WO2006005766A1 - Vorrichtung zum erfassen einer kollision - Google Patents

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WO2006005766A1
WO2006005766A1 PCT/EP2005/053381 EP2005053381W WO2006005766A1 WO 2006005766 A1 WO2006005766 A1 WO 2006005766A1 EP 2005053381 W EP2005053381 W EP 2005053381W WO 2006005766 A1 WO2006005766 A1 WO 2006005766A1
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inductive
sensor part
sensor
planar
distance
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PCT/EP2005/053381
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günter DOEMENS
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical 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
    • B60R21/0136—Electrical 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

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a
  • the known devices have, for example, a coil in which a soft-magnetic core is moved. This will change the magnetic flux in the coil. The change in the magnetic flux is accompanied by a change in the inductive properties of the coil, which can be detected by a measuring device. From the measured change in the inductive properties, it is then possible to deduce the position of the soft-magnetic core. In particular, it is possible to detect a distance covered by the soft magnetic core.
  • IPPS intelligent pedestrian protection system
  • an impact sensor which detects the impact along a bumper at approximately 20 locations. From the values provided by the impact sensors, an impact pattern can then be created on the basis of which a decision about the type of collision is made. can be hit. For example, a distinction is made as to whether it is a pedestrian or a spatially distributed object, for example a wall. In the event of a collision with a pedestrian, the bonnet is then automatically raised, thereby reducing the impact.
  • the function of the device must not be affected by dirt or moisture or high and low temperatures.
  • the device must meet the cost pressure of the automotive industry. The device therefore has to be simple and inexpensive to manufacture and to be able to be mounted in a simple manner.
  • the invention has the object to provide a device for detecting collisions, which is suitable for use in the automotive industry.
  • the device for inductive measurement of a distance comprises an inductive first sensor part, which has a winding arranged on a flat carrier body. Furthermore, the device has a second sensor part, which is an electrical conductor arranged at a distance from the winding, from which relative position to the inductive first sensor part the magnetic flux depends on the first sensor part.
  • both the first and the second sensor part are formed flat. This allows the device to be integrated into a flat extended flexible carrier which can be easily integrated into existing bumpers or karabi pieces. Furthermore, the device can be produced inexpensively, since methods for producing the first and second sensor parts can be used, which are used, for example, for structuring printed conductor webs on printed circuit boards. These methods are preserved and can be carried out at low cost. Finally, it is also possible in a simple manner to encapsulate the flat first and second sensor parts in such a way that they are protected from the influences of the environment.
  • the Tragerkorper is a flexible circuit board.
  • Such flexible printed circuit boards are easily obtainable and can be structured with proven methods.
  • the spatial structure of the first inductive sensor part can be chosen differently.
  • the first sensor part may comprise a single planar coil.
  • the first sensor part may also have planar coils arranged in a plurality of layers. The latter increases the expense in the production of the first sensor part, but leads under circumstances to a greater sensitivity of the device.
  • the planar coil of the first sensor part preferably has spirally running turns. In this case, dae mutual isolation of the individual turns is also unproblematic when the turns are in a plane.
  • a multiplicity of inductive first sensor parts are arranged next to one another in a row. In this case, one end of the windings of the inductive first sensor part can be connected to a common bus and the other end to a multiplexer. Such an arrangement makes it possible to create an impact pattern of a collision in order to deduce the type of collision.
  • the second sensor part which is formed by an electrical conductor, can be designed differently.
  • the second sensor part is a layer of a conductive material which extends along the inductive first sensor part.
  • the eddy currents forming in the layer counteract a flux change in the inductive first sensor part.
  • the influence of the eddy currents is the greater, the closer the conductive layer is to the inductive first sensor part.
  • a short-circuited planar arm is assigned to each inductive first sensor element.
  • currents are produced in the associated planar coils, which causes the change in the magnetic field. Counteract netflow.
  • the influence of the planar coil is the greater, the smaller the distance between the respective inductive first sensor part and the associated planar coil.
  • the second sensor part has a current supplied from a current source
  • the distance between the first and the second sensor part can be determined.
  • a multiplicity of inductive first sensor parts m are embedded in a shell made of a plastic which can be compressed. This measure protects the sensor elements from the influences of the environment. At the same time, such an envelope allows the distance between the inductive first sensor parts and the respective associated second sensor part to be reduced in the event of a collision which compresses the plastic envelope.
  • FIG. 1 is a perspective view of the conductive component of a crash sensor
  • FIG. 2 shows a cross section through the impact sensor from FIG. 1;
  • Fig. 3 is a graph plotting a normalized impedance versus distance to a conductive surface
  • FIG. 4 is a perspective view of the conductive components of another impact sensor
  • FIG. 5 shows a perspective view of a third embodiment of a crash sensor
  • FIG. 6 shows a diagram in which a normalized induced voltage is plotted against the distance between a planar coil and a current loop
  • FIG. 7 shows a plan view of a pressure sensor which can be integrated in pedal or seat mats.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the electrically conductive structures of a crash sensor 1, which has a plurality of planar coils 2 arranged side by side in a row.
  • the planar coils 2 are connected at one end to a common bus 3 and at the opposite end to individual lines 4 which each lead to a multiplexer 5. Via the collecting line 3, the individual planar coils are supplied with current from a current source shown in the figure.
  • the conductor tracks of the planar coils 2 have a spiral shape and are arranged on a flexible printed circuit board 6, which is indicated in outline in FIG. In the distance d from the printed circuit board 6 there is a conductive layer 7.
  • the conductive layer 7 is a contiguous metallic layer. Italian layer.
  • eddy currents which counteract a change in the magnetic flux, are formed in the conductive layer 7.
  • the influence of the conductive layer 7 on the magnetic flux through the planar coils 2 is greater, the smaller the distance d between the conductive layer 7 and the planar coils.
  • FIG. 2 shows a cross section through the impact sensor 1.
  • the conductive layer 7 is formed by a metal band which, like the flexible printed circuit board 6, is surrounded by a deformation body 8.
  • the deformation body 8 is preferably made of a compressible plastic, which is also able to protect the flexible printed circuit board 6 and the conductive layer 7 from harmful environmental influences.
  • the deformation body 8 is further designed such that it can be mounted on a bumper 9 of a motor vehicle.
  • the deformation body 8 is preferably designed in the form of a strip and has a length which corresponds to the length of the bumper 9.
  • the width b of the deformation body 8 is approximately 1.5 centimeters.
  • the height of the deformation body 8 may be in the range of about 0.5 centimeters.
  • the busbar 3 and the finelines 4 are led out of the deformation body 8 at a suitable point.
  • the multiplexer can also be arranged on the flexible printed circuit board, which reduces the number of lines leading out of the deformation element.
  • the deformation body 8 When a compressive force 10 acts on the deformation body 8, the deformation body 8 is compressed. This reduces sxch the distance d between the flexible printed circuit board 6 and the conductive layer 7. As a result, the impedance of the Pinararspulen 2 is significantly reduced. In a cyclic measurement of the impedance of the planar coils 2 by means of the multiplexer 5, the impedance of the planar coils 2 can be measured within a short time. If only with a few planar coils 2 the impedance is reduced 3 st, it can be assumed that the object acting on the bumper 9 is not a flat object.
  • the metallic surface of the bumper 9 can assume the function of the conductive layer 7.
  • the conductive layer 7 can be dispensed with.
  • the bumper 9 need not be made entirely of a metallic material. Rather, it is sufficient if the bumper 9 is partially metallized.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the normalized impedance Z / Zn of a single planar coil 2 as a function of the distance d from the conductive layer 7 is plotted.
  • the reference impedance Zn is the impedance that the planar coil 2 would have without the conductive layer 7.
  • 60 windings are arranged in a coil surface of 30 ⁇ 30 millimeters.
  • the resonance frequency of the planar coil 2 is 17 MHz.
  • FIG. 3 shows a further perspective view of a crash sensor 12, in which [each planar coil 2 is assigned a planar short-circuit coil 13 in each case.
  • the short circuit coils 13 have the same effect as the conductive layer 7.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the essential conductive components of a further impact sensor 14, in which the planar coils 7 are each assigned a single-walled planar current loop 15.
  • the current loops 15 are connected in series and are supplied with current I from a current source (not shown). From the current I flowing through the current loops 15, a magnetic flux is generated in the current loops 15 which penetrates the planar coils 2.
  • a voltage U is thereby induced, which can be tapped off between the collecting line 3 and the individual lines 4.
  • the voltage U induced in the planar coils 2 is the greater, the smaller the distance d ZWj see the current rail 15 and the planar coils 2.
  • FIG. 6 shows a diagram in which the normalized induction voltage U / Un is plotted in one of the planar coils 2 as a function of the distance d between the respective planar coil 7 and the associated current loop 15.
  • the Ver- Measuring planar coil 2 has 60 turns on an area of 30 ⁇ 30 millimeters.
  • a current with a strength of 10 mA and a frequency of 3.5 MHz was sent.
  • the change in the distance d can therefore also be measured if the change in the distance d is considerably smaller.
  • the impact sensor 14 can be protected in an effective manner against electromagnetic interference.
  • the current loops 15 are supplied with a common current signal, as shown in FIG. Coding methods in the frequency and time domain are applied to the current signal, which, together with corresponding filter methods in connection with the measurement of the signals in the planar coils. induced voltage lead to a high electromagnetic interference immunity.
  • the principle described with reference to FIGS. 1 to 6 can also be used for the construction of pressure sensors 17 of the type shown in FIG. In the pressure sensor 17 shown in FIG. 7, which can be integrated, for example, in a seat mat or running mat, a plurality of rows 18 of plastic coils 2 are arranged next to one another.
  • the planar coils 2 are connected in series by means of a row line 19.
  • the pressure sensor 17 becomes matrix-addressable, because when a column line 21 is supplied with current, the voltage induced in the planar coils 2 of the column can be read out at the line lines 19.
  • the impact sensors 1, 12 and 14 described with reference to FIGS. 1 to 6 as well as the pressure sensor 17 offer a number of advantages.
  • the sensors described here be produced simply and inexpensively, since for receiving the planar coils 2, as well as the current loops 15 flexible Lei ⁇ terplatten are provided which are inexpensive to produce, am another advantage is that the function of the impact sensor 1, 12 and 14 and the function of the Pressure sensor 17 are not impaired by temperature, humidity or aging.
  • the assembly of the impact sensor] can moreover be carried out in a simple manner by clamping in a push rod 9, and the high electromagnetic safety of the impact sensor 14 should be emphasized.
  • planar coils 2 need not necessarily be implemented in one layer. If necessary, the sensitivity of the planar coils 2 can be increased by increasing the number of turns. The number of windings can be increased, in particular in the case of a multi-layered embodiment of the planar coils 2. For example, it is conceivable to provide the fJexubJe circuit board 6 on both sides with windings. In this case, it is advantageous to arrange the windings on both sides offset by a distance along the plane of the planar coil in order to keep the capacity of the planar coil low.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Ein Sensor (1) zum Erfassen einer Kollision weist eine Reihe von induktiven ersten Sensorteilen (2) auf, die im Abstand zu einem zweiten Sensorteil (7) angeordnet sind. Die induktiven Eigenschaften des induktiven ersten Sensorteils (2) hängen vom Abstand (d) zum zweiten Sensorteil (2) ab. Durch Messung der induktiven Eigenschaften des induktiven ersten Sensorteils (2) kann der Abstand (d) bestimmt werden. Durch Auswerten der induktiven Eigenschaften der ersten Sensorteile (2) kann ein Kollisionsmuster erstellt werden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Erfassen einer Kollision
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer
Kollision mit einem induktiven ersten Sensorteil, dessen mag¬ netischer Fluss von der relativen Lage zu einem den magneti¬ schen Fluss durch das erste Sensorteil beeinflussenden zwei¬ ten Sensorteils abhängt.
Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Die bekannten Vorrichtungen weisen beispielsweise eine Spule auf, in der ein weichmagnetischer Kern bewegt wird. Dadurch ändert sich der magnetische Fluss in der Spule. Die Änderung des magneti- sehen Flusses geht mit einer Änderung der induktiven Eigen¬ schaften der Spule einher, die sich durch eine Messvorrich¬ tung erfassen lassen. Aus der gemessenen Änderung der induk¬ tiven Eigenschaften kann dann auf die Lage des weichmagneti¬ schen Kerns geschlossen werden. Insbesondere ist es möglich, eine vom weichmagnetischen Kern zurückgelegte Wegstrecke zu erfassen.
Derzeit sind intelligente Systeme in Entwicklung, die der Mi¬ nimierung des Schadens bei Kollisionen von Fahrzeugen mit Personen oder anderen Objekten dienen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Art der Kollision schnell erkanrvt wird, damit automatisch geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Um die Art der Kollision feststellen zu kön¬ nen, sind unter anderem ortsauflösende Aufprallsensoren er— forderlich.
Insbesondere beim so genannten IPPS (= intelligent pedestrian protection System) ist ein Aufprallsensor erforderlich, der entlang einer Stoßstange an etwa 20 Orten den Aufprall er- fasst. Aus den von den Aufprallsensoren gelieferten Werten kann dann ein Aufprallmuster erstellt werden, auf dessen Grundlage eine Entscheidung über die Art der Kollision ge- troffen werden kann. Beispielsweise wird unterschieden, ob es sich um einen Fußgänger oder ein flächenhaft verteiltes Ob¬ jekt, zum Beispiel eine Wand, handelt. Im Falle der Kollision mit einem Fußgänger wird dann automatisch die Motorhaube an- gehoben, um dadurch den Aufprall zu mindern.
Eine Vorrichtung, die zum Einsatz in einem IPPS geeignet ist, πvuss auch unter rauen Umgebungsbedingungen sicher funktionie¬ ren. Insbesondere darf die Funktion der Vorrichtung weder durch Schmutz noch durch Feuchtigkeit oder hohe und niedrige Temperaturen beeinträchtigt werden. Daneben muss die Vorrich¬ tung dem Kostendruck der Automobilindustrie gerecht werden. Die Vorrichtung muss daher einfach und kostengünstig her¬ stellbar sein und auf einfache Weise montierbar sein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen von Kol¬ lisionen zu schaffen, die für den Einsatz in der Automobilin¬ dustrie geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen An¬ sprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun¬ gen angegeben.
Die Vorrichtung zur induktiven Messung eines Abstands umfasst ein induktives erstes Sensorteil, das eine auf einem flachen Trägerkörper angeordnete Windung aufweist. Ferner verfügt die Vorrichtung über ein zweites Sensorteil, das ein im Abstand zu der Windung angeordneter elektrischer Leiter ist, von des¬ sen relativer Lage zum induktiven ersten Sensorteil der mag¬ netische Fluss durch das erste Sensorteil abhängt.
Wenn sich der Abstand zwischen dem ersten Sensorteil und dem zweiten Sensorteil verändert, ändert sich der magnetische Fluss durch das erste Sensorteil, da im zweiten Sensorteil entweder Wirbelströme fließen, die dem vom ersten Sensorteil erzeugten magnetischen Fluss entgegenwirken, oder da der in das zweite Sensorteil eingespeiste elektrische Strom einen magnetischen Fluss erzeugt, der das erste Sensorteil durch¬ setzt. Von besonderem Vorteil ist, dass sowohl das erste als auch das zweite Sensorteil flach ausgebildet sind. Dadurch lasst sich die Vorrichtung in einen flachenmaßig ausgedehnten flexiblen Trager integrieren, der sich auf einfache Weise in vorhandene Stoßstangen oder Karobserieteile integrieren lasst. terner kann die Vorrichtung kostengünstig hergestellt werden, da sich zur Herstellung des ersten und zweiten Sen- sorteils Verfahren verwenden lassen, die beispielsweise zur Strukturierung von Leiterbahnzugen auf Leiterplatten verwen¬ det werden. Diese Verfahren sind bewahrt und können mit ge¬ ringem Kostenaufwand durchgeführt werden. Schließlich ist es auch auf einfache Weise möglich, das flache erste und zweite Sensorteil so zu kapseln, dass es vor den Einflüssen der Um¬ gebung geschützt ist.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist der Tragerkorper eine flexible Leiterplatte. Derartige flexible Leiterplatten sind leicht erhaltlich und können mit bewahrten Verfahren strukturiert werden.
Je nach Anforderung kann die räumliche Struktur des ersten induktiven Sensorteils unterschiedlich gewählt sein. Das ers¬ te Sensorteil kann eine einzelne Planarspule umfassen. Das erste Sensorteil kann aber auch in mehreren Lagen angeordnete Planarspulen aufweisen. Letzteres erhöht den Aufwand bei der Herstellung des ersten Sensorteils, fuhrt aber unter Umstan- den zu einer größeren Sensitivitat der Vorrichtung.
Die Planarspule des ersten Sensorteils weist vorzugsweise spiralförmig verlaufende Windungen auf. In diesem Fall ist dae gegenseitige Isolierung der einzelnen Windungen auch dann unproblematisch, wenn die Windungen in einer Ebene verlaufen. Damit beim Einsatz als Aufprallsensor ein Kollisionsmuster erstellt werden kann, ist bei einer bevorzugten Ausfuhrungs¬ form eine Vielzahl von induktiven ersten Sensorteilen in Rei¬ he nebeneinander angeordnet. Dabei kann das eine Ende der Windungen des induktiven ersten Sensorteils an eine gemeinsa¬ me Sammelleitung und das andere Ende an einen Multiplexer an¬ geschlossen sein. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, ein Aufprallmuster einer Kollision zu erstellen um daraus auf die Art der Kollision zu schließen.
Weiterhin ist es möglich, mehrere Reihen von induktiven ers¬ ten Sensorteilen nebeneinander in einer Fläche anzuordnen. Mit einer derartigen Anordnung können Druckverteilungen in einer Fläche, insbesondere einer Sitzfläche oder Auflageflä- che erfasst werden.
Das zweite Sensorteil, das von einem elektrischen Leiter ge¬ bildet ist, kann unterschiedlich ausgebildet sein.
Bei einer ersten Ausfuhrungsform ist das zweite Sensorteil eine Schicht aus einem leitenden Material, die sich entlang dem induktiven ersten Sensorteil erstreckt. Die sich in der Schicht ausbildenden Wirbelstrome wirken einer Flussänderung in dem induktiven ersten Sensorteil entgegen. Der Einfluss der Wirbelströme ist dabei umso großer, je naher sich die leitende Schicht an dem induktiven ersten Sensorteil befin¬ det. Durch eine Messung einer Messgroße, die mit den indukti¬ ven Eigenschaften des induktiven ersten Sensorteils in Zusam¬ menhang steht, kann auf den Abstand zwischen der Fläche und dem jeweiligen induktiven ersten Sensorteil geschlossen wer¬ den.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist jeweils einem indukti¬ ven ersten Sensorelement eine kurzgeschlossene PlanarspuHe zugeordnet. Bei einer Änderung des magnetischen Flusses durch das induktive erste Sensorteil werden in den zugeordneten Planarspulen Strome hervorgerufen, die der Änderung des Mag- netflusses entgegenwirken. Der Einfluss der Planarspule ist umso großer, je kleiner der Abstand zwischen dem jeweiligen induktiven ersten Sensorteil und der zugeordneten Planarspule ist. Durch Erfassen einer Messgroße, die im Zusammenhang mit den induktiven Eigenschaften des induktiven ersten Sensorteil steht, kann daher der Abstand zwischen dem induktiven ersten Sensorteil und der zugehörigen Planarspu] e erfasst werden.
Bei einer weiteren Ausfuhrungsform weist das zweite Sensor- teil eine mit Strom aus einer Stromquelle beaufschlagte
Stromschleife auf. In diesem Fall kann durch Messung der im ersten induktiven Sensorteil induzierten Spannung der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorteil bestimmt wer¬ den.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist eine Vielzahl von induktiven ersten Sensorteilen m eine Hülle aus einem komp¬ rimierbaren Kunststoff eingebettet. Diese Maßnahme schützt die Sensorelemente vor den Einflüssen der Umgebung. Gleich- zeitig lasst es eine derartige Hülle zu, dass sich der Ab¬ stand zwischen den induktiven ersten Sensorteilen und dem je¬ weiligen zugeordneten zweiten Sensorteil bei einer Kollision, die die Kunststoffhulle komprimiert, verringert.
Vorteilhafterweise lasst sich die bandförmig ausgebildete
Hülle entlang einer Stoßstange eines Kraftfahrzeugs verlegen. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengünstige Vor richtung zur Detektion von Kollisionen eingerichtet werden.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausfuhrungsbei- spiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläu¬ tert werden. Es zeigen:
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des leitenden Bestandteils eines Aufprallsensors; Figur 2 exnen Querschnitt durch den Aufprallsensor aus Fi¬ gur 1;
b igur 3 ein Diagramm, in dem eine normierte Impedanz gegen den Abstand zu einer leitenden Fläche aufgetragen
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Figur 4 eine perspektivische Ansicht der leitenden Bestand¬ teile eines weiteren Aufprallsensors;
Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausfuh¬ rungsform eines Aufprallsensors;
Figur 6 ein Diagramm, in dem eine normierte induzierte Spannung gegen den Abstand zwischen einer PIa- narspule und einer Stromschleife aufgetragen ist; und
Figur 7 eine Aufsicht auf einen in Tritt- oder Sitzmatten integrierbaren Drucksensor.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der elektrisch leitenden Strukturen eines Aufprallsensors 1, der eine Viel¬ zahl von in einer Reihe nebeneinander angeordneten Planarspu- len 2 aufweist. Die Planarspulen 2 sind mit einem Ende an ei¬ ne gemeinsame Sammelleitung 3 und mit dem entgegengesetzten Ende an Einzelleitungen 4 angeschlossen, die jeweils zu einem Multiplexer 5 fuhren. Über die Sammelleitung 3 werden die einzelnen Planarspulen aus einer m cht dargestellten Strom— quelle mit Strom beaufschlagt.
Die Leiterbahnen der Planarspulen 2 weisen einen spiralförmi¬ gen Verlauf auf und sind auf einer flexiblen Leiterplatte 6 angeordnet, die in Figur 1 in Umrissen angedeutet ist. Im Ab¬ stand d zur Leiterplatte 6 befindet sich eine leitende Schicht 7. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausfuhrungsbei- spiel ist die leitende Schicht 7 eine zusammenhangende metal- lische Schicht. Wenn sich der von den Planarspulen 2 erzeugte magnetische Fluss ändert, entstehen in der leitenden Schicht 7 Wirbelstrome, die einer Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirken. Der Einfluss der leitenden Schicht 7 auf den magnetischen Fluss durch die Planarspulen 2 ist dabei umso großer, je kleiner der Abstand d zwischen der leitenden Schicht 7 und den Planarspulen ist. Durch eine Messung der Induktivität der Planarspulen 2 kann daher auf den Abstand d zwischen den Planarspulen 2 und der leitenden Schicht 7 ge- schlössen worden.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Aufprallsensor 1. Bei dem m Figur 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist die leitende Schicht 7 von einem Metallband gebildet, das ebenso wie die flexible Leiterplatte 6 von einem Verformungskorper 8 umschlossen ist. Der Verformungskorper 8 ist vorzugsweise aus einem komprimierbaren Kunststoff hergestellt, der außerdem da^u in der Lage ist, d:e flexible Leiterplatte 6 und die leitende Schicht 7 vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schut- zen. Der Verformungskorper 8 ist ferner so ausgebildet, dass er an einer Stoßstange 9 eines Kraftfahrzeugs montierbar ist. Der Verformungskorper 8 ist vorzugsweise bandförmig ausgebil¬ det und weist eine Lange auf, die der Lange der Stoßstange 9 entspricht. Die Breite b des Verformungskorpers 8 betragt et- wa 1,5 Zentimeter. Die Hohe des Verformungskorpers 8 kann im Bereich von etwa 0,5 Zentimeter liegen. Um einen elektrischen Anschluss der Sammelleitung 3 und der Einzelleitungen 4 an Komponenten zu ermöglichen, die sich im Inneren des Kraft¬ fahrzeugs befinden, sind die Sammelleitung 3 und die Finzel- leitungen 4 an einer geeigneten Stelle aus dem Verformungs¬ korper 8 herausgeführt. Gegebenenfalls kann der Multiplexer auch auf der flexiblen Leiterplatte angeordnet sein, was die Zahl der aus dem Verformungskorper herauszuführenden Leitun¬ gen verringert.
Wenn auf den Verformungskorper 8 eine Druckkraft 10 einwirkt, wird der Verformungskorper 8 komprimiert. Dadurch verringert sxch der Abstand d zwischen der flexiblen Leiterplatte 6 und der leitenden Schicht 7. Dadurch wird die Impedanz der PIa- narspulen 2 deutlich verringert. Bei einer zyklischen Messung der Impedanz der Planarspulen 2 mit Hilfe des Multiplexers 5 kann die Impedanz der Planarspulen 2 innerhalb kurzer Zeit gemessen werden. Wenn nur bei wenigen Planarspulen 2 die Im¬ pedanz verringert 3 st, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem auf die Stoßstange 9 einwirkenden Objekt nicht um ein flachenmaßig ausgedehntes Objekt handelt.
Es sei angemerkt, dass anstelle der leitenden Schicht 7 die metallische Oberflache der Stoßstange 9 die Funktion der lei¬ tenden Schicht 7 übernehmen kann. In diesem Fall kann auf die leitende Schicht 7 verzichtet werden. Zu diesem Zweck muss die Stoßstange 9 nicht vollständig aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein. Vielmehr genügt es, wenn die Stoßstange 9 teilweise metallisiert ist. Daneben ist es mog¬ lnch, die leitende Schicht 7 mn Hilfe einer metallisch ka¬ schierten Folie, zum Beispiel mit Hilfe einer kupferkaschier- ten Folie zu bewerkstelligen.
Figur 3 zeigt ein Diagramm, in dem die normierte Impedanz Z/Zn einer einzelnen Planarspule 2 als Funktion des Abstandes d zu der leitenden Schicht 7 aufgetragen ist. Die Bezugsimpe- danz Zn ist diejenige Impedanz, die die Planarspule 2 ohne die leitende Schicht 7 aufweisen wurde. Bei dem in Figur 3 dargestellten Fall sind 60 Windungen in einer Spulenflache von 30 x 30 Millimeter angeordnet. Die Resonanzfrequenz der Planarspule 2 liegt bei 17 MHz.
Der Zusammenhang zwischen der normierten Impedanz Z/Zn und dem Abstand d ist in Figur 3 durch eine Kurve 11 dargestellt. Bei einem Abstand d = 25 Millimeter betragt die Impedanz Z der Planarspule 2 noch mehr als 90 Prozent der Bezugs]mpedan7 Zn. Bei einem Abstand von d = 5 Millimeter ist die Impedanz der Planarspule 2 entsprechend der Kurve 11 auf etwa 30 Pro¬ zent der Bezugsimpedanz Zn gefallen. In Figur 4 ist eine weitere perspektivische Ansicht eines Aufprallsensors 12 dargestellt, bei dem [jeder Planarspule 2 jeweils eine planare Kurzschlussspule 13 zugeordnet ist. Die Kurzschlussspulen 13 haben die gleiche Wirkung wie die lei¬ tende Schicht 7. Bei einer Änderung des magnetischen Flusses 3n den Planarspulen 7 werden in den Kurzschlussspulen 13 Strome induziert, die der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirken. Der Einfluss der Kurzschlussspulen 13 ist da- bei umso großer, je kleiner der Abstand zwischen den Kurz¬ schlussspulen 13 und den zugehörigen Planarspulen 2 ist. Der in Figur 3 dargestellt Zusammenhang zwischen der Impedanz der Planarspulen 2 und dem Abstand d gilt auch m entsprechender Weise für den Aufprallsensor 12.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der wesentlichen leitenden Komponenten eines weiteren Aufprallsensors 14, bei dem den Planarspulen 7 jeweils eine einwandige planare Strom- schleife 15 zugeordnet ist. Die Stromschleifen 15 sind bei dem in Figur 5 dargestellten Aufprallsensor 14 in Reihe ge¬ schaltet und werden aus einer nicht dargestellten Stromquelle mit Strom I beaufschlagt. Von dem durch die Stromschleifen 15 fließenden Strom I wird in den Stromschleifen 15 jeweils ein magnetischer Fluss erzeugt, der die Planarspulen 2 durch- dringt. In den Planarspulen 2 wird dadurch eine Spannung U induziert, die zwischen der Sammelleitung 3 und den Einzel¬ leitungen 4 abgegriffen werden kann. Die in den Planarspulen 2 induzierte Spannung U ist umso großer, je geringer der Ab¬ stand d ZWj sehen den Stromschie: fen 15 und den Planarspulen 2 ist.
In Figur 6 ist ein Diagramm dargestellt, in dem die normierte Induktionsspannung U/Un in einer der Planarspulen 2 als Funk¬ tion des Abstands d zwischen der jeweiligen Planarspule 7 und der zugeordneten Stromschleife 15 aufgetragen ist. Die Be¬ zugsspannung Un ist dabei diejenige induzierte Spannung, die bei einem Abstand d = 40 Millimeter induziert wird. Die ver- messene Planarspule 2 weist auf einer Fläche von 30 x 30 Mil¬ limeter 60 Windungen auf. Durch die zugehörige Stromschleife 15 wurde ein Strom mit einer Stärke von 10 mA und einer Fre¬ quenz von 3,5 MHz geschickt. Gemäß einer Kurve 16 beträgt die induzierte Spannung U bei einem Abstand von d = 5 Millimeter nahezu das Achtfache der induzierten Spannung bei einem Ab¬ stand von 40 Millimeter. Die Änderung des Abstands d ist da¬ her auch dann messbar, wenn die Änderung des Abstands d we¬ sentlich kleiner ausfällt.
Ein Vorteil des Aufprallsensors 14 ist, dass dieser auf wirk¬ same Weise gegen elektromagnetische Störungen abgesichert werden kann. Zu diesem Zweck werden die Stromschleifen 15 wie in Figur 5 dargestellt mit einem gemeinsamen Stromsignal ver- sorgt. Auf das Stromsignal werden Codierverfahren im Fre¬ quenz- und Zeitbereich angewandt, die zusammen mit korrespon¬ dierenden Filterverfahren im Zusammenhang mit der Messung der in den Planarspulen ?. induzierten Spannung zu einer hohen e- lektromagnetischen Störsicherheit führen. Das anhand der Fi- guren 1 bis 6 beschriebene Prinzip kann auch für die Kon¬ struktion von Drucksensoren 17 von der in Figur 7 dargestell¬ ten Art verwendet werden. Bei dem in Figur 7 dargestellten Drucksensor 17, der beispielsweise in eine Sitzmatte oder Trittmatte integrierbar ist, sind mehrere Reihen 18 von Pia— narspulen 2 nebeneinander angeordnet. Innerhalb einer Reihe 18 sind die Planarspulen 2 mit Hilfe einer Zeilenleitung 19 in Reihe geschaltet. Im Abstand zu den Planarspulen 2 befin¬ den sich Reihen 20 von Stromschleifen 15, die durch Spalten¬ leitungen 21 in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird der Drucksensor 17 matrixadressierbar, denn wenn eine Spaltenlei¬ tung 21 mit Strom beaufschlagt wird, kann die in den Pla¬ narspulen 2 der Spalte induzierte Spannung an den Zeilenlei¬ tungen 19 ausgelesen werden.
Die anhand der Figuren 1 bis 6 beschriebenen Aufprallsensoren 1, 12 und 14 sowie der Drucksensor 17 bieten eine Reihe von Vorteilen. Zum einen können die hier beschriebenen Sensoren einfach und kostengünstig hergestellt werden, da zur Aufnahme der Planarspulen 2, sowie der Stromschleifen 15 flexible Lei¬ terplatten vorgesehen sind, die kostengünstig herstellbar sind, bin weiterer vorteil ist, dass die fcunktion des Auf- prallsensors 1, 12 und 14 sowie die Funktion des Drucksensors 17 nicht von Temperatur, Feuchtigkeit oder Alterung beein¬ trächtigt sind. Die Montage des Aufprallsensors ] kann dar¬ über hinaus auf einfache Weise durch Einklemmen in eine Sto߬ stange 9 vorgenommen werden, terner ist die hohe elektromag- netische Storsicherheit des Aufprallsensors 14 hervorzuheben.
Es sei angemerkt, dass die Planarspulen 2 nicht notwendiger¬ weise einlagig ausgeführt werden müssen. Falls erforderlich kann die Sensitivitat der Planarspulen 2 erhöht werden, indem die Anzahl der Windungen vergrößert wird. Die Anzahl der Win¬ dungen lässt sich insbesondere bei einer mehrlagigen Ausfuh¬ rung der Planarspulen 2 vergrößern. Beispielsweise ist es denkbar, die fJexubJe Leiterplatte 6 auf beiden Seiten mit Windungen zu versehen. In diesem Fall ist es von Vorteil die Windungen auf beiden Seiten um eine Strecke entlang der bbene der Planarspule versetzt anzuordnen, um die Kapazität der Planarspule niedrig zu halten.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erfassen einer Kollision mit einem in¬ duktiven ersten Sensorteil (2) , dessen magnetischer Fluss von der relativen Lage zu einem den magnetischen Fluss durch das erste Sensorteil (2) beeinflussenden zweiten Sensorteil (7, 13, 15) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive erste Sensorteil (2) eine auf einem flachen Trägerkörper (6) angeordnete Windung aufweist und das zweite Sensorteil (7, 13, 15) ein im Abstand zu der Windung in einer Fläche angeordneter elektrischer Leiter ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (6) flexibel ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive erste Sensorteil eine Planarspule (2) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planarspule (2) Leiterbahnen in mehreren Lagen aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planarspule (2) spiralförmig verlaufende Leiterbahnen aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sensorteil eine elektrisch leitende Schicht (7) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sensortexl eine Kurzschlussspule (13) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine an das induktive erste Sensorteil (2) angeschlossene Messvorrichtung die Induktivität des induktiven ersten Sen¬ sorteils (2) rni sst.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sensorteil eine an eine Stromquelle angeschlossene Stromschleife (15) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine an das induktive erste Sensorteil (2) angeschlossene Messvorrichtung die im induktiven ersten Sensorteil (2) indu¬ zierte Spannung misst.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von induktiven ersten Sensorteilen (2) m Reihe nebeneinander angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende der induktiven ersten Sensorteile (2) an eine gemeinsame Sammelleitung (3) und das andere Ende an Einzel¬ leitungen (4) angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleitungen (4) an einen Multiplexer (5) angeschlos¬ sen sand.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass federn induktiven ersten Sensorteil (2) ein zweites Sensorteil (13, 15) zugeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive erste Sensorelement von einem Verformungskörper (8) umschlossen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungskörper (8) aus einem komprimierbaren Kunst¬ stoff hergestellt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an einer Stoßstange (9) eines Kraftfahrzeugs anbringbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sensorteil ein elektrisch leitender Bestandteil der Stoßstange (9) ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reihen von induktiven ersten Sensorteilen (2) und zweiten Sensorteilen (15) nebeneinander angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Planarspulen (2) durch Zeilenleitungen (19) in Reihe ge¬ schaltet sind und die zweiten Sensorteile (15) durch Spalten¬ leitungen (21) in Reihe geschaltet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in eine Druckmatte integriert ist.
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