-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Erkennung eines Aufpralls eines Objektes auf ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Auslösung eines Rückhaltemittels eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 5 sowie ein Verfahren zur Befestigung eines Sensors gemäß Anspruch 10.
-
Bei einem Fahrzeugunfall – und bei dementsprechender Unfallschwere – werden unter anderem irreversible Sicherheitssysteme ausgelöst, um die Insassen zu schützen (z. B. Airbag, Gurtstraffer, Gurtkraftminderer usw.). Bei solch einer Auslösung wird die Entscheidung an Hand von zwei Sensorsignalen getroffen:
- – einem Triggersignal mit höherer Auslöseschwelle zur Auslösung des Rückhaltemittels, und
- – einem Plausibilitätssignal mit niedrigerer Auslöseschwelle zur Überwachung des Triggersignals und zur Vermeidung von fehlerhaften Auslösungen.
-
Diese beiden Signale kommen meist aus unterschiedlichen Crash-Sensoren wie beispielsweise:
- – einem Upfrontsensor (= Beschleunigungssensor im Frontbereich des Fahrzeugs),
- – einem PAS (PAS = peripheral acceleration sensor = peripherer Beschleunigungssensor in der Fahrzeugseite),
- – einem PPS (PPS = peripheral pressure sensor = peripherer Drucksensor in der Fahrzeugseite)
- – einem Airbag-Steuergerät (insbesondere Beschleunigungssensoren hierin).
-
Diese Trigger- und Plausibilitätssignale sind notwendig um Fehlauslösungen auszuschließen; eine feste Zuordnung welches Sensorsignal als Trigger- oder als Plausibilitätssignal verwendet wird, gibt es nicht.
-
Bekannt ist auch die Verwendung von Umfeldsensoren (z. B. Radarsensoren), um das Auslöseverhalten der Rückhaltesysteme durch schon vor dem Crash ermittelte Informationen zu verbessern.
-
Bekannt sind weiterhin kapazitive Abstandssensoren (z. B. aus der
GB2404443A ), die den Außenbereich von Fahrzeugen überwachen, um eine bevorstehende Kollision zu erkennen.
-
Aus der
DE 10 2007 017 496 A1 ist eine Kollistionserfassungsvorrichtung bekannt, die mit einer Spule versehen ist, welche an einer inneren Seite eines äußeren Panels eines Körpers- bzw. Karosserieabschnitts eines Fahrzeugs angeordnet ist und dem äußeren Panel gegenüberliegt, so dass ein Magnetfeld in einer Richtung in Richtung des äußeren Panels erzeugt wird, sowie eine Kollisionsbestimmungseinheit zum Bestimmen einer Kollision mit dem Karosserieabschnitt des Fahrzeugs auf der Grundlage einer Variation einer Unduktanz der Spule. Die Kollisionsbestimmungseinheit enthält eine Resonanzschaltung, welche aus der Spule gebildet ist, wenn eine Kollision mit dem Fahrzeugkarosserieabschnitt auftritt, nimmt ein Abstand zwischen dem äußeren Panel und der Spule ab, so dass ein Induktanz der Spule unmittelbar abnehmen kann. Eine Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung nimmt deshalb zu und wird erfasst, wodurch die Ansprechzeit verkürzt wird.
-
Aus der
DE 103 26 770 A1 ist eine Kollisionsschutzeinrichtung zum Schutz von Fußgängern bekannt, die einen Sensor einsetzt, der ein Breitenausgabesignal, entsprechend der Breite des das Fahrzeug kontaktierenden Objekts ausgibt, wobei der Sensor einen Widerstandsleiter aufweist, der durch einen leitfähigen Leiter eines Abschnitts der Länge des Widerstandsleiters kurzgeschlossen wird und einen zweiten Sensor aufweisen kann, der nur dann ein Ausgabesignal liefert, falls eine Stoßschwelle überschritten wird, wobei mehrere Sensoren eingesetzt werden können, die eine Angabe des Ortes und der Breite des kontaktierenden Objektes liefern.
-
Aus der
DE 42 42 230 A1 ist eine Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Aufpralls auf ein Fahrzeug bekannt, die ein Sensorelement aufweist, das bei einem seitlichen Aufprall auf das Fahrzeug ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal abgibt. Das Sensorelement weist mindestens einen elektrischen Kondensator auf, der in einer Oszillatorschaltung ein frequenzbestimmendes Schaltungselement bildet. Die Oszillatorschaltung ist mit einem Frequenz-Spannungs-Wandler zusammengeschaltet, die als Ausgangssignal eine entsprechende elektrische Spannung abgibt.
-
Aus
EP 1 747946 A1 ist ein magnetischer Crashsensor bekannt, der sich innerhalb der Tür befindet und das intrudierende Türblech bei Seitenkollisionen sensiert.
-
Aus den gesetzlichen Seitencrashanforderungen und sehr wichtigen Verbrauchertests sind zwei äußerst schwer zu bestehenden Tests von großer Bedeutung:
- – Erstens der neue FMVSS 214-Test, der auch ”oblique pole test” genannt wird. Dabei wird das Fahrzeug nicht, wie üblich im 90°-, sondern im 75°-Winkel mit einer Geschwindigkeit von 32 km/h auf einen Pfahl geführt. Dabei wird das Fahrzeug so positioniert, dass das Pfahl direkt auf Kopfhöhe des Fahrers einschlagen soll. Da sich die stabilisierende A-Säule relativ weit entfernt vom erwarteten Aufprallort befindet, ist eine hohe Intrusion und somit ein hohes Verletzungsrisiko zu erwarten.
- – Zweitens der IIHS-Seitenaufprall-Test: Es handelt sich hier um einen Barrierentest, wobei die Barrierenstruktur der eines SUV-Fahrzeuges (SUV = sport utility vehicle = Geländewagen) entspricht. Gegenüber einem üblichen Seitencrash mit Barriere werden beim IIHS-Test eine höhere Masse und eine höhere Barriere mit mehr Bodenfreiheit verwendet. Dies bedeutet, dass die Intrusion über dem Schweller in das zu testende Fahrzeug einschlägt. Der sehr steife und dadurch stabilisierende Schweller hat hier nur sehr wenig positiven Einfluss beim Unfallgeschehen. Dies kann zu einem erhöhten Verletzungsrisiko für die Insassen des zu testenden Fahrzeugs führen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung schafft einen Sensor zur Erkennung eines Aufpralls eines Objektes auf ein Fahrzeug, wobei der Sensor die folgenden Merkmale umfasst:
- – eine Elektrodenanordnung, die eine erste Elektrode und einen von der ersten Elektrode elektrisch isolierten Elektrodenkontaktanschluss zur Kontaktierung einer zweiten Elektrode aufweist, wobei die Elektrodenanordnung derart ausgebildet ist, um bei einer angelegten Spannung zwischen der ersten Elektrode und dem Elektrodenkontaktanschluss das sich dem Fahrzeug annähernde Objekt auf Grund einer Kapazitäts- oder Spannungsänderung zwischen der ersten Elektrode und dem Elektrodenkontaktanschluss zu erkennen; und
- – einer Abstandserfassungsanordnung mit einer Abstandserfassungselektrode und einem Kontaktanschluss zur Kontaktierung einer elektrisch leitfähigen Strukturelektrode im Inneren einer Struktur des Fahrzeugs, wobei die Abstandserfassungsanordnung ausgebildet ist, um bei einer angelegten Spannung zwischen der Abstandserfassungselektrode und dem Kontaktanschluss eine Änderung des Abstandes zwischen der Abstandserfassungselektrode und der Strukturelektrode bei einem Aufpralls eines Objektes auf ein Fahrzeug auf der Basis einer Kapazitäts- oder Spannungsänderung zwischen der Abstandserfassungselektrode und dem Kontaktansschluss zu erkennen.
-
Verfahren zur Auslösung eines Rückhaltemittels eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines ersten Sensorsignals, das eine Änderung einer Kapazität, einer Induktivität oder eines Widerstandes eines am Kraftfahrzeug angeordneten Sensors repräsentiert, wenn sich ein Objekt dem Fahrzeug nähert;
- – Bereitstellen eines zweiten Sensorsignals, das eine Änderung eines Abstandes von zwei Elektroden repräsentiert, wobei eine der beiden Elektroden im Inneren einer Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist; und
- – Auslösen des Rückhaltemittels des Kraftfahrzeugs auf der Basis des ersten und zweiten Sensorsignals.
-
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät, das zur Ausführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
-
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
-
Auch schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Befestigung eines vorstehend beschriebenen Sensors an einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – Befestigen des Sensors auf oder an einer Oberfläche des Fahrzeugs;
- – Elektrisch wirksames Kontaktieren des Elektrodenkontaktanschlusses mit einer elektrisch leitfähigen Lage im Bereich einer Oberfläche des Fahrzeugs als zweiter Elektrode, um die Elektrodenanordnung bereitzustellen; und
- – Elektrisch leitfähiges Verbinden des Kontaktanschlusses mit einer Strukturelektrode, die im Inneren einer Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist, um die Abstandserkennungsanordnung bereitzustellen.
-
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Auslösung eines Rückhaltemittels auf der Basis der von Signalen lediglich eines Sensors erfolgen kann, wenn diese Signale auf eine physikalische unterschiedliche Weise ermittelt werden. Durch den vorgeschlagenen Ansatz kann beispielsweise ein ankommendes (metallisches) Objekt durch die Änderung der Kapazität eines entsprechend ausgelegten Sensors erfasst werden, wobei bei einem Einschlag dieses Objekts in das Fahrzeug bzw. eine Tür desselben eine Deformation des Fahrzeugbleches bestimmt werden kann. Diese Deformation kann dabei entweder ebenfalls durch die Bestimmung einer Kapazitätsänderung (durch die Veränderung des Abstandes von zwei Elektroden) oder durch eine Kurzschlusserkennung erfasst werden, wenn die beiden Elektroden (die günstigerweise in einer inneren Struktur des Fahrzeugs wie beispielsweise einer Fahrzeugtüre verbaut sind) sich berühren oder anderweitig beim Aufprall des Objekts in das Fahrzeug ein Kurzschluss zwischen diesen beiden Elektroden erzeugt wird. Um diese beiden Signale zu generieren, können verschiedene Elemente verwendet werden, beispielsweise auch das Fahrzeugblech (im Bereich einer Fahrzeugtür). Durch diese vom Sensor zur Verfügung gestellten Signale, die auf physikalisch unterschiedlichen Prinzipien bei einer Annäherung eines Objektes auf das Fahrzeug im bzw. beim Einschlag des Objektes in das Fahrzeug basieren, kann somit eine zuverlässige und sichere Auslösung des (irreversiblen) Rückhaltemittels, wie beispielsweise eines Airbags oder eines Gurtstraffers, eingeleitet werden.
-
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Verwendung eines einzigen, jedoch optimierten Sensors eine sichere Auslösung des Rückhaltemittels möglich ist. Ein weiterer Sensor bzw. ein Signal desselben ist somit für eine zuverlässige Auslösung des Rückhaltemittels nicht zwingend erforderlich, so dass sich hierdurch Kosteneinsparungen bei aufzubauenden Sicherheitssystem ergeben. Wird jedoch ein weiterer Sensor verwendet, kann die Berücksichtigung eines Signals desselben eine Erhöhung der Auslösesicherheit bewirken, so dass durch in die erhöhten Kosten bei der Verwendung des zusätzlichen Sensors ein entsprechender Sicherheitsgewinn gegenübersteht.
-
In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung können die Abstandserfassungsanordnung und/oder die Elektrodenanordnung ausgebildet sein, um im befestigten Zustand des Sensors an dem Fahrzeug als Abstandserfassungselektrode und/oder als zweite Elektrode eine elektrisch leitfähige Lage im Bereich einer Oberfläche des Fahrzeugs oder ein Fahrzeugblech zu verwenden. Dies bietet den Vorteil, dass eine elektrisch leitfähige Lage, beispielsweise in Form des Fahrzeugbleches, verwendet werden kann, die bereits für andere Zwecke im Fahrzeuge vorhanden ist. Hierdurch lässt sich ein Mehrfachnutzen dieser elektrischen leitfähigen Lage erreichen, was die Herstellungskosten des Sensors senkt. Zugleich kann die großfläche Ausdehnung dieser elektrisch leitfähigen Lage eine bessere und präzisere Sensierung der Kapazitätsänderung bei der Annäherung eines Objektes an den Sensor bzw. die Kapazitätsänderung bei einer Verringerung des Abstandes zwischen den Elektroden im Inneren der Struktur des Fahrzeugs ermöglicht werden.
-
Ferner kann auch die Abstandserfassungsanordnung einen elektrisch leitfähigen Aktivschirm aufweisen, der beim Befestigen des Sensors am Fahrzeug zwischen der Abstandserfassungselektrode und der Strukturelektrode anordenbar ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass die Erfassung der Abstandsänderung der Elektroden im Inneren der Fahrzeugstruktur besser gegenüber Störeinflüssen durch die Annäherung des Objektes auf den Sensor bzw. das Fahrzeug abgeschirmt ist. Somit wird eine zuverlässigere Trennung zwischen den Signalen des Sensors bei Annäherung des Objektes auf den Sensor bzw. dem Einschlag des Objektes in den Sensor bzw. das Fahrzeug ermöglicht.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Sensor ferner eine Auswerteeinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um zwischen der ersten Elektrode und dem Elektrodenkontaktanschluss eine Spannung anzulegen und das sich annähernde Objekt auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen der ersten Elektrode und dem Elektrodenkontaktanschluss zu erkennen und hierauf ansprechend ein Signal erster Art auszugeben und wobei die Auswerteeinheit ferner ausgebildet ist, um zwischen der Abstandserfassungselektrode und dem Kontaktanschluss eine Spannung anzulegen und eine Abstandsänderung zwischen der Abstandserfassungselektrode und dem Kontaktanschluss auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen der Abstandserfassungselektrode und dem Kontaktanschluss zu erkennen und hierauf ansprechend ein Signal zweiter Art auszugeben, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, um einen Aufprall des Objektes auf der Basis der Signale erster und zweiter Art zu erkennen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass die Auswerteeinheit präzise auf die Eigenschaften (beispielsweise die geometrischen Abmessungen der Elektrodenflächen) des Sensors zugeschnitten ist, so dass eine optimale Erfassung der Signalzustände bzw. -änderungen und eine damit einhergehende präzise Auswertung des vorliegenden Szenarios möglich ist. Auch kann durch die Anordnung der Auswerteeinheit direkt am oder im Sensor eine Verfälschung der entsprechenden Signale bei der Übertragung zu einer (beispielsweise im Airbag-Steuergerät) entfernt angeordneten Auswerteeinheit vermieden werden.
-
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann im Schritt des Bereitstellens des zweiten Sensorsignals dieses zweite Sensorssignal auf der Basis einer erkannten Kapazitätsänderung bereitgestellt werden. Eine derartige Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bei der Bereitstellung des zweiten Sensorsignals bereits eine geringfügige Verformung des Sensors bzw. der Struktur des Fahrzeugs (beispielsweise durch eine deformierte Seitentür des Fahrzeugs) erkannt werden kann. Diese geringfügige Verformung verursacht nämlich eine Änderung des Abstandes zwischen den Elektroden der Abstanderkennungsanordnung, so dass bereits vor einem direkten Kontaktieren dieser beiden Elektroden (im Kurzschlussfall) die Deformation der Fahrzeugstruktur erkannt werden kann. Hierdurch besteht die Möglichkeit, sehr schnell das zweite Signal zur Verfügung stellen zu können und somit eine schnelle jedoch trotzdem sichere Auslösung des Rückhaltemittels zu ermöglichen.
-
Auch kann im Schritt des Bereitstellens des zweiten Sensorsignals dieses zweite Sensorsignal oder ein zusätzliches Sensorsignal dann bereitstellt werden, wenn sich die zwei Elektroden elektrisch wirksam berühren. Eine derartige Ausgestaltung der vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass die (Kurzschluss-)Kontaktierung der beiden Elektroden (der Abstandserkennungsanordnung) zweifelsfrei erkannt werden kann, da der Widerstand der zwischen den beiden Elektroden schlagartig auf null sind. Gegenüber einer Änderung der Kapazität der beiden Elektroden der Abstanderkennungsanordnung, die immer erst nach dem Überschreiten einer Toleranzschwelle erkannt werden kann, ermöglicht die Kurzschlusserkennung zwischen den Elektroden der Abstanderkennungsanordnung eine schnelle und fehlerfreie Auswertung. Zugleich bietet sich durch die Auswertung des Kurzschlussfalls die die Möglichkeit einer Bereitstellung eines zusätzlichen Signals zusätzlich zu der (auf kapazitiven Effekten beruhenden) Erkennung der Verringerung des Abstandes zwischen den beiden oben genannten Elektroden. Durch die Verwendung des weiteren zusätzlichen Signals kann das Eintreffen des Objektes auf den Sensor bzw. das Fahrzeug mit einer nochmals höheren Sicherheit verifiziert werden.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Anordnung von Sensoren in einem Fahrzeug, die einem Steuergerät Signale liefern, so dass das Steuergerät ansprechend auf die gelieferten Signale ein (Personen-)Rückhaltemittel aktivieren kann;
-
2 eine Darstellung eines Fahrzeugs, in welches ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut werden kann;
-
3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensors bei der Sensierung eines ankommenden Objektes vor einem Aufprall;
-
4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensors bei der Sensierung eines ankommenden Objektes nach bzw. während eines Aufpralls auf das Fahrzeug;
-
5 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors bei einer Sensierung einer Deformation der Fahrzeug-Seitentüre unter Auswertung eines Kurzschlusses von zwei Elektroden in der Seitentüre des Fahrzeugs;
-
6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren; und
-
7 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
-
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Nachfolgend genannte Dimensionen und Maße dienen nur der Veranschaulichung der Beschreibung der Erfindung und sind nicht dahingehend zu verstehen, dass die Erfindung auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt ist.
-
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielhaften Anordnung von Sensoren 100 in einem (beispielsweise in Fahrtrichtung 105 ausgerichteten) Fahrzeug 110, die einem Steuergerät 120 Signale liefern, so dass das Steuergerät 120 ansprechend auf die Signale zumindest ein Personen-Rückhaltemittel 130 aktivieren kann. Die Sensoren 100 können unterschiedlich ausgestaltet sein; beispielsweise kann ein Sensor 100a ein kapazitiver Sensor sein, der eine Änderung der Kapazität in dem Messbereich erkennen kann und bei einer Änderung der Kapazität (beispielsweise durch ein ankommendes Fahrzeug) ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 120 ausgibt. Ein anderer Sensor 100b kann beispielsweise ein Körperschallsensor sein, der bei einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug einen Stoß auf das Fahrzeug 110 erkennt und ansprechend auf den erkannten Stoß ebenfalls ein Signal an das Steuergerät 120 ausgibt. Besonders günstig kann jedoch die Verwendung von Sensoren 100c und 100d sein, die entsprechend den nachfolgenden Ausführungen aufgebaut sind. Diese Sensoren 100c und 100d können vorteilhaft im rückwärtigen und/oder seitlichen Bereich des Fahrzeugs 110 verbaut werden und durch die nachfolgend noch näher beschriebene doppelte Sicherheitsfunktionalität die Personen-Sicherheit speziell in diesem Bereich des Fahrzeugs erhöhen. Jedoch ist der Verbau der hier beispielhaft beschriebenen Sensoren 100c bzw. 100d nicht auf dem rückwärtigen Teil des Fahrzeugs 110 beschränkt, wie ein Fachmann einfach erkennen wird.
-
Die Sensoren 100a–d liefern Signale an das Steuergerät 120, welches zumindest ein Rückhaltemittel 130a bzw. 130b auslösen kann. Das Rückhaltemittel 130a kann dabei beispielsweise ein (Fahrer-)Airbag oder ein Gurtstraffer sein, während das weitere Rückhaltemittel 130b ein Beifahrer-Airbag, ein Gurtstraffer oder ein anderes Sicherheitsmittel zum Insassenschutz sein kann. Die Rückhaltemittel 130a und 130b können auch Sicherheitsmittel für die Insassen sein, die sich auf Sitzplätzen in Fahrtrichtung hinter der B-Säule befinden. Wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, können die hier beispielhaft näher vorgestellten Sensoren 100c und 100d auch mehrere voneinander unterschiedliche Signale an das Steuergerät 120 übermitteln, das die Entscheidung über die Auslösung eines der Rückhaltemittel 130a bzw. 130b auch alleine auf der Basis von Signalen eines der Sensoren 100c bzw. 100d treffen kann. Die nachfolgende Beschreibung wird an Hand des Sensors 100c durchgeführt, wobei die Ausführungen auch analog für einen ähnlich aufgebauten Sensor 100d gelten.
-
2 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 110, in welches ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Sensor eingebaut werden kann. Hierbei ist der Sensor 100c (beispielsweise unter einer Zierleiste) an einer Seitentüre des Fahrzeugs 110 befestigt. Der Sensor 100c umfasst ein Sensorgehäuse 200, mittels dessen der Sensor 100c am Fahrzeug 110 bzw. dessen Tür angebracht wird. Weiterhin ist im Sensor 100c ein elektrisch leitfähiger Aktivschirm 220 vorgesehen, der von einer Elektrode 210 elektrisch isoliert ist. Der Aktivschirm 220 sowie die Elektrode 210 können mit einer Auswerteelektronik elektrisch wirksam verbunden sein, die weiterhin mit einem Fahrzeugblech der Seitentür des Fahrzeugs 110 elektrisch verbunden ist. Hierdurch ist die Elektrodenanordnung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gebildet, die einen kapazitiven vorausschauenden Sensor bildet.
-
Für die weitere Beschreibung soll zunächst eine Erklärung von Begriffen durchgeführt werden, die im weiteren Verlauf der Offenbarung der Erfindung des Öfteren verwendet werden. Wenn ein „vorausschauender (kapazitiver) Sensor” genannt wird, wird auf einen Sensorteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen, der ankommende Objekte sensiert und einem Steuergerät (wie beispielsweise einem Airbag-Steuergerät) ein Crashsignal (als Trigger- oder Plausibilitätssignal) bereitstellt, bevor die Kollision (zu einem Zeitpunkt Timpact) stattfindet. Wird andererseits ein „kapazitiver Crashsensor” genannt, wird auf einen anderen Sensorteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen, der das intrudierende Türblech sensiert und der einer Auswerteeinheit (beispielsweise wieder dem Airbag-Steuergerät) ein Crashsignal (ebenfalls wieder als Trigger- oder Plausibilitätssignal) bereitstellt, während die Kollision stattfindet bzw. nach dem Kollisionszeitpunkt Timpact.
-
Der weitere Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensor 100c lässt sich unter Zuhilfenahme von 3 näher beschreiben. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors 100c in Querschnittsdarstellung bei der Sensierung eines ankommenden Objektes 230 vor einem Aufprall. Der in 3 dargestellte Sensor 100c umfasst einen ersten Sensorteil, der dem in 2 dargestellten ”vorausschauenden (kapazitiven) Sensor” entspricht. Dieser ”vorausschauende Sensor” wird durch die Elektrodenanordnung 235 des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensors gebildet. Die Elektrodenanordnung 235 umfasst dabei die erste Elektrode 210, die elektrisch leitfähig mit der Auswerte(elektronik-)Einheit 240 verbunden ist. Weiterhin ist der Aktivschirm 220 elektrisch leitfähig mit der Auswerteeinheit 240 verbunden, jedoch ist der Aktivschirm 220 von der ersten Elektrode 210 elektrisch isoliert angeordnet. Ferner weist der Sensor 100c einen Elektrodenanschlusskontakt 250 auf, der im befestigten Zustand des Sensor 100c am Fahrzeug 110 mit einem Außenblech 260 des Fahrzeugs 110 verbunden werden kann, so dass dieses Außenblech 260 als zweite Elektrode 260 der Elektrodenanordnung 235 verwendbar ist.
-
Der zweite Sensorteil des Sensors 100c, der die Abstanderfassungsanordnung 265 (bzw. den ”kapazitiven Crashsensor”) bildet, besteht in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 aus der Abstanderfassungselektrode 270 sowie der Strukturelektrode 280, die durch einen Kontaktanschluss 290 kontaktiert ist. Sowohl die Abstanderfassungselektrode 270 als auch die Strukturelektrode 280 sind mit der Auswerteeinheit 240 elektrisch leitend verbunden, jedoch voneinander isoliert angeordnet. Die Strukturelektrode 280 kann dabei beispielsweise eine Struktur im Inneren des Fahrzeugs 110, insbesondere im Inneren der Fahrzeugtüre, sein, wobei die Strukturelektrode 280 ferner innerhalb eines Breitenbereichs 300 zwischen dem Außenblech 260 und einer Innenverkleidung 310 angeordnet ist. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass die Fahrzeugstruktur meist aus Blech geformt ist, so dass lediglich eines dieser Strukturteile (welches günstigerweise elektrisch isoliert sein sollte) über den Kontaktanschluss 290 elektrisch kontaktiert braucht. Insofern braucht lediglich ein Sensor 100c hergestellt werden, bei der die Elektrodenanordnung 235 durch die erste Elektrode 210 und den Elektrodenkontaktanschluss 250 und die Abstanderfassungsanordnung 265 durch die Abstanderfassungselektrode 270 und den Kontaktanschluss 290 bereitgestellt wird. Die Verbindung zur zweiten Elektrode 260 in Form des Außenblechs 260 des Fahrzeugs sowie die Kontaktierung zur Strukturelektrode 280 können beim Verbau des Sensors 100c im Fahrzeug 110 vorgenommen werden. Die Abstanderfassungsanordnung 265 kann jedoch ähnlich wie Elektrodenanordnung 235 aufgebaut werden, so dass die Elektrode 270 in Kombination mit einem eigenen (nicht eingezeichneten) Aktivschirm die Türstruktur 280 erkennen würde. Der Vorteil bei dieser Variante besteht darin, dass der Kontaktanschluss 290 eingespart werden kann. In diesem Fall wären die Elektrodenanordnung 235 und die Abstanderfassungsanordnung 265 identisch aufgebaut.
-
Die Funktionsweise des in 3 dargestellten Sensors lässt sich wie folgt beschreiben: In der Darstellung aus 3 wird das ankommende Crashobjekt 230 vom „vorausschauenden kapazitiven Sensor” (bzw. der Elektrodenanordnung 235) erkannt, da eine Kapazitätsänderung zwischen der ersten Elektrode 210 und der zweiten Elektrode 260 (d. h. dem Fahrzeug-Außenblech) bei angelegter Spannung gemessen und ausgewertet wird. Das ankommende Crashobjekt 230 stört (insbesondere durch die metallischen Elemente darin) die Kapazität zwischen der ersten 210 und zweiten Elektrode 260. Als Ergebnis wird von der Auswerteeinheit 240 ein Crashsignal (beispielsweise an das zentrale (Airbag-)Steuergerät 120 gemäß 1) gesendet. Dieses Signal ist jedoch nur das erste Signal; es ist daher noch nicht ausreichend, um irreversible Rückhaltemittel (z. B. den Airbag) definitiv auszulösen. Zur definitiven Auslösung ist noch ein zweites Signal notwendig. In dieser Phase bei einem Vorliegen des ersten Signals können lediglich reversible Rückhaltemittel ausgelöst werden (z. B. elektrische Gurtstraffer, Sitzpositionsänderungen, etc.).
-
Zwischen der Abstandserfassungselektrode 270 und dem Kontaktanschluss 290, der im verbauten Zustand am Fahrzeug 110 mit der Strukturelektrode 280 elektrisch wirksam verbunden ist, geschieht bisher noch nichts, da sich der Abstand zwischen diesen Elektroden bei einer Annäherung des Kollisionsobjektes 230 nicht geändert hat und somit noch keine Kapazitätsänderung zwischen diesen Elektroden aufgetreten ist.
-
Die 4 zeigt dann eine Darstellung einer nächsten Phase der Kollision, in der die Intrusion des Kollisionsobjektes 230 in die Fahrzeugtüre teilweise stattgefunden hat. Somit ist in 4 eine schematische Darstellung des kapazitiven Sensors 100c während der Kollision kurz nach dem Einschlagzeitpunkt Timpact dargestellt.
-
In dieser (Intrusions-)Phase, d. h. während der Kollision kurz nach dem Zeitpunkt Timpact) kommen sich die Abstanderfassungselektrode 270 und die Strukturelektrode 280 durch die Intrusion immer näher. Das Tür-Außenblech 260 wird durch den Crash verformt und in Richtung des Innenraums verschoben, während sich die interne Strukturelektrode 280 zu diesem Zeitpunkt noch nicht bewegt. Der Abstand d verkleinert sich, wird kapazitiv gemessen (wobei diese Messung auch komplex, d. h. kapazitiv, induktiv, resistiv oder eine Kombination dieser erfolgen kann) und als ein zusätzliches, weiteres Crashsignal (zweiter Art) wird an ein Steuergerät (wie das in 1 dargestellte (Airbag-)Steuergerät 120) gesendet, welches auf der Basis des ersten Signals und des zweiten Signals die Auslösung des Rückhaltemittels aktiviert. In diesem Moment sind zwei Crashsignale am (Airbag-)Steuergerät 120 angekommen (die als Trigger- und Plausibilitätssignal verwendet werden können) und eine Auslösung irreversibler Rückhaltemittel kann erfolgen.
-
Der Zweck der Erfindung besteht insbesondere darin, bei der kapazitiven Seitensensorik einen Mehrnutzen zu generieren. Dies wird ermöglicht in dem der vorausschauende kapazitive Sensor mit einem in der Tür platzierten „kapazitiven” Sensor kombiniert wird. Dadurch ist es möglich, einerseits Crashobjekte vor ihrer Kollision mit dem betrachteten Fahrzeug 110 (im Weiteren als Ego-Fahrzeug bezeichnet) zu erkennen (und damit eine Funktion als „vorausschauender Sensor” zu ermöglichen) und andererseits die Intrusion des Objekts während dieser Kollision zu sensieren (und somit als tatsächlicher „Crashsensor” zu wirken).
-
Ein Vorteil dieser Erfindung es, einen sogenannten ”Kombosensor” zu erhalten, bei dem die oben genannten Sensoren (d. h. ein vorausschauender kapazitiver Sensor und ein kapazitiver Crashsensor) in einem einzigen Sensor kombiniert werden. Die daraus abgeleiteten Vorteile können wie folgt zusammengefasst werden:
- – Es bietet sich eine zusätzliche Sensiermöglichkeit durch die Verwendung eines vorausschauenden Sensors und eines Crashsensors.
- – Es kann eine schnellere Auslöseentscheidung getroffen werden.
- – Es besteht eine geringere Misuse-Anfälligkeit.
- – Weiterhin bestehen einfachere Anforderungen bzgl. Witterungseinflüssen bei dem innen liegenden kapazitiven Sensor (unter anderem durch einen besseren Schutz gegen Regen).
- – Es entstehen lediglich sehr geringe Zusatzkosten gegenüber dem alleinigen ”vorausschauenden kapazitiven Sensor”
-
Ferner können noch einige interessante Abwandlungen des vorstehend beschriebenen Sensors genannt werden:
- – Die in der Definition erläuterten „kapazitiven” Sensoren (vorausschauender Sensor und Crashsensor) können auch als alleinstehenden Sensoren in die Fahrzeugtür eingebaut werden: Eine durch den OEM (OEM = original equipment manufacturer = Originalausrüstungshersteller) gewünschte Konfiguration für ausgelagerte Seitensensorik kann ebenso nur den vorausschauenden kapazitiven Sensor oder nur den kapazitiven Crashsensor beinhalten.
- – Der kapazitiver Crashsensor kann in diesem Fall (als alleinstehender Sensor) auch auf eine andere Weise den Abstand d sensieren: Er wird statt an der inneren Seite des Türblechs an der internen Türstruktur befestigt (d. h. als Strukturelektrode 280) und sensiert das ankommende Türblech 260. Die Kapazität wird zwischen der Abstandserfassungselektrode 270 und der Strukturelektrode 280 gemessen. Auch hier kann der Kontaktanschluss 290 eingespart werden, indem sich sowohl Elektrode 270 als auch Aktivschirm (nicht eingezeichnet) in einem einzigen Gehäuse befinden, dass an der Strukturelektrode 280 befestigt ist und das ankommende Türblech 260 sensiert.
- – Die interne Türstruktur (d. h. die Strukturelektrode 280) kann auch verändert werden, um eine bessere Kapazitätsmessung (beispielsweise auch komplex) zu gewährleisten (d. h. es können Änderungen in der Struktur des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugtüre erfolgen). In diesem Fall wird als Strukturelektrode 280 diese interne Türstruktur verwendet.
- – Es kann ein anderes (zusätzliches) Material als Elektrode bzw. Elektrodenmaterial für die Strukturelektrode 280 verwendet werden und auf die interne (Fahrzeug-)Struktur aufgebracht werden. Auch eine künstliche Änderung des Abstandes d durch zusätzliche Vorrichtungen ist denkbar, durch die Ausnutzung der Formel für die Plattenkapazität, bei der der Abstand im Nenner steht, eine größere Initialkapazität zu erhalten und hierdurch eine Veränderung der Kapazität besser und präziser sensieren zu können.
- – In den 3 und 4 ist für den Bereich des Crashsensors (d. h. den inneren Teil 265 des Sensors) kein Aktivschirm wie für den vorausschauenden Sensorteil 235 abgebildet. Möglich wäre es auch hier einen Aktivschirm zu verwenden (entweder bei der Abstandserfassungselektrode 270 oder der Strukturelektrode 280), um eine besser Trennung von Einflüssen des ankommenden metallischen Objekts 230 und den Einflüssen des Einschlags des ankommenden Objekts 230 auf die Kapazitätsänderung des Crashsensors 265 zu ermöglichen.
- – Eine denkbare Variante wäre es – für den Crashsensor (d. h. den inneren Teil 265 des Sensors) – auf das Vorsehen einer separaten Abstandserkennungselektrode zu verzichten. Die Kapazitätsmessung erfolgt dann zwischen der zweiten Elektrode 260 der Elektrodenanordnung (insbesondere dem Fahrzeugaußenblech) und der Strukturelektrode 280. Das Messprinzip bleibt unverändert. Die zweite Elektrode 260 würde in diesem Fall Teil der vorausschauenden Sensorik sein (zusammen mit der ersten Elektrode 210) und zugleich Teil der Crashsensorik (zusammen mit der Strukturelektrode 280).
- – In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Signale erzeugt, wenn sich ein Objekt 230 seitlich dem Ego-Fahrzeug 110 nähert und in dieses einschlägt. Es wäre durchaus möglich diese Sensorik für Front- und Heckkollisionen zu verwenden.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann beim vorausschauenden kapazitiven Sensor 100c der Kurzschluss zwischen der ersten Elektrode 210, dem Aktivschirm 220 und der zweiten Elektrode 260 erkannt und auf unterschiedlichen Weisen ausgewertet werden. Diese Auswertung des Kontaktes bzw. Kurzschlusses kann auch für den Crashsensor angewandt werden, wie es in 5 schematisch dargestellt ist. In dieser Figur ist eine Darstellung wiedergegeben, in der ein Kontakt zwischen der Abstandserfassungselektrode 270 und der Strukturelektrode 280 ermöglicht und ausgewertet werden kann. Die Erfassung einer Seitenkollision würde – einfach dargestellt – in diesem Fall chronologisch wie folgt ablaufen:
- 1. Crashobjekt 230 kommt auf das Ego-Fahrzeug 110 seitlich zu.
- 2. Der vorausschauende kapazitive Sensor 100c erkennt das Crashobjekt 230 und sendet dem (Airbag-)Steuergerät 120 ein Crashsignal.
- 3. Zum Zeitpunkt Timpact erfolgt die Kollision des Objekts 230 mit dem Ego-Fahrzeug 110.
- 4. Es kommt zu einem Kontakt bzw. Kurzschluss zwischen der ersten Elektrode 210 (dem Aktivschirm 220) und der zweiten Elektrode 260. Dieser Kontakt bzw. dessen Auswertung kann an das Airbag-Steuergerät 120 gesendet werden und als erstes Signal zur Auslösung des Rückhaltemittels dienen.
- 5. Es folgt ein Beginn der Intrusion bei der sich das Außenblech der Tür auf die Strukturelektrode 280 (bzw. der internen Struktur) zu bewegt, die sich zu diesem Zeitpunkt noch nicht bewegt hat. Der Abstand d verändert sich, wird gemessen und der Sensor 100c übermittelt dem (Airbag-)Steuergerät 120 ein weiteres Crashsignal.
- 6. Die Intrusion geht weiter bis ein Kontakt zwischen der Abstandserfassungselektrode 270 und der Strukturelektrode 180 entsteht, wobei dieser Kontakt ebenfalls ausgewertet werden kann.
-
Zum Einbau des Sensors ist folgendes anzumerken. Der Sensor kann je nach Kundenanforderung innerhalb oder außerhalb der Tür eingebaut werden:
Bei einem Verbau des Sensors innerhalb der Türe ist zu beachten, dass für Türen ohne Zierleisten der Sensor mehr oder weniger unsichtbar eingebaut werden sollte, da das Design der Türen zunehmend wichtig für die Fahrzeugoptik ist und ein Sensor hier stören würde. Mit kleinen Modifikationen an der Tür kann solch ein Sensor auch komplett innen, d. h. in einer Struktur der Fahrzugtüre, verbaut werden. In diesem Fall sollte das Blech (das metallisch ist) an dem Ort, an dem der Sensor angebracht werden soll, entfernt und durch eine nicht metallische Abdeckung ersetzt werden. Bei Kunststofftüren (z. B. beim smart) ist dies kein Problem.
-
Bei einem Verbau des Sensors außerhalb der Fahrzeugtüre ist zu beachten, dass für Türen mit Zierleiste diese Zierleiste beispielsweise selbst als Elektrode genutzt werden kann. Es sollte gegebenenfalls dafür gesorgt werden, dass das Sensorteil, das eine Deformation der Türe nach innen erkennt (d. h. der Crashsensor), gut abgedichtet wird.
-
Ferner kann die vorliegende Erfindung als Verfahren 600 zur Auslösung eines Rückhaltemittels eines Kraftfahrzeugs implementiert werden, wie es als Ablaufdiagramm gemäß 6 beschrieben ist. Hierbei umfasst das Verfahren 600 einen ersten Schritt des Bereitstellens 610 eines ersten Sensorsignals, das eine Änderung einer Kapazität, einer Induktivität oder eines Widerstandes eines am Kraftfahrzeug angeordneten Sensors repräsentiert, wenn sich ein metallisches Objekt dem Fahrzeug nähert. Weiterhin umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Bereitstellens 620 eines zweiten Sensorsignals, das eine Änderung eines Abstandes von zwei Elektroden repräsentiert, wobei eine der beiden Elektroden im Inneren einer Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist. Schließlich umfasst das Verfahren 600 als einen weiteren Schritt ein Auslösen 630 des Rückhaltemittels des Kraftfahrzeugs auf der Basis des ersten und zweiten Sensorsignals.
-
Um eine Befestigung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensors zu ermöglichen, kann insbesondere auch ein Verfahren 700 zur Befestigung eines vorstehend beschriebenen Sensors an einem Fahrzeug verwendet werden, wie es in 7 als Ablaufdiagramm dargestellt ist. Das Verfahren umfasst dabei einen Schritt des Befestigens 710 des Sensors auf oder an einer Oberfläche des Fahrzeugs. Weiterhin umfasst das Verfahren 700 einen Schritt des elektrisch wirksamen Kontaktierens 720 des Elektrodenkontaktanschlusses mit einer elektrisch leitfähigen Lage im Bereich einer Oberfläche des Fahrzeugs als zweiter Elektrode, um die Elektrodenanordnung bereitzustellen. Schließlich umfasst das Verfahren 700 einen weiteren Schritt des elektrisch leitfähigen Verbindens 730 des Kontaktanschlusses mit einer Strukturelektrode, die im Inneren einer Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist, um die Abstandserkennungsanordnung bereitzustellen.
