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Die
Erfindung betrifft einen Kollisions-Sensor für Kraftfahrzeuge mit den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen sowie die Verwendung
des Kollisions-Sensors zur Erfassung der auf ein Bauteil eines Kraftfahrzeuges
im Crashfall einwirkenden Kräfte
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 14 genannten Merkmalen.
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Aus
der
DE 197 32 302
A1 ist eine Anordnung von Kollisionssensoren an der Karosserie
eines Kraftfahrzeuges zur Aktivierung passiver Sicherheitskomponenten,
wie zum Beispiel Airbags und Sicherheitsgurte, bekannt. Dabei werden
entsprechende Sensoren an den kollisionsgefährdeten Stellen eines Kraftfahrzeuges
angeordnet, die im Crashfall ein entsprechendes Signal zur Aktivierung
der Sicherheitseinrichtungen an ein Steuergerät senden. Bei einem Crashfall
und in Folge der dabei auftretenden Fahrzeugdeformationen ändert sich
der elektrische Widerstand der jeweiligen Sensoren. Überschreitet
die Widerstandsänderung
einen Sollwert, wird auf einen gefährlichen Zusammenstoß geschlossen
und die entsprechenden Sicherheitseinrichtungen werden aktiviert.
Die Kollisionssensoren sind dabei als piezoelektrische Folien ausgebildet
und großflächig an den
kollisionsgefährdeten
Stellen des Kraftfahrzeuges angeordnet. Durch diese großflächige Anordnung
wird sichergestellt, dass eine Auslösung der Sicherheitseinrichtungen
nur dann erfolgt, wenn mehrere Sensoren ein entsprechendes Signal
an das Steuergerät
senden, so dass ein Airbag weder durch schlechte Straßenverhältnisse
noch durch einen Tritt gegen das parkende Auto ausgelöst wird.
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Nachteilig
bei dieser Art von Kollisionssensoren ist, dass zur Aktivierung
der entsprechenden Sicherheitseinrichtungen Daten über eine
verhältnismäßig große Fläche ermittelt
werden müssen,
um zu einem aussagekräftigen
Signal hinsichtlich eines tatsächlichen
gefährlichen
Zusammenstoßes
zu gelangen.
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Die
DE 197 18 803 C1 beschreibt
die Verwendung von Sensoren, die Signale zum Auslosen einer Fußgänger-Schutzvorrichtung
erzeugen. Diese Sensoren sind beispielsweise in einer Stoßstange
eines Kraftfahrzeuges verbaut und arbeiten nach dem Prinzip der
Flüssigkeitsverdrängung und
geben bei Überschreitung
einer auf die Sensoren wirkenden Verformungskraft ein Signal ab.
Diese Sensoren übermitteln
bei Überschreiten
einer vorgebbaren Verformungskraft zwar ein Signal, jedoch sind
Aussagen über
die Verformung der Stoßstange
nicht ermittelbar.
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Aus
der
DE 100 23 588
A1 , die zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht
veröffentlicht
war, ist ferner bekannt, zur Erfassung einer Unfallschwere Licht
zu verwenden. Dazu wird bei einem Fahrzeug eine erste Lichtleiteranordnung
auf einer Aufprallseite und eine zweite Lichtleiteranordnung auf
einer Fahrzeuginnenseite vorgesehen und zwischen diesen Anordnungen
ein Zwischenraum, der vorzugsweise mit einem Schaumstoff befüllt ist, belassen.
Bei einem Unfall sprechen die Lichtleiter an und der Ort und die
Aufprallgeschwindigkeit kann angegeben und berechnet werden. Diese
Lösung
ist jedoch recht aufwändig.
Zudem können
unabhängig von
einem Aufprall Beschädigungen
der Fotodioden, die zum Aussenden des Lichtes verwendet werden, nicht
ausgeschlossen werden, so dass das System nicht ausreichend sicher
erscheint.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kollisions-Sensor
für Kraftfahrzeuge und
ein dazugehöriges
Verfahren zur Erfassung der auf ein Bauteil eines Kraftfahrzeuges
im Crashfall einwirkenden Kräfte
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine bessere und
sichere Aussage hinsichtlich der Schwere und der Richtung eines
tatsächlichen
gefährlichen
Zusammenstoßes
erfolgt und der ohne großen
Aufwand an den kollisionsgefährdeten
Stellen eines Kraftfahrzeuges anordbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Kollisions-Sensor für Kraftfahrzeuge mit den in
dem Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch die Verwendung des
Kollisions-Sensors zur Erfassung der auf ein Bauteil eines Kraftfahrzeuges
im Crashfall einwirkenden Kräfte
mit den im Anspruch 14 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass ein Sensorbauteil
aus einem verformbaren Material besteht, auf dessen Oberfläche und
an dessen beabstandeter Unterfläche
verteilt mehrere Einzelsensoren angeordnet sind, beziehungsweise
dieser Kollisions-Sensor zur Ermittlung der im Crashfall auf das
Fahrzeug einwirkenden Kraftgröße und Kraftrichtung
der Sensorauswerteeinheit über
die im Kollisions-Sensor angeordneten Einzelsensoren wenigstens
ein nahezu ungedämpfter
und wenigstens ein weiterer, durch ein verformbares Material gedämpfter Sensorwert
zugeführt
wird, kann über
die ermittelten einzelnen Daten der jeweiligen Einzelsensoren, mittels
einer an sich bekannten Auswerteeinheit, die Schwere und die Richtung
des Crashs ermittelt werden. Durch die Anordnung von Einzelsensoren
auf der Oberfläche
des Sensorbauteils werden auch verhältnismäßig geringe Deformationen an
dem Fahrzeug als auch an der Fahrzeugkarosserie erfasst und einer
Auswerteeinheit eines Steuergerätes
zur Aktivierung der im Fahrzeug vorhandenen Sicherheitseinrichtungen
zugeführt.
Eine Aktivierung der Sicherheitseinrichtungen erfolgt nur dann,
wenn auch durch die an der Unterseite des Sensorbauteils angeordneten
Einzelsensoren eine Deformation erfasst wird oder sich aus der Auswertelogik
ableiten lässt.
Das verformbare Material zwischen den Einzelsensoren auf der Oberseite und
der Unterseite des Sensorbauteils hat dabei die Aufgabe, die auf
die Einzelsensoren der Unterseite einwirkenden Kräfte zu dämpfen. Dabei
ist das verformbare Material so ausgelegt, dass die im Fahrzeug
vorhandenen Sicherheitseinrichtungen nur dann ausgelöst werden,
wenn die auf der Unterseite des Sensorbauteiles angeordneten Einzelsensoren ein
Signal auslösen,
das auf eine entsprechende Schwere der Kollision schließen lässt. Somit
wird die Strukturveränderung
des verformbaren Materials mit in die Bewertung der Schwere des
Crashs einbezogen, womit insgesamt die Aussagen hinsichtlich der Schwere
des Crashs sicherer werden. Ein Auslösen der Sicherheitseinrichtungen
bei einem geringen Aufprall, wie beispielsweise das Fahren über eine
Bordsteinkante oder einem leichten Rempler, wird somit weitestgehend
vermieden. Durch die Anordnung von mehreren verteilt angeordneten
Einzelsensoren auf der Ober- und Unterfläche des Sensorbauteils kann mittels
der jeweilig durch die Einzelsensoren registrierten Aufprallkraft
die Richtung des Crashs ermittelt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit,
zusätzliche spezielle
Sicherheitseinrichtungen, wie zum Beispiel ein Seitenairbag, zu
aktivieren oder Fehlauslösungen zu
vermeiden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht das Sensorbauteil
aus mehreren übereinander
angeordneten Schichten, auf deren Schichtflächen verteilt mehrere Einzelsensoren
angeordnet sind. Durch die Anordnung von mehreren übereinander
angeordneten Schichten mit den jeweiligen Einzelsensoren kann die
Richtung und die Schwere der Aufprallkraft noch exakter ermittelt
werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit,
die Sicherheitseinrichtungen in Abhängigkeit von einem vorausermittelten
Unfallschweregrad derart zu aktivieren, dass die auf den Fahrzeuginsassen
einwirkenden Rückhaltekräfte entsprechend
dem ermittelten Unfallschweregrad eingestellt werden können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein oder mehrere Sensorbauteile an der Innenseite der kollisionsgefährdeten Stellen
der Fahrzeugverkleidung und/oder der Stoßstangen und/oder der Zierleisten
angeordnet sind. Die kompakte und einfache Ausführung der Sensorbauteile ermöglicht einen
unkomplizierten Einbeziehungsweise Anbau an den kollisionsgefährdeten Stellen
des Fahrzeuges.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht des erfindungsgemäßen Sensorbauteils
im Schnitt;
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2 eine
Draufsicht auf das erfindungsgemäße Sensorbauteil
und
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3 eine
Variante des erfindungsgemäßen Sensorbauteils.
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Das
insgesamt mit 12 bezeichnete Sensorbauteil ist an kollisionsgefährdeten
Stellen eines Kraftfahrzeuges zur Erfassung der auf ein Bauteil
des Kraftfahrzeuges im Crashfall einwirkenden Kräfte F und zur Steuerung und
Betätigung
von im Kraftfahrzeug vorhandenen Sicherheitseinrichtungen angeordnet.
Bei Überschreitung
eines durch mehrere Einzelsensoren 10 ermittelten Sollwertes
erfolgt über
ein Steuergerät
die Aktivierung der entsprechenden Sicherheitseinrichtungen, wie
Airbag und Sicherheitsgurte beziehungsweise crashaktive Fußgängerschutzmaßnahmen.
Das Sensorbauteil 12 zur Erfassung der im Crashfall auf
das Fahrzeug einwirkenden Kräfte
F besteht aus einem verformbaren Material 14, auf dessen
Oberfläche 16 und
an dessen Unterfläche 18 verteilt
mehrere Einzelsensoren 10 angeordnet sind. Die Einzelsensoren 10 sind
dabei vorteilhafterweise so angeordnet, dass die jeweilige Oberfläche der
Einzelsensoren 10 mit der Oberfläche 16 beziehungsweise
mit der Unterfläche 18 des
Sensorbauteils 12 eine Ebene bilden. Dazu ist das verformbare Material 14 mit
entsprechenden Aussparungen für die
Einzelsensoren 10 versehen. Das zwischen den Einzelsensoren 10 der
Oberfläche 16 und
der Unterfläche 18 befindliche
verformbare Material 14 hat die Aufgabe, die bei einem
Aufprall beziehungsweise bei einem Crashfall auf die an der Unterfläche 18 angeordneten
Einzelsensoren 10 einwirkenden Kräfte F entsprechend dem Elastizitätsmodul
des verformbaren Materials 14 zu dämpfen. Im Crashfall werden der
Sensorauswerteeinheit zur Steuerung und Betätigung der im Fahrzeug vorhandenen
Sicherheitseinrichtungen von den auf der Oberfläche 16 des Sensorbauteiles 12 angeordneten
Einzelsensoren 10 nahezu ungedämpfte Werte hinsichtlich der
auf den Einzelsensor 10 einwirkenden Kraftgröße und Kraftrichtung übermittelt.
Durch die an der Unterfläche 18 des
Sensorbauteiles 12 angeordneten Einzelsensoren 10 werden
der Sensorauswerteeinheit durch das verformbare Material 14 entsprechend
gedämpfte Werte
hinsichtlich der auf den Einzelsensor 10 einwirkenden Kraftgröße und Kraftrichtung übermittelt. In
Verbindung mit dem bekannten Elastizitätsmodul des verformbaren Materials 14 lassen
sich somit in der Sensorauswerteeinheit aus den über die Einzelsensoren 10 ermittelten
Werte sowohl die Schwere, der Aufprall gegen schwere oder leichte
Hindernisse (zum Beispiel Fußgänger) als
auch die Crashrichtung ermitteln. Durch Einbeziehung der Werte von
mehreren nebeneinander angeordneten Einzelsensoren 10 können die
auf das Fahrzeug bei einem Crash oder Aufprall einwirkenden Kräfte F und
deren Kraftrichtung noch exakter bestimmt werden. Durch die Einbeziehung
der gedämpften
auf die Einzelsensoren 10 einwirkenden Kräfte wird
ein ungewolltes Auslösen
der Sicherheitseinrichtungen bei einem nur geringen Aufprall weitestgehend
vermieden.
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Die
Anordnung der Einzelsensoren 10 auf der Oberfläche 16 und
an der Unterfläche 18 des Sensorbauteils 12 richtet
sich nach dem jeweilig zu ermittelnden Messergebnis, das mit den
einzelnen Einzelsensoren 10 erzielt werden soll. Die Genauigkeit
der zu ermittelnden Kraftgröße und Kraftrichtung, die
bei einem Crashfall auf das Fahrzeug einwirkt, ist abhängig vom
Abstand und der Anordnung der jeweiligen auf der Oberfläche 16 und Unterfläche 18 des Sensorbauteils 12 verteilt
angeordneten Einzelsensoren 10. Dabei sind die auf der
Oberfläche 16 des Sensorbauteils 12 befindlichen
Einzelsensoren 10 über
den an der Unterfläche 18 angeordneten
Einzelsensoren 10 angeordnet. Diese Variante ist in der 1 dargestellt.
In 2 ist die Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Sensorbauteil 12 dargestellt, wobei
die Anordnung und Anzahl der Einzelsensoren 10 auf der
Oberfläche 16 des
Sensorbauteils 12 beliebig gewählt werden kann.
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Eine
Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht
vor, dass die auf der Oberfläche 16 des Sensorbauteils 12 angeordneten
Einzelsensoren 10 gegenüber
den an der Unterfläche 18 angeordneten Einzelsensoren 10 versetzt
angeordnet sind. Eine weitere Variante sieht vor, die auf der Oberfläche 16 des
Sensorbauteils 12 angeordneten Einzelsensoren 10 über und/oder
versetzt gegenüber
den an der Unterfläche 18 angeordneten
Einzelsensoren 10 anzuordnen. In 3 ist eine
versetzte Anordnung der Einzelsensoren 10 dargestellt,
wobei das Sensorbauteil 12 aus mehreren übereinander
angeordneten Schichten besteht, auf deren Schichtflächen verteilt mehrere
Einzelsensoren 10 angeordnet sind. Durch die Anordnung
von Einzelsensoren 10 in mehreren beabstandeten Schichtflächen werden
durch die Einzelsensoren 10 in Abhängigkeit von dem Elastizitätsmodul
des verformbaren Materials 14 unterschiedliche Daten ermittelt,
die eine genauere Ermittlung der im Crashfall auf das Fahrzeug einwirkenden
Kraftgröße und Kraftrichtung
ermöglicht.
Außerdem
können
die Einzelsensoren 10 in den einzelnen Schichten bei Überschreitung
eines jeweiligen Sollwertes die Sicherheitseinrichtungen derart
aktivieren, dass die auf den Fahrzeuginsassen einwirkenden Rückhaltekräfte entsprechend
der jeweiligen Aktivierung der Einzelsensoren 10 unterschiedlich
eingestellt werden. Zur Ermittlung der im Crashfall relevanten Daten
und zur Steuerung und Betätigung
der im Kraftfahrzeug vorhandenen Sicherheitseinrichtungen sind die
Einzelsensoren 10 des Sensorbauteils 12 elektronisch
mit einem an sich bekannten Steuergerät verbunden. Vorteilhafterweise
werden dabei als Einzelsensoren 10 entsprechende Piezosensoren verwendet.
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Um
eine entsprechende Dämpfung
der Crashkräfte
auf die an der Unterfläche 18 des
Sensorbauteils 12 angeordneten Einzelsensoren 10 zu erreichen,
ist das verformbare Material 14 wabenförmig aufgebaut, wobei dabei
das verformbare Material 14 aus einem metallischen und/oder
nichtmetallischen Werkstoff besteht. Erfindungsgemäß kann dabei
das Sensorbauteil 12 aus mehreren Aluminiumwaben bestehen,
an denen die Einzelsensoren 10, wie beschrieben, angeordnet
sind. Varianten der Erfindung sehen auch den Einsatz von Kunststoffschaum
und von Laminat als verformbares Material 14 vor. Die Materialstärke d des
verformbaren Materials 14 des Sensorbauteils 12 ist
dabei abhängig
von dem eingesetzten Material und von dessen jeweiligen Elastizitätsmodul.
Der Elastizitätsmodul
und die Fließgrenze
sind ausschlaggebend für
die Dämpfung der
Crashkräfte,
die auf die an der Unterfläche 18 des Sensorbauteils 12 angeordneten
Einzelsensoren 10 einwirken. Durch die in einem Crashfall
ermittelten unterschiedlichen Werte der Einzelsensoren 10 der Oberfläche 16 und
der Unterfläche 18 kann
einerseits eine genauere Bestimmung der auftretenden Crashkräfte und
deren Richtung erfolgen. Andererseits wird durch die Werte der an
der Unterfläche 18 des Sensorbauteils 12 angeordneten
Einzelsensoren 10 ein Auslösen der im Kraftfahrzeug vorhandenen
Sicherheitseinrichtungen bei einem geringen Aufprall verhindert.
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Das
erfindungsgemäße Sensorbauteil 12 wird
vorteilhafterweise an den Innenseiten der kollisionsgefährdeten
Stellen des Kraftfahrzeuges angeordnet. Insbesondere werden die
Sensorbauteile 12 an der Innenseite der Fahrzeugverkleidung
und/oder der Stoßstangen
und/oder der Zierleisten im gesamten Bereich um das Fahrzeug herum
angeordnet.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, dass durch die Anordnung von wenigstens zwei übereinander
liegenden und beabstandeten Schichtflächen mit verteilt angeordneten
Einzelsensoren 10 die im Crashfall auf das Fahrzeug einwirkenden
Kräfte
und deren Kraftrichtung schneller und mit einer verhältnismäßig hohen
Genauigkeit bestimmt werden können
und damit die Sicherheitssysteme schneller aktiviert werden. Außerdem werden durch
das verformbare Material die auf die Einzelsensoren 10 der
Sensorunterseite 18 einwirkenden Kräfte elastisch und/oder plastisch
gedämpft
und somit ein ungewolltes Auslösen
der Sicherheitseinrichtungen bei einem nur geringen Aufprall weitestgehend vermieden.
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- 10
- Einzelsensor
- 12
- Sensorbauteil
- 14
- Material
- 16
- Oberfläche
- 18
- Unterfläche
- F
- Kraft
- d
- Materialstärke