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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 7, ein Computerprogrammprodukt gemäß An- spruch 8 sowie eine Einheit zum Auslösen oder Freigeben eines Personensi- cherheitsmittels eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 9.
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Bei einem Fahrzeugunfall - und bei dementsprechender Unfallschwere - werden unter anderem irreversible Sicherheitssysteme ausgelöst um die Insassen zu schützen (Airbag, Gurtstraffer, Gurtkraftminderer usw.). Bei solch einer Auslösung wird die Entscheidung oftmals über zwei Sensorsignale getroffen:
- - ein Triggersignal, mit höherer Auslöseschwelle und
- - ein Plausibilitätssignal, mit niedrigerer Auslöseschwelle.
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Diese Signale kommen meist aus unterschiedlichen Crash-Sensoren (d.h. Unfallsensoren) wie beispielsweise:
- - einem Upfront-Sensor (Beschleunigungssensor für x-Richtung im Frontbereich des Fahrzeugs)
- - einem PAS (PAS = peripheral acceleration sensor = peripherer Beschleunigungssensor in x- oder x- und y-Richtung in der Fahrzeugseite)
- - einem PPS (PPS = peripheral pressure sensor = peripherer Drucksensor in der Fahrzeugseite)
- - einem Airbag-Steuergerät (d.h. insbesondere Beschleunigungssensoren darin, die in x- oder x- und y- Richtung eventuell auch unter 45° verbaut sind).
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Diese Verwendung von Trigger- und Plausibilitätssignalen ist vorteilhaft um Fehlauslösungen auszuschließen; je nach Anforderung können Sensoren im Einzelfall Trigger- oder Plausibilitätssignale bereitstellen, eine grundsätzlich feste Zuordnung welcher Sensor als Trigger- oder als Plausibilitätssignal verwendet wird, gibt es nicht. Aus den Systemen AB8 und AB9, welche der Ansteuerung von Rückhaltemittel auf der Basis von Sensorsignalen dienen ist ein Auslösealgorithmus für den Seitencrash bekannt, welcher basierend auf dem y-Signal des Zentralgerätes seine Auslöseentscheidung trifft.
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Bekannt sind weiterhin kapazitive vorausschauende Abstandssensoren (z.B. aus der
GB 240 44 43 A ), die den Außenbereich von Fahrzeugen überwachen, um eine bevorstehende Kollision zu erkennen.
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Aus
EP 1 747 946 A1 ist ein magnetischer Crashsensor bekannt, der sich innerhalb der Tür befindet und eine Position des intrudierenden Türblechs bei Seitenkollisionen sensiert.
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Aus den Gesetzlichen Seitencrash-Anforderungen und sehr wichtigen Verbrauchertests sind zwei äußerst schwer zu bestehenden Tests von großer Bedeutung:
- - eine Kollision nach FMVSS 214 neu (oder „oblique pole test“ genannt). Dabei wird das Fahrzeug nicht wie üblich im 90°, sondern im 75° Winkel mit 32 km/h auf einen Pfahl dirigiert. Dabei wird das Fahrzeug so positioniert dass das Pfahl direkt auf Kopfhöhe des Fahrers einschlagen soll. Da sich die stabilisierende A -Säule weit weg vom dem Aufprallort befinden, ist eine hohe Intrusion und somit ein hoher Verletzungsrisiko zu erwarten.
- - Eine Kollision gemäß einem IIHS-Seitenaufprall: Es handelt sich hier um einen Barrierentest, wobei die Barrierenstruktur der eines SUV-Fahrzeuges (SUV = sports utility vehicle = Geländewagen) entspricht. Gegenüber einem üblichen Seitencrash mit Barriere hat der IIHS-Test eine höhere Masse und eine höhere Barriere, die mehr Bodenfreiheit aufweist. Dies bedeutet, dass die Intrusion des Objekts in das Fahrzeug über dem Schweller eingeht. Der sehr steife und dadurch stabilisierende Schweller hat hier nur sehr wenig Einfluss beim Unfallgeschehen. Dies kann zu einem erhöhten Verletzungsrisiko führen.
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Im Stand der Technik können Informationen über den Aufprallort, d.h. der Punkt der Kollision bei Seitenkollisionen nur ungenügend bei der Findung der Auslöseentscheidung berücksichtigt werden. Aus diesem Grund werden zum Teil unnötigerweise Rückhaltemittel aktiviert, obwohl sie bei gegebenem Aufprallort keinerlei positiven Einfluss auf die Verletzungswerte der Insassen haben. Andererseits ist man dazu gezwungen, die Empfindlichkeit des Systems zu reduzieren, um die Zahl solcher unerwünschten Auslösungen nicht allzu groß werden zu lassen, wodurch im Falle einer notwendigen Aktivierung von Rückhaltemitteln wertvolle Zeit verloren geht und der Insasse nicht den bestmöglichsten Schutz erhält Ebenso führt eine durch einen Algorithmus nachträglich durchgeführte Unterscheidung nach Crashschwere und Insassengefährdung zu hohem Aufwand in der Datenverarbeitung und einer hohen Systemkomplexität.
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Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, soll eine Auslösung von Rückhaltemitteln, bevorzugt im Seitencrash, so erfolgen, dass einerseits der Insasse den bestmöglichsten Schutz in einer Seitenkollision erfährt, andererseits aber unnötige, Kosten verursachende, Auslösungen verhindert werden. Gleichzeitig sollen die dazu notwendige Auswertelogik sowie ein Sensor für die Bereitstellung der entsprechenden Sensorsignale auf einfachste und kostengünstige Weise umsetzbar sein.
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Die Druckschrift
DE 42 42 230 A1 offenbart eine Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt sowie schließlich eine Einheit gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Personensicherheitsmittels eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Empfangen eines Sensorsignals von einem kapazitivem Sensor, wobei das Sensorsignal einer Geschwindigkeit eines Teils des Fahrzeugs in Richtung des Sensors entspricht; und
- - Freigeben oder Auslösen des Personensicherheitsmittels, wenn das Sensorsignal eine Geschwindigkeit repräsentiert, die größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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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.
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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 oder Ansteuerung von Schritten des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät oder einer Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird.
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Auch umfasst die vorliegende Erfindung eine Einheit zum Auslösen oder Freigeben eines Personensicherheitsmittels eines Fahrzeugs, wobei die Einheit folgende Merkmale aufweist:
- - einen kapazitiven Sensor, der ausgebildet ist, um eine Geschwindigkeit kapazitiv zu erfassen, mit der sich ein Teil des Fahrzeugs auf den Sensor zu bewegt, wobei der Sensor ferner ausgebildet ist, um ein Signal bereitzustellen, das die erfasste Geschwindigkeit repräsentiert; und
- - eine Auswerteeinheit zum Empfang des Signals des Sensors, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, um ein Personensicherheitsmittel des Fahrzeugs auszulösen oder freizugeben, wenn das empfangene Signal eine Geschwindigkeit repräsentiert, die größer als ein vordefinierter Schwellwert ist.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Position eines Einschlags eines Objektes auf das Fahrzeug dann angemessen berücksichtigt werden kann, wenn die Auslösung oder das Freigeben des Personensicherheitsmittels auf der Basis einer Geschwindigkeit erfolgt, mit der sich ein Teil des Fahrzeugs auf einen Sensor zu bewegt. Durch den Einschlag des Objektes auf das Fahrzeug wird ein Teil des Fahrzeugs an der Position des Einschlags in das Fahrzeug hinein gedrückt, so dass die Änderung des Abstands dieses Fahrzeugteils zum Sensor erfasst werden kann. Die schnellste Abstandsänderung wird dann vorliegen, wenn das Objekt in direkter Nachbarschaft zum Sensor in das Fahrzeug einschlägt. Schlägt das Objekt in das Fahrzeug an einer Position ein, die weiter vom Sensor entfernt ist, wird die Änderung des Abstands des Fahrzeugteils zum Sensor durch geometrische Gegebenheiten oder eine Dehnung des Fahrzeugmaterials langsamer verlaufen. Ist nun die Einbauposition des Sensors im Fahrzeug bekannt, kann auf einfache Weise durch die Auswertung der Geschwindigkeit des Fahrzeugteils zum Sensor der Ort des Einschlags des Objektes oder besser gesagt die Entfernung des Einschlags zum Sensor in das Fahrzeug erkannt werden. Unter einem Ort des Einschlags ist dabei insbesondere die Entfernung des Einschlags von der Befestigungsposition des Sensors am Fahrzeug zu verstehen. Wenn der Sensor an einer Position des Fahrzeugs befestigt ist, in der ein Einschlag eines Objektes auf das Fahrzeug ein sehr hohes Verletzungsrisiko mit sich bringt, kann somit eine frühzeitige Auslösung bei Kollisionen mit hohem Verletzungsrisiko erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch eine sehr einfache Sensoranordnung und eine sehr einfache Auswertung eines solchen Sensorsignals ein großer Mehrnutzen bei der Erkennung von Kollisionen mit hohem Verletzungsrisiko möglich wird. Insbesondere die Verwendung eines kapazitiven Sensors ermöglicht durch dessen einfache Struktur eine kostengünstige Umsetzung des vorgestellten Ansatzes. Der Vergleich eines Sensorsignals mit einem vorbestimmten Schwellenwert ermöglicht zugleich eine sehr einfache Auswertelogik.
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Eine komplizierte und damit zeitaufwendige Ermittlung einer Unfallschwere kann damit unterbleiben.
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Günstig ist es, wenn im Schritt des Empfangens ein Sensorsignal empfangen wird, der in einer seitlichen Fahrzeugtüre angeordnet ist, wobei das Sensorsignal einer Geschwindigkeit eines Teils der Fahrzeugtüre in Richtung des Sensors entspricht. Insbesondere bei seitlichen Einschlägen von Objekten in das Fahrzeug besteht ein hohes Verletzungsrisiko, da hier eine so genannte „Knautschzone“ fehlt. Bei einer derartigen Ausführungsform kann somit der wesentliche Vorteil des hier vorgeschlagene Ansatzes zu Tage treten, durch den eine einfache Möglichkeit zur Erkennung von Kollisionen mit hohem Verletzungsrisiko realisierbar ist.
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Weiterhin kann in einer anderen Ausführungsform im Schritt des Empfangens das Signal von einem Sensor empfangen werden, der in einem Bereich des Fahrzeugs an der Fahrzeugtüre angeordnet ist, wobei der Bereich an einer Stelle der Fahrzeugtüre lokalisiert ist, die sich quer zur Fahrtrichtung in Höhe des Kopfes, des Brustkorbes, des Torsos oder des Beckens eines auf einem Fahrzeugsitz des Fahrzeugs sitzenden Insassen befindet. Im Bereich des Brustkorbes, des Torsos, des Kopfes oder des Beckens besteht das größte Verletzungsrisiko für einen Insassen bei einem Seitenaufprall eines Objektes auf das Fahrzeug. Aus diesem Grund ist es besonders günstig, wenn der Sensor an einer Stelle der Fahrzeugtüre angeordnet ist, die sich quer zur Fahrtrichtung in Höhe des Kopfes, des Torsos oder des Beckens befindet, da bei einem Einbau des Sensors an dieser Stelle auch die größte Sensorempfindlichkeit an den am meisten gefährdeten Körperstellen erreicht werden kann.
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Um eine unterschiedliche Empfindlichkeit des Sensors an besonders verletzungsgefährdeten Stellen zu ermöglichen, kann im Schritt des Empfanges das Signal von einem kapazitiven Sensor empfangen werden, der zumindest eine Elektrode aufweist, die eine größere Länge als eine Breite aufweist und/oder die eine abgewinkelte Form aufweist. Derart ausgestattete Elektroden eines kapazitiven Sensors ermöglichen unterschiedliche Empfindlichkeiten des Sensors in unterschiedlichen Erfassungsbereichen. Auf diese Weise können unterschiedlich starke Sensorsignale erzeugt werden, je nachdem an welcher Stelle über den Sensor das Objekt genau in das Fahrzeug einschlägt.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Empfangens das Signal in Form von einer Mehrzahl von Teilsignalen von dem kapazitiven Sensor empfangen werden, der zumindest eine Elektrode aufweist, die eine Mehrzahl von Teilelektroden umfasst, wobei je Teilelektrode ein Teilsignal bereitgestellt wird, wobei ferner ein Schritt des Erfassens einer Position eines Insassen auf dem Fahrzeugsitz vorgesehen ist und wobei im Schritt des Freigebens oder Auslösens in Abhängigkeit von der erfassen Position des Insassen eines von mehreren Teilsignalen als auszuwertendes Signal verwendet wird. Durch die Verwendung eines Sensors, bei dem zumindest eine Elektrode in einem Mehrzahl von Teilelektroden unterteilt ist, kann durch ein Umschalten der Signalauswertung von Signalen der einzelnen Teilelektroden ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn erzielt werden. Insbesondere dann, wenn zugleich die Position des Insassen auf dem Fahrzeugsitz erfasst wird, kann ein aktives Personenschutzsystem realisiert werden, bei dem unterschiedliche Auslösungs- oder Freigabesignale für unterschiedliche Personenschutzmittel, beispielsweise Seitenairbags, gegeben werden, wenn sich der Insasse in einem ersten Szenario nach vorne beugt oder in einem zweiten Szenario in einer Position sitzt, in der sein Rücken auf der Fahrzeugsitzlehne ruht.
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Besonders günstig ist es, wenn ferner ein Schritt des Erhaltens eines zweiten Sensorsignals von einem zweiten kapazitiven Sensor vorgesehen ist, wobei das zweite Sensorsignal einer Geschwindigkeit eines Teils des Fahrzeugs in Richtung des zweiten Sensors entspricht, wobei der zweite Sensor an einer anderen Stelle im Fahrzeug angeordnet ist, als der Sensor und wobei der Schritt des Freigebens oder Auslösens ferner auf der Basis des weiteren Sensorsignals erfolgt. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Auslösungs- oder Freigabeentscheidung auf der Basis von zwei Sensorsignalen getroffen werden, die beispielsweise in unterschiedlicher Höhe über der Fahrbahn angeordnet sind. Hierdurch wird auf einfache Weise eine zwei-dimensionale Auswertung des Einschlagortes realisierbar, die eine sehr präzise Ortung des Einschlagortes des Objektes in das Fahrzeug ermöglicht. Auf diese Weise kann eine situationsgenaue Auslösung des geeigneten Sicherheitsmittels bewirkt werden.
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Besonders günstig ist es, wenn ferner ein Schritt des Bereitstellens eines strukturierten Teils der seitlichen Fahrzeugtüre vorgesehen ist, wobei das Teil der Fahrzeugtüre derart strukturiert ist, dass ein Messbereich des Teils der Fahrzeugtüre, welcher im unmittelbaren Messbereich des Sensors liegt, eine anderen Deformationssteifigkeit aufweist, als ein Dämpfungsbereich des Teils der Fahrzeugtüre, welcher in einem vordefinierten Abstand vom Messbereich angeordnet ist. Ein derart strukturierter Teil der seitlichen Fahrzeugtür ermöglicht eine spezielle Deformationscharakteristik beim Einschlag eines Objektes auf diesen strukturierten Teil. Beispielsweise kann eine Struktur der Fahrzeugtüre, die mit Sicken oder anderen Prägungen versehen ist, steifer sein, als eine Struktur aus glattem Blech. Die Struktur aus glattem Blech wird dann leichter deformierbar sein, als die Struktur mit Sicken oder anderen Prägungen. Dies führt zu unterschiedlichem Verhalten bei der Änderung des Abstandes zwischen dem Türblech und dem Sensor, so dass, je nach Aufprallort des Objektes auf das Fahrzeugblech, auch unterschiedliche Intrusionsgeschwindigkeiten resultieren. Dies bietet eine zusätzliche Möglichkeit, den Einschlag eines Objektes in eine Zone mit hohem Verletzungsrisiko für einen Fahrzeuginsassen einfach und zuverlässig erkennen zu können.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung von Komponenten eines Personenschutzsystems, dass ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;
- 2 eine schematische Darstellung einer Position eines Fahrzeuginsassen relativ zu einer schematisch dargestellten Türe des Fahrzeugs (obere Teilfigur) und ein Diagramm eines Verletzungsrisikos eines Insassen in Abhängigkeit vom Kollisionspunkt (untere Teilfigur);
- 3 eine schematische Darstellung eines Einbauorts des Sensors in der Fahrzeugtüre im Bereich des höchsten Insassenrisikos (obere Teilfigur) und ein Diagramm einer entfernungsabhängigen Empfindlichkeit des Sensors in Bezug auf den Aufprallort (untere Teilfigur);
- 4 eine schematische Darstellung des Einbauorts des Sensors in einer Fahrzeugtür gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine beispielhafte Darstellung einer geometrischen Situation bei einer seitlichen Kollision eines Objektes in die Türe;
- 6 eine schematische Darstellung des Einbauorts des Sensors in einer Fahrzeugtür in Form eines inversen Einbaus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. 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. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung eventuell unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei eine Nennung dieser Maße und Dimensionen nicht dahingehend zu verstehen ist, dass die Erfindung auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweites Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung von Komponenten eines Personenschutzsystems, das ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet. Hierbei sind in einem Fahrzeug 100 mehrere Sensoren angeordnet, wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor 110 und ein Ultraschallsensor 120, die mit einer Auswerteeinheit 130 verbunden sind. Der hier dargestellte Beschleunigungssensor 110 und der Ultraschallsensor 120 sind gemäß der Darstellung aus 1 im vorderen Bereich des Fahrzeugs 100 untergebracht, jedoch können die Sensoren 120 oder 130 auch an anderen Stellen im Fahrzeug 100 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können weitere Sensoren wie beispielsweise ein Drucksensor oder ein Körperschallsensor im Fahrzeug 100 verbaut sein, die ebenfalls mit der Auswerteeinheit 130 verbunden sein können. Diese Sensoren sind jedoch in 1 nicht näher dargestellt.
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Moderne Fahrzeugstrukturen sind dabei so ausgelegt, dass die Fahrzeuginsassen während einer Frontkollision bis zu einer hohen Kollisionsgeschwindigkeit nur einem relativ geringen Verletzungsrisiko ausgesetzt sind. Erreicht wird es zum einen durch den Einbau von speziellen Strukturen in das Fahrzeug, welche durch Deformation über eine bestimmte Strecke ein großes Maß an Energie absorbieren (Knautschzonen), durch einen großen Sicherheitsabstand zu den Strukturen nach vorne (z.B. Instrumententafel) sowie durch Insassenschutzmittel wie Sicherheitsgurt und Airbag. Zur Auslösung dieser Sicherheitsmittel oder Insassenschutzmittel kann die Auswerteeinheit 130 beispielsweise die empfangenen Signale vom Beschleunigungssensor 110 (als Aktivierungssignal) und dem Ultraschallsensor 120 (als Plausibilisierungssignal) verwenden und das Personensicherheitsmittel, wie beispielsweise einen Front-Airbag 140 oder einen Gurtstraffer 150 an einem Fahrzeugsitz 160 aktivieren, wenn die Signale einen Wert aufweisen, der über einem vordefinierten Schwellwert liegt. Auf diese Weise kann ein Fahrzeuginsasse 170 bei einem Unfall des Fahrzeugs 100 mit einem gegnerischen Fahrzeug oder einem anderen Objekt optimal geschützt werden.
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Im Falle eines Seitenaufpralls sind die äußeren Gegebenheiten etwas anders: Der Raum zur Unterbringung von deformierbaren Elementen in der Fahrzeugseite ist deutlich niedriger als in der Fahrzeugfront. Aus diesem Grund ist schon bei geringeren Geschwindigkeiten als bei der Fahrzeugfrontkollisionen bei Seitenkollisionen mit Intrusionen von Fahrzeugstrukturen in den Fahrgastinnenraum zu rechnen. Ebenso steht bei Kollisionspunkten nahe der Insassenposition deutlich weniger Raum zwischen Struktur und Insasse zur Verfügung als bei einer Frontalkollision. Entsprechend würden solche Kollisionen zu einem höheren Verletzungsrisiko für den Insassen führen. Umgekehrt gilt, dass bei Kollisionspunkten, welche sich weiter weg vom Insassen befinden, dass Verletzungsrisiko geringer ist. Das Gesagte gilt insbesondere für Kollisionen mit schmalen Objekten wie z.B. Bäumen, Laternenmasten oder Pfahlobjekten wie sie z.B. in Zertifizierungs- und Verbrauchertests zur Nachweis des Insassenschutzes verwendet werden. Beispiel hierfür ist z.B. der US-amerikanische Test FMVSS 214.
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Das oben Gesagte wird insbesondere auch bei der Betrachtung der 1 noch deutlicher erkennbar. In 1 ist sehr klar ersichtlich, dass ein Problem beim Schutz des Insassen 170 dann besteht, wenn ein gegnerisches Fahrzeug oder ein anderes Objekt aus einer seitlichen Richtung 180 in Höhe des Insassen 170 einschlägt, da in diesem Fall das Fahrzeug 100 keine oder nur eine sehr kleine Knautschzone aufweist. Das gegnerische Fahrzeug oder das Objekt kann somit beim Einschlag schnell den Insassen 170 erreichen und dort schwere Verletzungen auslösen. Um solche Verletzungen zu verhindern, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Sensor 190, bevorzugt ein nicht vorausschauender kapazitiver Sensor eingesetzt werden, der in einer Seitentür des Fahrzeugs 100 verbaut ist. Aus dem Signal dieses Sensors 190, beispielsweise in Verbindung mit einem weiteren Signal wie einem Signal von dem Beschleunigungssensor 110 oder dem Ultraschallsensor 120, kann dann frühzeitig durch die Auswerteeinheit 130 z.B. ein Seiten- oder Kopfairbag 200 ausgelöst werden, um den Fahrzeuginsassen 170 optimal zu schützen. Die genaue Anordnung und die Signalgewinnung eines solchen Sensors 190 werden im Nachfolgenden näher beschrieben.
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Ein vermeintlicher Nachteil des kapazitiven Sensors ist die starke Abhängigkeit des Sensorsignals von der Entfernung zwischen Sensor und Aufprallort. Diese Eigenschaft wird jedoch durch den hier vorgestellten Ansatz zum Vorteil gewendet. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines Sensierungsprinzips, welches eine starke Empfindlichkeitsänderung über die Entfernung zum Aufprallort aufweist. Der Sensor ist derart positioniert, dass die maximale Empfindlichkeit genau da ist, wo der Insasse am anfälligsten gegen Verletzungen ist (d.h. im Bereich von Brustkorb und/oder Kopf). Die Empfindlichkeit des Sensors kann jedoch an Stellen gering sein, an denen die Verletzungen für den Insassen weniger lebensgefährdend sind (d.h. beispielsweise im Bereich der Beine und/oder Füße). Dadurch, dass ferner bevorzugt ein nichtvorausschauender Sensor verwendet werden kann, sind die Umgebungsbedingungen um diesen Sensor sehr gut bekannt. Auf diese Weise kann die Sensorempfindlichkeit für die Erfassung eines Aufpralls sehr hoch eingestellt werden, da in einem solchen Fall störende Umgebungseinflüsse günstigerweise durch eine Metalllage (d.h. das Fahrzeugtürblech) abgeschirmt werden.
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Dieser Sachverhalt ist schematisch in 2 näher wiedergegeben. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Position des Insassen und dem Verletzungsrisiko für den Insassen bei einem Einschlag des Objektes seitlich auf das Fahrzeug. In einem oberen Teildiagramm ist die Position des Insassen 170 auf dem Fahrzeugsitz 160 relativ zu einer schematisch dargestellten Tür 210 des Fahrzeuges 100 wiedergegeben. In einem unteren Teildiagramm ist das Verletzungsrisiko 220 des Insassen 170 in Abhängigkeit vom Kollisionspunkt (oder Aufprallort) 230 aufgetragen. Wie aus dem unteren Teildiagramm ersichtlich ist, besteht das höchste Verletzungsrisiko im Bereich des Kopfes, des Brustkorbes, des Torsos und des Beckens. Aus den oben genannten Gründen sind die Anforderungen an ein Insassenschutzsystem bei Seitenkollisionen deutlich höher als bei Frontkollisionen. Bedingt durch die Nähe des Kollisionsortes zum Insassen sollte z.B. ein Seiten- oder Kopfairbag deutlich schneller und früher gezündet werden als ein Frontairbag. Andererseits kann, falls der Auftreffpunkt weiter vom Insassen entfernt ist (d.h. mehr im Bereich der Beine/Füße oder der Rückenlehne des Fahrzeugsitzes 160), bei gleicher Kollisionsgeschwindigkeit die Zündung des Seitenrückhaltemittels zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen. Erst bei höherer Kollisionsgeschwindigkeit mag es hier sinnvoll sein, das Seitenrückhaltemittel oder den Airbag zum selben Zeitpunkt zu zünden wie bei insassennahen Kollisionen.
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Insassenschutzvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik berücksichtigen diese sinnvolle Variation der Auslöseanforderungen an den Kollisionsort in Relation zum Insassen nur unvollständig. Es wird allenfalls nach Kollision seitlich vorne (auf Höhe der Front-Insassen) oder seitlich hinten (auf der Höhe der Fond-Insassen) unterschieden. Dies hat seine Ursache in den Eigenschaften des bisher verwendeten Sensors. Typischerweise werden solche Sensoren verwendet, deren Empfindlichkeit nur gering von der Entfernung zum Aufprallort abhängt. So zeigen z.B. Drucksensoren, welche in der seitlichen Fahrzeugtür verbaut werden, eine nahezu gleichförmige Empfindlichkeit über den ganzen Türbereich. Herkömmlich befestigte Beschleunigungssensoren zeigen, bedingt durch die geringe Dämpfung von Beschleunigungssignalen, eine ähnliche Charakteristik. Auch die nachgeschaltete Datenverarbeitung ist deswegen nicht mehr in der Lage hier den Aufprallort präziser zu lokalisieren.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht dagegen, die Information des Aufprallortes implizit zu berücksichtigen. Das Auslöseverhalten des Rückhaltesystems ist damit besser an die tatsächliche Verletzungsgefährdung des Insassen angepasst. Dadurch können einerseits unnötige Auslösungen unterdrückt werden (was zu einer wünschenswerten Senkung der Reparaturkosten führt) und andererseits werden die Verletzungswerte der Insassen vorteilhafterweise gesenkt. Erreicht wird dies beispielsweise durch die Wahl eines Sensierungsprinzips oder einer entsprechenden Präparation des Einbauortes, welche dazu führt, dass das erhaltene Signal eine Entfernungsabhängigkeit zum Aufprallort aufweist, d.h. die Empfindlichkeit des Sensors verringert sich mit zunehmender Entfernung des Kollisionspunktes vom Sensoreinbauort. Als sehr günstige Ausführungsform wird dabei wird der Sensoreinbauort 240 so gewählt, dass der Bereich maximaler Sensorempfindlichkeit mit dem Bereich des höchsten Verletzungsrisikos für den Insassen zusammenfällt. Ein solcher Zusammenhang ist in 3 näher dargestellt, wobei in dem unteren Teildiagramm eine Kurve 250 eingetragen ist, die die Empfindlichkeit des Sensors 190 in Bezug zum Aufprallort 230 wiedergibt. Da das höchste Verletzungsrisiko insbesondere im Bereich des Thorax des Insassen besteht, sollte der Sensor 190 in einem Bereich der Seitentüre eingebaut werden, die sich in seitlicher (d.h. in Richtung quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs) Höhe des Thorax befindet. Auch kann eine Anordnungsposition in Höhe des Kopfes vorgesehen werden, wenn ein besonderer Kopfschutz realisiert werden soll. Dieser Sensoreinbauort kann dabei derart gewählt werden, dass die tatsächliche Einbauposition in einem Toleranzbereich von beispielsweise 10 cm um die in 3 dargestellte Position 240 liegt. Dies bietet vorteilhaft die Möglichkeit eine gute und stabile Befestigung in der Fahrzeugtüre bei vernachlässigbarer Empfindlichkeitseinschränkung zu erhalten. Eine solche gute Befestigungsmöglichkeit in der Fahrzeugtüre kann beispielsweise baulich bedingt sein, wenn die Fahrzeugtürstruktur zur Optimierung der Steifigkeit an bestimmten Stellen durch Streben verstärkt ist und der Sensor an solchen Streben gut und sicher befestigt werden kann, diese Verstärkungsstreben jedoch nicht genau an einer Position liegen, wie sie in 3 dargestellt ist. In 3 ist dabei im oberen Teildiagramm ein vorgeschlagener Sensoreinbauort im Bereich des höchsten Insassenrisikos wiedergegeben. In der unteren Teilfigur ist die entfernungsabhängige Empfindlichkeit des Sensors 190 abhängig vom Aufprallort dargestellt.
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Der hier vorgestellte Ansatz bietet mehrere Vorteile. Zum ersten wird eine Vereinfachung der Datenauswertung und somit ein einfacherer Auslösealgorithmus einsetzbar. Weiterhin kann eine Einbeziehung des Verletzungsrisikos des Insassen in den Auslöseprozess erfolgen, wodurch eine der Situation besser angepasste Aktivierung von Rückhaltemitteln realisierbar wird. Ferner kann auch ein Sensierungsprinzip verwendet werden, welches sehr schnell Crashsituationen erkennen kann. Dabei wird günstigerweise ein kapazitiver Sensor verwendet; aber auch andere Sensierungsmöglichkeiten, wie z.B. ein RADAR-basierter Abstands- oder geschwindigkeitsliefernder Sensor sind prinzipiell anwendbar, sofern sie die beschriebenen Eigenschaften besitzen. Außerdem ist der hier vorgestellte Ansatz hervorragend kombinierbar mit bereits serienmäßig verbauten Sicherheitssystemen, so dass der Aufwand zur Einführung von einem zusätzlichen Sicherheitskonzept vernachlässigbar gering ist. Ferner können neben den im „Standard-ECall“ verwendete Daten (wie beispielsweise GPS-Positionierung, Crashtyp und -Richtung) auch Daten wie der ermittelte Aufprallort, eine Information darüber, ob die Insassen angeschnallt sind oder nicht, ein multiple/single-Crashszenario, eine Eigengeschwindigkeit usw. verwendet, um letztendlich das Verletzungsrisiko sofort zu übermitteln.
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Im Folgenden wird nun unter Zuhilfenahme der Darstellung aus 4 ein Beispiel für die Umsetzung eines konkreten Sensors mit den beschriebenen Eigenschaften gegeben. 4 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines Einbauortes des Sensors 190 in einer Fahrzeugtüre 210 in Querschnittansicht durch eine Fahrzeugtüre. Der Sensor 190 kann dabei an einer Sensoreinbauposition gemäß der Darstellung aus 3 verbaut sein. Beispielhaft wird ein kapazitiver Sensor 190 gewählt, welcher an einer Tragestruktur 400 für den Sensor 190 im Innenraum der Tür 210, d.h. zwischen der Türinnenverkleidung 410 und dem Türaußenblech 420 verbaut ist. Die Tragestruktur 400 kann dabei ein Holm der Fahrzeugtüre 210 sein. Die Messgröße ist der Abstand 430 oder genauer gesagt die Abstandänderung in der Zeit (d.h. die Intrusionsgeschwindigkeit) des Türaußenbleches 420 zum Sensor 190. Im Falle einer Kollision mit einem Objekt in diesem Bereich wird der Zusammenstoß dazu führen, dass das Türaußenblech 420 nach innen gedrückt wird, sich also der Abstand 430 zwischen Sensor 190 und Türaußenblech 420 ändert.
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Während einer Kollision wird sich dieses Messprinzip nun Folgendermaßen auswirken: Falls eine Kollision K1 auf Höhe des Insassen (d.h. im Direkten Messbereich des Sensors) stattfindet wird das erhaltene Signal von hoher Amplitude sein. Über eine einfache vorgegebene Schwelle kann nun ein Auslösealgorithmus beispielsweise in der Auswerteeinheit 130 (z.B. dem Airbag-Steuergerät) entscheiden, ob die Signalamplitude oder die Amplitude eines aus dem Signal abgeleiteten Merkmals eine bestimmte konstante Schwelle S erreicht. Wenn das der Fall ist, wird das Insassenschutzmittel, also z.B. ein Seiten- oder Kopfairbag aktiviert. Im Vergleich dazu wird eine Kollision K2 mit derselben Kollisionsgeschwindigkeit, aber an einem anderen Auftreffpunkt weiter weg vom Sensoreinbauort 240 ein Signal mit geringerer Amplitude erzeugen. Diese Signalamplitude wird gegebenenfalls nicht mehr groß genug sein, die konstante Schwelle S zu überschreiten. Entsprechend wird auch kein Rückhaltemittel aktiviert oder freigegeben werden. Dies ist nun genau das erwünschte Verhalten: Da die Gefährdung für den Insassen bei der Kollision K1 höher ist, benötigt er ein Rückhaltemittel. Bei einer Kollision K2 erfolgt die Kollision weiter weg; der Insasse ist geringer gefährdet und es muss kein Rückhaltemittel aktiviert werden.
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Falls nun eine Kollision K3 an einer Stelle entsprechend der Kollision K2 erfolgt, aber diesmal mit deutlich höherer Kollisionsgeschwindigkeit, wird die Signalamplitude (welche ja auch von der Kollisionsgeschwindigkeit abhängt) höher sein als bei der Kollision K2. Entsprechend wird das Sensorsignal auch eine größere Amplitude haben und in der Lage sein die Schwelle S zu überschreiten. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Rückhaltemittel aktiviert werden. Dies ist genau die Intention: Obwohl die Kollision etwas weiter weg vom Insassen erfolgt, wird dieser an sich positive Effekt auf das Verletzungsrisiko des Insassen durch die erhöhte Aufprallgeschwindigkeit wieder kompensiert. An diesem Beispiel wurde gezeigt, wie mit einem Sensor, welche eine entfernungsabhängige Empfindlichkeit besitzt, eine genau dem Verletzungsrisiko der Insassen (welches häufig anhand des MAIS-Wertes, MAIS = Maximum Abbreviated Injury Scale, quantifiziert wird) angemessene Ansteuerung der Rückhaltemittel erfolgen kann, ohne dass auf eine komplizierte und spezielle Auslöselogik zurückgegriffen werden braucht.
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In einer einfachen Näherung kann die Abhängigkeit der Empfindlichkeit des Sensors von der Entfernung vom Kollisionspunkt unter Verwendung der Darstellung aus 5 veranschaulicht werden. Dabei ist in 5 eine Intrusion der Türaußenhaut gezeigt, die ihren Ausgangspunkt am Kollisionsort xc (bezogen auf einen linken Türrahmen 500) hat, die aber auch an anderen Stellen zu einer Bewegung der Türaußenhaut 420 führen wird. Die Türaußenhaut 420 ist typischerweise ein relativ dünnes Blech, welches einem eindringenden Gegenstand nur wenig Kraft entgegensetzt. Bei einer Kollision wird sich die Türaußenhaut 420 deshalb annähernd wie eine nachgiebige Membran verhalten, welche an den Außenseiten (d.h. dem Türrahmen 500) fest eingespannt ist. Dies bedeutet, dass, wenn am Ort xc (bezogen auf den linken Türrahmen 500) der Einschlag des Objektes erfolgt, wird zu einer Zeit t1 des Türbleches 420 um eine bestimmte Eindringungstiefe dc eingedrückt werden. Am Sensorort xs (wiederum bezogen auf den linken Türrahmen 500) wird die Eindringungstiefe ds entsprechend der Darstellung aus 5 geringer sein. Sie lässt sich einfach abschätzen. Nach dem Strahlensatz gilt der Zusammenhang xc/xs = dc/ds. Daraus folgt für ds: ds = 1/xc * dc*xs. Dies bedeutet, dass die Eindringungstiefe ds am Ort des Sensors 190 bei gegebenem dc umgekehrt proportional zum Abstand xc ist. Nun ist aber die Eindringungstiefe ds genau die messbare Distanzänderung zwischen Türaußenhaut 420 und Sensor 190 am Sensoreinbauort 240. Damit folgt die entfernungsabhängige Empfindlichkeit des Sensors einem 1/xc-Gesetz. Die Strecke xs zwischen dem linken Türrahmen 500 und dem Sensoreinbauort 240 ist eine einbauspezifische und dadurch bekannte Größe. Ein so montierter kapazitiver Sensor 190 besitzt also alle geforderten Eigenschaften. Eine Erweiterung dieser Rechnung auf zwei Dimensionen (nicht nur die Türbreite sondern auch ihre Höhe) ist entsprechend problemlos durchzuführen.
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Weiterhin bestehen verschiedene Möglichkeiten, den vorstehend vorgeschlagenen Ansatz zu verbessern. Eine erste Verbesserungsmöglichkeit kann in einem gezielten Anbringen von Versteifungen in der Tür gesehen werden, so dass sich hierdurch die entfernungsabhängige Empfindlichkeit des Sensors modifizieren lässt. Für bestimmte Zonen, die beispielsweise glatt oder strukturiert sind, lassen sich dann gezielt höhere oder niedrigere Empfindlichkeiten realisieren. Damit kann also neben der entfernungsabhängigen Empfindlichkeit auch eine richtungsabhängige Empfindlichkeit vorgegeben werden (auch als so genanntes Pulse-Shaping bekannt).
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Ebenso können im Falle des kapazitiven Sensors durch die Formgebung der Kondensatorplatte(n) bestimmte Empfindlichkeitsmuster realisieren. So wird z.B. eine Kondensatorplatte in länglicher Form in der durch die Längsachse vorgegebenen Richtung empfindlicher sein als in der durch die kurze Querachse vorgegeben Richtung. Es sind auch L-förmige oder andere, geschwungene Formen einsetzbar.
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Es ist auch möglich durch dynamische Formgebung (z.B. durch Verschieben verschiedener Kondensatorplatten oder, falls der Kondensator durch Zusammenschalten einzelnen kleiner Kondensatorplatten realisiert ist, durch gezieltes Zu- bzw. Abschalten der Kondensatorplatten) eine richtungs- und entfernungsabhängige Empfindlichkeit zu realisieren die direkt die Insassenposition im Fahrzeug widerspiegelt: Beugt sich etwa der Insasse nach vorne, wird der Sensor sein Empfindlichkeitsmaxima nach vorne verschieben. Hebt er seine Beine an, wird der Bereich des unteren Teils der Tür unempfindlicher geschaltet. Um dies zu erreichen sollte zusätzlich noch eine Information über die Position des Insassen verfügbar sein, z.B. aus einem IBolt-System oder aus einem anderen Innenraumsensierungssystem. Eine Umschaltung oder Erhöhung der Empfindlichkeit bei einem sich bewegenden Insassen kann dadurch erreicht werden, dass ein Sensorsignal von derjenigen Teilelektrode verwendet wird, die sich am Nächsten zum Insassen befindet.
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In der praktischen Umsetzung kann zunächst das Verletzungsrisiko ausgehend anhand der MAIS-Werte in Abhängigkeit vom Aufprallort angegeben werden. Als Quelle hierfür können Daten aus Unfallforschung, aber auch Daten aus Crash-Simulationen verwendet werden. Entsprechend der räumlichen Verteilung dieser Werte kann dann der günstigste Einbauort für den Sensor gewählt werden. Entsprechend kann dann auch nach einem der oben angegebenen Verfahren die entfernungs- und richtungsabhängige Empfindlichkeit des Sensors so angepasst werden, dass sie dem Verletzungsrisiko des Insassen entspricht.
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Das System ist in seiner Anwendung nicht notwendigerweise auf die Fahrzeugseite beschränkt. Es ist auch vorstellbar es in der Fahrzeugfront oder im Heck anzuwenden. Ebenso kann es für den Fußgängerschutz verwendet werden.
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Das System ist nicht notwendigerweise auf die Anwendung eines kapazitiven Sensors beschränkt. Jedes andere Sensorprinzip, welches in der Lage ist entfernungsabhängige Signale oder Geschwindigkeitssignale zu liefern, so z.B. RADAR-Sensoren kommt ebenso in Frage. Kapazitive Sensoren liefern sind jedoch gut erforscht und liefern präzise und schnell auswertbare Ergebnisse. Ferner sind kapazitive Sensoren kostengünstig verfügbar. Da in der beispielhaft aufgeführten Umsetzung ein kapazitiver Sensor mit der Verletzungsschwere/-risiko (oft in MAIS angegeben) verknüpft wird, kann man von einem kapazitiven MAIS-Sensor sprechen.
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In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist der Sensor auf der Tragestruktur 400 der Tür 210 befestigt und erkennt das intrudierende Türaußenblech 420 während einer Seitenkollision. Eine ebenfalls denkbare Variante wäre es, den inversen Einbau vorzunehmen, der in 6 als schematische Darstellung eines weiteren Einbauorts des Sensors 190 in einer Fahrzeugtür 210 abgebildet ist. Der kapazitive Sensor 190 wird von innen an das Türaußenblech 420 montiert und sensiert den Abstand zur Tragestruktur 400. Bei einem Seitencrash in Kombination mit einer Intrusion verkleinert sich der Sensierabstand ebenso wie in 4.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren 700 zur Ansteuerung eines Personensicherheitsmittels 200 eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren 700 einen Schritt des Empfangens 710 eines Sensorsignals von einem kapazitiven Sensor aufweist, wobei das Sensorsignal einer Geschwindigkeit eines Teils des Fahrzeugs in Richtung des Sensors entspricht. Ferner weist das Verfahren 700 einen Schritt des Freigebens 720 oder Auslösen des Personensicherheitsmittels 200 auf, wenn das Sensorsignal eine Geschwindigkeit repräsentiert, die größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
