DE19850851C1 - Einrichtung für den Insassenschutz in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Bei einer Einrichtung für den Insassenschutz in einem Fahrzeug ist ein druckempfindlicher Sensor (2) in einem Bestandteil (11, 12, 13) eines flüssigkeitsbasierten Fahrzeugkühlsystems (1) angeordnet. Ein Auswerter (31) steuert ein Insassenschutzmittel (4) abhängig von dem aufgenommenen Druck (p). Beim Eindringen eines Hindernisses in den Kühler (11) ändert sich der Innendruck des Kühlsystems (1). Die Messung des Kühlsysteminnendrucks (p) erlaubt somit Rückschlüsse auf einen Aufprall.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den Insassen­ schutz in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Eine bekannte Einrichtung (WO 94/11 223 A) zum Steuern eines Seitenairbags enthält einen in einem Hohlraum einer Seitentü­ re angeordneten Luftdrucksensor. Der Hohlraum wird dabei durch die Außenhaut und die Innenverkleidung der Fahrzeugtüre gebildet. Wird eine ausreichend starke Luftdruckänderung im Hohlraum erkannt, so wird der Seitenairbag durch einen mit dem Luftdrucksensor verbundenen Auswerter ausgelöst.

Die bekannte Einrichtung kann nicht entsprechend auf die Frontaufprallerkennung angewendet werden, da im vorderen Ka­ rosseriebereich kein dem Hohlraum in der Seitentüre entspre­ chender Hohlraum aufzufinden ist. Das Einbringen einer eigens für die Aufprallerkennung vorgesehenen Kammer in den vorderen Fahreugbereich ist aus Kosten- und Platzgründen nicht prakti­ kabel.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 92 15 380 U1 ist ein Aufprallsensor in Form eines mit Flüssigkeit gefüllten Rohres bekannt, daß in der Seitentüre angeordnet ist. Bei einer Tü­ rendeformation ändert sich der Flüssigkeitsdruck im Rohr. Auf diese Art und Weise kann ein Aufprall erkannt werden.

Aus der DE-OS 22 12 190 sind Kontaktleisten als Kollisions­ sensoren bekannt, die um das Fahrzeug herum angeordnet sind.

Aus der US 54 41 301 A ist ein mechanischer Aufprallsensor bekannt, der außen an einem Fahrzeugkühler befestigt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung für den Insassenschutz zu schaffen, bei der ein Aufprallsensor im vorderen Fahrzeugbereich - also in der Fahrzeugknautschzone - platzsparend angeordnet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei wird ein druckempfindlicher Sensor in einem Bestandteil eines flüssigkeitsbasierten Fahrzeugkühlsystems angeordnet. Das Fahrzeugkühlsystem mit seinen wesentlichen Be­ standteilen Kühler, Zu- und Ableitungen und Überdruckbehälter ist ein geschlossenes System mit einem vorherrschenden Innen­ druck. Das Kühlsystem ist zur Flüssigkeitskühlung des Motors ausgebildet. Die Kühlflüssigkeit ist gewöhnlich Wasser, ggf. Versehen mit Frostschutz- oder Korrosionsschutzzusätzen. Da­ bei ist der Kühler direkt in der Knautschzone des Fahrzeugs zwischen Stoßstange und Motor angeordnet und wird bei jedem invasiven Aufprall von vorne und gegebenenfalls auch bei ei­ nem Schrägaufprall verformt. Eine solche mechanische Verfor­ mung des Kühlers hat eine kurzzeitige Erhöhung des Kühlerin­ nendrucks und damit des Innendrucks im gesamten Kühlsystem zur Folge. Die durch einen Aufprall verursachte Druckänderung im Kühlsystem zeichnet sich durch eine hohe Dynamik aus und ist deshalb eindeutig unterscheidbar von langsamen durch Tem­ peraturschwankungen hervorgerufene Druckänderungen. Der druc­ kempfindliche Sensor ist deshalb vorzugsweise direkt im Küh­ ler angeordnet, kann aber auch in einem sonstigen Bestandteil des Kühlsystems angeordnet sein, in dem der Druck proportio­ nal und insbesondere gleich zum Innendruck im Kühler ist. Der Drucksensor ist dabei insbesondere im Wasserkasten des Fahr­ zeugkühlers angeordnet. Der Drucksensor dient zur Aufnahme des Innendrucks des Kühlsystems.

In vorteilhafter Weise kann damit ein Front- und ein Schräg­ aufprall mittels eines Drucksensors aufgenommen werden, ohne daß aufwendige mechanische Aufbauten in die Knautschzone des Fahrzeugs eingebracht werden müssen. Auf einfache Art und Weise wird das flüssigkeitsbasierte Kühlsystem des Fahrzeugs zur Aufprallermittlung mitausgenutzt. Der Sensor ist somit äußerst platzsparend angebracht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der schnellen Aufprallerkennung, die durch die Anordnung des Sensors in der Knautschzone nahe am Aufprallort verursacht ist. Der Sensor liefert bereits zu frühen Zeitpunkten ein aussagekräftiges Signal über das Aufprallgeschehen. Weiter können bereits für die bekannte luftdruckbasierte Seitenaufprallerkennung ent­ wickelte Signalauswertefunktionen entsprechend verwendet wer­ den. Überdies genügt der Einsatz eines einzigen Drucksensors zur Erkennung eines Front- oder Schrägaufpralls jeder Art.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Un­ teransprüche gekennzeichnet.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen. Es zeigen insbesondere:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in einem Kraft­ fahrzeug, und

Fig. 2 einen beispielhaften Druckverlauf über der Zeit bei einem Aufprall.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Einrich­ tung. Der Pfeil F kennzeichnet die Fahrtrichtung des Fahr­ zeugs. Ein Frontaufprall ist dementsprechend als Aufprall auf ein Hindernis in etwa in Fahrtrichtung F des Fahrzeugs defi­ niert. Ein Schrägaufprall ist als Aufprall schräg zur Fahrt­ richtung - in etwa bis 45 Grad Abweichung von der Fahrtrich­ tung F - definiert.

Im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs ist ein flüssigkeits­ basiertes Kühlsystem 1 für den nicht eingezeichneten Motor des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das nur symbolisch eingezeich­ nete Kühlsystem 1 weist einen Kühler 11, diverse Zu- und Ab­ leitungen 12 und einen Überdruckbehälter 13 auf. Der Kühler 12 ist gewöhnlich quer an der Vorderfront des Fahrzeugs ange­ ordnet. Die Zu- und Ableitungen 12 sind gewöhnlich als Schläuche ausgebildet. Das Kühlsystem enthält eine Kühlflüs­ sigkeit, die geeignet ist, Wärme aufzunehmen und abzuleiten.

Im Kühler 11 ist ein druckempfindlicher Sensor 2 und ein Vor­ auswerter 21 angeordnet. Der Drucksensor 2 ist dabei von Kühlflüssigkeit umgeben und derart ausgebildet, daß eine Be­ rührung des Drucksensors 2 durch die Kühlflüssigkeit zu kei­ nem Schaden am Drucksensor 2 führt. Der Drucksensor 2 kann dazu eine Schutzmembran aufweisen oder anderweitig gegen che­ mische Einwirkungen resistent ausgebildet sein. Der erfin­ dungsgemäße Gegenstand ist vorzugsweise auch dann ausführbar, wenn der Drucksensor nicht unmittelbar in der Kühlflüssigkeit sondern über dem Kühlflüssigkeitspegel angeordnet ist, da sich durch einen Aufprall hervorgerufene schnelle Druckände­ rungen im Kühlsystem nicht nur in der Kühlflüssigkeit selbst sondern im geschlossenen Kühlsystem allgemein ausbreiten, so­ lange der Drucksensor in diesem geschlossenen Kühlsystem an­ geordnet ist. Der Drucksensor 2 kann in vorteilhafter Weise auch im Kühlmittelausgleichbehälter 13 angeordnet sein, eben­ falls vorzugsweise oberhalb des Flüssigkeitspegels von Luft umgeben.

Der Drucksensor kann nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeiten. Er wird gewöhnlich eine unter Druck aus­ lenkbare Membran aufweisen sowie Mittel zur Bestimmung der Auslenkung der Membran. Diese Mittel können piezoresistive, piezoelektrische oder kapazitive Effekte ausnutzen. Der Drucksensor kann insbesondere mikromechanisch ausgebildet und damit auf einem Halbleiter-Substrat angeordnet sein. Der Drucksensor wird gewöhnlich ein analoges elektrisches Aus­ gangssignal liefern, das den vorherrschenden Absolutdruck, den Differenzdruck - also eine Druckänderung gegenüber dem Umgebungsdruck im Kühlsystem - oder den Relativdruck wieder­ geben. Ein Bereitstellen des Relativdruckes, der als der auf den Umgebungsdruck p₀ bezogene Differenzdruck Δp definiert ist (siehe Fig. 2), ist insbesondere von Vorteil, als nun eine schnelle von einem Aufprall herrührende Druckänderung nicht mehr abhängig ist von dem Umgebungsdruck. Der Umge­ bungsdruck ist der Absolutdruck im Kühlsystem ohne Einwirkung einer durch einen Aufprall hervorgerufenen Druckänderung. Der Relativdruck kann durch Filterung etc aus dem Differenzdruck gewonnen werden. Alternativ kann dem Differenzdrucksensor ein weiterer den Absolutdruck messender Sessor zur Ermittlung des Relativdruckes zur Seite gestellt werden.

Das Drucksignal wird im Vorauswerter 21 vorverarbeitet, bevor der Vorauswerter 21 Zustandssignal über seine nicht einge­ zeichnete Schnittstelle und eine Datenleitung DL an einen zentral im Fahrzeug angeordneten Auswerter 31 übermittelt. Der Vorauswerter 21 kann dabei einen Mikroprozessor enthal­ ten. Der Vorauswerter 21 kann aber auch als Schaltungsanord­ nung ausgebildet sein und zusammen mit dem Drucksensor 2 in­ tegriert ausgebildet sein.

Der Auswerter 31 ist in einem etwa im Fahrzeugschwerpunkt an­ geordneten Steuergerät 3 zusammen mit einem Beschleunigungs­ sensor 32 enthalten, der eine Empfindlichkeitsachse entspre­ chend dem eingezeichneten Pfeil aufweist. Der Auswerter 31 enthält vorzugsweise einen Mikroprozessor und eine Schnitt­ stelle zum Zusammenwirken mit der Datenleitung DL. Der Aus­ werter 31 steuert über Zündleitungen ZL mit dem Steuergerät 3 verbundene Insassenschutzmittel 4, hier schematisch einge­ zeichnete Fahrer- und Beifahrerairbags, oder aber auch Gurt­ straffer, Kniepolster, Fußairbags etc..

Der Auswerter 31 steuert in Abhängigkeit des ermittelten Küh­ lerinnendrucks p das Insassenschutzmittel 4. Dabei können un­ terschiedliche Steuermechanismen verwendet werden: Der Aus­ werter 31 kann das Insassenschutzmittel 4 alleine in Abhän­ gigkeit des aufgenommenen Drucks auslösen. Der Auswerter 31 kann das Insassenschutzmittel 4 aber auch abhängig von dem aufgenommenen Druck und abhängig von der mit dem Beschleuni­ gungssensor 32 aufgenommenen Beschleunigung auslösen. Dabei kann der Auswerter 31 die Beschleunigung algorithmisch aus­ werten eine Auslöseentscheidung treffen. Das Insassenschutz­ mittel wird letztendlich aber nur dann ausgelöst, wenn der Drucksensor ein auf einen Aufprall hindeutendes Signal lie­ fert oder geliefert hat. In einer alternativen Weiterbildung kann das aufgenommene Drucksignal auch dazu verwendet werden, den Beginn der algorithmischen Auswertung des Beschleuni­ gungssignals durch den Auswerter 31 zu triggern. Überschrei­ tet beispielsweise das aufgenommene Relativdrucksignal Δp/p₀ gemäß Fig. 2 einen Schwellwert S, so wird zum Zeitpunkt t₀ dieses Ereignisses mit der Auswertung der Beschleunigung be­ gonnen. Damit kann ein Zeitvorteil hinsichtlich der Auslösung erzielt werden, da ein Aufprall mit dem Drucksensor zu einem früheren Zeitpunkt erkannt werden kann als mit dem Beschleu­ nigungssensor.

Die Auswertung des aufgenommen Drucksignals kann gänzlich vom zentralen Auswerter 31 ohne Zwischenschaltung des Vorauswer­ ters 21 vorgenommen werden. Dann liefert der Drucksensor 2 seine analogen Signale direkt an den Auswerter 31. Bei Vor­ schaltung des Vorauswerters 21 diskretisiert dieser das ana­ loge Drucksignal vorzugsweise in wenige Stufen und übermit­ telt derart ermittelte Signalzustände in codierter Signalform über die Datenleitung DL mit Hilfe eines Übertragungsproto­ kolls an den Auswerter 31. Der Vorauswerter 21 kann aber nicht nur eine bloße Diskretisierung sondern auch eine umfas­ sende Auswertung des Drucksignals vornehmen.

Im allgemeinen kann das Drucksignal unabhängig vom Ort der Auswertung auf vielfältige Art und Weise ausgewertet werden, z. B. durch einen Schwellwertvergleich, durch Ableitung der Steilheit des Drucksignals, durch Ermittlung der Zeitdauer eines Druckpulses, durch Übermittlung der Frequenz überlager­ ter Schwingungen oder durch Integralbildung. Jede derart er­ mittelte Informationen kann zur Auslöseentscheidung beitra­ gen.

Der aufgenommene Druck kann in vorteilhafter Weise auch zur Steuerung oder Diagnose des Kühlsystems verwendet werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung werden unter Verwendung des aufgenommenen Drucksignals Anzeigevorrichtungen 5 für den Fahrer bedient, wie z. B. eine Füllstandsanzeige, eine Kühl­ mitteltemperaturanzeige oder eine Kühlmitteldruckanzeige.

Claims (10)

1. Einrichtung für den Insassenschutz in einem Fahrzeug, mit einem druckempfindlichen Sensor (2), und mit einem Auswerter (31) zum Steuern eines Insassenschutzmittels (4) abhängig von dem aufgenommenen Druck (p), dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) innerhalb eines flüssigkeitsbasierten Fahrzeugkühlsystems (1) zum Aufnehmen des im Fahrzeugkühlsystem (1) vorherrschenden Innendrucks angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (2) im Fahrzeugkühler (11) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (2) in einer dem Fahrzeugkühlsystem (1) zuge­ ordneten Leitung (12) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (2) in einem Überdruckbehälter (13) des Fahr­ zeugkühlsystems (1) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (2) über eine Da­ tenleitung (DL) mit dem entfernt von dem Drucksensor (2) an­ geordneten Auswerter (31) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorauswerter (21) am Ort des Drucksensors (2) angeordnet ist, der druckabhängige Zustandssignale an den Auswerter (31) überträgt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (2) ein relatives Drucksignal liefert.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das vom Drucksensor (2) gelieferte Signal (p) mit einem Schwellwert (S) verglichen wird.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Beschleunigungssensor (32) zur Aufnahme einer auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung vorgesehen ist, daß der Auswerter (31) zur Auswertung der aufgenommenen Beschleunigung vorgesehen ist, und daß der Aus­ werter (31) derart ausgebildet ist, daß eine Auswertung der Beschleunigung in Abhängigkeit von dem aufgenommenen Druck (p) begonnen wird.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der aufgenommene Druck (p) zur An­ zeige eines Betriebsparameters des Kühlsystems (1) verwendet wird.