りでフォイル層２２を用いた積層により、むしろ密閉するように接続され得る。

図６ａ及び図６ｂに描かれている装置１は、センサ２の圧力負荷に基づく前述の機能に加え、他の適応のためにも使用可能である。より重い事故の場合、外側のパネル要素やシャーシの支持要素の強い変形により、強い曲げ力及び引張力も加えられる。セラミックセンサ２のボディの通常では小さい外形寸法に基づき、曲げ応力に対するその感度は比較的小さい。しかしそれに対し、フレキシブルフォイル１６内、特にフォイル層２２内に含まれている信号ライン１７は、そのような引張力に対して耐久性をもつが僅かである。つまり事故の間、特に該当する個々のセンサ２又はその信号ライン１７は遮断により前電子装置５ａに対する電気的な接触を失うことになる。この機能欠如は十分に認識され、故障位置測定の意味で使用される。図６ａ内で矢印Ｒにより示唆されている亀裂は、１つのセンサ２を除いてその他の全てのセンサ２を衝撃的に前電子装置５ａから分離することになる。同時に、まだ応答可能な最後のセンサ２ともはや電気的に到達不能であるセンサ２との間で重大な障害が確定可能である。機械的な表面振動を介し、まだ正常なセンサは、事故の間、事故診断と局所限定を追加的に確認する特徴的な信号を受信し、転送することになる。

更には図示されていない適用事例では図６ａのフレキシブルフォイル１６が、金属補強要素と車体の炭素繊維或いはＣＦＫ・強化要素との間において接着により接続された接触箇所を覆っている。その良好な機械的な特性並びに比較的僅かな自重に基づき、自動車構造においても炭素繊維或いはＣＦＫから成る要素が益々と多く製造される。ボルト結合及び／又はリベット結合には手間と費用がかかり、そのように異なる材料間の溶接結合は除外されているので、最近では益々と接着結合が使用される。通常では動的にも負荷されるこの種の接着結合部の長期安定性は既に安全上の理由から監視されなくてはならない。そのためにも従来技術からは様々な試みが知られているが、これらの試みは多くの追加的なコストの原因となっている。ところが本発明に従う安全装置１のフレキシブルフォイル１６を用いた接着結合部のブリッジングでは：この種の接着部が、事故との関連ではなく該当する車両の稼動外において特に極めてゆっくりとはがれるとしても、この弱化は信号ライン１７の亀裂Ｒにより遅くても車両の始動時に即座に検知され、前電子装置５ａを介して適切に報告される。安全上重要なこの監視機能は、フレキシブルフォイル１６の適切な配置構成により、監視機能を伴うアクチュエータ・センサ・特性の実現と並び、設置及び稼動時の追加コストを伴うことなく自動的に得られる。

十分な事前警告は、センサ２として圧電性プラスチックフォイルの使用のもと、敏感で且つ安全上重要な接続部を監視することにより特に可能である。センサ２のボディ２３であって軽量で持続的にフレキシブルであり通常では１０ｃｍ^２よりも小さい大きさでほぼ５〜５００μｍの厚さのボディ２３は、それらの指向された双極性に基づき、既に自ら電荷電位をもち、圧力作用時、また引張り作用時にも、測定可能な容量性の電荷変化を示す。従って、センサ２のために圧電性のプラスチックフォイルを使用した場合、図６ｂに描かれた圧縮力の他に、逆方向に作用する力、並びに面形成されている各々のセンサ２の面内に位置するスラスト力なども検知され得る。

前述のように、安全システム１が様々な実施例を用いて紹介され、この安全システム１は、安価で丈夫で信頼性があり簡単に装着すべきセンサ要素２の使用のもと、広域に渡るセンサネットワークにために構成され得る。全体的に制御可能である必要な計算能力に基づき、個別要素及びシステム全体における自己テストの他、障害の迅速な位置測定、及び損傷の場所、種類、重さのデータの検出、また磨耗及び騒音を低減するために振動及び共振現象の能動的な減衰作用も可能である。

本発明に従う安全システム１を示す概要図である。 自動車を示す俯瞰図であり、この自動車には半分において本発明に従うシステムが装備されている。 ２つの異なる監視領域を監視するための、図１に従うシステムの２つを示す概要図である。 第２実施形態として、図３の描写に対応し、２つのシステムを示す概要図である。 他の実施形態として、図３及び図４の描写に対応し、２つのシステムを示す概要図である。 歩行者保護装置をスケッチ的に示す図である。 図６ａのＡ-Ａ面内の拡大断面図である。

符号の説明

１ 安全システム
２ センサ
３ 左側のフロントフェンダ
４ 信号ライン
５ 中央システムユニット
６ 励起信号
７ 反応信号
８ 戻りライン
９ データベース
１０ モデル
１１ センサ２の監視領域
１２ 安全装置
１３ センサ２のグループ
１４ 部分システム
１５ バスライン
１６ フォイルキャリア
１７ 信号ライン
１８ エンジンルーム
１９ 内部空間
２０ 車体
２１ 自己接着剤
２２ 電気的な伝導レーンを有するフォイル層
２３ セラミックセンサボディ
２４ セラミックセンサ２の金属化された円形の外側面
２５ セラミックセンサ２の金属化された円形の外側接触面
２６ 金属保護層

Claims (17)

1. 安全システム内のセンサを稼動するための方法において、
   センサ（２）が電気的な反応信号（７）を中央システムユニット（５）に送信し、及び中央システムユニット（５）から診断信号及び／又は励起信号（６）により可逆的な電子機械式システムとして励起されることを特徴とする方法。
2. センサ（２）が診断目的のテスト励起生成のために及び／又はセンサ（２）の機能検査の目的のためにそれ自身励起されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. センサ（２）のネットワーク内の少なくとも１つのセンサ（２ｉ）が診断信号及び／又は励起信号（６、６ｉ）により励起され、全てのセンサ（２）の電気的な反応信号（７）が中央システムユニット（５）に送信されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 少なくとも１つのセンサ（２）が共振域の位置測定のために及び制御された対抗振動の生成のために使用されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも１つのセンサ（２）により能動的に生成される位相のずれた振動の制御がネットワーク内のセンサ（２）により監視されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくとも１つの診断信号及び／又は励起信号（６、６ｉ）の作動、少なくとも１つの反応信号（７）の評価、並びに少なくとも１つのセンサ（２）の能動的な振動の制御が、中央システムユニット（５）により行なわれることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. データベース（９）及び／又はモデル（１０）に基づいて制御が行なわれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 事故時、変形の経過及び進行、及び各々の事故の種類及び重さも、データベース（９）のデータを用い、並びにモデル（１０）に対する局所限定のために診断されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 中央システムユニット（５）により準備されたデータがサブシステムに転送される、特に、エアバック・システム及びベルトテンショナ・システム並びに他の周知の安全措置、好ましくはアクティブ・エンジンフードの使用のもと、同調された保護方式を開始するための安全装置（１２）に転送されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 監視及び／又は損傷分析及び振動減衰による損傷予防のための安全システムにおいて、
    この安全システム（１）が、レシプロカルな材料特性を有する少なくとも１つのセンサ（２）、特にピエゾ・センサを有し、このセンサが、目標を定めた励起及び／又は信号分析及び他の評価のために中央システムユニット（５）と接続されていることにより、この安全システム（１）が、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を実施するために形成されていることを特徴とする安全システム。
11. 安全システム（１）がセンサ（２）のネットワークを含んでいて、これらのセンサ（２）が監視領域（１１）に渡って配分されて配設されていて、各々、別個の固有の信号ライン（４）及び戻りライン（８）を介し、中央システムユニット（５）と接続されていることを特徴とする、請求項１０に記載の安全システム。
12. 中央システムユニット（５）が監視領域（１１）の調整されたモデル（１０）及び／又はデータデース（９）と接続されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の安全システム。
13. 安全システム（１）がセンサ（２）のネットワークを含んでいて、これらのセンサ（２）がグループ（１３）にまとめられていることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の安全システム。
14. 多数のセンサ（２）がキャリアとしてのフレキシブルフォイル（１６）内に又はフレキシブルフォイル（１６）に接して配設されていることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の安全システム。
15. センサ（２）のキャリアとしてのフレキシブルフォイル（１６）内に又はフレキシブルフォイル（１６）上に各センサ（２）のために信号ライン（１７）として信号ライン（４）及び戻りライン（８）が配設されていることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の安全システム。
16. フレキシブルフォイル（１６）のフォイル層（２２）内に、各々のセンサ（２）の電気的な接触のための対応的に互いに絶縁されている信号ライン（１７）が設けられていることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の安全システム。
17. センサ（２）として圧電性プラスチックフォイルが設けられていることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の安全システム。

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