JP4027228B2 - 側面衝突を識別するための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
従来技術
本発明は独立請求項の上位概念に記載の側面衝突を識別するための装置および方法から出発する。
【０００２】
ＥＰ６７７８２２号公報から、圧力センサが車両ボディの側部に配置されている、衝突を検出するための装置が公知である。ここでは側面衝突時に、側部に生じている断熱的な圧力上昇が側面衝突を識別するために評価される。その際の側部は充分に遮蔽されている。「断熱的」とは、熱量が一定に保たれていることを意味する。
【０００３】
本発明の利点
独立請求項の特徴部分の構成を有する、側面衝突を識別する本発明の装置ないし方法は従来技術に対して以下の利点を有する。つまり車両ボディの側部に配置される温度センサは、圧力センサより簡素で単純であるという利点を有する。これによってコストを節約することができる。同じように妨害信号、例えば可聴周波数をフィルタリングして除去する必要がない。さらに本発明による装置ないし本発明による方法は堅牢であり、真の車両ボディの変形に反応する。これによって本発明による方法ないし本発明による装置は、側面衝突を示唆するが拘束システムをトリガさせるべきではないイベント（窪みの通過や縁石への乗り上げまたは強い閉扉）の発生に対しては反応しない。
【０００４】
従属請求項に記載された手法および別の構成によって、側面衝突を識別する本発明の装置および方法を有利に改善することができる。
【０００５】
とりわけ有利なのは、温度センサがマイクロマシニング技術によるセンサとして構成されているので温度センサを容易に、かつ大量生産品として製造することができることである。ここでマイクロマシニング技術によるセンサは、極めて精確な温度センサであり得る。
【０００６】
車両の側部にある温度センサの周囲にケーシングを構成することで、有利には熱入射から保護されて、断熱的な効果が高まる。なぜなら温度センサの周囲の空気が良好に密閉されるからである。
【０００７】
さらに有利には、加速度センサを用いることでプラウシビリティ（妥当性）信号が生成される。このプラウシビリティ信号によって、温度センサによる測定に基づいて得られたトリガ信号が検査される。これによって拘束手段に対する不所望のトリガ決定が抑えられる。これによって不要な負傷が阻止され、拘束手段のユーザに対する無駄なコストが避けられる。ここで択一的に、加速度センサがトリガ決定を下し、温度センサがプラウシビリティ信号を供給してもよい。
【０００８】
さらに有利には、絶対的な温度変化と温度グラジェントが所定の閾値を超えた場合にのみ拘束手段がトリガされる。とりわけ温度勾配によって、温度上昇が短時間のものであるかが検査される。これによって車両への日射しによる加熱が不所望なトリガにつながることはない。
【０００９】
複数の温度センサを車両の側部に配置することで一方では冗長性が得られ、他方では温度センサを結果的にその都度変形個所の近くに位置させることにつながる。
【００１０】
図面
図に示された本発明の実施例を以下の明細書でより詳細に説明する。
【００１１】
図１には温度センサが備えられた側部が示されており、
図２には本発明による装置のブロック回路図が示されており、
図３には温度変化を相対的な体積変化と対比させたグラフが示されており、
図４にはマイクロマシニング技術による温度センサが断面図で示されており、
図５にはマイクロマシニング技術による温度センサの平面図が示されており、
図６にはケーシングに設けられた、マイクロマシニング技術による温度センサが示されており、
図７には本発明による方法のフローチャートが示されている。
【００１２】
説明
自動車に設けられる拘束システム（エアバッグ等）の数ははますます増加する傾向にある。拘束システムにおいてまず重要なのは、事故を迅速に識別してエアバックまたはシートベルトプリテンショナー等の相応の拘束手段を効率的に用いることである。しかし同じように重要なのは、拘束手段の不所望なトリガを抑えることである。とりわけ側面衝突時には、拘束手段の側面衝突センサシステムおよび制御部に対する反応時間は正面衝突時の反応時間より格段に短い。キャビンの側部における側面衝突の検出は、側部の変形の開始によって早期に識別されるべきである。多くの側部は充分に遮蔽されているボディ、すなわち空洞であるので、側部の変形時には断熱的な圧力上昇が生じる。この圧力上昇には、断熱的かつ迅速な温度上昇が伴う。それ故に本発明では相応に迅速な少なくとも１つの温度センサが車両の側部に配置され、側面衝突を識別するのに用いられる。絶対的な上昇温度および温度勾配を評価することで、衝突力ないしは衝突速度が求められ、断熱的な温度上昇であると確定することができる。衝突力ないし衝突速度は、所定の時間部分における側部の変形の程度から求めることができる。温度センサと加速度センサを組み合わせることで、温度センサからの側面衝突信号をプラウシビリティチェック（妥当性検査）することができる。すなわちそれが実際に側面衝突であるのか否か、また例えば溶接装置による温度上昇であるのかが確認される。
【００１３】
迅速な温度センサは、有利にはマイクロマシニング技術によるセンサとして構成される。マイクロマシニング技術は極めて精確に温度測定ができる温度センサを可能にし、マイクロマシニング技術によるセンサは大量生産品として容易に製造可能である。
【００１４】
図１には車両の側部１が示されており、この側部内には温度センサ２が配置されている。この側部１（ここでは車両のドア）は、サイドドアの空洞内に温度センサ２を有している。この温度センサ２はここでは、機能ブロックとして示されている。ここには図示されていない評価用電子回路を、温度センサ２とともにサイドドア２の中に配置してもよいし、自動車内の他の場所に配置してもよい。制御装置内でデジタル化が行われるのに対して、ここで例えば測定値増幅器を温度センサとともにチップ上に組み込んでもよい。
【００１５】
図２には本発明による装置のブロック回路図が示されている。温度センサ２は信号処理部３の入力側と接続されている。信号処理部３のデータ出力側は、車両バス４につながり、この車両バスには制御装置５が接続されている。制御装置５は、データ入力側／データ出力側を介して拘束手段６と接続されている。測定値増幅器およびアナログデジタル変換器である電子回路の一部分を、択一的に上述したように配置してもよい。
【００１６】
温度センサ２は、温度に相応して電気信号を供給する。この電気信号は信号処理部３によって増幅され、デジタル化される。このようなデジタルデータはその後バス４を介して制御装置５に伝送される。制御装置５はこのデジタルデータを次のように評価する。つまり絶対的な上昇温度を所定の閾値と比較し、さらに温度勾配（グラジェント）を所定の閾値と比較して評価する。温度勾配は時間ごとの温度変化をあらわす。これによってそれが断熱的な空気圧上昇であるのか否かを検査することができる。温度上昇は、断熱過程において非常に短い時間で行われるはずである。絶対的な上昇温度も温度勾配も実験によって既に定められている閾値を超えた場合、トリガ信号が生成される。このトリガ信号はここで場合によっては加速度センサからの測定信号によって検査される。加速度センサからの測定信号は、実際に側面衝突であるのか否かをあらわす。すなわちプラウシビリティチェックが行われるのである。このような測定信号も所定のイネーブル（リリース）閾値を越えた場合、トリガ決定が受け入れられ、拘束手段６がトリガされる。ここで拘束手段６にはエアバッグやシートベルトプリテンショナーが含まれる。
【００１７】
図３には車両の、空洞として構成された側部における温度変化を相対的な体積変化と関連させたグラフが示されている。例えばこのグラフで体積が１０％変化した場合、上昇温度は既に１３Ｋに達している。これによって早期変形時に既に側面衝突を識別し、トリガ決定を生成できることが保証される。ドアは完全には密閉されていないので、側面衝突の間または側面衝突後に空気がドアから漏洩する。このために変形直後に圧力および温度が、側面衝突前の値に再びほぼ達しているであろう。このことは、ドアが密閉されている度合いが低いと、本発明による側面衝突識別部の感度が低くなるということを意味する。イベント前の空気温度、温度Ｔ_０と温度上昇分ΔＴと体積変化分ΔＶとは関連している。側面衝突後の短時間に対する初期範囲（数ｍｓの範囲）における、ドアが密閉されていないことで起こる圧力損出は無視できるものであり、測定された温度Ｔ_０＋ΔＴによって、断熱的な状態変化が生じる。ここでΔＴは以下の式であらわされる。
【００１８】
【数１】

【００１９】
この式でｋは空気の断熱指数であってＶ_０はドアの体積である。この式から温度変化分ΔＴを推定することができる。Ｔ_０が２９３Ｋの周辺温度でドアの体積が１０％減少した場合、温度は約１３Ｋ上昇する。
【００２０】
図４にはマイクロマシニング技術による温度センサの側面図が示されている。この温度センサは自動車の側部に本発明に相応して配置されている。温度センサ７は白金から成り、熱伝導率が低いダイヤフラム８上に構成されている。ダイヤフラム８はさらにマイクロ構造化の手段によって既に製造されたシリコンから成るフレーム９の上に設けられている。ここでダイヤフラム８は、半導体技術で既知の絶縁物である二酸化ケイ素か、窒化ケイ素から製造される。これらの絶縁物の導電性は低く、従って熱伝送率も低い。択一的に他の絶縁物を使用することもできる。
【００２１】
温度センサ７は白金から成る薄層状エレメントとして構成されており、その抵抗は温度に依存する。この白金から成るエレメントの抵抗を測定することで、ダイヤフラム８上の温度を推定することができる。薄くて小さいのでダイヤフラム８の熱容量は極めて低い。このためダイヤフラム８は非常に迅速に周辺空気の温度を推定することができる。熱伝導率が低いのでダイヤフラム８はシリコンフレーム、従ってこのフレームと接続されているボディと熱的に分離される。このため白金から成るエレメントの温度を上げることができる。しかも熱容量が大きい熱伝導性のボディを加熱することはない。
【００２２】
図５にはマイクロマシニング技術による温度センサの平面図が示されている。シリコンフレーム９上にはダイヤフラム８が設けられている。白金から成るセンサ７はリード線（導体路）１０を有しており、これはいわゆるボンドパッド（Bondpad）につながっている。このボンドパッドの上には、他の電気素子または電子素子との接続を行う接続線がはんだ付け、ないしは接着されている。
【００２３】
図６では、図４および図５に示されたマイクロマシニング技術による温度センサ１３がケーシング内に設けられている。このケーシングは、ケーシングベース１５とケーシングカバー１２と開口部１４を有している。ケーシングベース１５上に温度センサ１３が設けられ、開口部を介して圧力変化が周辺空気とともに伝えられる。断熱過程である限り、このような圧力変化には温度変化が伴う。
【００２４】
図７には本発明の方法がフローチャートであらわされている。ステップ１６では、温度センサ２からの温度信号が信号処理部３によって増幅、デジタル化されて制御装置５に伝送される。ステップ１７では、制御装置５が絶対的な上昇温度および温度勾配を計算する。ステップ１８では、絶対的な上昇温度および温度勾配が所定の閾値と比較されて、側面衝突であるか否かが確認される。２つの閾値が超されている場合、側面衝突は存在し、ステップ１９でこのような識別された側面衝突が加速度センサからの信号によって検査される。加速度センサからの信号（車両の横方向の加速度）もイネーブル閾値を超えている場合、ステップ２０でこの信号がイネーブル閾値を越えていることが確認され、トリガ決定がステップ２１で拘束手段６に伝送される。
【００２５】
ステップ１８で、絶対的な上昇温度または温度勾配がそれぞれの所定の閾値を下回っていることが確認された場合、ステップ１６に戻り、最新の温度値が試される。ステップ２０で、加速度センサからの信号もイネーブル閾値を下回っていることが確認された場合、同じようにステップ１６に戻って、最新の温度信号が試される。
【００２６】
発生している温度上昇分ΔＴに関する迅速な情報は、温度勾配の測定によってより緩慢な温度センサを用いても得ることができる。変形開始後の最初の２０ｍｓのあいだに温度は指数関数
Ｔ（ｔ）＝ΔＴ（１−ｅ^{- ｔ／τ}）
に従って上昇する。
【００２７】
この式でτは、車両の空洞における気温変化の熱的な時定数である。これは実験的に求められ、温度と寿命に関する定数として用いられる。
【００２８】
例えば０. ５ｍｓ後と２ｍｓ後に温度を計測した場合、
Ｔ（0.5ｍｓ）＝ΔＴ（１−ｅ^{- ０．５ｍｓ／τ}）ないし
Ｔ（２ｍｓ）＝ΔＴ（１−ｅ^{- ２ｍｓ／τ}）が得られ、従って
ΔＴ＝（Ｔ（２ｍｓ）−Ｔ（0.5ｍｓ））：(ｅ^{- ０．５ｍｓ／τ}-ｅ^{- ２ｍｓ／τ}）となる。
【００２９】
比較的緩慢な温度センサが、温度上昇分ΔＴを例えば５０ｍｓ後に推定するのは遅すぎる。それにもかかわらずこのような「トリック」によって既に２ｍｓ後に、発生しているΔＴに関する情報が得られる、この情報はその後側面衝突の検出のために所定の閾値と比較される。
【００３０】
択一的な方法は、温度経過の一次導関数を評価することである。実際の温度上昇は、ここで階段関数のようにみなされるべきである。この階段関数は、温度センサの熱的な等価回路図において、熱的な抵抗ｒと熱的な容量とからなる。温度はここで熱的な容量を介して計測される。類似した電圧の循環および方程式から、電流に対する微分方程式が生じる。この微分方程式は、階段関数を温度経過の重み付けされた一次の時間導関数の合計および温度経過そのものによってシミュレートする。この重み付けは、温度センサの技術的な特性に依存する熱的な抵抗の値および熱的な容量から生じる。このようにして、緩慢なセンサによって既に数ｍｓ後に温度上昇に関する情報が得られる。さらに別の構成では、温度経過の一次の時間導関数だけが温度上昇を予測するのに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 温度センサを有する側部。
【図２】 本発明の装置のブロック回路図。
【図３】 相対的な体積変化の温度変化を相互的に示すグラフ。
【図４】 マイクロマシニング技術による温度センサの断面図。
【図５】 マイクロマシニング技術による温度センサの平面図。
【図６】 ケーシング内のマイクロマシニング技術による温度センサ。
【図７】 本発明の方法のフローチャート。

Claims (9)

1. 制御装置（５）に接続可能である少なくとも１つのセンサ（２）を車両ボディの、空洞状に形成された側部（１）内に有している形式の、車両における側面衝突を識別するための装置において、
   前記少なくとも１つのセンサ（２）は温度センサとして構成されており、
   前記制御装置（５）は、前記側部（１）内にある少なくとも１つの温度センサ（２）が測定した温度上昇を側面衝突の識別のために用い、
   前記制御装置（５）は、側面衝突時に拘束手段（６）をトリガする手段を有しており、
   ここで前記制御装置（５）は、前記側部（１）における絶対的な温度変化および前記温度上昇の温度勾配を少なくとも１つの所定の閾値とそれぞれ比較し、
   これらの比較に依存してトリガ決定を下す、
   ことを特徴とする、車両における側面衝突を識別するための装置。
2. 前記少なくとも１つの温度センサ（２）はマイクロマシニング技術による温度センサ（１３）として構成されている、請求項１記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの温度センサ（２）は、側部（１）内のケーシング（１２、１５）の中に設けられている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記装置は、制御装置（５）に接続可能である少なくとも１つの加速度センサを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記制御装置（５）は、少なくとも１つの加速度センサからの信号をイネーブル閾値と比較して、信号が当該イネーブル閾値を超えている場合にトリガ決定を出す、請求項４記載の装置。
6. 前記装置は側部（１）内に複数の温度センサを有しており、
   当該複数の温度センサは、空洞として形成された側部（１）の異なる個所に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 車両ボディの、空洞として形成された側部（１）内に配置されているセンサ（２）からの信号を側面衝突の識別のために用いる形式の、車両における側面衝突を識別するための方法において、
   側部（１）内の温度センサ（２）からの信号を生成し、
   前記温度センサ（２）が温度上昇を測定した場合に側面衝突を識別し、
   側面衝突時に絶対的な温度変化および前記温度上昇の温度勾配を少なくとも１つの閾値とそれぞれ比較し、
   これらの比較に依存してトリガ決定を下す、
   ことを特徴とする、車両における側面衝突を識別するための方法。
8. 加速度センサからの信号をイネーブル閾値と比較し、
   信号が当該イネーブル閾値を越えている場合にトリガ決定を出す、請求項７記載の方法。
9. 車両における側面衝突を識別するための方法を実施する制御装置であって、
   当該方法では、車両ボディの、空洞として形成された側部（１）内の温度センサ（２）からの信号を生成し、
   前記温度センサ（２）は前記制御装置（５）と接続可能であり、
   前記温度センサ（２）が温度上昇を測定した場合に側面衝突を識別し、
   側面衝突時に絶対的な温度変化および前記温度上昇の温度勾配を少なくとも１つの閾値とそれぞれ比較し、
   これらの比較に依存してトリガ決定を下す、
   ことを特徴とする制御装置。

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