DE19962472C2 - Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweier Seiten eines Körpers, insbesondere eines Karosserieteils eines Fahrzeugs - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweier Seiten eines Körpers, insbesondere eines Karosserieteils eines FahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
einer Abstandsänderung zweier Seiten eines Körpers, insbe
sondere eines Karosserieteils eines Fahrzeugs gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus DE 195 46 715 A1
bekannt.
Eine dabei ermittelte Grösse kann zur Bereitstellung einer
Eingangsgrösse für eine Auslöselogikeinheit oder zur Erzeu
gung eines Auslösesignals für ein aktives Insassenschutz
system dienen.
Die Erhöhung der aktiven und passiven Sicherheit von In
sassen in einem Fahrzeug stellt heute einen Schwerpunkt
dar. Voraussetzung für ein aktives Insassenschutzsystem,
z. B. Rückhaltesystem wie Gurtstraffer oder Airbag, ist die
Verfügbarkeit von aktuellen Informationen über den Zustand
des Fahrzeugs, insbesondere über die Änderung von Zuständen
bei einem Unfall.
Aktive Rückhaltesysteme, wie beispielsweise Airbags oder
Gurtstraffer, umfassen üblicherweise eine sogenannte Fahr
zeugaufprallerkennungssensorik, in der Beschleunigungssen
soren vorgesehen sind, die auf eine aufprallrelevante Be
schleunigung hin ansprechen, die im Fall einer Aufprallun
fallsituation, in welcher es zur Verformung von Hohlräumen
zwischen Karosserieteilen des Fahrzeuges kommt, auftritt.
Obwohl aktive Rückhaltesysteme, die beispielsweise auf dem
pyrotechnischen Prinzip beruhen, in der Lage sind, ihre
Wirkung schnell zu entfalten, gibt es Unfallkonstellatio
nen, wie beispielsweise Seitenkollisionen direkt in den
Türbereich des Fahrzeugs, bei denen der Aufprall von
Beschleunigungssensoren mit üblicher Positionierung erst
relativ spät erkannt wird.
Eine derartige Fahrzeugaufprallerkennungssensorik ist aus
der eingangs genannten DE 195 46 715 A1 bekannt. Darin ist
eine Airbag-Sensorik beschrieben, die mehrere Mikrowellen-
Sensoren umfasst, welche jeweils eine Sende- und Empfangs
stufe aufweisen. Diese Mikrowellen-Sensoren sind neben
einander in einer Karosserietür derart angeordnet, dass sie
die angrenzende Fahrzeugaussenumgebung überwachen. Dazu
erzeugen sie ein Frequenzsignal im Bereich von beispiels
weise 76 GHz und tasten einen Abstandsbereich von ca. 1 m
auf mögliche Objekte hin ab, die sich auf das Fahrzeug
zubewegen, indem sie ein ggf. reflektiertes Frequenzsignal
detektieren und dieses nach der Dopplerfrequenztechnik
auswerten. Aus der Dopplerfrequenz kann die Geschwindigkeit
bestimmt werden, mit der sich ein Kollisionsobjekt auf die
Mikrowellen-Sensorik bewegt, worauf bei Überschreiten eines
Schwellwertes eine Auslösung des Airbags erfolgt.
Darüber hinaus ist in DE 92 15 383 U1 ein in einer Karos
serietür angeordneter optischer Crash-Sensor offenbart, der
insbesondere für das rechtzeitige Detektieren von Seiten
aufprall-Unfällen geeignet ist. Dieser Sensor umfasst eine
Lichtführungsstrecke mit Linsen und Blenden zur Bündelung
eines Lichtstrahls, der auf einen Fototransistor gerichtet
ist. Im Falle eines Seitenaufpralls wird die Lichtführungs
strecke verformt, was eine Änderung eines Signals des Foto
transistors hervorruft und eine entsprechende Auslösung von
aktiven Insassenschutzsystemen ermöglicht.
In DE 43 22 488 A1 ist beschrieben, piezoresistive Druck
aufnehmer am Türinnenblech einer Fahrzeug-Karosserietür
anzuordnen, die im Falle eines Seitenaufpralls einen
stossartigen Druckanstieg der Umgebungsluft erfassen und
daraufhin ein aktives Insassenschutzsystem auslösen.
Des weiteren ist es zur Seitenaufprallerkennung bekannt, im
Türbereich eines Fahrzeugs Dehnungsmessstreifen einzusetzen
oder Beschleunigungssensoren am Türaussenblech zu positio
nieren. Insbesondere im Falle eines Seitenaufpralls besteht
das Problem darin, dass nur eine sehr kurze Zeit zur Analy
se und Interpretation von Sensordaten zur Verfügung steht,
da sich der Fahrzeuginnenraum in unmittelbarer räumlicher
Nähe zum Aufprall- oder Intrusionsort befindet. Die oben
genannten aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren haben
alle den Nachteil, dass sie bezüglich einer schnellen Aus
wertung nicht geeignet sind. Insbesondere ist das bei
herkömmlichen Beschleunigungssensoren eingesetzte Integra
tionsverfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit besonders
zeitaufwendig und fehlerbehaftet. Häufig muss zur Erhöhung
der Genauigkeit der Berechnung eine zweite Integration er
folgen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur
Bestimmung einer Abstandsänderung zweier Seiten eines Kör
pers anzugeben, die besonders schnell und einfach eine De
formation erfasst und insbesondere zur Detektion eines Sei
tenaufpralls bei einem Fahrzeug geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Vor
richtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung zweier Sei
ten eines Körpers, insbesondere eines Karosserieteils eines
Fahrzeugs, mit einem ein Millimeterwellensignal sendenden
Dopplersensor an einer der beiden Seiten und einem im Ab
stand gegenüber angeordneten Reflektor zur Reflexion des
Millimeterwellensignals an der anderen Seite und mit einer
Auswerteeinheit, wobei die Auswerteeinheit zur Bestimmung
eines die Verformung beschreibenden Deformationssignals
mittels der Anzahl von Nulldurchgängen des Millimeterwel
lensignals und daraus resultierend anhand der Abhängigkeit
der Verformungsgeschwindigkeit von der Änderung des Ab
stands ausgebildet ist.
Hierdurch kann bereits aufgrund
einer geringen Bewegung der aufprallrelevanten Seiten oder
Reflexionsfläche relativ zur sensortragenden Seite des
Karosserieteils des Fahrzeugs eine drohende Unfallsituation
rasch erkannt und beispielsweise zum frühzeitigen Auslösen
eines aktiven Insassenschutzsystems genutzt werden. Somit
eignet sich die Vorrichtung insbesondere zur Bestimmung der
Verformung einer Fahrzeugtür im Falle eines Aufpralls oder
einer Beschädigung.
Bei der Verformung des Raums zwischen den beiden Seiten des
Karosserieteils ändert sich der Abstand zwischen Doppler
sensor und Reflektor. Beispielsweise bewirkt ein beginnen
des Eindrücken des Türaussenhautbleches eine Änderung der
Hohlraumkonfiguration für die in ihm reflektierten Milli
meterwellen und somit ein entsprechendes Dopplerfrequenz
signal (im weiteren Dopplersignal genannt) an dem Doppler
sensor. Das am Reflektor reflektierte und vom Dopplersensor
empfangene Dopplersignal ist dabei abhängig vom Abstand
zwischen Dopplersensor und Reflektor. Dabei gilt folgende
Beziehung:
uZF(r) = A(r).cos(2πKDr); KD = 2f0/c (1)
wobei gilt:
uZF = Dopplersignal
KD = Kenngrösse des Dopplersensors
f0 = Grundfrequenz
c = Lichtgeschwindigkeit
r = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor
A = Amplitude des Dopplersignals
uZF = Dopplersignal
KD = Kenngrösse des Dopplersensors
f0 = Grundfrequenz
c = Lichtgeschwindigkeit
r = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor
A = Amplitude des Dopplersignals
Üblicherweise ist die Amplitudenabhängigkeit des
Dopplersignals im Vergleich zur Oszillation der
Kosinusschwingung nur schwach ausgeprägt. Daher wird für
die weitere Betrachtung die Amplitude als konstant
angenommen. Bei einer Verformung einer der beiden Seiten
des Karosserieteils wird der Abstand zwischen Dopplersensor
und Reflektor zeitabhängig verkleinert, wodurch das
Dopplersignal eine Funktion der Zeit bildet. In dem
Zeitbereich zwischen zwei Nulldurchgängen des
Dopplersignals verkleinert sich der Abstand zwischen
Dopplersensor und Reflektor gemäss:
rNS = 1/2KD = c/4f0 (2)
wobei gilt:
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
c = Lichtgeschwindigkeit
f0 = Grundfrequenz
KD = Kenngrösse des Dopplersensors
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
c = Lichtgeschwindigkeit
f0 = Grundfrequenz
KD = Kenngrösse des Dopplersensors
Zweckmässigerweise weist die Auswerteeinheit zur Bestimmung
der Nulldurchgänge des Dopplersignals einen Schwellwert
schalter auf. Somit beträgt beispielsweise bei einer
Arbeitsfrequenz des Dopplersensors von 61 GHz der Abstand
zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei
Nulldurchgängen 1,23 mm. Vorzugsweise umfasst die
Auswerteeinheit einen Zähler zur Ermittlung der Anzahl der
Nulldurchgänge. Durch die Zählung der Nulldurchgänge ist
gewährleistet, dass die Tiefe der Verformung und somit die
Abstandsänderung besonders einfach gemessen werden kann.
Dabei gilt folgende Beziehung:
Δr = (NNS - 1).rNS (3)
wobei gilt:
Δr = Abstandsänderung oder Tiefe der Verformung
NNS = Anzahl der Nulldurchgänge
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
Δr = Abstandsänderung oder Tiefe der Verformung
NNS = Anzahl der Nulldurchgänge
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
Darüber hinaus wird bevorzugt aus dem Abstand zwischen
Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
und den dafür benötigten zeitlichen Abstand der beiden
Nulldurchgänge oder Nullstellen die aktuelle Verformungs
geschwindigkeit ermittelt gemäss:
νV = rNS/tNS (4)
wobei gilt:
vV = Verformungsgeschwindigkeit
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
tNS = Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen
vV = Verformungsgeschwindigkeit
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
tNS = Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen
Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit einen Vergleicher
zur Ermittlung des Deformationssignals. Dabei vergleicht
der Vergleicher die Anzahl der ermittelten Nulldurchgänge
mit einem vorgegebenen Grenzwert, wobei bei Überschreiten
des Grenzwertes eine gefährliche Deformation identifiziert
wird. Mittels des Vergleichers kann somit aufgrund der
besonders schnellen Identifizierung einer gefährlichen
Deformation ein aktives Insassenschutzsystem frühzeitig
ausgelöst werden.
Zum Rücksetzen des Zählers ist vorzugsweise ein Zeitmodul
vorgesehen. Das Zeitmodul wird mittels des ersten Takt
impulses des Schwellwertschalters ausgelöst, wobei nach
Ablauf einer den Abstand zwischen Dopplersensor und
Reflektor beschreibenden Zeit ein Signal zur Löschung des
Zählers generiert wird. In einer bevorzugten Ausführungs
form ist ein Grenzwertmodul zur Vorgabe eines Grenzwertes
für die Anzahl der Nulldurchgänge des Dopplersignals
vorgesehen. Mittels des Grenzwertes ist zweckmässigerweise
die kritische Verformung einstellbar gemäss folgender
Beziehung:
NG = (ΔrKrit/rNS) + 1 (5)
wobei gilt:
NG = Grenzwert für die Anzahl der Nulldurchgänge
ΔrKrit = kritische Verformung (maximaler Wert für die Abstandsänderung zwischen Dopplersensor und Reflektor)
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
NG = Grenzwert für die Anzahl der Nulldurchgänge
ΔrKrit = kritische Verformung (maximaler Wert für die Abstandsänderung zwischen Dopplersensor und Reflektor)
rNS = Abstand zwischen Dopplersensor und Reflektor zwischen zwei Nulldurchgängen
Im Fall einer kritischen Deformation, in welcher gilt Δr <
ΔrKrit und vV < vV,Krit, wird der Zähler den Grenzwert
erreichen, bevor eine Rücksetzung des Zählers durch das
Zeitmodul erfolgt ist. Für die Bestimmung der Zeit des
Zeitmoduls wird die kritische Geschwindigkeit herangezogen
gemäss:
TTor = ΔrKrit/νV,Krit (6)
wobei gilt:
TTor = Zeit des Zeitmoduls
ΔrKrit = kritische Verformung (maximaler Wert für die Abstandsänderung zwischen Dopplersensor und Reflektor)
vV,Krit = kritische Verformungsgeschwindigkeit (maximaler Wert für die Verformungsgeschwindigkeit)
TTor = Zeit des Zeitmoduls
ΔrKrit = kritische Verformung (maximaler Wert für die Abstandsänderung zwischen Dopplersensor und Reflektor)
vV,Krit = kritische Verformungsgeschwindigkeit (maximaler Wert für die Verformungsgeschwindigkeit)
Als Dopplersensor ist vorzugsweise eine aktive integrierte
Antenne vorgesehen. Die aktive integrierte Antenne umfasst
dabei einen Sender und einen Empfänger, wobei der Sender
Millimeterwellen oder Radarwellen vorzugsweise im
Frequenzbereich von ca. 60 GHz, d. h. bei Wellenlängen von
ca. 5 mm, in den Raum, z. B. in den Innenraum der Fahrzeug
tür abstrahlt. Der Dopplersensor ist zweckmässigerweise auf
einer Halteplatte angeordnet. Als Reflektor ist vorzugs
weise ein Kunststoffbauteil vorgesehen. Hierdurch ist eine
einfache Formgebung des Reflektors gegeben. Darüber hinaus
ist ein derartiger Reflektor besonders kostengünstig und
einfach herstellbar. Der Reflektor wird bevorzugt auf der
aufprallrelevanten Seite des Raums angeordnet, wohingegen
der Dopplersensor auf der gegenüberliegenden und somit
nichtaufprallgefährdeten Seite angeordnet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung weisen die Halteplatte des
Dopplersensors und der Reflektor die gleiche Oberflächen
grösse auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass die vom
Dopplersensor ausgestrahlten Millimeterwellen derart auf
den Reflektor treffen, dass ein ausreichend gutes
Dopplersignal vom Dopplersensor empfangen werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Raum zwischen der Halteplatte
und dem Reflektor von einem Hohlelement umhüllt.
Zweckmässigerweise weist das Hohlelement innenseitig
absorbierendes Material auf oder besteht selbst aus
absorbierendem Material. Bevorzugt dient als Hohlelement
ein flexibles Rohr. Durch eine derartige Umhüllung oder
Kapselung der gesamten Vorrichtung, d. h. des Dopplersensors
und des Reflektors sowie des zwischen diesen beiden
gebildeten Hohlraumes mittels beispielsweise eines
Kunststofffaltenbalgs wird parasitäre Abstrahlung besonders
sicher vermieden. Insbesondere durch das innenseitig
absorbierende Material des Hohlelements sind sogenannte
Stehwelleneffekte innerhalb des Hohlraums weitgehend
reduziert. Darüber hinaus ist durch eine derartige
vollständig gekapselte Ausführung der Vorrichtung eine
besonders grosse Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse
gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die
Beeinflussung des Dopplersensors durch bewegte Teile in
seiner Umgebung sicher vermieden sind. Ferner ist eine
erforderliche Einhaltung des Frequenzbandes, die einer
besonders aufwendigen Ausführung bedarf, sicher vermieden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines
Dopplersensors und einem zugeordneten Reflektor sowie einer
Auswerteeinheit zur Bestimmung der Abstandsänderung
zwischen diesen anhand der Anzahl der Nulldurchgänge des
Dopplersignals eine besonders einfache und kostengünstige
Ausführungsform für eine derartige Vorrichtung, auch
Intrusionssensor genannt, gegeben ist. Darüber hinaus kann
innerhalb einer besonders kurzen Zeit eine Deformierung des
Karosserieteils sicher identifiziert werden. Ferner ist es
ermöglicht, in besonders einfacher Art und Weise zwischen
kritischen und weniger kritischen Deformierungen zu
unterscheiden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung
einer Abstandsänderung zweier Seiten eines
Körpers mit einem Dopplersensor und einem
Reflektor sowie einer Auswerteeinheit in
Seitenansicht,
Fig. 2 schematisch die Vorrichtung gemäss Fig. 1 in
Perspektive,
Fig. 3 schematisch die Auswerteeinheit gemäss Fig. 1,
und
Fig. 4 ein Diagramm zur Klassifikation des
Dopplersignals des Dopplersensors.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung
der Änderung eines Abstands r0 in einem Raum 2 zwischen
zwei Seiten 4a und 4b eines Karosserieteils eines nicht
näher dargestellten Fahrzeugs, z. B. einer Fahrzeugtür. Die
Vorrichtung 1 umfasst einen Dopplersensor 6 und einen
Reflektor 8, die im Abstand r0 zueinander angeordnet sind.
Dem Dopplersensor 6 ist darüber hinaus eine Auswerteeinheit
10 zugeordnet. Der Dopplersensor 6 ist mittels einer
Halteplatte 12 an der Seite 4b befestigt. Der
gegenüberliegende Reflektor 8 ist an der anderen Seite 4a
angeordnet. Der Reflektor 8 ist dabei auf derjenigen Seite
4a des Karosserieteils angeordnet, welche durch die
Richtung des Pfeils R angedeutet mit einer Kraft (z. B.
Aufprall) beaufschlagt wird, die zu einer Verformung des
Raums 2 und somit zu einer Veränderung des Abstands r0
führt. Somit ist der Reflektor 8 auf der aufprallrelevanten
Seite 4a des Karosserieteils angeordnet. Der Raum 2
zwischen dem Dopplersensor 6 und dem Reflektor 8 ist
darüber hinaus von einem Hohlelement 14 umgeben. Für einen
besonders einfachen Aufbau des Hohlelements 14 weisen die
Halteplatte 12 und der Reflektor 8 die gleiche Oberflächen
grösse auf.
Für eine weitgehende Unempfindlichkeit der Vorrichtung 1
gegenüber Beschädigung, Verformung und anderen äusseren
Einflüssen dient als Hohlelement 14 ein flexibles Rohr,
beispielsweise ein Kunststofffaltenbalg.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 1 mit dem Reflektor 8 und dem
Dopplersensor 6 in Perspektive. Dabei ist der Dopplersensor
6 auf der Halteplatte 12 angeordnet. Der zwischen dem
Reflektor 8 und dem Dopplersensor 6 gebildete Raum 2 ist
mittels des Hohlelements 14 umhüllt. Bevorzugt ist das
Hohlelement 14 aus einem verformbaren Kunststoffrohr
gebildet, welches beispielsweise wie eine Ziehharmonika
gefaltet ist.
Als Dopplersensor 6 ist beispielsweise eine aktive
integrierte Antenne vorgesehen, welche Radarwellen
bevorzugt im Millimeterwellenbereich, insbesondere im
Frequenzbereich von ca. 60 GHz, d. h. bei Wellenlängen von
ca. 5 mm, in den Raum 2 zwischen den beiden Seiten 4a und
4b ausstrahlt. Die ausgestrahlten Millimeterwellen werden
an dem Reflektor 8 reflektiert. Die aussenseitige
Begrenzung des Raums 2 bildet das Hohlelement 14, welches
innenseitig aus absorbierendem Material gebildet ist.
Hierdurch ist eine Reflexion der Millimeterwellen oder
Radarwellen an dem Hohlelement 14 weitgehend reduziert.
Diejenigen Wellen, die aufgrund der Reflexion an dem
Reflektor 8 von dem Dopplersensor 6 empfangen werden,
dienen der Bestimmung der Dopplerfrequenz, d. h. der
Differenz der Frequenz der empfangenen, rückreflektierten
Wellen einerseits und der ausgesendeten Wellen
andererseits. Aus der Dopplerfrequenz (im weiteren
Dopplersignal uZF genannt) kann auf eine Relativbewegung
zwischen der reflektierenden aufprallrelevanten Seite 4a
und der gegenüberliegenden den Dopplersensor 6 tragenden
Seite 4b geschlossen werden.
Bei einer Verformung des Raums 2 zwischen den Seiten 4a und
4b ändert sich der Abstand r0 zwischen dem Dopplersensor 6
und dem Reflektor 8. Es entsteht dabei das Dopplersignal
uZF, welches vom Abstand r0 zwischen dem Dopplersensor 6
und dem Reflektor 8 abhängt gemäss der Beziehung:
uZF(r) = A(r).cos(2πKDr); KD = 2f0/c (1)
wobei gilt, dass der Abstand r0 zwischen dem Dopplersensor
6 und dem Reflektor 8 zeitabhängig ist und somit das
Dopplersignal uZF ebenfalls eine Funktion der Zeit ist. Für
den Abstand rNS zwischen dem Dopplersensor 6 und dem
Reflektor 8 zwischen zwei Nulldurchgängen NS des
Dopplersignals uZF gilt folgende Beziehung:
rNS = 1/2KD = c/4f0 (2)
Durch Zählung der Nulldurchgänge NS wird vorzugsweise die
Abstandsänderung Δr und demzufolge die Tiefe der Verformung
bestimmt. Bei einer vorgegebenen Anzahl von Nulldurchgängen
NNS gilt:
Δr = (NNS - 1).rNS (3)
Über den zeitlichen Abstand tNS der Nulldurchgänge NS des
Dopplersignals uZF wird die aktuelle Verformungs
geschwindigkeit vV ermittelt gemäss:
νV = rNS/tNS (4)
Mittels des Zeitverlaufs des Dopplersignals uZF sind
bevorzugt die Abstandsänderung Δr sowie die
Verformungsgeschwindigkeit vV ermittelbar. Beispielsweise
ergeben sich für einen im Frequenzbereich von 56 GHz
arbeitenden Dopplersensor 6 und bei einer Bewegung der
Seite 4a des Reflektors 8 um 1 cm im Durchschnitt etwa 7,4
Nulldurchgänge NS des Dopplersignals uZF. Dies entspricht
einem Abstand rNS zwischen zwei Nulldurchgängen NS von 1,35 mm.
Gemäss der Beziehung 2 ist der Abstand rNS 1,34 mm. Die
Anzahl der Nulldurchgänge NNS pro Längeneinheit ist somit
annähernd konstant.
Zur Bestimmung eines die Verformung oder Abstandsänderung
Δr beschreibenden Deformationssignals dS ist in Fig. 3 die
Auswerteeinheit 10 schematisch dargestellt. Das Doppler
signal uZF wird einem Schwellwertschalter 16 der Auswerte
einheit 10 zugeführt. Der Schwellwertschalter 16 formt aus
jedem Nulldurchgang NS des Dopplersignals uZF einen Impuls
i oder ein Taktsignal. Der Schwellwertschalter 16 erkennt
ein fehlendes Eingangssignal des Dopplersignals uZF und
gibt in diesem Fall keinen Impuls i aus.
Die Auswerteeinheit 10 umfasst darüber hinaus einen Zähler
18 zur Ermittlung der Anzahl der Nulldurchgänge NNS sowie
einen Vergleicher 20 zur Ermittlung des Deformationssignals
dS. Der Impuls i des Schwellwertschalters 16 wird dem
Zähler 18 zugeführt, welcher in Abhängigkeit von dem Impuls
i die Anzahl der Nulldurchgänge NNS des Dopplersignals uZF
zählt. Bevorzugt löst der erste Impuls i des Dopplersignals
uZF ein Zeitmodul 22 aus, das nach Ablauf einer Zeit TTor
ein Signal zur Löschung des Zählers 18 generiert.
Der Ausgang des Zählers 18 ist mit dem Vergleicher 20
verbunden. Dem Vergleicher 20 wird von einem Grenzwertmodul
24 ein Grenzwert NG für die maximale Anzahl der
Nulldurchgänge NNS des Dopplersignals uZF zugeführt. Der
vorgegebene Grenzwert NG dient der Einstellung der
kritischen Verformung und somit der kritischen Abstands
änderung ΔrKrit zwischen dem Dopplersensor 6 und dem
Reflektor 8 und wird wie folgt ermittelt:
NG = (ΔrKrit/rNS) + 1 (5)
Im Fall einer kritischen Verformung wird der Zähler 18 den
Grenzwert NG erreichen oder überschreiten, bevor eine
Rücksetzung durch das Zeitmodul 22 erfolgt. Die Zeit TTor
oder Torzeit des Zeitmoduls 22 wird aus der kritischen
Geschwindigkeit vV,Krit berechnet gemäss:
TTor = ΔrKrit/νV,Krit (6)
Im Fall einer tiefen, langsamen Verformung der Seite 4a
hingegen wird der Zähler 18 vor Erreichen des Grenzwerts NG
von dem Zeitmodul 22 wieder gelöscht. In einem weiteren
Fall erfolgt die Verformung sehr schnell, aber nicht
genügend weit, d. h. der Grenzwert NG wird nicht erreicht.
Der Zähler 18 wird anschliessend mittels des Zeitmoduls 22
wieder gelöscht. In beiden Fällen wird das eine kritische
Verformung beschreibende Deformationssignal dS nicht
generiert. Alternativ oder zusätzlich kann mittels eines
Ausgangs 26 der Auswerteeinheit 10 ein Signal für eine
derartige ungefährliche Deformation ausgegeben werden.
Ist die Verformungsgeschwindigkeit vV schnell genug (d. h.
die kritische Verformungsgeschwindigkeit vV,Krit) sowie die
kritische Abstandsänderung ΔrKrit erreicht, so wird mittels
des Vergleichers 20 das Deformationssignal dS gesetzt. Je
nach Ausführungsart der Vorrichtung 1 kann dies
beispielsweise mittels eines R-S-Flipflops erfolgen, wobei
die Rücksetzung des Deformationssignals dS von vorgebbaren
Kriterien abhängt. Das Deformationssignal dS dient
insbesondere der Auslösung von aktiven
Insassenschutzsystemen. Darüber hinaus kann das
Deformationssignal dS beispielsweise zur Anzeige oder
Ausgabe der gefährlichen Deformation genutzt werden.
Hierdurch ist beispielsweise ein Signal für die
Identifizierung der Unbrauchbarkeit der Vorrichtung 1 durch
Deformation ausgebbar.
In Bild 4 ist die Klassifikation des Dopplersignals uZF in
einem Diagramm dargestellt. Dabei ist die Verformungs
geschwindigkeit vV in Abhängigkeit von der Änderung des
Abstandes Δr dargestellt. Das Diagramm ist in vier
Quadranten I bis IV unterteilt, wobei die Linien L1 und L2
zwischen den Quadranten I bis IV die kritische
Verformungsgeschwindigkeit vV,Krit bzw. die kritische
Abstandsänderung ΔrKrit darstellen.
Der Quadrant IV stellt die Fälle für eine gefährliche
Deformation oder kritische Verformung dar, wobei gilt
vV < vV,Krit, Δr < ΔrKrit. Der Quadrant III repräsentiert jene
Verformung, die sehr schnell auftritt (vV < vV,Krit), z. B.
Fusstritte oder harte Stösse, die aber die kritische
Abstandsänderung ΔrKrit nicht überschreiten. Im Quadranten
II sind demgegenüber langsame Verformungen, z. B. durch
einen Einparkunfall, dargestellt, welche beispielsweise die
kritische Abstandsänderung ΔrKrit überschreiten, aber die
kritische Verformungsgeschwindigkeit vV,Krit nicht
überschreiten.
Die durch den Quadranten I dargestellten Felder
repräsentieren Deformationen, welche sowohl hinsichtlich
der Verformungsgeschwindigkeit vV als auch hinsichtlich der
Abstandsänderung Δr nicht als kritisch bewertet werden, da
deren kritischen Werte wesentlich unterschritten sind.
Durch eine derartige Auswertung des Dopplersignals uZF
anhand des Deformationssignals dS eignet sich die
Vorrichtung 1 zur Detektion, insbesondere zur
Unterscheidung von starken und weniger starken
Deformierungen der aufprallrelevanten Seite 4a, d. h. zur
Unterscheidung eines schweren Zusammenstoßes von einem
leichten Eindellen an beliebiger Stelle der Seite 4a. Die
Vorrichtung 1 kann in Abhängigkeit von der Ausführung in
einem Karosseriehohlraum oder an einer anderen geeigneten
Stelle am Fahrzeug, z. B. an einem hülsenartigen Einschluss,
angeordnet sein. Bei der Anordnung der Vorrichtung 1 in
einer Hülse des Fahrzeugs kann die Umhüllung mittels des
Hohlelements 14 entfallen. Darüber hinaus können eine
Vielzahl von Vorrichtungen 1 an verschiedenen Stellen des
Fahrzeugs angeordnet sein, so dass die Möglichkeit
geschaffen wird, den genauen Ort eines Aufpralls am
Fahrzeug zu bestimmen. Dies ermöglicht ein aufprall
situationsabhängiges Ansteuern von aktiven Insassenschutz
systemen bzw. eine Erzeugung einer Eingangsgrösse für eine
Auslöselogik eines aktiven Insassenschutzsystems in
Abhängigkeit von der auslösenden Vorrichtung 1 und somit
vom erkannten Intrusionsort.
Eine Modifikation des obigen Ausführungsbeispiels für die
Vorrichtung 1 besteht in der Signalauswertung durch die
Verwendung von digitalen Signalprozessoren. Dabei kann
anstelle eines analogen Schaltungsaufbaus für die Auswerteeinheit
10 der Vorrichtung 1 ein digitaler Signalprozessor
verwendet werden. Der Einsatz von digitalen Signal
prozessoren für die Auswerteeinheit 10 ermöglicht sowohl
die Erfassung der durchschnittlichen Verformungs
geschwindigkeit vV als auch deren zeitlichen Verlauf.
Beispielsweise kann dies mittels einer modellgestützten
Spektralanalyse des Dopplersignals uZF erfolgen. Dazu wird
die Bewegung des Reflektors 8 und somit die Änderung des
Abstands r beispielsweise als Taylor-Reihe modelliert,
gemäss:
wobei gilt:
r0 = Ist-Abstand im unverformten Zustand
t = Funktion der Zeit
vV = Verformungsgeschwindigkeit
a = Konstante
r0 = Ist-Abstand im unverformten Zustand
t = Funktion der Zeit
vV = Verformungsgeschwindigkeit
a = Konstante
Das Dopplersignal uZF ist dabei proportional abhängig von
der Zeitfunktion des Abstands r gemäss:
Eine derartige modellgestützte Spektralanalyse des
Dopplersignals uZF ermöglicht, weitere Werte oder
Informationen für die Indikation eines Aufpralls oder einer
Deformation zu berücksichtigen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, dass mittels der Vorrichtung 1 ein
derartiges aufprallindikatives Deformationssignal dS
erzeugt wird, welches eine differenzierte Auswertung der
Deformation ermöglicht. Die Vorrichtung 1 (auch
millimeterwellengestützter Intrusionssensor genannt)
ermöglicht insbesondere die Klassifizierung der Deformation
in Abhängigkeit von dem ermittelten Deformationsweg. Dabei
wird sowohl die Abweichung eines Schwellwerts für die
Abstandsänderung Δr als auch die Abweichung der
durchschnittlichen Verformungsgeschwindigkeit von dem
vorgegebenen Wertebereich berücksichtigt. Durch eine
derartige Kombination von verschiedenen Informationen aus
dem Dopplersignal uZF können Fehlauslösungen von aktiven
Insassenschutzsystemen aufgrund von Vibrationen der
betreffenden Aufprallflächen, z. B. der Seite 4a, vermieden
werden.
Claims (13)
1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Abstandsänderung Δr
zweier Seiten (4a, 4b) eines Körpers, insbesondere eines Ka
rosserieteils eines Fahrzeugs, mit einem ein Millimeterwellen
signal (Dopplersignal uZF) sendenden Dopplersensor (6) an einer
der beiden Seiten (4b) und einem im Abstand (r0) gegenüber an
geordneten Reflektor (8) zur Reflexion des Millimeterwellen
signals (Dopplersignal uZF) an der anderen Seite (4a) und mit
einer Auswerteeinheit (10), dadurch gekenn
zeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) zur Bestimmung
eines die Verformung beschreibenden Deformationssignals (dS)
mittels der Anzahl von Nulldurchgängen (NNS) des Millimeterwel
lensignals (Dopplersignal uZF) und daraus resultierend anhand
der Abhängigkeit der Verformungsgeschwindigkeit (vV) von der
Änderung des Abstands (Δr) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aus
werteeinheit (10) einen Schwellwertschalter (16) zur Bestim
mung der Nulldurchgänge (NS) des Millimeterwellensignals
(Dopplersignal uZF) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aus
werteeinheit (10) einen Zähler (18) zur Ermittlung der Anzahl
der Nulldurchgänge (NNS) umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aus
werteeinheit (10) einen Vergleicher (20) zur Ermittlung des
Deformationssignals (dS) umfasst.
5. Vorrichtung nach Ansprüch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein
Zeitmodul (22) zum Rücksetzen des Zählers (18) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass ein
Grenzwertmodul (24) zur Vorgabe eines Grenzwertes (NG) für die
Anzahl der Nulldurchgänge (NNS) des Millimeterwellensignals
(Dopplersignal uZF) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Dopplersensor (6) eine aktive integrierte Antenne vorgesehen
ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Dopplersensor (6) auf einer Halteplatte (12), die mit einer
der beiden Seiten (4a) verbunden ist, angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Reflektor (8) ein Kunststoffbauteil vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Halteplatte (12) des Dopplersensors (6) und der Reflektor (8)
die gleiche Oberflächengrösse aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Raum
(2) zwischen der Halteplatte (12) und dem Reflektor (8) von
einem Hohlelement (14) umhüllt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Hohlelement (14) innenseitig absorbierendes Material aufweist
oder selbst aus absorbierendem Material gebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Hohlelement (14) ein flexibles Rohr dient.
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- 1999-12-22 DE DE1999162472 patent/DE19962472C2/de not_active Expired - Fee Related
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