WO2006111440A2 - Beschleunigungssensorik, steuergerät und verfahren zur übertragung von beschleunigungswerten - Google Patents

Beschleunigungssensorik, steuergerät und verfahren zur übertragung von beschleunigungswerten Download PDF

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Definitions

  • Acceleration sensor system control unit and method for transmitting acceleration values
  • the invention relates to an acceleration sensor or a control unit or a method for transmitting acceleration values according to the preamble of the independent claims.
  • the acceleration sensor according to the invention or the control device according to the invention or the inventive method for transmitting acceleration values with the features of the independent claims have the advantage that by the logarithmic encoding of the acceleration data and smaller events in terms of the acceleration strength such. B. a pedestrian impact can be safely detected.
  • logarithmic coding in particular smaller values are translated to a larger value range, ie spread, while higher values are compressed.
  • the acceleration sensor system is arranged in the front of the vehicle.
  • the acceleration sensor is suitable for detecting a pedestrian impact.
  • the acceleration sensors can be installed on the bumper, this has proven to be very advantageous for the detection of a pedestrian impact.
  • the acceleration sensors can also be installed in the area of the radiator grille.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the acceleration sensor according to the invention as a block diagram
  • Figure 2 shows a second embodiment of the acceleration sensor according to the invention as a block diagram
  • Figure 3 shows the overall system
  • Figure 5 shows the placement of the acceleration sensor in the vehicle and Figure 6 is a flowchart for explaining the method according to the invention.
  • acceleration sensors In passenger protection in motor vehicles, that is, airbags, belt tensioners, pedestrian protection devices, roll bars, acceleration sensors are used in particular, which various points are installed in the vehicle to record the kinematic data of the vehicle and to provide a control device for controlling the personal protection means.
  • the reliability, performance and resolution of the acceleration values are important parameters. Due to the time and economic constraints, the number of bits per acceleration value and transmission is limited.
  • the solution according to the invention makes it possible to achieve a higher resolution for smaller accelerations than for larger accelerations.
  • pedestrian protection in particular, it is necessary to be able to evaluate small acceleration values with high resolution.
  • an acceleration sensor system which logarithmically codes the measured acceleration values and a corresponding control device to which the acceleration sensor system is connected via lines, for example, which decodes the logarithmically encoded acceleration values and then evaluates them in an algorithm for controlling the personal protection devices.
  • a method according to the invention is proposed which describes the interaction of the acceleration sensor system and the control unit.
  • FIG. 1 shows in a first block diagram the acceleration sensor system according to the invention.
  • a sensor element which is produced micromechanically according to the prior art is represented here by the reference numeral 10 and supplies for example by a capacitive measurement a measured value which corresponds to the measured acceleration, which is then amplified by a measuring amplifier 11 to an analog-to-digital converter 12th which digitizes the amplified acceleration reading.
  • the thus digitized acceleration measured value is then logarithmically coded in the coder 13.
  • the coder 13 for logarithmic coding, for example, the natural logarithm or the decadal or another logarithm can be used.
  • the now logarithmically encoded acceleration signal is then transmitted from the transmission module 14 via a line 15 to the control unit.
  • the encoder 13 may be implemented as software or as a switching mechanism. However, it is possible to make the encoder 13 as a circuit. In this case, an exponential characteristic, for example a diode or a transistor can then be used for coding. - A -
  • the measuring element 10 which is micromechanically manufactured, can be combined with the measuring amplifier 11 and the analog-to-digital converter 12 in an integrated circuit.
  • the encoder 13 may be implemented on an arithmetic unit, for example a small processor in the acceleration sensor system as a software element.
  • the transmission module 14 can be embodied here only as a transmitter module in order to enable a unidirectional transmission from the acceleration sensor system to the control unit. Alternatively, however, it is possible to provide a bidirectional transmission via the line 15, so that data can also be received by the control unit.
  • a plurality of acceleration sensor systems, as shown here are connected to a line, so that a bus is present.
  • the control unit may then preferably be the bus master. Instead of a wired transmission, an optical fiber transmission or even a radio transmission is possible.
  • FIG. 2 shows an alternative to the embodiment of Figure 1.
  • the measuring element 20 is in turn connected to a measuring amplifier 21, but now directly the analog amplified acceleration signal, an encoder 22 supplies and only after encoding an analog-to-digital conversion in the analog converter 23 is performed.
  • the thus digitized signal is then fed to a transmission module 24, which transmits the acceleration signal via the line 25 to a control unit.
  • the encoder 22 may be constructed as a circuit or be implemented compactly in an integrated circuit in order to logarithmically encode the acceleration measurement values in the analog state. This can lead to a faster coding than the software variant.
  • the linear acceleration values are also transmitted in parallel or in succession.
  • the linear acceleration values can, for example, be made available to other control devices, such as for a vehicle dynamics control or a brake assist.
  • the control device for controlling the personal protection means itself to further transmit the linear acceleration values after decoding to these further control devices.
  • FIG. 3 shows the overall system from an acceleration sensor system 30, which is connected via a line 31 to a control unit 32. Via the line 31, the logarithmically encoded acceleration signals are transmitted to the control unit 32, that this then decoded and evaluated in an algorithm for controlling personal protection means. Depending on this evaluation, personal protection devices 33 connected to the control device 32 are then activated.
  • control unit 32 In addition to the data of the acceleration sensor system 30, which is shown here only as a block, wherein several acceleration sensor systems can also be present, other sensor values from the sensor system 34 are also used by the control unit 32. This may be, for example, an indoor sensor or also an environmental sensor which has video sensors, radar sensors and / or ultrasound sensors.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the structure with respect to the invention of a control device.
  • the logarithmically coded acceleration values are received by the acceleration sensor system.
  • a receive block 41 is used.
  • a gain takes place in order to prepare the received measured values for further processing.
  • error logs can run here to correct transmission errors.
  • the still logarithmically encoded acceleration values are fed to a decoder 42.
  • This decoder 42 converts the logarithmically encoded acceleration values back to linear acceleration values. If, for example, a natural logarithm is used for logarithmic coding, an exponential function is now used for decoding.
  • the acceleration values decoded in this way can then be supplied by the decoder 42 to an algorithm 43 which, in combination with other measured values, determines therefrom whether personal protection means, in particular pedestrian protection means, also have to be activated.
  • FIG. 5 shows the placement of the acceleration sensors according to the invention and of the control device according to the invention in the vehicle.
  • a vehicle 51 has acceleration sensors 52 and 53 in the area of the vehicle front. These can be arranged in particular in the immediate vicinity of the bumper.
  • an acceleration sensor system is provided on the vehicle tunnel 54 in order to be able to absorb accelerations at least in the vehicle longitudinal and transverse directions.
  • a recording of accelerations in the vehicle vertical direction possible, which may also apply to the acceleration sensors 52 and 53.
  • the data is then a control unit 55 supplied that can be placed in the vehicle, for example, in the area of the trunk as Einsteck badge that it is easy to place and does not require unnecessary space.
  • FIG. 6 shows a flowchart of the method according to the invention.
  • the acceleration is recorded by means of the element 10, for example, a sensor membrane, and mechanically, electrically converted, so that the voltage value is present, for example.
  • This voltage value representing measured acceleration is amplified and digitized as shown above. This takes place in method step 61.
  • the logarithmic coding then follows.
  • step 63 the so logarithmically coded acceleration signal is then transmitted via the line between the acceleration sensor system and the control unit from the transmission module 14 or 24.
  • the acceleration value is then received and decoded in method step 64.
  • step 65 the decoded acceleration value is finally stored in an algorithm for controlling

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Abstract

Es wird eine Beschleunigungssensorik bzw. ein Steuergerät bzw. ein Verfahren zur Übertragung von Beschleunigungswerten vorgeschlagen, bei denen in der Beschleunigung in der Beschleunigungssensorik die Beschleunigungswerte logarithmisch codiert und im Steuergerät dann decodiert werden, um dann in einem Algorithmus zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln ausgewertet zu werden. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere kleinere Messwerte, die bei einem Fußgängeraufprall vorkommen können, besser erkannt werden.

Description

Beschleunigungssensorik, Steuergerät und Verfahren zur Übertragung von Beschleunigungswerten
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Beschleunigungssensorik bzw. einem Steuergerät bzw. einem Verfahren zur Übertragung von Beschleunigungswerten nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Aus DE 101 49 332 Al ist es bereits bekannt, Daten von wenigstens einem Sensor zu ei- nem Steuergerät zu übertragen. Dabei erfolgt eine digitale Übertragung der digitalisierten
Beschleunigungswerte.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Beschleunigungssensorik bzw. das erfindungsgemäße Steuergerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung von Beschleunigungswerten mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die logarithmische Codierung der Beschleunigungsdaten auch kleinere Ereignisse in Bezug auf die Beschleunigungsstärke wie z. B. ein Fußgängeraufprall sicher er- kannt werden können. Durch eine logarithmische Codierung werden insbesondere kleinere Werte auf einen größeren Wertebereich übersetzt d.h. gespreizt, während größere Werte gestaucht werden. Es ist insbesondere möglich die erfindungsgemäße Funktion in der Beschleunigungssensorik bzw. im Steuergerät softwaretechnisch zu realisieren, so dass keine zusätzliche neue Hardware notwendig ist. Es ist jedoch auch möglich, die logarith- mische Codierung analog durchzuführen, beispielsweise durch einen diskreten Schal- tungsaufbau. Auch hier kann jedoch die Decodierung softwaretechnisch im Steuergerät erfolgen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Beschleunigungssensorik bzw. Steuergerät bzw. Verfahren zur Übertragung von Beschleunigungswerten möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Beschleunigungssensorik in der Fahrzeugfront ange- ordnet ist. Damit ist die Beschleunigungssensorik dafür geeignet, einen Fußgängeraufprall zu detektieren. Insbesondere können dabei die Beschleunigungssensoren am Stoßfänger eingebaut werden, dass sich dies als sehr vorteilhaft zur Detektion von einem Fußgängeraufprall erwiesen hat. Die Beschleunigungssensoren können jedoch auch im Bereich des Kühlergrills eingebaut werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschleunigungssensorik als Blockschaltbild Figur 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschleunigungssensorik als Blockschaltbild Figur 3 das Gesamtsystem
Figur 4 das erfϊndungsgemäße Steuergerät als Blockschaltbild
Figur 5 die Platzierung der Beschleunigungssensorik im Fahrzeug und Figur 6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung
Im Personenschutz bei Kraftfahrzeugen also Airbags, Gurtstraffern, Fußgängerschutzmit- tel, Überrollbügel werden insbesondere Beschleunigungssensoren eingesetzt, die an ver- schiedenen Stellen im Fahrzeug eingebaut sind, um die kinematischen Daten des Fahrzeugs aufzunehmen und einem Steuergerät zur Ansteuerung der Personenschutzmittel zur Verfügung zu stellen. Hierbei sind die Zuverlässigkeit, die Leistungsfähigkeit und die Auflösung der Beschleunigungswerte wichtige Parameter. Wegen der zeitlichen und wirt- schaftlichen Randbedingung ist die Anzahl der Bits je Beschleunigungswert und Übertragung begrenzt. Um dieses Problem zu lösen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Beschleunigungswerte logarithmisch zu codieren, um die durch die Beschleunigungssensoren ermittelten Daten optimal aufzubereiten. Insbesondere ist es durch die erfϊndungs- gemäße Lösung möglich, bei kleineren Beschleunigungen eine höhere Auflösung zu er- reichen als bei größeren Beschleunigungen. Insbesondere beim Fußgängerschutz ist es notwendig, kleine Beschleunigungswerte hoch auflösend auswerten zu können. Diese Anforderung wird in Zukunft drastisch zunehmen. Dabei werden auch teilweise die gleichen Sensoren für die Fußgängersensierung und für die allgemeine Unfallerkennung verwendet. Erfindungsgemäß wird eine Beschleunigungssensorik vorgeschlagen, die die gemessenen Beschleunigungswerte logarithmisch codiert und ein entsprechendes Steuergerät mit den die Beschleunigungssensorik beispielsweise über Leitungen verbunden ist, dass die logarithmisch codierten Beschleunigungswerte decodiert und dann in einem Algorithmus zur Ansteuerung der Personenschutzmittel auswertet. Weiterhin wird ein erfindungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, dass das Zusammenwirken der Beschleuni- gungssensorik und des Steuergeräts beschreibt.
Figur 1 zeigt in einem ersten Blockschaltbild die erfindungsgemäße Beschleunigungssensorik. Ein Sensorelement, dass mikromechanisch nach dem Stand der Technik hergestellt ist, ist hier durch das Bezugszeichen 10 repräsentiert und liefert beispielsweise durch eine kapazitive Messung einen Messwert, der der gemessenen Beschleunigung entspricht, der dann von einem Messverstärker 11 verstärkt wird um einem Analog-Digitalwandler 12 zugeführt zu werden, der den verstärkten Beschleunigungsmesswert digitalisiert. Der so digitalisierte Beschleunigungsmesswert wird dann im Codierer 13 logarithmisch codiert. Für die logarithmische Codierung kann beispielsweise der natürliche Logarithmus oder der dekadische oder ein anderer Logarithmus verwendet werden. Das nunmehr logarithmisch codierte Beschleunigungssignal wird dann vom Übertragungsbaustein 14 über eine Leitung 15 zum Steuergerät übertragen. Der Codierer 13 kann als Software oder als Schaltwerk realisiert sein. Es ist jedoch möglich, den Codierer 13 auch als Schaltung herzustellen. Dabei kann dann eine exponentielle Kennlinie, beispielsweise einer Diode oder eines Transistors zu Codierung verwendet werden. - A -
Das Messelement 10, dass mikromechanisch hergestellt ist, kann mit dem Messverstärker 11 und dem Analog-Digitalwandler 12 in einem integrierten Schaltkreis kombiniert sein. Der Codierer 13 kann auf einem Rechenwerk, beispielsweise einem kleinen Prozessor in der Beschleunigungssensorik als ein Softwareelement realisiert sein. Der Übertragungsbaustein 14 kann hier lediglich als Senderbaustein ausgeführt sein, um eine unidirektiona- Ie Übertragung von der Beschleunigungssensorik zum Steuergerät zu ermöglichen. Alternativ ist es jedoch möglich, eine bidirektionale Übertragung über die Leitung 15 vorzusehen, so dass auch Daten vom Steuergerät empfangen werden können. Insbesondere ist es möglich, dass mehrere Beschleunigungssensoriken, wie hier dargestellt, an einer Leitung angeschlossen sind, so dass ein Bus vorliegt. Dabei kann dann vorzugsweise das Steuergerät der Busmaster sein. Anstatt einer drahtgebundenen Übertragung ist auch eine optische Lichtwellenleiterübertragung oder gar eine Funkübertragung möglich.
Figur 2 zeigt eine Alternative zur Ausführungsform nach Figur 1. Nunmehr ist das Messelement 20 wiederum an einem Messverstärker 21 angeschlossen, der aber nun direkt das analog verstärkte Beschleunigungssignal, einem Codierer 22 zuführt und das erst nach der Codierung eine Analog-Digitalwandlung im Analog- Wandler 23 durchgeführt wird. Das so digitalisierte Signal wird dann einem Übertragungsbaustein 24 zugeführt, der das Beschleunigungssignal über die Leitung 25 zu einem Steuergerät überträgt.
Der Codierer 22 kann hier als Schaltung aufgebaut sein oder in einem integrierten Schaltkreis kompakt realisiert sein, um die Beschleunigungsmesswerte bereits im analogen Zustand logarithmisch zu codieren. Dies kann zu einer schnelleren Codierung als die Soft- warevariante führen.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass neben den logarithmisch codierten Beschleunigungswerten auch die linearen Beschleunigungswerte parallel oder nacheinander übertragen werden. Die linearen Beschleunigungswerte können beispielsweise anderen Steu- ergeräten wie für eine Fahrdynamikregelung oder einem Bremsassistenten zur Verfügung gestellt werden. Alternativ ist es möglich, dass auch das Steuergerät zur Ansteuerung der Personenschutzmittel selbst die linearen Beschleunigungswerte nach der Decodierung zu diesen weiteren Steuergeräten weiter überträgt. Figur 3 zeigt das Gesamtsystem aus einer Beschleunigungssensorik 30, die über eine Leitung 31 mit einem Steuergerät 32 verbunden ist. Über die Leitung 31 werden die logarithmisch codierten Beschleunigungssignale an das Steuergerät 32 übertragen, dass diese dann decodiert und in einem Algorithmus zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln auswertet. In Abhängigkeit von dieser Auswertung werden dann an das Steuergerät 32 angeschlossene Personenschutzmittel 33 angesteuert. Neben den Daten der Beschleunigungssensorik 30, die hier nur als ein Block dargestellt ist, wobei auch mehrere Beschleunigungssensoriken vorliegen können, werden auch andere Sensorwerte aus der Sensorik 34 vom Steuergerät 32 verwendet. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Innenraumsensor oder auch um eine Umweltsensorik, die Videosensoren, Radarsensoren und/oder Ultraschallsensoren aufweist, handeln.
Figur 4 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau bezüglich der Erfindung eines Steuergeräts. Über die Leitung 40 werden die logarithmisch codierten Beschleunigungswerte von der Beschleunigungssensorik empfangen. Dazu wird ein Empfangsbaustein 41 verwendet. Hier erfolgt wiederum eine Verstärkung, um die empfangenen Messwerte für die weitere Verarbeitung aufzubereiten. Auch Fehlerprotokolle können hier ablaufen, um Übertragungsfehler zu korrigieren. Die immer noch logarithmisch codierten Beschleunigungswerte werden einem Decodierer 42 zugeführt. Dieser Decodierer 42 wandelt die lo- garithmisch codierten Beschleunigungswerte wieder zu linearen Beschleunigungswerten um. Wird also beispielsweise ein natürlicher Logarithmus zur logarithmischen Codierung verwendet, dann wird nunmehr eine Exponentialfunktion zur Decodierung verwendet. Die so decodierten Beschleunigungswerte können dann vom Decodierer 42 einem Algorithmus 43 zugeführt werden, der daraus auch in Kombination mit anderen Messwerten bestimmt, ob Personenschutzmittel insbesondere auch Fußgängerschutzmittel angesteuert werden müssen.
Figur 5 zeigt die Platzierung der erfindungsgemäßen Beschleunigungssensoren und des erfindungsgemäßen Steuergeräts im Fahrzeug. Ein Fahrzeug 51 weist Beschleunigungs- Sensoren 52 und 53 im Bereich der Fahrzeugfront auf. Diese können insbesondere in unmittelbarer Nähe zum Stoßfänger angeordnet sein. Weiterhin ist eine Beschleunigungssensorik auf dem Fahrzeugtunnel 54 vorhanden, um Beschleunigungen zumindest in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung aufnehmen zu können. Hier ist auch eine Aufnahme von Beschleunigungen in Fahrzeugvertikalrichtung möglich, was auch für die Be- schleunigungssensoren 52 und 53 gelten kann. Die Daten werden dann einem Steuergerät 55 zugeführt, dass derart im Fahrzeug platziert werden kann, beispielsweise auch im Bereich des Kofferraums als Einsteckkarte, dass es einfach zu platzieren ist und keinen unnötigen Bauraum beansprucht.
In Figur 6 ist einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Im Verfahrensschritt 60 wird mittels des Elements 10 also beispielsweise einer Sensormembran die Beschleunigung aufgenommen und mechanisch, elektrisch gewandelt, so dass Spannungswert beispielsweise vorliegt. Dieser Spannungswert, die gemessene Beschleunigung repräsentiert, wird wie oben dargestellt verstärkt und digitalisiert. Dies erfolgt im Verfahrensschritt 61. Im Verfahrensschritt 62 folgt dann die logarithmische Codierung.
Im Verfahrensschritt 63 wird dann das so logarithmisch codierte Beschleunigungssignal über die Leitung zwischen der Beschleunigungssensorik und dem Steuergerät vom Übertragungsbaustein 14 bzw. 24 übertragen. Im Steuergerät wird dann im Verfahrensschritt 64 der Beschleunigungswert empfangen und decodiert. Im Verfahrensschritt 65 schließ- lieh wird der decodierte Beschleunigungswert in einem Algorithmus zur Ansteuerung von
Personenschutzmitteln weiterverarbeitet.

Claims

Ansprüche
1. Beschleunigungssensorik (30) mit einem Codierer (13, 22), der gemessene Beschleunigungswerte logarithmisch codiert, und mit einem Übertragungsbaustein (14, 24), der die logarithmisch codierten Beschleunigungswerte zu einem Steuergerät (32) überträgt.
2. Beschleunigungssensorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensorik (30) in einer Fahrzeugfront (51) angeordnet.
3. Steuergerät mit einem Empfangsbaustein (30) zum Empfang von logarithmisch codierten Beschleunigungswerten und einem Decodierbaustein (42), der die logarithmisch codierten Beschleunigungswerte decodiert.
4. Verfahren zur Übertragung von Beschleunigungswerten von einer Beschleunigungs- sensorik (30) zu einem Steuergerät (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungswerte durch die Beschleunigungssensorik (30) logarithmisch codiert werden und nach der Übertragung im Steuergerät (32) decodiert werden.
PCT/EP2006/060551 2005-04-22 2006-03-08 Beschleunigungssensorik, steuergerät und verfahren zur übertragung von beschleunigungswerten WO2006111440A2 (de)

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