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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem
Aufprallsensor nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Aufprallsensor mit den Merkmalen
des unabhängigen
Patentanspruchs hat den Vorteil, dass durch die Verwendung eines kompressiblen
Mediums, das seine Leitfähigkeit
in Abhängigkeit
von der Kompression ändert,
ein leicht in die Fahrzeugkarosserie bzw. die Stoßstange
bzw. die Fahrzeugseite integrierbarer Sensor verwendbar wird. Insbesondere
der Einsatz von leitfähigem Schaumstoff
als dem kompressiblen Material hat den Vorteil, dass neben der Verwendung
des Schaumstoffs, der beispielsweise in der Stoßstange sowieso eingesetzt
wird, als Sensierungselement keine zusätzlichen Sensoren integriert
werden müssen.
Dabei kann also vorgesehen sein, dass der leitfähige Schaumstoff zusätzlich oder
anstatt des üblichen Schaumstoffs
vorgesehen sein kann. Leitfähiger Schaumstoff
hat weiterhin den Vorteil, dass eine großflächige Sensierung, beispielsweise
der Stoßstange,
in einfacher Weise möglich
wird. Unnötige zusätzliche
Sensoreinheiten können
entfallen sowie deren Synchronisation und Verarbeitung der Signale in
einem Steuergerät.
Auch bei einer Seitensensierung kann eine großflächige Sensierung stattfinden und
nicht nur punktuell, wie sie durch Beschleunigungssensoren bekannt
ist. Außerdem
befindet sich ein solch kompressibles Material als Aufprallsensor am äußersten
Punkt des Fahrzeugs und bedeutet gegebenenfalls einen Zeitgewinn
bei der Ansteuerung von Rückhaltemitteln
als der Aktuatorik.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Aufprallsensors möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass das
kompressible Material, vorzugsweise der leitfähige Schaumstoff, in der Front
als auch in der Heckstoßstange
eingebaut ist, wobei hier vorzugsweise lediglich ein Austausch des
ohnehin eingebauten Schaumstoffs durch einen leitfähigen Schaumstoff
stattfindet. Dadurch fallen keine weiteren Kosten und Aufwand bei
der Integration des erfindungsgemäßen Aufprallsensors an, da
im wesentlichen die Prozesse der Fertigung übernommen werden können.
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Vorteilhafter Weise kann der erfindungsgemäße Aufprallsensor
auch als Seitenaufprallsensor verwendet werden. Dabei wird der Schaumstoff
vorzugsweise in der Zierleiste untergebracht. Auch andere Blenden
können
hier vorzugsweise zum Einbau des Aufprallsensors verwendet werden.
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Der erfindungsgemäße Sensor kann insbesondere
zur Erkennung eines Fußgängeraufpralls verwendet
werden. In Abhängigkeit
von der Erkennung eines solchen Aufpralls können als Rückhaltemittel auch solche für den Fußgänger eingesetzt
werden.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es zeigen
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1 ein
erstes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Aufprallsensors,
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2 ein
zweites Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Aufprallsensors und
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3 den
erfindungsgemäßen Aufprallsensor
bei einer Stoßstange
vor und nach einem Aufprall.
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Beschreibung
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Insbesondere im Bereich des Fußgängerschutzes
existieren derzeit sehr viele Ideen im Bereich der Sensierung als
auch der Aktuatorik. Hauptsächlich
werden dabei Stoßstangensensoren
zur Fußgängeraufprallerkennung
verwendet. Hierbei kommen Kraftsensoren oder Verformungssensoren zum
Einsatz, die sich über
die gesamte Breite des Fahrzeugs in der Stoßstange erstrecken. Beispiele für Kraftsensoren
sind Piezofolien, Dehnmess-Streifen, Lichtleitersensoren und Sensoren
aus Komposit. Bei den Verformungssensoren handelt es sich teilweise
ebenfalls um Lichtleiter oder einfache Schalter. Zur Erkennung des
Aufprallorts werden mitunter mehrere Sensoren verwendet. Für den Schutz
werden im Wesentlichen Airbagsysteme in den Motorraum integriert
oder aber die Motorhaube wird angehoben, um dem Aufprall der Person
entsprechend entgegenzuwirken. Im Bereich der Seitensensierung zur
Detektion von Seitencrashes sind viele Verfahren bekannt. Diese
beinhalten die Druck- und Beschleunigungssensoren, optische Sensoren
sowie andere Sensorprinzipien. Diese befinden sich allerdings alle in
der Türinnenseite.
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Die Integration neuer Sensorik in
eine Stoßstange
stellt zum Teil ein Problem dar. Der derzeitige Aufbau von Stoßstangen
sieht einen Schaumstoff vor, welcher mit einer Plastikummantelung
versehen an die Träger
des Fahrzeugs montiert wird. Erfindungsgemäß wird nun dieser Schaumstoff
bei einem Aufprallsensor für
die Front oder das Heck durch einen leitfähigen Schaumstoff ersetzt.
Dieser leitfähige Schaumstoff
zeichnet sich dadurch aus, dass er bei Kompression seinen Leitwert ändert. Dabei
ergibt sich der Vorteil, dass neben der Verwendung des Schaumstoffs
als eigentliches Sensierungselement keine zusätzlichen Sensoren integriert
werden müssen.
Wie oben dargestellt kann dieser leitfähige Schaumstoff mit seiner
angeschlossenen Elektronik als Aufprallsensor auch zur Seitensensierung
verwendet werden. Dabei kann der Schaumstoff insbesondere in der
Zierleiste untergebracht werden.
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Kern der Erfindung ist also die Verwendung eines
leitenden Schaumstoffs als Sensorelement in der Stoßstange,
und zwar sowohl in der Front- als auch in der Heckstoßstange.
Der in den Stoßstangen derzeit
enthaltene Schaumstoff, welcher zur Aufpralldämpfung verwendet wird, wird
dabei durch den leitenden Schaumstoff ersetzt. Alternativ ist es
möglich, dass
der leitfähige
Schaumstoff in Kombination zu einem nichtleitfähigem Schaumstoff eingesetzt
wird. Dadurch entsteht eine Sensoreinheit Stoßstange-Schaumstoff, welche
zur Sensierung für
den Fußgängerschutz
bzw. anderen Kollisionen verwendet werden kann. Der Vorteil ist
also insbesondere der Austausch einer bestehenden Komponente durch eine
neue, also die einfache Integration in die Stoßstange wird dadurch möglich.
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Ein weiterer Vorteil ist die großflächige Sensierung
der Stoßstange,
d.h. unnötige
zusätzliche Sensoreinheiten
können
entfallen sowie deren Synchronisation bzw. Bearbeitung ankommender
Signale. Die Kontaktierung erfolgt zwischen Vorder- und Rückseite
des Schaumstoffs. Der elektrische Widerstand ist dabei die eigentliche
Kenngröße, welche sich
unter Druckbelastung verringert. Im Beispiel zur Seitensensierung
ergeben sich hier ähnliche
Vorteile. Die Sensierung findet großflächig statt und nicht nur punktuell.
Im Weiteren befindet sich der Sensor ebenfalls am äußersten
Punkt des Fahrzeugs, was gegebenenfalls einen Zeitgewinn bei der
Ansteuerung der Aktuatorik bedeutet. Der hier eingesetzte Schaumstoff
als kompressibles Material ändert
also seine Leitfähigkeit
bei der Kompression dieses Materials. Solch ein Schaumstoff kann
beispielsweise durch Einbringen von Graphitteilchen in den Schaumstoff
hergestellt werden. Dabei kann beispielsweise ein Sprühverfahren
eingesetzt werden, indem zunächst
eine Schicht Schaumstoff aufgebracht wird, dann eine dünne Schicht
Graphitteilchen und dann wieder eine Schicht Schaumstoff, die wiederum
von einer Schicht Graphitteilchen gefolgt wird. Durch eine spätere Wärmebehandlung
erfolgt eine Diffusion der Graphitteilchen in den Schaumstoff hinein.
Eine Kompression des Schaumstoffs führt dann zu einer Berührung der
Graphitteilchen, so dass der Widerstand mit der Kompression sinkt.
Bei fehlender Kompression kann je nach Konzentration der Graphitteilchen
kein oder nur wenig Strom zwischen den Seiten des Schaumstoffes
fließen.
Dies hängt
davon ab, ob bei fehlender Kompression Graphitteilchen einen Stromfluss
durch den Schaumstoff ermöglichen. Durch
entsprechende Verteilung der Graphitteilchen oder auch anderer leitfähiger Teilchen
innerhalb des Schaumstoffes ist es möglich, auch einen Schalter auszubilden,
der ab einer bestimmten Kompression eine Leitung ermöglicht und
unterhalb dieser Kompression keinen Stromfluss erlaubt. Es sind
jedoch auch andere Herstellungsverfahren und Konfigurationen für den leitfähigen Schaumstoff
möglich.
Insbesondere kann auch lediglich die Widerstandsänderung als ein Maß für einen
Seitenaufprall oder Aufprallerkennung im Allgemeinen verwendet werden. Anstatt
eines Schaumstoffs sind auch andere kompressible Materialien denkbar,
die zumindest durch Kompression zur Leitung eines elektrischen Stroms gebracht
werden können.
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1 zeigt
in einem Blockschaltbild ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aufprallsensors.
Ein kompressibles Material 1, das zumindest unter Kompression
Leitfähigkeit
zeigt und daher als ein veränderlicher
Widerstand dargestellt wird, ist an einem Ende mit einer Stromquelle 2 und einem
Voltmeter 3 verbunden. An der anderen Seite des leitfähigen Materials 1 ist
dieses ebenfalls mit dem anderen Pol der Stromquelle 2 und
des Voltmeters 3 verbunden. Über einen Datenausgang ist
der Voltmeter 3 mit einem Messverstärker und Analog-Digital-Wandler 4 verbunden,
der wiederum über einen
Datenausgang über
einen Prozessor 5, beispielsweise einen Mikrokontroller
verbunden ist, der wiederum über
einen Datenausgang mit Rückhaltemitteln 6 verbunden
ist.
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In Abhängigkeit von der Kompression,
die der Widerstand 1 erfährt, ändert dieser seine Leitfähigkeit.
Da durch die Stromquelle 2 ein konstanter Strom durch den
Widerstand 1 getrieben wird, führt eine Veränderung
des Widerstandswerts des Widerstands 1 zu einem veränderten
Spannungsabfall über
diesem Widerstand 1. Dieser Spannungsabfall wird durch
das Voltmeter 3 aufgenommen. Dieser Wert wird dann vom
Voltmeter 3 an den Messverstärker mit Analog-Digital-Wandler 4 übertragen,
der diesen Wert verstärkt
und in einen Digitalwert übersetzt. Dieser
Digitalwert wird von dem Prozessor 5 verarbeitet, und zwar
in einem Auslösealgorithmus,
um davon in Abhängigkeit
einen Aufprall zu erkennen und gegebenenfalls Rückhaltemittel 6 wie
Airbags oder Gurtstraffer einzusetzen. In diesem Beispiel ist der
Messverstärker
und Digital-Analog-Wandler mit der Stromquelle 2, dem Voltmeter 3 und
dem Widerstand 1 als ein Aufprallsensor ausgeführt. Zusätzlich weist
dieser Aufprallsensor einen hier nicht dargestellten Senderbaustein
auf, der den Digitalwert der am Widerstand 1 gemessen wurde,
zum Prozessor 5 überträgt. Dafür wird hier
vorzugsweise eine Powerlineübertragung
verwendet, d.h. über
diese Leitung, die den Aufprallsensor mit dem Prozessor 5.
verbindet, wird ein Gleichstrom vom Prozessor 5 zum Aufprallsensor übertragen,
der zur Energieversorgung der Komponenten des Aufprallsensors dient.
Auf diesen Gleichstrom moduliert der nicht dargestellte Senderbaustein
seine Daten, um diese an den Prozessor 5 zu übertragen.
Dabei ist eine unidirektionale oder auch eine bidirektionale Übertragung
möglich.
Weiterhin ist es auch möglich,
dass eine Busverbindung zwischen dem Prozessor 5 und dem
Aufprallsensor besteht. Eine weitere Alternative besteht darin,
dass alle Komponenten, auch der Prozessor 5, in einem Gehäuse untergebracht
sind und nur die Rückhaltemittel 6 über eine
Schnittstelle angesteuert werden. Der Einfachheit-halber wurde hier
die Zündkreisansteuerung
weggelassen. Die Zündkreisansteuerung hat
die Aufgabe, die Rückhaltemittel 6 zu
zünden.
Die Zündkreisansteuerung
kann auch in dem Gehäuse mit
den anderen Komponenten untergebracht sein.
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2 zeigt
ein alternatives Messkonzept. Hier ist der Widerstand 1 parallel
zu einer Spannungsquelle 7 geschaltet, wobei in Reihe zu
der Spannungsquelle 7 und dem Widerstand 1 ein
Amperemeter 8 zur Strommessung angeordnet ist. Dieses Amperemeter 8 ist über einen
Ausgang mit dem Messverstärker 4 und
Analog-Digital-Wandler verbunden. Der Messverstärker 4 ist wiederum
an den Prozessor 5 angeschlossen, der wiederum mit den Rückhaltemitteln 6 verbunden
ist. Hier wird alternativ eine feste Spannung über dem Widerstand 1 aufgeprägt, so dass
sich in Abhängigkeit
von der sich ändernden
Leitfähigkeit
des Widerstands 1 der Strom ändert, der durch den Widerstand 1 und
auch durch das Amperemeter 8 fließt. Dieser gemessene Strom wird
als Analogsignal an den Messverstärker und Analog-Digital-Wandler 4 übertragen.
Der dann digitalisierte Wert wird an den Prozessor 5 übertragen, der
damit seinen Auslösealgorithmus
rechnet und gegebenenfalls die Rückhaltemittel 6 ansteuert.
Eine Alternative besteht darin, dass, wie oben dargestellt, nicht
der absolute Wert oder auch die Änderung
des Leitwerts im Prozessor 5 verarbeitet wird, sondern dass
der erfindungsgemäße Aufprallsensor
als ein Schalter ausgebildet wird, d.h. ab einem bestimmten Leitwert
wird beispielsweise ein Transistor durchgeschaltet, um so einen
Aufprall zu signalisieren. Dies erlaubt jedoch nicht die detaillierte
Signalanalyse, die der Aufprallsensor gemäß 1 und 2 ermöglicht.
Denn hier ist auch der zeitliche Verlauf der Änderung des Widerstands analysierbar.
Dies ermöglicht
Vorhersagen über
die Crashschwere und den weiteren Crashverlauf. Damit ist dann ein
adaptiver Einsatz von den Rückhaltemitteln 6 möglich. In
die Auslösung
der Rückhaltemittel 6 gehen
weitere Parameter ein. Dazu zählen
Daten über
die im Fahrzeug vorhandenen Insassen und Signale von Plausibilitäts- bzw.
anderen Sensoren.
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3 zeigt
in einer schematischen Darstellung im Bild a eine Stoßstange
mit dem erfindungsgemäßen Aufprallsensor
vor einem Aufprall und in b nach
einem Aufprall. 3a zeigt
einen Längs-
und Querträger 9,
der eine Stoßstange 11 trägt. Die
Stoßstange 11 weist
eine Außenhaut,
einen Schaum 10 und Träger
auf. In 3b wird dann
der komprimierte Schaumstoff dargestellt. Komprimierung führt zu einem
veränderten
Widerstand des Aufprallsensors, dass als Signal beispielsweise gemäß der Messprinzipien
in 1 und 2 an ein Steuergerät oder einen
zugeordneten Prozessor übertragen
wird.
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Es ist möglich, dass der Schaumstoff
nicht wie hier dargestellt, durch ein durchgezogenes Band konfiguriert
wird, sondern in Teilbändern.