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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung mittels Körperschall in einem Fahrzeug mit einer ersten Fahrzeugkomponente, einer zweiten F6+ahrzeugkomponente und mindestens einem federelastischen Schwingelement, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, mittels des federelastischen Schwingelements Körperschall zu erzeugen, der zu wenigstens einer Körperschallsensorik zur Aufprallerkennung übertragen wird.
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Die mittlerweile grundsätzlich verwendeten Insassenschutzsysteme, wie z.B. Airbags, und darüber hinaus auch Rückhaltesysteme, wie z.B. Gurtstraffer, werden im Falle eines Aufprallunfalles durch Vorrichtungen zur Aufprallerkennung aktiviert. Die Aktivierung erfolgt dabei in den meisten Fällen durch Trägheitssensoren. Diese Trägheitssensoren bestehen aus Masseelementen, die bei Verschiebung durch Beschleunigung, bzw. Negativbeschleunigung, eine Ortsveränderung ausführen. Diese Ortsveränderung wird in verschiedener Weise detektiert, bzw. als Signal umgesetzt. Überschreiten dabei die Beschleunigungen und die daraus resultierenden Masseverschiebungen vorbestimmbare Grenzwerte, so führt dies zur Auslösung der oben genannten Insassenschutzsysteme.
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Es ist weiterhin bekannt, dass die Insassenschutzsysteme innerhalb weniger Millisekunden ausgelöst bzw. aktiviert werden müssen, um einen ausreichenden Schutz bei Unfällen mit hoher Geschwindigkeit zu bieten. Ein Aufprallunfall aus hoher Geschwindigkeit läuft, zumindest was die Deformationszeit der Fahrgastzelle betrifft, in Millisekunden bzw. mindestens Sekundenbruchteilen, ab. Der Crash-Sensor als auslösendes Element des Insassenschutzsystems detektiert den Unfall in derjenigen Zeitphase, in der der Aufprall bereits stattgefunden hat und die Deformation der Fahrgastzelle beginnt. Erst zu diesem Zeitpunkt wird dem Fahrzeug eine Negativbeschleunigung aufgeprägt, die der Sensor erfassen kann. Die Verwendung von trägen Massen und entsprechenden Anlenkmitteln hat sich in vielen Fällen als zu langsam erwiesen. Die Schnelligkeit der Bewertung des Aufpralles ist jedoch ausschlaggebend für eine sichere Aktivierung der Insassenschutzsysteme.
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Aus der Druckschrift
DE 37 29 019 C2 ist eine Steuerschaltung zum Auslösen einer Rückhalteeinrichtung bekannt. Ein Körperschallsensor nimmt den auftretenden Körperschall auf und das resultierende Signal wird analysiert. Aus dem Frequenzinhalt und der Leistungsdichte pro Frequenz sowie dem Phasenunterschied zwischen den Signalen wird die Richtung und Art des Aufpralls ermittelt. Dadurch sind die Insassenschutzsysteme frühzeitiger aktivierbar und es stehen schnell auch Informationen über die Schwere des zu erwartenden Aufpralles zur Einleitung, bzw. Aktivierung, entsprechender Maßnahmen, bzw. Einrichtungen, zur Verfügung.
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Aus der
DE 102 45 780 A1 ist ferner eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung mittels Körperschall in einem Fahrzeug bekannt, die mittels wenigstens eines Detektors Körperschall erzeugt, der zu wenigstens einem Schwingungssensor zur Aufprallerkennung übertragen wird. Der Detektor ist beispielsweise nach dem Stimmgabelprinzip aufgebaut oder als elektronischer Aktor realisiert. Diese Vorrichtung zur Aufprallerkennung bezieht jedoch keine Informationen über eine Verformung des Fahrzeugs in die Köperschallerzeugung ein. Die tatsächliche Verformung des Fahrzeugs kann aber relevante Informationen für eine an den Aufprall angepasste Auslösung der Insassenschutzsysteme geben.
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Bekannte Lösungen versuchen im natürlichen, stochastischen Körperschall der Deformation Muster zu erkennen, sind aber dabei beschränkt durch die mangelnder Reproduzierbarkeit und große Streubreite. Andere bekannte Ansätze versuchen die Crashgeschwindigkeit in den ersten Millisekunden eines Kollisionsereignisses mit Hilfe einer Frequenzauswertung von künstlich erzeugten Körperschallsignalen zu ermitteln. Dabei konnte bisher jedoch keine Korrelation von Crashschwere und Annäherungsgeschwindigkeit erkannt werden.
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Insgesamt habe die bekannten Systeme des Standes der Technik den Nachteil, dass die Separation an der Auslösegrenze (NoFire - Fire - Grenze) schwierig ist, da die Zuordnung Ereignis - Signal nicht eindeutig ist. Ferner ergibt sich eine aufwendige Modulation und Demodulation bei der Amplituden-Frequenz-Wandelung, was eine kostenintensive leistungsfähige Rechnerhardware bedingt. Außerdem wird nicht berücksichtigt, dass die Aufprallgeschwindigkeit nicht proportional zur Crashschwere sein muss.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung mittels Körperschall zur Verfügung zu stellen, die eine Berücksichtigung von Verlagerungen von Fahrzeugkomponenten zueinander ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
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Gemäß einem Aspekt weist eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung mittels Körperschall in einem Fahrzeug eine erste Fahrzeugkomponente, eine zweite Fahrzeugkomponente und mindestens ein federelastisches Schwingelement auf, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, mittels des federelastischen Schwingelements Körperschall zu erzeugen, der zu wenigstens einer Körperschallsensorik zur Aufprallerkennung übertragen wird, wobei das Schwingelement durch Relativverlagerung der ersten Fahrzeugkomponente und der zweiten Fahrzeugkomponente zueinander zum Schwingen anregbar ist.
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Die Verlagerung der ersten Fahrzeugkomponente und der zweiten Fahrzeugkomponente zueinander über ein bestimmtes Maß hinaus führt mittels des Schwingelements zu einer Körperschallerzeugung. Obwohl somit die Crashdetektion mittels Körperschall erfolgt, wird die Verformung des Fahrzeugs dennoch berücksichtigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufprallerkennung mittels Körperschall ermöglicht dadurch eine Feststellung der auslöserelevanten Deformation. Neben der Beschleunigung wird damit eine zweite physikalische Größe festgestellt, was zu einer Erhöhung der Robustheit und der Verbesserung der Separation führt. Die Signalerzeugung und Signalübertragung erfolgt mechanisch, wodurch Bauraum für Signalerzeugungs- und Signalübertragungskomponenten eingespart werden kann. Ferner entfallen verzögernde Signalerzeugungs- und Signalübertragungszeiten der entsprechenden elektrischen/elektronischen Bauteile.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Fahrzeugkomponente und die zweite Fahrzeugkomponente über eine Langlochverbindung zueinander festgelegt. Die Langlochverbindung erlaubt eine Verschiebung der beiden Fahrzeugkomponenten. Dabei ist der Verschiebeweg begrenzt. Das Langloch erstreckt sich dabei bevorzugt geradlinig, so dass sich eine geradlinige Verschiebbarkeit der beiden Fahrzeugkomponenten gegeneinander ergibt. Die Langlochverbindung erlaubt beispielsweise oberhalb einer Schwellenkraft eine Verschiebung der ersten Fahrzeugkomponente und der zweiten Fahrzeugkomponente zueinander entlang eines Langlochs der Langlochverbindung. Die Verschiebbarkeit ist gegeben, wenn die Verschiebekraft in der Längserstreckungsrichtung des Langlochs die Reibkräfte übersteigt, die zwischen den Fahrzeugkomponenten bestehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Fahrzeugkomponente ein Kühlerrahmen des Fahrzeugs und die zweite Fahrzeugkomponente ein Halter einer Schottplatte des Fahrzeugs. Durch diese Fahrzeugkomponenten kann die Verformung des Fahrzeugs bei einem Frontaufprall besonders gut erfasst und der Frontaufprall detektiert werden. Ferner ist dadurch eine leichte Montierbarkeit der Vorrichtung gegeben. Ebenso kann die Vorrichtung mit anderen Fahrzeugkomponenten realisiert werden, um beispielsweise einen Seitenaufprall des Fahrzeugs zu erkennen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Schwingelement mindestens einen Ausleger auf, der durch Relativverlagerung der Fahrzeugkomponenten zueinander zum Schwingen anregbar ist. Ein solcher Ausleger kann sehr einfach durch ein Anschlagen zum Schwingen angeregt werden. Ferner ist ein solches Schwingelement technisch einfach, kostengünstig und kompakt realisierbar. Ebenso kann das Schwingelement auch spiralfederförmig oder als Torsionsfederelement gebildet sein. Das Schwingelement ist dabei beispielsweise so angeordnet, dass es, insbesondere mit dem Ausleger, bei Verlagerung der Fahrzeugkomponenten zueinander an eine der Fahrzeugkomponenten anschlägt. Dazu kann an der Fahrzeugkomponente, an der das Federelement anschlägt, ein entsprechender Vorsprung bzw. eine Nase gebildet sein, die einen definierten Anschlagpunkt für das Federelement bietet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Schwingelement federvorgespannt und durch die Verlagerung der Fahrzeugkomponenten zueinander wird eine Entspannung des Schwingelements ausgelöst. Die Federvorspannung ermöglicht das Generieren einer besonders starken Schwingung des Federelements, auch wenn das Anschlagen des Schwingelements schwach ist. Ferner kann nach einem Crash festgestellt werden, ob das Schwingelement ausgelöst wurde.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Schwingelemente vorgesehen. Dadurch kann ein größeres Schallvolumen erzielt werden. Ferner können die Schwingelemente an verschiedenen Stellen anschlagen, wodurch die Fehler- bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit gesenkt wird. Bestimmten Verformungsfällen kann durch das Anbringen der Schwingelemente an separaten geeigneten Stellen hierzu Rechnung getragen werden. Die Schwingelemente weisen beispielsweise unterschiedliche Hauptschwingfrequenzen auf. Dies ermöglicht zum Einen eine Zuordnung des durch die Schwingelemente generierten Schalls zu entsprechenden Verformungsfällen des Fahrzeugs und zum Anderen kann ein gewünschtes Klangspektrum eingestellt werden. Die Schwingelemente sind beispielsweise so angeordnet, dass mit zunehmendem Verlagerungsweg der beiden Fahrzeugkomponenten zueinander diese nacheinander zum Schwingen angeregt werden. Aus den Schallemissionen der Schwingelemente kann dann auf den Verlagerungsweg der Fahrzeugkomponenten zueinander geschlossen werden, was eine besonderes differenzierte Auswertung der Crashcharakteristik ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Schwingelemente so vorgesehen, dass eine Verschiebung der ersten Fahrzeugkomponente und der zweiten Fahrzeugkomponente zueinander, insbesondere im Bereich entlang eines Langlochs der Langlochverbindung, ein Abbrechen wenigstens eines Schwingelements, insbesondere des Auslegers, bedingt. Das Abbrechen des Schwingelements bedingt eine besondere Körperschallemission, die gut detektierbar ist. Ferner kann bei der Nachuntersuchung des Fahrzeugs nach dem Crash eindeutig das Betätigen des Schwingelements nachgewiesen werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung weiter erläutert.
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Es zeigt schematisch:
- 1 eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung mittels Körperschall in einem Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Teildarstellung.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Aufprallerkennung mittels Körperschall in einem Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Teildarstellung. Eine erste Fahrzeugkomponente 3, bei diesem Ausführungsbeispiel ein Kühlerrahmen (KUM), ist an einer zweiten Fahrzeugkomponente 5, bei diesem Ausführungsbeispiel einem Halter einer Schottplatte des Fahrzeugs, angeordnet. Der Kühlerrahmen 3 ist mittels einer Langlochverbindung 7 mit dem Halter 5 verbunden. Die Langlochverbindung 7 weist bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere Langlöcher 9 an der ersten Fahrzeugkomponente 3, hier dem Kühlerrahmen, auf. Mittels Bolzen, hier nicht dargestellt, die durch die Langlöcher 9 verlaufen, wird eine Führung der zweiten Fahrzeugkomponente 5, hier von dem Halter einer Schottplatte des Fahrzeugs, entlang dem Langloch 9 erreicht. Der Bolzen ist beispielsweise Teil einer Schraube oder eines Niets, mit dem die erste Fahrzeugkomponente und die zweite Fahrzeugkomponente aneinander befestigt sind. Werden die erste Fahrzeugkomponente 3 und die zweite Fahrzeugkomponente 5 beispielsweise mittels der Nieten oder Schrauben gegeneinander gepresst, ergibt sich eine Verschiebbarkeit der Fahrzeugkomponenten 3, 5 relativ zueinander entlang des Langlochs 9 bei Überschreiten der Reibkräfte, die zwischen den so reibschlüssig verbundenen Fahrzeugkomponenten 3, 5 zu überwinden sind. Die Verlagerung der beiden Fahrzeugkomponenten 3, 5 wird durch die Länge des Langlochs 9 in seiner Längserstreckungsrichtung begrenzt. Die Langlochverbindung 7 des Kühlerrahmens 3 am Halter 5 der Schottplatte erlaubt so eine zerstörungsfreie Relativbewegung zwischen dem Kühlerrahmen 3 und dem Längsträger 5 im Versicherungseinstufungstest (RCAR). Eine Relativbewegung die darüber hinausgeht führt zu Beschädigungen und ist ein Hinweis auf eine über den RCAR-Test hinausgehende Crashschwere.
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Ein federelastisches Schwingelement 11 der Vorrichtung zur Aufprallerkennung ist eingerichtet durch Verlagern der ersten Fahrzeugkomponente 3 und der zweiten Fahrzeugkomponente 5 zueinander zum Schwingen angeregt zu werden und dabei Körperschall zu erzeugen, der zu einer Körperschallsensorik s zur Aufprallerkennung übertragen wird und von dieser ausgewertet werden kann. Das federelastisches Schwingelement 11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zungenförmig gestaltet und einseitig eingespannt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zungenförmige federelastisches Schwingelement 11 an der ersten Fahrzeugkomponente 3 angebracht und schlägt mit einem Ausleger 13, d.h. nicht eingespannten Ende, gegen die zweite Fahrzeugkomponente 3, wodurch das federelastische Schwingelement 11 zum Schwingen angeregt wird und die Schwingungen als Körperschall in die erste Fahrzeugkomponente 3 eingekoppelt und von dort zur Körperschallsensorik s übertragen werden. Die Relativbewegung zwischen den Fahrzeugkomponenten 3, 5 wird so genutzt, um einen charakteristischen Ton bzw. eine Tonfolge zu erzeugen, die von der in der Zentralen Airbagauslöseeinheit (CEUN) eingesetzten Körperschallsensorik s ausgewertet werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel schlägt der Ausleger 13 erst bei einer Verlagerung der ersten Fahrzeugkomponente 3 und der zweiten Fahrzeugkomponente 5 zueinander an, die über den Bewegungsspielraum hinausgeht, den das Langloch 9 den beiden Komponenten zueinander ermöglicht, d.h. wenn eine Verformung einer der Fahrzeugkomponenten 3, 5 auftritt.
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Alternativ oder zusätzlich zur Anordnung der Körperschallsensorik (s) gemäß 1, kann diese auch entfernt vom Frontendbereich des Fahrzeugs beispielsweise integriert in einem Airbagsteuergerät erfolgen. Der erzeugte Schall wird dann über die Karosseriestruktur zu Körperschallsensorik (s) geleitet und ausgewertet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Aufprallerkennung
- 3
- erste Fahrzeugkomponente
- 5
- zweite Fahrzeugkomponente
- 7
- Langlochverbindung
- 9
- Langloch
- 11
- Federelastisches Schwingelement
- 13
- Ausleger
- s
- Körperschallsensorik
