WO2006102865A1 - Fahrzeugsensor - Google Patents

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WO2006102865A1
WO2006102865A1 PCT/DE2006/000457 DE2006000457W WO2006102865A1 WO 2006102865 A1 WO2006102865 A1 WO 2006102865A1 DE 2006000457 W DE2006000457 W DE 2006000457W WO 2006102865 A1 WO2006102865 A1 WO 2006102865A1
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WO
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vehicle
channel
sensor according
vehicle sensor
carrier
Prior art date
Application number
PCT/DE2006/000457
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Fendt
Lothar Weichenberger
Manfred Kulesch
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic Gmbh filed Critical Conti Temic Microelectronic Gmbh
Priority to DE112006000085T priority Critical patent/DE112006000085A5/de
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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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/02—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by magnetic means, e.g. reluctance
    • 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
    • B60R2021/01302—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 monitoring vehicle body vibrations or noise
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/0205—Diagnosing or detecting failures; Failure detection models

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle sensor according to claim 1.
  • Safety systems of vehicles such as occupant or pedestrian protection systems are intended to provide road users with a variety of
  • a fast and secure detection of a so-called crash signature for activation of the protection means of a safety system is especially important in accidents; where the available crumple zone is very low, e.g. in the case of a side impact, or in which the accident opponent or obstacle has a very low mass in relation to the vehicle, e.g. in clashes with pedestrians.
  • the signals generated by acceleration sensors arranged centrally in the vehicle usually have a very low amplitude and, moreover, exceed a threshold value provided for triggering a protective means very late after the actual impact event.
  • assistance sensors are used in the vehicle which are mounted close to critical impact locations on the vehicle, for example in the area of the doors or bumpers.
  • the assistant sensors can open
  • a structure-borne sound sensor is mounted on a vehicle structure 5 constituting the above-mentioned ferromagnetic element 2.
  • This is preferably a metallic element.
  • a transmitter 1.1 in particular a coil, generates a magnetic field whose flux lines are indicated in FIG. 1 and extend through a ferromagnetic material 1.3 of the sensor 1 and partly through the ferromagnetic element 2.
  • elements 1.3 and 2 therefore, a magnetic circuit is formed, in which concentrates the magnetic flux, which is generated by the transmitter 1.1.
  • this magnetic circuit is a further coil as a receiver 1.2 for changes in the magnetic field. Changes in the magnetic flux detected by the receiver 1.2 are processed by a signal evaluation unit 1.5.
  • the unit 1.5 generates an output signal at an interface 7, which communicatively connected to a control device of a safety device of a vehicle, for example.
  • Structure-borne sound waves generated in a crash of the vehicle propagate through the vehicle structure 5, thereby generating a change in the magnetic field due to the magnetic flux partially passing through the vehicle structure 5.
  • This change can be detected by the sensor 1 and communicated to a control unit for, for example, an occupant protection system.
  • Such a sensor must therefore be mounted on a support which is part of the magnetic circuit and conducts the magnetic flux well, that is preferably on a metallic element such as a metal substrate. the vehicle chassis or even better a body part.
  • a metallic element such as a metal substrate. the vehicle chassis or even better a body part.
  • lighter materials such as aluminum or glass fiber reinforced plastic (GRP) are increasingly used for durability and weight reasons, in particular for body parts, which are less suitable for such a sensor due to their magnetic properties.
  • GFP glass fiber reinforced plastic
  • no air gap between the sensor and the carrier must occur when mounting this sensor, as this would interrupt the magnetic flux and the functionality of the sensor would be limited. Therefore, the assembly must require very careful, which is very complicated and difficult to do.
  • Object of the present invention is therefore to propose a vehicle sensor that can be mounted on lightweight materials such as aluminum or fiberglass without much technical effort. This object is achieved by affysor with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • An essential idea of the invention is to form a channel with electrical and / or magnetic properties within a vehicle sensor, ie in its interior, and to fasten the vehicle sensor on any vehicle structure in such a way that vibrations in the vehicle structure are transmitted to the vehicle sensor in that changes in the characteristics of the channel occur inside the sensor.
  • Such a sensor can also be mounted on non-magnetic materials such as aluminum or GRP and detect vibrations in these materials.
  • the problem of an air gap during assembly of the sensor does not occur. The channel is thus not formed within the carrier, but within the sensor.
  • the invention relates to a vehicle sensor which can detect vibrations caused by an impact and comprises a sensor in which a channel is formed.
  • the transducer is now mounted and formed on a carrier such that vibrations in the carrier alter electromagnetic properties of the channel.
  • a magnetic field is formed in the transducer, which is essentially concentrated in the channel and is measurably influenced by changes in the electromagnetic properties of the channel.
  • the magnetic field is essentially located in the vehicle sensor, more precisely in the channel of the measuring sensor, whereby the sensor does not require a specific vehicle structure for closing a magnetic circuit.
  • the sensor according to the invention is therefore also suitable for mounting on non-magnetic materials, such as aluminum or GFRP.
  • the channel may also have a capacitance that is measurably affected by changes in the electromagnetic properties of the channel. Due to the vibrations in the carrier here the capacity of the channel is changed so that it can be measured and can serve as a measure of the vibrations.
  • the carrier is a substrate, a wiring carrier or a foil.
  • the transducer can be manufactured, for example, by means of a semiconductor manufacturing process.
  • the carrier can serve as a substrate for the transducer.
  • the transducer has a signal source for generating a magnetic field and a signal sink for the magnetic field; the flow of the magnetic field is essentially concentrated in the channel.
  • the magnetic properties of the channel substantially determine the magnetic field and the changes in the magnetic field
  • the channel can be implemented, for example, by ferromagnetics.
  • the vehicle sensor may also have a signal evaluation unit for evaluating changes in a magnetic field in the channel, in particular occurring during oscillations in the carrier inductance changes.
  • a signal evaluation unit for evaluating changes in a magnetic field in the channel, in particular occurring during oscillations in the carrier inductance changes.
  • an integrated sensor is provided which can generate evaluable output signals directly by, for example, a control device of a safety device of a vehicle.
  • the vehicle evaluation unit can already prepare or prepare the measurements of magnetic field changes in the channel of the measuring sensor by the signal evaluation unit, so that the control unit receives in principle only the measurement result, for example as a digital signal, and allows it to flow directly into triggering decisions for protective means of the safety device.
  • the signal evaluation unit can also be designed to evaluate capacitance changes occurring in the channel during vibrations in the carrier.
  • vibrations occur in the carrier, which are caused, for example, in a crash by structure-borne sound waves
  • changes in the electromagnetic properties, such as the capacitive properties of the channel are effected in the channel.
  • These capacitive property changes can be detected. They can be used, for example, to measure the intensity of the vibrations acting on the sensor or also to check the plausibility of the measurements of, for example, magnetic field changes.
  • the carrier can be connected to a vehicle structure by means of a non-positive and / or largely positive connection, which is designed in particular as a splice or contact layer.
  • the carrier preferably has contact structures on its side to be connected to a vehicle structure, which are designed to make contact with the vehicle structure.
  • Such contact structures can improve the coupling between sensor and vehicle structure and thus transmit vibrations occurring in the vehicle structure more efficiently to the measuring sensor.
  • the vehicle sensor is designed for use in a safety device of a vehicle, for example in order to improve the detection of a crash of the vehicle and to be able to use protection means of the safety device more efficiently.
  • it can also be designed for use in a diagnostic device of a vehicle, for example in order to detect vibrations in the vehicle that can occur due to damage, such as bearing damage.
  • the invention further relates to a safety device, in particular an occupant protection system of a vehicle, preferably of a motor vehicle, which has at least one vehicle sensor according to the invention.
  • the invention relates to a diagnostic device of a vehicle, in particular of a motor vehicle, having at least one vehicle sensor according to the invention.
  • the invention relates to the use of a vehicle sensor according to the invention for the detection of bearing damage, Bremsverschleiss, Dröhngehoffschen in a motor vehicle, abnormalities of an internal combustion engine and / or road surfaces and / or property damage (sheet metal damage or glass breakage).
  • FIG. 1 shows a conventional vehicle sensor in which a vehicle structure is required for closing a magnetic circuit of the sensor
  • Fig. 2 shows an embodiment of a vehicle sensor according to the invention.
  • FIG. 4 Section of the sensor 1 according to FIG. 3 in the region of the channel 3.6.
  • FIG. 6 shows a section through the sensor according to FIG. 5
  • FIG. 7 is a plan view of the meander structure of the sensor according to FIG. 5 Identical and / or functionally identical elements may be provided with the same reference numerals below. For the description of Fig. 1, reference is made to the introduction to the description.
  • the vehicle sensor 1 shown in Rg. 2 comprises a transducer 3 having a source 3.4, here a coil for generating a magnetic field 3.1.1, and a sink 3.5 for the magnetic field generated by the source 3.4, here also a coil.
  • the transducer 3 is mounted on a carrier 3.7, here a magnetically conductive material.
  • a channel 3.6 with magnetic conductivity which is formed by the fact that source 3.4 and sink 3.5 are embedded in a ferromagnetic material.
  • the magnetic field 3.1.1 generated by the source 3.4 essentially concentrates in the channel 3.6, in particular because of its good magnetic conductivity.
  • the sensor 1 can therefore be mounted on any material and, in contrast to the input explained sensor does not require special materials of a vehicle structure to close a magnetic circuit.
  • the electrical equivalent circuit diagram of the channel 3.6 is shown in FIG. 2 by an electrical resistance 3.3, an electrical inductance 3.1 and an electrical capacitance 3.2. Due to the properties of the channel 3.6, the inductance 3.1 and the capacitance 3.2 are dependent on the forces acting on the channel 3.6 forces that are caused in the intended use as a crash sensor in the vehicle in particular by vibrations that occur in a crash. Since such forces cause strains and compressions of the channel 3.6, if the sensor 1 is fixedly connected to a vehicle structure 5, the capacitance 3.2 and the inductance 3.7 change detectably. Such changes in the inductance 3.1 also cause changes in the magnetic field 3.1.1, which is detected by the sink 3.5.
  • the vehicle sensor 1 has a signal evaluation unit 1.5, which is implemented by a microelectronic circuit and accommodated together with the transducer 3 in the housing of the sensor 1.
  • the signal evaluation unit 1.5 may have a microprocessor with a memory. A program is stored in the memory, which sets the microprocessor to evaluate the signals transmitted via channel 3.6.
  • the signal evaluation unit 1.5 is therefore designed such that it measures an induction voltage generated by the magnetic field 3.1.1 in the drain 3.5.
  • the signal evaluation unit 1.5 can detect changes in the induced voltage and form an output signal of the sensor 1 dependent on it, which emits it via an interface 7 to an unillustrated control unit of an occupant protection system for further evaluation.
  • the sensor 1 is mounted in Fig. 2 on the vehicle structure 5 via a carrier 3.7 in the form of a film.
  • the film 3.7 has a tolerance-compensating effect, so that there is a close mechanical coupling between the measuring sensor 3 and the vehicle structure 5. This coupling should be strong and largely positive fit to all the forces occurring in the vehicle structure 5 as well as possible on the
  • Transducer 3 in particular on the channel 3.6 to transfer.
  • the sensor according to the invention makes it possible to detect "material stress", in particular vibrations in a material which occur in the vehicle as a result of a crash or due to oscillations.
  • the sensor is suitable for mounting on any vehicle structures such as on the front roof node of a vehicle
  • the material of the vehicle structure on which the sensor is mounted does not have to be a (ferromagnetic) magnetic material, but may also be glass or plastic not just for capturing
  • FIG. 3 shows the embodiment for sensing the changes in the capacitive properties of the channel.
  • the structure-borne sound waves 6.0 are fed to the channel 3.6, or are coupled to it via the vehicle structure.
  • the mechanical structure-borne sound waves 6.0 are converted into an electrically evaluatable signal, which is processed by the downstream signal evaluation 1.5.
  • the source 1.1 and sink 1.2 in this case the operating point or the sensitivity, and the frequency characteristics of the channel are set.
  • An evaluation of the detected signal components can take place here by evaluation of the source / sink signals and / or the source and drain signals.
  • FIG. 4 shows a section of the sensor 1 according to FIG. 3 in the region of the channel 3.6.
  • FIG. 5 shows a realization of the sensor according to the invention in which the inductive properties of the channel are evaluated, wherein the inductance according to FIG. 7 is realized on a semiconductor substrate 1.6 by being applied / formed as a meander, for example.
  • the structure-borne sound signal induces a voltage change in the coil, which are supplied via the terminals S1 and S2 of the signal evaluation.
  • the source 1.1 and sink 1.2 here again the operating point or the sensitivity, and the frequency characteristics of the channel are set.
  • FIG. 6 shows a section of the sensor 1 according to FIGS. 5 and 7 in the region of the channel 3.6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugsensor (1) , der durch einen Aufprall verursachte Schwingungen erfassen kann und einen Messwertaufnehmer (3) umfasst, innerhalb dem ein Kanal (3.6) ausgebildet ist, wobei der Messwertaufnehmer (3) auf einem Träger (2.1 , 3.7) derart aufgebracht und ausgebildet ist, dass Schwingungen im Träger (2.1, 3.7) elektrische und/oder magnetische Eigenschaften des Kanals (3.6) verändern.

Description

Fahrzeugsensor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugsensor gemäss Anspruch 1.
Sicherheitssysteme von Fahrzeugen wie beispielsweise Insassen- oder Fußgängerschutzsysteme sollen Verkehrsteilnehmer bei unterschiedlichsten
Unfallsituationen schützen. Die Aktivierung von Sicherheitssystemen ist jedoch vor allem in Unfallsituationen kritisch, bei denen eine eindeutige Crash-Erkennung kaum oder überhaupt nicht möglich ist. Dies trifft insbesondere für solche Situationen zu, bei denen entweder aufgrund des Unfallgegners oder des Aufprallwinkels die durch den Crash erzeugten Signale eine sehr geringe Amplitude aufweisen oder bedingt durch ihre geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit im Fahrzeug erst sehr spät von einem zentralen Steuergerät eines Sicherheitssystems detektiert werden.
Eine schnelle und sichere Erfassung einer sogenannten Crashsignatur zur Aktivierung vom Schutzmitteln eines Sicherheitssystems ist vor allem bei Unfällen wichtig; bei denen die zur Verfügung stehende Knautschzone sehr gering ist, wie z.B. bei einem Seitenaufprali, oder bei denen der Unfallgegner bzw. das Hindernis eine sehr geringe Masse im Verhältnis zum Fahrzeug besitzt, wie z.B. bei Zusammenstössen mit Fußgängern. In derartigen Fällen besitzen meistens die von zentral im Fahrzeug angeordneten Beschleunigungssensoren erzeugten Signale eine sehr geringe Amplitude und überschreiten zudem sehr spät nach dem eigentlichen Aufprallereignis einen zur Auslösung eines Schutzmittel vorgesehenen Schwellwert.
Zur Lösung dieses Problems werden Assistenzsensoren im Fahrzeug eingesetzt, die - nahe an kritischen Aufprallorten am Fahrzeug montiert sind, wie beispielsweise im / .Bereich der Türen oder Stoßstangen. Die Assistenzsensoren können auf
; unterschiedlichen Prinzipien basieren, wie beispielsweise der Sensierung von Druck, Körperschall oder der bei einem Aufprall auftretenden Beschleunigung.
Ein weiteres, aus der DE 696 18 795 T2 bekanntes Prinzip basiert auf der Detektion der Änderung von ferromagnetischen Eigenschaften eines ferromagnetischen Elements, das durch die bei einem Aufprall entstehenden Dehnungswellen verformt wird. Die Dehnungswellen bewirken den messbaren invers-magnetostriktiven oder „Villari"-Effekt im ferromagnetischen Element. Dieser Effekt wird durch eine Induktionsspule erfasst, die sich im Magnetfeld eines Dauermagneten befindet. Im Magnetfeld des Dauermagneten befindet sich ausserdem das ferromagnetische Element, dessen Verformung das Magnetfeld des Dauermagneten über die Induktionsspule messbar beeinflusst. Zur einwandfreien Funktion benötigt ein derartiger Sensor einen geschlossenen magnetischen Kreis, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Der in Fig. 1 gezeigte ^ Sensor 1 , ein Körperschallsensor, ist auf einer Fahrzeugstruktur 5 montiert, die das oben erwähnte ferromagnetische Element 2 bildet. Vorzugsweise ist dies ein metallisches Element. Ein Sender 1.1 , insbesondere eine Spule, erzeugt ein Magnetfeld, dessen Flusslinien in Fig. 1 angedeutet sind und durch ein ferromagnetisches Material 1.3 des Sensors 1 sowie teilweise durch das ferromagnetische Element 2 verlaufen. Durch die Elemente 1.3 und 2 wird also ein magnetischer Kreis gebildet, in dem sich der magnetische Fluss konzentriert, der vom Sender 1.1 erzeugt wird. In diesem magnetischen Kreis befindet sich ein eine weitere Spule als Empfänger 1.2 für Änderungen des Magnetfelds. Durch den Empfänger 1.2 detektierte Änderungen im magnetischen Fluss werden durch eine Signalauswerteeinheit 1.5 verarbeitet. Die Einheit 1.5 erzeugt ein Ausgangssignal an einer Schnittstelle 7, die beispielsweise mit einem Steuergerät einer Sicherheitsvorrichtung eines Fahrzeugs kommunikationsmässig verbunden ist. Bei einem Crash des Fahrzeugs erzeugte Körperschallwellen breiten sich durch die Fahrzeugstruktur 5 aus und erzeugen dadurch eine Änderung des Magnetfeldes aufgrund des teilweise durch die Fahrzeugstruktur 5 verlaufenden magnetischen Flusses. Diese Änderung kann durch den Sensor 1 detektiert und an ein Steuergerät für beispielsweise ein Insassenschutzsystem kommuniziert werden.
Ein derartiger Sensor muss also auf einem Träger montiert werden, der Teil des magnetischen Kreises ist und den magnetischen Fluss gut leitet, also vorzugsweise auf einem metallischen Element wie z.B. dem Fahrzeugchassis oder noch besser einem Karosserieteil. Im Fahrzeugbau werden jedoch zunehmend aus Haltbarkeits- und Gewichtsgründen insbesondere für Karosserieteile leichtere Materialien wie Aluminium oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) eingesetzt, die sich aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften für einen derartigen Sensor weniger eignen. Zudem darf bei Montage dieses Sensors kein Luftspalt zwischen Sensor und Träger auftreten, da dadurch der magnetische Fluss unterbrochen würde und die Funktionsfähigkeit des Sensors eingeschränkt wäre. Daher muss die Montage sehr sorgfältig erfordern, was sehr aufwendig und schwierig zu bewerkstelligen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Fahrzeugsensor vorzuschlagen, der auf leichten Materialien wie beispielsweise Aluminium oder GFK ohne grossen technischen Aufwand montiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch einen Fahrzeugensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, einen Kanal mit elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften innerhalb eines Fahrzeugsensors, also in dessen Innerem, auszubilden, und den Fahrzeugsensor derart auf einer beliebigen Fahrzeugstruktur zu befestigen, dass Schwingungen in der Fahrzeugstruktur auf den Fahrzeugsensor so übertragen werden, dass Änderungen der Eigenschaften des Kanals im Inneren des Sensors auftreten. Ein derartiger Sensor kann auch auf nichtmagnetischen Materialien, wie Aluminium oder GFK, montiert werden und Schwingungen in diesen Materialien detektieren. Zudem tritt nicht das Problem eines Luftspaltes bei der Montage des Sensors auf. Der Kanal wird also nicht innerhalb des Trägers, sondern innerhalb des Sensors gebildet.
Die Erfindung betrifft gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Fahrzeugsensor, der durch einen Aufprall verursachte Schwingungen erfassen kann und einen Messwertaufnehmer umfasst, in dem ein Kanal ausgebildet ist. Der Messwertaufnehmer ist nun auf einem Träger derart aufgebracht und ausgebildet, dass Schwingungen im Träger elektromagnetische Eigenschaften des Kanals verändern.
Vorzugsweise ist im Messwertaufnehmer ein Magnetfeld ausgebildet ist, das im Wesentlichen im Kanal konzentriert ist und durch Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften des Kanals messbar beeinflusst wird. Im Unterschied zum eingangs erläuterten Stand der Technik befindet sich hier das Magnetfeld im Wesentlichen im Fahrzeugsensor, genauer gesagt im Kanal des Messwertaufnehmers, wodurch der Sensor keine bestimmte Fahrzeugstruktur zum Schließen eines magnetischen Kreises benötigt. Der erfindungsgemäße Sensor eignet sich daher auch zur Montage auf nichtmagnetischen Materialien, wie beispielsweise Aluminium oder GFK.
Der Kanal kann auch eine Kapazität besitzen, die durch Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften des Kanals messbar beeinflusst wird. Durch die Schwingungen im Träger wird hier die Kapazität des Kanals derart verändert, dass sie gemessen werden kann und als Mass für die Schwingungen dienen kann. Vorzugsweise ist der Träger ein Substrat, ein Verdrahtungsträger oder ein Folie.
Der Messwertaufnehmer kann beispielsweise mittels eines Halbleiter- Fertigungsprozesses hergestellt werden. In einem derartigen Fall kann beispielsweise der Träger als Substrat für den Messwertaufnehmer dienen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Massenproduktion mit bereits erprobten und gängigen Verfahren der Halbleiter-Prozesstechnologie, wie sie beispielsweise zur Herstellung von integrierten Schaltungen oder Hybridschaltungen eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Messwertaufnehmer eine Signalquelle zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Signalsenke für das Magnetfeld auf; der Fluss des Magnetfeldes ist im Wesentlichen im Kanal konzentriert. Hierbei bestimmen die magnetischen Eigenschaften des Kanals im Wesentlichen das Magnetfeld und die Änderungen des Magnetfeldes bei
Schwingungen des Trägers. Der Kanal kann beispielsweise durch Ferromagnetika implementiert werden.
Der Fahrzeugsensor kann auch eine Signalauswerteeinheit zum Auswerten von Änderungen eines Magnetfeldes im Kanal, insbesondere von bei Schwingungen im Träger auftretenden Induktivitätsänderungen aufweisen. Dadurch wird ein integrierter Sensor geschaffen, der direkt durch beispielsweise ein Steuergerät einer Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs auswertbare Ausgangssignale erzeugen kann. Mit anderen Worten kann durch die Signalauswerteeinheit bereits im Fahrzeugsensor eine Auf- oder Vorbereitung der Messungen von Magnetfeldänderungen im Kanal des Messwertaufnehmers erfolgen, so dass das Steuergerät im Prinzip lediglich das Messergebnis beispielsweise als digitales Signal empfängt und direkt in Auslöseentscheidungen für Schutzmittel der Sicherheitseinrichtung einfliessen lässt.
Die Signalauswerteeinheit kann ferner zum Auswerten von im Kanal bei Schwingungen im Träger auftretenden Kapazitätsänderungen ausgebildet sein. Beim Auftreten von Schwingungen im Träger, die beispielsweise bei einem Crash durch Körperschallwellen verursacht werden, werden im Kanal Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften, wie die kapazitiven Eigenschaften des Kanals bewirkt. Diese kapazitiven Eigenschaftsänderungen können detektiert werden. Sie können beispielsweise zur Messung der Intensität der auf den Sensor einwirkenden Schwingungen oder auch zur Plausibilisierung der Messungen von beispielsweise Magnetfeldänderungen herangezogen werden.
Um eine effiziente Messung durch den Fahrzeugsensor zu gewährleisten, kann der Träger durch eine kraft- und/oder weitgehend formschlüssige Verbindung, die insbesondere als Klebestelle oder Kontaktierschicht ausgebildet ist, mit einer Fahrzeugstruktur verbunden werden.
Vorzugsweise weist der Träger auf seiner mit einer Fahrzeugstruktur zu verbindenden Seite Kontaktstrukturen auf, die zur Kontaktierung mit der Fahrzeugstruktur ausgebildet sind. Derartige Kontaktstrukturen können die Kopplung zwischen Sensor und Fahrzeugstruktur verbessern und so in der Fahrzeugstruktur auftretende Schwingungen effizienter an den Messwertaufnehmer übertragen. Vorzugsweise ist der Fahrzeugsensor für den Einsatz in einer Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet, beispielsweise um die Detektion eines Crashes des Fahrzeugs zu verbessern und um Schutzmittel der Sicherheitseinrichtung effizienter einsetzen zu können. Er kann aber auch für den Einsatz in einer Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet sein, beispielsweise um Schwingungen im Fahrzeug zu detektieren, die aufgrund von Schäden auftreten können, wie beispielsweise Lagerschäden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere ein Insassenschutzsystem eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, die bzw. das mindestens einen Fahrzeugsensor gemäß der Erfindung aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die mindestens einen Fahrzeugsensor gemäß der Erfindung aufweist.
Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung eines Fahrzeugsensors gemäß der Erfindung zur Detektion von Lagerschäden, Bremsverschleiss, Dröhngeräuschen in einem Kraftfahrzeug, Anomalien eines Verbrennungsmotors und/oder Fahrbahnbelägen und/oder Sachbeschädigungen (Blechschaden oder Glasbruch).
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Zeichnungen zeigen in: Fig. 1 eine herkömmlichen Fahrzeugsensor, bei dem eine Fahrzeugstruktur zum Schließen eines magnetischen Kreises des Sensors erforderlich ist; und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugsensors gemäß der Erfindung.
Fig. 3 Ausführungsbeispiel zur Sensierung der Veränderungen der kapazitiven Eigenschaften des Kanals Fig. 4 Schnitt des Sensors 1 gemäß Fig. 3 im Bereich des Kanals 3.6.
Fig. 5 Realisierung eines Sensors, bei welchem die induktiven Eigenschaften des Kanals erfasst werden
Fig. 6 Schnitt durch Sensor gemäß Fg. 5
Fig. 7 Draufsicht auf die Mäanderstruktur des Sensors gemäß Fig. 5 Gleiche und/oder funktional gleiche Elemente können im folgenden mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Zur Beschreibung der Fig. 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Der in Rg. 2 dargestellte Fahrzeugsensor 1 umfasst einen Messwertaufnehmer 3, der eine Quelle 3.4, hier eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes 3.1.1 , und eine Senke 3.5 für das von der Quelle 3.4 erzeugte Magnetfeld, hier ebenfalls eine Spule, aufweist. Der Messwertaufnehmer 3 ist auf einem Träger 3.7, hier ein magnetisch leitfähiges Material aufgebracht.
Zwischen Quelle 3.4 und Senke 3.5 des Messwertaufnehmers 3 befindet sich ein Kanal 3.6 mit magnetischer Leitfähigkeit, der dadurch gebildet ist, dass Quelle 3.4 und Senke 3.5 in ein ferromagnetisches Material eingebetet sind. Wie dargestellt konzentriert sich das von der Quelle 3.4 erzeugte Magnetfeld 3.1.1 im Wesentlichen im Kanal 3.6, insbesondere aufgrund dessen guter magnetischer Leitfähigkeit. Dadurch ist es nicht erforderlich, dass ein den magnetischen Fluss des Magnetfeldes 3.1.1 weitere Elemente insbesondere eine Fahrzeugstruktur eingebracht werden. Der Sensor 1 kann daher auf beliebigen Materialen montiert werden und benötigt im Unterschied zum Eingangs erläuterten Sensor nicht spezielle Materialen einer Fahrzeugstruktur, um einen magnetischen Kreis zu schliessen.
Das elektrische Ersatzschaltbild des Kanals 3.6 ist in Fig. 2 durch einen elektrischen Widerstand 3.3, eine elektrische Induktivität 3.1 und eine elektrische Kapazität 3.2 dargestellt. Aufgrund der Eigenschaften des Kanals 3.6 sind die Induktivität 3.1 und die Kapazität 3.2 abhängig von auf den Kanal 3.6 wirkenden Kräften, die beim vorgesehenen Einsatzgebiet als Crashsensor im Fahrzeug insbesondere durch Schwingungen verursacht werden, die bei einem Crash auftreten. Da derartige Kräfte Dehnungen und Stauchungen des Kanals 3.6 bewirken, sofern der Sensor 1 fest mit einer Fahrzeugstruktur 5 verbunden ist, ändern sich detektierbar die Kapazität 3.2 und die Induktivität 3.7. Derartige Änderungen der Induktivität 3.1 bewirken auch Änderungen des Magnetfeldes 3.1.1 , das von der Senke 3.5 detektiert wird.
Zur Auswertung der Änderungen weist der Fahrzeugsensor 1 eine Signalauswerteeinheit 1.5 auf, die durch eine mikroelektronische Schaltung implementiert und zusammen mit dem Messwertaufnehmer 3 im Gehäuse des Sensors 1 untergebracht ist. Die Signalauswerteeinheit 1.5 kann einen Mikroprozessor mit einem Speicher aufweisen. Im Speicher ist ein Programm abgelegt, das den Mikroprozessor zum Auswerten der Signale einstellt, die über den Kanal 3.6 übertragen werden. Die Signalauswerteinheit 1.5 ist daher derart ausgebildet, dass sie eine durch das Magnetfeld 3.1.1 in der Senke 3.5 erzeugte Induktionsspannung misst. Bei Änderungen des Magnetfeldes 3.1.1 kann die Signalauswerteeinheit 1.5 Änderungen der induzierten Spannung detektieren und davon abhängig ein Ausgangssignal des Sensors 1 bilden, das sie über eine Schnittstelle 7 an ein nicht dargestelltes Steuergerät eines Insassenschutzsystems zum weiteren Auswerten abgibt.
Es hat sich gezeigt, dass bei durch Crashs erzeugte Schwingungen auch Kräfte auftreten können, die eine Änderung der Kapazität 3.2 des Kanals 3.6 bewirken können. Diese Änderungen der Kapazität 3.2 kann die Signalauswerteeinheit 1.5 ebenfalls detektieren und wie die Änderungen des Magnetfeldes 3.1.1 auswerten.
Der Sensor 1 ist in Fig. 2 auf der Fahrzeugstruktur 5 über einen Träger 3.7 in Form einer Folie montiert. Die Folie 3.7 wirkt toleranzausgleichend, so dass eine enge mechanische Kopplung zwischen Messwertaufnehmer 3 und Fahrzeugstruktur 5 vorliegt. Diese Kopplung sollte kraft- und weitgehend formschlüssig sein, um alle in der Fahrzeugstruktur 5 auftretenden Kräfte möglichst gut auf den
Messwertaufnehmer 3, insbesondere auf dessen Kanal 3.6 zu übertragen.
Durch den erfindungsgemäßen Sensor wird eine Detektion von „Materialstress" ermöglicht, insbesondere von Schwingungen in einem Material, die aufgrund eines Crashes oder aufgrund von Schwingungen verursachende Schäden im Fahrzeug auftreten. Der Sensor eignet sich zur Montage auf beliebigen Fahrzeugstrukturen wie beispielsweise auf dem vorderen Dachknoten eines Fahrzeugs (Scheibe oder Karosserie). Das Material der Fahrzeugstruktur, auf dem der Sensor montiert wird, muss nicht ein (ferro)magnetisches Material sein, sondern kann auch Glas oder Kunststoff sein. An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass sich der erfindungsgemäße Fahrzeugsensor prinzipiell nicht nur zur Erfassung von
Schwingungen in einem Frequenzspektrum oberhalb des hörbaren Bereichs (> 20 kHz), sondern auch von Schwingungen mit einem Frequenzspektrum im hörbaren Bereich (< 20 kHz) und sogar auf durch statische Verspannungen verursachte Schwingungen eignet. Nachfolgende Figuren zeigen Ausführungsbeispiele des Kanals (3.6), wie dieser ausgehend von einer Halbleiterrealisierung auf einer Halbleiterbasis realisiert sein kann. Fig. 3 zeigt hierbei die Ausführung zur Sensierung der Veränderungen der kapazitiven Eigenschaften des Kanals. Wie aus der Figur ersichtlich ist, werden hierbei die Körperschallwellen 6.0 dem Kanal 3.6 zugeführt, bzw. werden auf diesen über die Fahrzeugstruktur eingekoppelt. Über die hierbei beeinflussten kapazitiven Eigenschaften des Kanals 3.6 erfolgt eine Umwandlung der mechanischen Körperschallwellen 6.0 in ein elektrisch auswertbares Signal, welches von der nachgeschalteten Signalauswertung 1.5 verarbeitet wird. Mittels der Quelle 1.1 und Senke 1.2 werden hierbei der Arbeitspunkt bzw. die Empfindlichkeit, sowie die Frequenzeigenschaften des Kanals eingestellt. Eine Auswertung der erfassten Signalanteile kann hierbei durch Auswertung der Quelle- / Senke-Signale und/oder der Source- und Drain-Signale erfolgen.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt des Sensors 1 gemäß Fig. 3 im Bereich des Kanals 3.6.
Fig. 5 zeigt abweichend zu Fig. 3 eine Realisierung des erfindungsgemäßen Sensors, bei welchem die induktiven Eigenschaften des Kanals ausgewertet werden, wobei die Induktivität gemäß Fig. 7 auf einem Halbleitersubstrat 1.6 realisiert ist, indem diese beispielsweise als Mäander aufgebracht / ausgebildet ist. Das Körperschallsignal induziert eine Spannungsänderung in der Spule, welche über die Anschlüsse S1 und S2 der Signalauswertung zugeführt werden. Mittels der Quelle 1.1 und Senke 1.2 werden hierbei wieder der Arbeitspunkt bzw. die Empfindlichkeit, sowie die Frequenzeigenschaften des Kanals eingestellt.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt des Sensors 1 gemäß Fig. 5 sowie 7 im Bereich des Kanals 3.6.
Bezugszeichen
1 Fahrzeugsensor
2 ferromagnetischer Träger
1.1 Sender (Sendespule)
1.2 Empfänger (Empfangsspule)
1.3 ferromagnetisches Material
1.4 geschlossener magnetischer Kreis
1.5 Signalauswerteeinheit
1.6 Substrat
2 ferromagnetischer Träger 2.1 Träger
3 Messwertaufnehmer
3.1 elektrische Induktivität des Kanals 3.6
3.2 elektrische Kapazität des Kanals 3.6
3.3 elektrischer Widerstand des Kanals 3.6
3.4 Quelle (Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes)
3.5 Senke (Spule zum Empfangen des Magnetfeldes der Quelle 3.4)
3.6 Kanal (aus ferromagnetischen Material)
3.7 Träger des Messwertaufnehmers 3
6 longitudinale Körperschallwelle
7 Schnittstelle

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugsensor (1 ), der durch einen Aufprall verursachte Schwingungen erfassen kann und einen Messwertaufnehmer (3) umfasst, wobei ein Kanal (3.6) ausgebildet ist und Schwingungen elektromagnetische Eigenschaften des Kanals (3.6) verändern, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal innerhalb des Messwertaufnehmers ausgebildet ist und der Messwertaufnehmer (3) auf einem Träger (2.1 , 3.7) derart aufgebracht und ausgebildet ist, dass Schwingungen im Träger (2.1 , 3.7) die elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften des Kanals (3.6) innerhalb des Messwertaufnehmers verändern.
2. Fahrzeugsensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Messwertaufnehmer (3) ein Magnetfeld (3.1.1 ) ausgebildet ist, das im Wesentlichen im Kanal (3.6) konzentriert ist und durch Änderungen der Eigenschaften des Kanals (3.6) messbar beeinflusst wird.
3. Fahrzeugsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3.6) eine Kapazität besitzt, die durch Änderungen der Eigenschaften des Kanals (3.6) messbar beeinflusst wird.
4. Fahrzeugsensor nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2.1 , 3.7) ein Substrat, ein Verdrahtungsträger oder ein Folie ist.
5. Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (3) mittels eines Halbleiter-Fertigungsprozesses hergestellt ist.
6. Fahrzeugsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2.1 , 3.7) als Substrat für den Messwertaufnehmer dient. 7. Fahrzeugsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (3) eine Signalquelle (3.4) zum Erzeugen eines Magnetfeldes (3.1.1) und eine Signalsenke (3.5) für das Magnetfeld (3.1.1) aufweist, und der Fluss des Magnetfeldes (3.1.1) im Wesentlichen im Kanal (3.6) konzentriert ist, wobei die magnetischen Eigenschaften des Kanals (3.6) im Wesentlichen das Magnetfeld (3.1.1) und die Änderungen des Magnetfeldes (3.1.1) bei Schwingungen des Trägers (2.1 , 3.
7) bestimmen.
8. Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Signalauswerteeinheit (1.5) zum Auswerten von Änderungen eines Magnetfeldes (3.1.1 ) im Kanal (3.6), insbesondere von bei Schwingungen im Träger (2.1 , 3.7) auftretenden Induktivitätsänderungen aufweist.
9. Fahrzeugsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteeinheit (1.5) ferner zum Auswerten von im Kanal (3.6) bei Schwingungen im Träger (2.1 , 3.7) auftretenden Kapazitätsänderungen ausgebildet ist.
10. Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2.1 , 3.7) durch eine kraft- und/oder weitgehend formschlüssige Verbindung, die insbesondere als Klebestelle oder Kontaktierschicht ausgebildet ist, mit einer Fahrzeugstruktur (5) verbunden werden kann.
11. Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2.1 , 3.7) auf seiner mit einer Fahrzeugstruktur (5) zu verbindenden Seite Kontaktstrukturen aufweist, die zur Kontaktierung mit der Fahrzeugstruktur (5) ausgebildet sind.
12. Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er für den Einsatz in einer Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet ist.
13. Fahrzeugsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er für den Einsatz in einer Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet ist.
14. Sicherheitseinrichtung, insbesondere Insassenschutzsystem eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, die bzw. das mindestens einen Fahrzeugsensor nach Anspruch 13 aufweist.
15. Diagnoseeinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die mindestens einen Fahrzeugsensor nach Anspruch 14 aufweist.
16. Verwendung eines Fahrzeugsensors nach Anspruch 14 zur Detektion von Lagerschäden, Bremsverschleiss, Dröhngeräuschen in einem Kraftfahrzeug, Anomalien eines Verbrennungsmotors und/oder Fahrbahnbelägen und/oder Sachbeschädigungen (Blechschaden oder Glasbruch).
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