DE102008002549B4

DE102008002549B4 - Sensorik zur Ermittlung einer Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug und Verfahren zur Ermittlung einer Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008002549B4
Application number: DE102008002549.6A
Authority: DE
Inventors: Christof Kaerner; Josef Kolatschek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2028-06-21
Also published as: DE102008002549A1

Abstract

Sensorik (S1 bis S5) zur Ermittlung einer Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug (FZ), wobei wenigstens eine Bewegung eines ersten Elements (41) der Sensorik (S1 bis S5) zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (S1 bis S5) wenigstens eine Lücke (42) aufweist, die durch die Bewegung geschlossen wird, und dass das Schließen der Lücke (42) zu einem sich mechanisch fortpflanzenden Signal führt, wobei das Signal zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit dient, wobei die wenigstens eine Lücke (42) durch wenigstens einen gebogenen Metallstreifen (800, 805) gebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensorik bzw. ein Verfahren zur Ermittlung einer Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Aus DE 102 49 137 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit zwischen einem Fahrzeug und einem Aufprallobjekt bekannt. Dabei weist die Vorrichtung wenigstens eine flexible aufgehängte Stoßstange mit wenigstens einem Sensor auf, wobei der wenigstens eine Sensor derart konfiguriert ist, dass der wenigstens eine Sensor anhand einer Verschiebung der wenigstens einen Stoßstange zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit beiträgt. Die Messung kann dabei als Wegmessung induktiv oder optisch erfolgen, es ist jedoch auch zur Bestimmung der Aufprallgeschwindigkeit einer Druckmessung möglich.
Die DE 10 2004 008 005 A1 offenbart eine Anordnung zur Sensierung eines Frontaufpralls eines Kraftfahrzeuges mit mehreren Aufprallsensoren mit beabstandet zueinander angeordneten ersten Kontaktsensorelementen und zweiten Kontaktsensorelementen als voneinander separate Einheiten, zwischen denen ein freier, eine Messstrecke bildender Hohlraum vorgesehen ist.
In der DE 102 49 137 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit zwischen einem Fahrzeug und einem Aufprallobjekt beschrieben.
Die DE 10 2008 020 186 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug unter Verwendung von Körperschall infolge einer Deformation eines Karosseriebauteils des Kraftfahrzeugs.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensorik bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Sensorik wenigstens eine Lücke aufweist, die durch die Bewegung in Folge des Aufpralls geschlossen wird und das Schließen dieser Lücke führt zu einem sich mechanisch sich fortpflanzenden Signal, wobei dieses Signal zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit dient. Damit ist es möglich, eine Sensorik vorzusehen, die keine elektrische Anschlüsse benötigt, da sich das Signal, das zur Auswertung der Aufprallgeschwindigkeit dient, mechanisch in der Sensorik und dann auch im Fahrzeug, in die die Sensorik eingebaut ist, fortpflanzt. Damit wird ein erheblicher Anteil an Verkabelung eingespart und zur Auswertung kann auf bekannte Verfahren und entsprechende Steuergeräte mit Sensoren zurückgegriffen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Sensorik liefert ein Signal, das aufprallgeschwindigkeitsproportional ist und unabhängig von den Eigenschaften der Barriere, auf die das Fahrzeug aufgetroffen ist. Indem die Lücke durch die Bewegung verbraucht wird, kommt es zu einer Kolision von Elementen in der Sensorik, die die Erzeugung des die Aufprallgeschwindigkeit kennzeichnenden Signales bewirkt. Neben der Unabhängigkeit dieses Signals von der Beschaffenheit der Barriere wird die Signalerzeugung durch Elemente erreicht, die in ihren Eigenschaften bekannt sind, da diese Elemente Teile der Sensorik sind. Folglich ist das Signal nur von der Kollisionsgeschwindigkeit bzw. Aufprallgeschwindigkeit abhängig. Dieses Signal kann dann von einer weiteren Sensorik, beispielsweise in einem Steuergerät aufgezeichnet und ausgewertet werden. Im Vergleich zum Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Sensorik bzw. das erfindungsgemäße Verfahren einfacher und genauer und im Vergleich ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannter Umfeldsensoriken technisch einfacher und kostengünstiger.
Vorliegend ist die Sensorik eine Baueinheit, die rein mechanisch aufgebaut ist. Dabei kann die Sensorik ein Gehäuse aufweisen oder auch nicht. Insbesondere kann die Sensorik an verschiedenen Einbauorten im Fahrzeug angeordnet sein, so an der Fahrzeugfront, aber auch für Heckcrashs, wobei die Sensorik mit der Lücke zwischen Heckstoßfänger und Restfahrzeugstruktur platziert sein kann. Für die Erzeugung von Seitencrashsignalen kann die Lücke beispielsweise zwischen dem äußeren Schwellerblech und dem inneren Schwellerblech oder entsprechenden Teilen in der A-, B- oder C-Säule oder zwischen äusserer Türverkleidungen bzw. Elementen der Türverkleidung und Türblech oder - rahmen eingebaut werden. Ebenso ist denkbar die Sensorik in die Türverriegelung zu integrieren. Für diese Einbauorte weist die Sensorik die entsprechenden Einbaumittel auf.
Die Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit bedeutet vorliegend die Erfassung des Signals und die Ableitung der Aufprallgeschwindigkeit aus diesem Signal durch entsprechende Rechenschritte oder beispielsweise durch die Ver wendung von Tabellen, die eine Beziehung zwischen Signalwerten und Aufprallgeschwindigkeitswerten aufweisen.
Die Bewegung bedeutet, dass ein erstes Element der Sensorik sich in Folge des Aufpralls bewegt und die Lücke, die eine Beabstandung bzw. einen für das Element zurückzulegenden Weg darstellt in Folge der Bewegung schließt und beim Schließen das Signal erzeugt, das sich mechanisch fortpflanzt. Die Fortpflanzung geschieht über die mechanischen Komponenten der Sensorik und dann die Komponenten im Fahrzeug, an die die Sensorik selbst angeschlossen ist.
Das Schließen der Lücke bedeutet, dass das erste Element sich einem weiteren Element so nähert, dass es zu einer Berührung kommt und keine Lücke mehr zwischen diesen Elementen im Wesentlichen besteht. Die Geometrie dieser Lücke im offenen Zustand kann die verschiedensten Ausprägungen annehmen. Beispiele sind eine ebene Trennfläche oder eine keilförmige Struktur.
Die mechanische Fortpflanzung bedeutet, dass das Signal sich über die Komponenten des Fahrzeugs bewegen kann, so dass es sich bei dem Signal vorzugsweise um ein Beschleunigungssignal bzw. ein hochfrequentes Beschleunigungssignal mithin einem Körperschallsignal handelt. Dieses Signal dient dann zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit.
Diese Ermittlung kann dann beispielsweise durch die Aufzeichnung mittels eines Körperschallsensors in einem zentralen Steuergerät erfolgen, wobei dann durch die Wandlerwirkung der KÖrperschallsensorik ein elektrisches Signal vorliegt, das hinsichtlich der Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit ausgewertet werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Sensorik bzw. des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verfahrens zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug möglich.
Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, dass das Signal eine Beschleunigung oder ein Körperschallsignal ist. Auch das Körperschallsignal ist üblicherweise ein hochfrequentes Beschleunigungssignal, d. h. das Signal weist Frequenzen von beispielsweise über 400 Hz auf, die bis zu 50 kHz gehen können. Für beide Signale, sowohl das Beschleunigungssignal, als auch das Körperschallsignal, liegen bewährte Auswerteverfahren vor.
Zum Schließen der Lücke wird vorteilhafter Weise das erste Element gegen ein zweites Element mit höherer Trägheit bewegt, wobei durch die wenigstens eine Lücke eine mechanische Entkopplung des ersten und des zweiten Elements vorliegt. Durch den Unterschied der Trägheit wird gewährleistet, dass sich zunächst nur das Element mit geringer Trägheit bewegt.
Die Lücke dient vorliegend dazu, eine mechanische Entkopplung des ersten und des zweiten Elements sicherzustellen. Dies bedeutet, dass die beiden Elemente unabhängig voneinander bewegt werden können.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das erste Element als ein in sich kräftearm verschiebbarer Bolzen gestaltet ist. Dabei kann das erste Element als Bolzen in das zweite Element als Hülse eingeführt werden. Dies ist vorteilhaft, denn das Verfahren würde ungenauer werden, wenn mehr Kraft aufgewendet werden müßte, um das trägheitsarme Element auf Crashgeschwindigkeit zu beschleunigen. Auch die Barrierenabhängigkeit würde zunehmen. Allerdings ist aus Stabilitätsgründen eine gewisse Dämpfung notwendig.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass die Lücke maximal einige Millimeter breit ist. Damit ist beispielsweise ein Abstand von 3 bis 4 mm gemeint. Damit kann die erfindungsgemäße Sensorik sehr kompakt gebaut werden.
Das erste und das zweite Element können vorteilhafter Weise ineinander für die Bewegung verschiebbar sein. Dabei kann das oben genannte Konzept verwendet werden, das erste Element als Bolzen, der kräftearm verschiebbar ist, verwendet werden. Auch dies führt zu einer sehr kompakten Ausführung der erfindungsgemäßen Sensorik. Dies kann vorteilhafter Weise dadurch ergänzt werden, dass in Richtung der Bewegung ein Dämpfungselement vorgesehen ist. Dieses Dämpfungselement, beispielsweise eine Feder, hat die Aufgabe, beim normalen Fahrbetrieb für eine Stabilisierung des Aufbaus zu sorgen. Es sind jedoch auch andere Dämpfungselemente als eine Feder möglich.
Es ist auch vorteilhaft, dass die wenigstens eine Lücke durch wenigstens einen gebogenen Metallstreifen gebildet wird. Dies ist eine alternative Ausführungsform zu der oben genannten Ausprägung, wobei hier die Lücke und das Deformationselement durch beispielsweise ein oder zwei U-förmig gebogene Metallstreifen gebildet wird. Sobald eine Kollision mit einem Hindernis erfolgt, bewegt sich das erste Element auf das zweite Element zu und deformiert dabei den Metallstreifen. Wenn die Lücke aufgebraucht ist, erfolgt ein Zusammenprall des ersten und des zweiten Elements oder ein Signal wird analog zum Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs erzeugt.
Vorteilhafter Weise kann das Signal, das bei dem Schließen der Lücke erzeugt wird, von einem Steuergerät ausgewertet werden, dabei beispielsweise mittels einer Beschleunigungs- und/oder Körperschallsensorik. Dabei können dann bekannte Algorithmen zur Auswertung solcher Signale verwendet werden. Eine Auswertung beschränkt sich dabei auf einen kurzen Zeitraum, und zwar von wenigen Millisekunden nach der Kollision. Die Auswertung kann beispielsweise nach folgendem Schema erfolgen:

a) identifiziere den ersten Signalpeak
b) vergleiche die Amplitude des ersten Signalpeaks mit einer vorgegebenen Schwelle
c) wenn die Schwelle überschritten wird, dann löse die Rückhaltemittel bzw. Personenschutzmittel aus.

Alternativ kann statt c) der Ansteuerung der Personenschutzmittel auch eine Empfindlichkeitserhöhung oder -verminderung eines konventionellen integralbasierten Auslösealgorithmus erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Sensorik,
2 eine konventionelle Fahrzeugfront,
3 eine Fahrzeugfront mit der erfindungsgemäßen Sensorik,
4 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkollision zum Zeitpunkt t0,
5 eine weitere schematische Darstellung der Fahrzeugkollision zum Zeitpunkt t,
6 eine weitere schematische Darstellung der Fahrzeugkollision nach dem Schließen der Lücke,
7a eine schematische Darstellung der Sensorik im normalen Fahrbetrieb und
7b eine schematische Darstellung der Sensorik bei einer Kollision,
8a und b eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Sensorik mit gebogenen Metallelementen,
9 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
10 ein Beschleunigungszeitdiagramm.

1 zeigt ein Fahrzeug FZ mit der erfindungsgemäßen Sensorik an verschiedenen Einbauorten im Fahrzeug FZ. Dabei sind zwei erfindungsgemäße Frontsensoren S1 und S2, zwei Seitenaufprallsensoren S3 und S4 auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten und ein Hecksensor S5 vorgesehen. Weiterhin ist zentral ein Steuergerät SG vorgesehen mit einer Körperschallsensorik KSS, einen Mikrocontroller µC und einer Ansteuerungsschaltung FLIC zur Ansteuerung der Personenschutzmittel PS wie Airbags oder Gurtstraffer. Auch andere Personenschutzmittel sind vorliegend möglich. Vorliegend sind nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Komponenten dargestellt.
Erfindungsgemäß schließen bei einem Aufprall, beispielsweise bei einem Front- oder Schrägaufprall die Sensoren S1 und S2 ihre Lücke und erzeugen dann beim Zusammenprall des ersten und zweiten Elements ein Signal, das sich mechanisch im Fahrzeug FZ fortpflanzt und mit der Körperschallsensorik KSS aufgezeichnet werden kann, um entsprechend vom Mikrocontroller µC als eine Auswerteschaltung ausgewertet zu werden. In Abhängigkeit von dieser Auswertung werden dann Ansteuersignale für die Ansteuerschaltung FLIC erzeugt, die dann in Abhängigkeit davon die entsprechenden Personenschutzmittel aktiviert. Bei Seitenaufprallsituationen schließen die entsprechenden Sensoren S3 und S4 ihre entsprechenden Lücken und erzeugen durch den Zusammenstoß der jeweiligen Elemente das Signal, das sich mechanisch dann zum Steuergerät SG fortpflanzt und wiederum in der entsprechenden Art und Weise ausgewertet werden kann. Infolge eines Heckcrashs schließt dann die Sensorik S5 ihre Lücke, um das entsprechende Signal zu erzeugen.
Vorliegend werden die Signale mechanisch übertragen, d.h. die Sensoriken S1 bis S5 brauchen keine elektrische Versorgung oder Auswerteleitungen. Die Differenzierung der Signale, also die Zuordnung der Sensoren zu den Signalen, die beim Steuergerät SG ankommen, kann beispielsweise durch eine Zurückrechnung im Steuergerät SG erfolgen, wobei auch der Übertragungsweg, beispielsweise durch besondere Elemente, die auf diesem Übertragungsweg angeordnet sind, berücksichtigt werden kann. D. h. die Signale werden bei der mechanischen Übertragung im Fahrzeug FZ durch den Übertragungsweg moduliert und diese Modulation wird im Steuergerät den einzelnen Sensoren S1 bzw. S2 als Identifikationssignal zugeordnet. Alternativ kann auch eine richtigungsabhängige Auswertung der sich mechanisch ausbreitenden Signale vorgesehen sein, beispielsweise durch eine entsprechend eingebaute Sensorik im Steuergerät SG. Damit ist eine kostengünstige und zuverlässige Sensorik zur Aufprallerkennung realisiert. Diese Sensorik kann durch Plausibilitätssensoren im Steuergerät SG oder einem Sensorsteuergerät ergänzt werden, um eine entsprechende Plausibilisierung zu erreichen bzw. Sensoren S1 bis S5 dienen als Plausibilitätssensoren. Weitere Einbauorte sind möglich. Es können auch weniger als die dargestellten Sensoren verwendet werden, beispielsweise nur ein Frontsensor oder nur die Seitenaufprallsensoren oder nur der Heckcrashsensor.
Insbesondere zur Unterscheidung zwischen bestimmten Crashsituationen ist die erfindungsgemäße Sensorik bzw. das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet. Mit einer Sensorik gemäß dem Stand der Technik ist es sehr schwierig, auf Basis beispielsweise eines reinen Zentralsensors den Fall einer langsamen Kollision gegen eine feste Barriere, beispielsweise im sogenannten Alianzzentrum Technik - Crashversuch 15 km/h gegen eine starre Barriere mit 40 % Überdeckungsgrad, von dem einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit gegen eine nachgiebige Barriere, z. B. den sogenannten EuroNCAP-Test mit 64 km/h gegen eine weiche Barriere mit 40% Überdeckungsgrad zu unterscheiden. Im ersten Fall soll nämlich kein Personenschutzmittel aktiviert werden, im zweiten Fall sollen mehrere der verfügbaren Personenschutzmittel aktiviert werden. In den Beschleunigungssignalen oder in den integrierten Beschleunigungssignalen, das sind Geschwindigkeitssignale, ähneln sich diese zwei Situationen im Zeitraum, der für eine Ansteuerung der Personenschutzmittel relevant ist, sehr stark.
Gemäß dem Stand der Technik sollen in solchen Fällen für eine sichere Ansteuerung der Personenschutzmittel häufig zusätzliche Sensoren im Frontbereich des Fahrzeugs sogenannte Upfront-Sensoren installiert werden. Mit Hilfe solcher Sensoren ist es einfacher, diese beiden Unfallsituationen voneinander zu unterscheiden. Alternativ ist es auch noch möglich, Umfeldsensoren, wie Radar- oder Ultraschall zu verwenden.
Die Erfindung bzw. die erfindungsgemäße Sensorik bzw. das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt jedoch in einer sehr einfachen Art und Weise ein aufprallgeschwindigkeitsproportionales und barriereneigenschaftsunabhängiges Beschleunigungs- und/oder Körperschallsignal an einem Punkt in der Fahrzeugstruktur, welches an einem anderen durch eine geeignete Körperschall- bzw. Beschleunigungssensorik aufgezeichnet und mittels einer zugeordneten Auswerteeinheit weiter verarbeitet werden kann. Das weiterverarbeitete Signal kann dann beispielsweise zu einer der Unfallschwere entsprechenden Ansteuerung der Personenschutzmittel verwendet werden. D.h. die Sensoren, die zur Aufzeichnung des Signals dienen, das von der erfindungsgemäßen Sensorik abgegeben wird, sind oftmals elektronische Beschleunigungs- bzw. Körperschallsensoren, die ein kontinuierliches Signal aufnehmen können.
Dafür wird erfindungsgemäß eine Sensorik verwendet, die ein mechanisches Element aufweist, welches im normalen Fahrzustand des Fahrzeugs in einem Bereich mit geringer Trägheit und in einem Bereich mit hoher Trägheit durch einen geringen Abstand, also eine Lücke oder Fuge, unterteilt. Bei einer Kollision wird durch das Hindernis das Element mit geringer Trägheit gegen das Element mit hoher Trägheit beschleunigt und auf näherungsweise Kollisionsgeschwindigkeit gebracht. Diese Geschwindigkeit wird in erster Näherung unabhängig von der Barrierenbeschaffenheit erreicht. Nachdem der durch die Fuge zur Verfügung stehende Weg aufgebraucht ist, kollidiert nun das leichte Fahrzeugteil mit dem schweren und erzeugt durch den Schlag des Auftreffens ein Signal, welches unabhängig von der Barriere ist und bei welchem alle beteiligten mechanischen Komponenten in ihren Eigenschaften bekannt sind. Dieses Signal ist somit nur von der Kollisionsgeschwindigkeit abhängig. Dies kann von einem Sensor aufgezeichnet und ausgewertet werden.
2 erläutert den typischen Fahrzeugvorbau, der aus folgenden Elementen besteht: eine Kunststoffabdeckung 20, ein deformierbarer Schaum 21, ein Querträger 22. Diese Konstruktion ist dann typischerweise über zwei Deformationselemente 23 an den Längsträgern 24 links und rechts befestigt. Gemäß dem Stand der Technik bilden diese Elemente einen festen Verbund mit hoher Trägheit.
3 zeigt nun die erfindungsgemäße Weiterentwicklung, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Die Möglichkeit, ein vorderes Fahrzeugteil mit geringer Trägheit zu erzeugen, besteht in der weitgehend physikalischen Entkopplung des Verbundes Kunststoffabdeckung, Schaum, Querträger 20 bis 22, von der Deformationselementlängsträgerkonstruktion 23, 24, da dieses Teil typischerweise eine geringe Masse besitzt und andererseits sich gerade für Frontalkollisionen im Bereich des Auftreffpunkts befindet. Die Entkopplung kann durch die Erzeugung eines Spaltes L von wenigen Millimetern Breite zwischen diesen zwei Baugruppen bestehen. Da natürlich, um eine gewisse Festigkeit gewährleisten zu können, trotzdem noch eine Verbindung zwischen diesen beiden Baugruppen bestehen muss, wird vorliegend folgende technische Lösung beispielhaft vorgeschlagen: beide Baugruppen werden mittels eines Bolzens verschraubt. Dieser Bolzen besteht allerdings nun aus zwei, gegeneinander in Längsrichtung verschiebbaren Komponenten, wobei die eine Komponente sich innerhalb des von der anderen Komponenten gebildeten Hohlraums frei in Längsrichtung bewegen kann. In Querrichtung besteht eine Führung der inneren Komponente durch die äußere. Zusätzlich kann ein solcher Kollisionsbolzen auch als ein Dämpfungselement, z. B. eine Feder, aufweisen, welche beim normalen Fahrbetrieb für eine Stabilisierung der Konstruktion sorgt. Die Verschiebbarkeit des Kollisionsbolzen ist vorliegend absichtlich nur auf wenige Millimeter ausgelegt. Sobald dieser Freiraum aufgebraucht ist, prallen die Bolzenteile hart aufeinander und erzeugen das geschwindigkeitsproportionale Aufprallsignal, welches sich nun als Welle in der Fahrzeugkonstruktion ausbreitet. Diese wird nun durch die Deformationselement-Längsträgerstruktur zu einem Beschleunigungs- oder Körperschallsensor erfasst und einer Auswerteeinheit zugeführt. Dies ist durch das Steuergerät SG gezeigt.
Die 7a und b zeigen einen solchen Kollisonsbolzen. Durch das Bezugszeichen 707 wird die Befestigung des Querträgers gezeigt. Daran ist das erste Element 700 des Kollisionsbolzen angeschlossen. D. h. wird der Querträger in Folge des Unfalls bewegt, bewegt sich auch das Element 700. Das Element 700 weist Aufprallebenen 711 auf und eine Lücke zum zweiten Element 701, das ebenfalls Aufprallebenen 711 aufweist. Über einen Stab 703, der einstückig oder mehrstückig Teil des ersten Elements 700 ist, ist das Element 700 durch eine Führung 704 des zweiten Elements 701 und einer weiteren Verdickung 702, die dann im zweiten Element 701 wiederum in einer Führung 704 angeordnet ist, mit einem Dämpfungselement 705 verbunden. D. h. das Element 700 besteht aus einem ersten Teil der am Querträger befestigt ist, einem Stab 703 und einem wieder größeren Teil 702, der sich innerhalb des zweiten Elements 701 befindet. Das zweite Element 701 ist an das Deformationselement 706 angeschlossen. Die Lücke 710 ist wenige Millimeter breit und trennt die Elemente 700 und 701.
In 7b sind die gleichen Elemente dargestellt und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente. In 7b ist nun der Fall dargestellt, dass die Lücke 708 aufgebraucht ist infolge der Bewegung des ersten Elements 700 und die Feder 705 wird in Folge dieser Bewegung gespannt und dabei zusammengedrückt. In Folge des Aufpralls des ersten Elements 700 auf das zweite Element 701 entsteht ein Körperschall- bzw. Beschleunigungssignal, das sich im Fahrzeug ausbreitet bzw. fortpflanzt.
4 zeigt schematisch eine Fahrzeugkollision zum Zeitpunkt t0, bei dem das Hindernis die Geschwindigkeit V_H, das Fahrzeug bestehend aus den Teilen 41, der Lücke 42 und dem Element 43 die Geschwindigkeit V_F hat. Das Fahrzeug ist mit dem Bezugszeichen 44 und das Hindernis mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet. Der erste Teil 41 bezeichnet das erste Element, das trägheitsarm ist. Die Kollisionsgeschwindigkeit V_K errechnet sich vektoriell zu V_K = V_F-V_H.
Die Kollision mit dem Hindernis 40 kann in verschiedene zeitlich gestaffelte Phasen unterteilt werden. Der Zeitpunkt t0 bezeichnet den Crashbeginn, also den ersten Kontakt eines Fahrzeugs mit einem Hindernis. Im allerersten infinitesimalen Augenblick dieser Berührung zwischen dem Fahrzeug 44 und dem Hindernis 40 besitzen beide noch ihre jeweils ursprüngliche Geschwindigkeit V_F bzw. V_H. Es bestehen dabei noch keine Kräfte. Ab t0 erfolgt nun ein Kraftaufbau entgegengesetzt zur Trägheit der Komponenten, welche in diesem Fall das berührende Fahrzeugteil 41 und das Hindernis 40 sind. Ist nun die Trägheit des Fahrzeugteils 41 deutlich geringer als die der Barriere 40, wird das Fahrzeugteil 41 anteilsmäßig sehr stark verzögert, das Hindernis 40 entsprechend nur gering beschleunigt. Eine eben solche Wirkung hat auch eine gegebene Steifigkeit des Hindernisses 40. Ein derartiges Hindernis erscheint somit, obwohl es durchaus beweglich oder deformierbar sein kann, in diesem Augenblick aus Sicht der Fahrzeugfront näherungsweise äquivalent zu einem starren und undeformierbaren Hindernis. Ein Beispiel für ein Hindernis mit solchen Eigenschaften ist z. B. die im EuroNCAP eingesetzte deformierbare Barriere oder auch die beim Typschadentest NCar eingesetzte starre Barriere.
5 zeigt die Kollision zum Zeitpunkt t, der größer ist als t0, aber kleiner als eine weitere Zeit t2. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten wie in 4, wobei vorliegend die Lücke mit 50 gekennzeichnet ist. Für diese Zeiten t ist die Wechselwirkung zwischen Hindernis und Fahrzeug in erster Näherung unabhängig von den Deformationseigenschaften des Hindernisses, sofern der mit dem Hindernis wechselwirkende Teil des Fahrzeugs eine geringe Massenträgheit besitzt. Die Folge ist, dass das trägheitsarme Teil von seiner ursprünglichen Geschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit nun in kurzer Zeit durch die Kraft des Hindernisses auf näherungsweise die Hindernisgeschwindigkeit beschleunigt wird.
Allerdings nur dann, wenn genügend Raum für diese Beschleunigung zur Verfügung steht. Aus diesem Grund muss ein solches trägheitsarmes Teil 41 eine gewisse räumliche Distanz vom anderen schwereren und damit trägeren Fahrzeugteilen 43 haben. Die Lücke beginnt sich also zu schließen, und zwar mit der Kollisionsgeschwindigkeit V_K = V_F - V_H.
6 zeigt nun die Kollision bei der geschlossenen Lücke 60. Dies ist zum Zeitpunkt t2 der Fall und es erfolgt nun ein Stoß des Teils 41 mit der schweren Reststruktur 43. Dieser Stoß erfolgt nun mit näherungsweise der gleichen Geschwindigkeit wie die Kollision, Hindernis 40 und Fahrzeug 44 zum Zeitpunkt t0, da die Geschwindigkeit des Hindernisses auf das trägheitsarme Teil 41 übertragen wurde. Dieser zweite Stoß zum Zeitpunkt t2 hat nun aber für die Signalerzeugung und die Auswertung wesentlich günstigerer Eigenschaften, da zum einen alle beteiligten Komponenten innerhalb des Fahrzeugs liegen und in ihren mechanischen Eigenschaften bekannt sind, zum anderen die Geometrie des Aufpralls im wesentlich stärkeren Umfang vorgegeben ist und hier keine Variationsmöglichkeit besteht. Durch den Stoß entsteht nur ein der Stoßgeschwindigkeit 61 proportionales Aufprallsignal, welches durch die Strukturelemente des Fahrzeugs in Richtung eines Beschleunigungs- oder Körperschallsensors weitergeleitet wird und dort ausgewertet wird. Da von nun einem weiteren Kollisionsverlauf die vorher getrennten Teile zusammengeschoben sind und eine Einheit bilden, sind wie diesem ersten Impuls nachfolgenden Signale identisch mit den auch bei herkömmlichen Fahrzeugen entstehenden und lassen sich mittels dem schon bekannten Verfahren auswerten. Auch wird sich von nun an die unterschiedlichen Barrierentypen unterschiedlich verhalten, da eine starre Barriere nicht durch das Fahrzeug eingedrückt wird, während eine nachgiebige Barriere sich aber anfängt zu verformen.
8a und 8b zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorik. Diese Ausführungsform kann beispielsweise aus einem laschenförmigen, also U-förmigen gebogenen Bauteil bestehen, welches leicht deformiert werden kann. Auch auf diese Art kann die Entkopplung der Bauteile und ein nachfolgender Zusammenprall verwirklicht werden. Mit dem Bezugszeichen 802 ist der Querträger bezeichnet, an dem die erfindungsgemäße Sensorik angeschlossen ist. Die Aufprallebenen 804 sind dargestellt und ebenso das U-förmig gebogene Metallelement 800 sowie 805. Auf der anderen Seite ist die Befestigung der Sensorik an dem Deformationselement 803 gezeigt. Die Lücke ist durch das Bezugszeichen 801 gekennzeichnet In 8b ist dabei, wobei wiederum gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, das Schließen der Lücke dargestellt, 807 und das Signal wird entsprechend erzeugt und kann sich in der Fahrzeugstruktur fortpflanzen. Die Bewegungsrichtung ist durch den Pfeil 806 gekennzeichnet. Beim Schließen der Lücke werden die Metallstreifen 800 und 805 deformiert.
9 zeigt in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren. In Verfahrensschritt 900 erfolgt der Aufprall des Hindernisses auf das Fahrzeug. In Folge dessen wird das erste Element, also das trägheitsarme bewegt, und zwar mit der Aufprallgeschwindigkeit. Dies führt in Verfahrensschritt 901 zum Schließen der Lücke. Ist die Lücke geschlossen, kommt es zu einem Zusammenprall des trägheitsarmen und des trägheitsreichen Elements, so dass ein Signal erzeugt wird, das sich mechanisch im Fahrzeug ausbreitet bzw. fortpflanzt (Verfahrensschritt 902).
10 zeigt Crashsignale, die durch einen Beschleunigungssensor in Fahrzeuglängsrichtung im Steuergerät gemessen wurden. Die Höhe der Crashsignale ist auf der Ordinate und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen. Dargestellt ist ein sogenannter NCar-16km-Crash mit starrer Barriere und eine 44- km/h-Kollision mit deformierbarer Barriere. Deutlich ist der Amplitudenunterschied im jeweils ersten Peak der beiden Signale zu sehen, und zwar bei 0,007 und bei 0,095 Sekunden. Die Höhe dieser Peaks ist jeweils das erzeugte geschwindigkeitsproportionale Merkmal und wird ausgewertet.

Claims

Sensorik (S1 bis S5) zur Ermittlung einer Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug (FZ), wobei wenigstens eine Bewegung eines ersten Elements (41) der Sensorik (S1 bis S5) zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (S1 bis S5) wenigstens eine Lücke (42) aufweist, die durch die Bewegung geschlossen wird, und dass das Schließen der Lücke (42) zu einem sich mechanisch fortpflanzenden Signal führt, wobei das Signal zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit dient, wobei die wenigstens eine Lücke (42) durch wenigstens einen gebogenen Metallstreifen (800, 805) gebildet ist.
Sensorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein Beschleunigungs- oder Körperschallsignal ist.
Sensorik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (41) zum Schließen der wenigstens eine Lücke (42) gegen ein zweites Element (43) der Sensorik (S1 bis S5) mit höherer Trägheit bewegt wird, wobei durch die wenigstens eine Lücke eine mechanische Entkopplung des ersten und des zweiten Elements (41, 43) vorliegt.
Sensorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (41) als Teil eines in sich kräftearm verschiebbarer Bolzen gestaltet ist.
Sensorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (42) maximal einige Millimeter breit ist.
Sensorik nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Element (41, 43) ineinander verschiebbar für die Bewegung sind.
Sensorik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Bewegung wenigstens ein Dämpfungselement (705) vorgesehen ist.
Verfahren zur Ermittlung einer Aufprallgeschwindigkeit für ein Fahrzeug (FZ), wobei wenigstens eine Bewegung wenigstens eines Elements einer Sensorik (S1 bis S5) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lücke (42) in der Sensorik durch die Bewegung geschlossen wird und das Schließen der wenigstens einen Lücke (42) zu dem sich mechanisch fortpflanzenden Signal führt, wobei das Signal zur Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit dient.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein Beschleunigungssignal oder ein Körperschallsignal ist und von einem Steuergerät ausgewertet wird.