DE4202460A1 - Kollisionsbestimmungs-schaltkreis - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Kollisionsbestimmungs-Schaltkreise,
die zur Erzeugung eines Startsignals für die Betätigung
eines Airbag-Systems oder eines Gurtstraffungssystems nach
einer Kollision eines Fahrzeugs ausgelegt sind.
Wenn bei einem Airbag-System zum Schutz eines Insassen vor
seitlicher Verletzung nach einer Kollision eines Fahrzeugs
lediglich ein von einem Beschleunigungs-Sensor erzeugtes
Beschleunigungssignal als Startsignal des Airbag-Systems
verwendet wird, so besteht die Möglichkeit, daß das
Startsignal bei einer Kollision eines den Beschleunigungs-
Sensor aufnehmenden Bereichs der Fahrzeugkarosserie mit
einem kleinen Gegenstand, der nahezu keinen Schaden an der
Fahrzeugkarosserie verursachen würde, ausgegeben wird.
Daher ist eine Einrichtung zur Vermeidung einer derartigen
Situation erforderlich. Darüber hinaus ist es notwendig,
das Airbag-System nicht nur nach einer Kollision mit einem
starken Stoß, sondern auch nach einer Kollision mit einem
schwachen, aber lang anhaltenden Stoß zu betätigen. In
einem derartigen Fall besteht jedoch die Möglichkeit, daß
der Beschleunigungs-Sensor das Startsignal nicht ausgibt.
Daher ist zusätzlich eine Einrichtung zur Abdeckung dieser
Situation erforderlich.
Zur Vermeidung eines derartigen Problems wurde eine Technik
vorgeschlagen (siehe japanische Patentveröffentlichung
Kokoku Nr. 8574/84), bei welcher aus einer von dem
Beschleunigungs-Sensor erzeugten Beschleunigung durch
Integration eine Geschwindigkeit berechnet wird, d. h. eine
Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit eines durch Trägheit
aufgrund der Kollision beispielsweise in Richtung eines
Steuerrads bewegten Insassen. Bei dieser Technik wird dann,
wenn die berechnete Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit einen
vorbestimmten Referenzwert überschreitet, ein Startsignal
für ein Airbag-System ausgegeben.
Es ist jedoch aus Versuchen bekannt, daß eine derartige
Technik zwar effektiv ist, wenn ein Frontabschnitt eines
Fahrzeugs unter rechtem Winkel mit einem Hindernis
kollidiert, daß aber bei einer schrägen Kollision des
Frontabschnitts des Fahrzeugs mit dem Hindernis eine
Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit sogar dann nicht
ausreichend erfaßt wird, wenn die Geschwindigkeit zum
Zeitpunkt der Kollision relativ groß ist. In letzterem Fall
besteht daher die Möglichkeit, daß das Startsignal nicht
erzeugt wird.
Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen
Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis für ein Airbag-System
oder ein Gurtstraffungssystem bereitzustellen, das
ausgelegt ist, stets ein geeignetes Startsignal auszugeben,
d. h. sogar dann, wenn ein Fahrzeug unter verschiedenen
Winkeln (d. h. schräge Kollision) mit einem Hindernis
kollidiert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein
Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis bereitgestellt, der zur
Ausgabe eines Startsignals auf Grundlage eines Ausgangs
signals eines Beschleunigungs-Sensors, welcher eine
aufgrund einer Kollision eines Fahrzeugs erzeugte
Beschleunigung erfaßt, ausgelegt ist. Der Kollisions
bestimmungs-Schaltkreis umfaßt eine erste Recheneinrichtung
zur Berechnung einer Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit
eines Insassen durch Integration eines Ausgangssignals des
Beschleunigungs-Sensors, eine zweite Recheneinrichtung zur
Berechnung einer Intensität des Ausgangssignals des
Beschleunigungs-Sensors in einem bestimmten Frequenzbereich
und einen ODER-Schaltkreis, der das Startsignal ausgibt,
wenn die Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit oder/und die
Intensität in dem bestimmten Frequenzbereich einen
Referenzwert überschreitet.
Bei der vorstehenden, erfindungsgemäßen Anordnung wird das
Startsignal erzeugt, wenn die durch Integration der
aufgrund der Kollision des Fahrzeugs erzeugten Beschleuni
gung erhaltene Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit oder/und
die Stärke bzw. Intensität der Beschleunigung in dem
bestimmten Frequenzbereich einen Referenzwert überschrei
tet. Daher kann ein Airbag-System oder ein Gurtstraffungs
system nach einer Frontalkollision des Fahrzeugs auf
Grundlage einer tatsächlichen Korrelation zwischen dem
Insassen und dem Fahrzeug betätigt werden. Zusätzlich kann
das Airbag-System oder dgl. sogar nach einer schrägen
Kollision (d. h. nicht frontal), bei der eine Fahrgast-
Trägheitsgeschwindigkeit kurz nach der Kollision schwierig
zu erfassen ist, auf Grundlage der Intensität der
Beschleunigung in dem vorbestimmten Frequenzbereich ohne
Verzögerung betätigt werden. Folglich ist es möglich, bei
verschiedenen Arten von Kollisionen des Fahrzeugs stets den
ordnungsgemäßen Betrieb des Airbag-Systems oder dgl.
sicherzustellen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung an einer bevorzugten Ausführungsform näher
beschrieben werden. Es stellt dar:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Gesamt
anordnung eines Kollisionsbestimmungs-Schalt
kreises; und
Fig. 2A bis 2C Graphen zur Darstellung von Intensitäts
spektren nach einer Frontalkollision bei niedriger
Geschwindigkeit, nach einer schrägen Kollision bei
hoher Geschwindigkeit bzw. nach einer Frontal
kollision bei einer mittleren Geschwindigkeit.
Gemäß Fig. 1 sind ein mechanischer Beschleunigungs-Sensor
3, eine Zündkapsel 4 und ein Transistor 5 zwischen einer
Batterie 1 und Masse 2 in Reihe angeordnet. Der mechanische
Beschleunigungs-Sensor 3 erfaßt eine aufgrund der Kollision
eines Fahrzeugs erzeugte Beschleunigung. Wenn die erfaßte
Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschritten hat,
wird ein Kontakt geschlossen, um ein Airbag-System zu
betätigen. Die Zündkapsel 4 kann durch die Batterie 1 zum
Zünden eines Treibmittels zum Aufblasen eines Airbags
erregt werden, wenn der Kontakt des mechanischen
Beschleunigungs-Sensors 3 geschlossen wurde und an eine
Basis des Transistors 5 durch einen nachfolgend näher zu
beschreibenden Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis 6 ein
Startsignal ausgegeben wurde.
Mit 7 ist ein elektrischer Beschleunigungs-Sensor
bezeichnet, der zur Umwandlung einer Beschleunigung in ein
elektrisches Signal, d. h. ein Spannungssignal, mittels
eines Verformungsmessers und zur fortwährenden Ausgabe
dieses elektrischen Signals geeignet ist. Die Beschleuni
gung wird aufgrund der Kollision des Fahrzeugs erzeugt. Ein
Ausgangssignal des elektrischen Beschleunigungs-Sensors 7
wird durch einen Verstärker 8 verstärkt und dann in eine im
Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis 6 vorgesehene Rechenein
richtung 9 zur Berechnung der Fahrgast-Trägheitsgeschwin
digkeit eingegeben.
Die Recheneinrichtung 9 zur Berechnung der Fahrgast-
Trägheitsgeschwindigkeit besteht aus einem Integrations-
Schaltkreis und integriert die Beschleunigung, um eine
Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV nach Kollision des
Fahrzeugs zu berechnen. Die Fahrgast-Trägheitsgeschwin
digkeit ΔV entspricht einer Geschwindigkeit eines Insassen,
der keinen Sicherheitsgurt verwendet und nach einer
Kollision des Fahrzeugs durch Trägheit in die Vorwärts
richtung des Fahrzeugs geschleudert wird. Der Wert dieser
Geschwindigkeit hängt von der Größe der Beschleunigung
aufgrund der Kollision und von der seit der Kollision
vergangenen Zeit ab. Die Recheneinrichtung 9 zur Berechnung
der Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit gibt ein Signal an
einen noch zu beschreibenden ODER-Schaltkreis 12 aus, wenn
die berechnete Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV größer
als ein vorbestimmter Referenzwert ist.
Das von dem elektrischen Beschleunigungs-Sensor 7 durch den
Verstärker 8 ausgegebene Signal wird weiter durch einen
Bandpaßfilter 10 des Kollisionsbestimmungs-Schaltkreises 6
ausgegeben. Der Bandpaßfilter 10 filtert eine Frequenz
komponente mit einer Frequenz 100 Hz und eine Frequenz
komponente mit einer Frequenz 200 Hz aus. Dann wird ein
derartiges Ausgangssignal einer Intensitätsberechnungs-
Einrichtung 11 zugeführt, in der die Größe einer Intensität
der Beschleunigung in einem Frequenzbereich von 100 bis
200 Hz berechnet wird. Die Intensitätsberechnungs-
Einrichtung 11 gibt ein Signal an den ODER-Schaltkreis 12
aus, wenn die berechnete Intensität S100-200 größer als ein
vorbestimmter Referenzwert ist. Der ODER-Schaltkreis 12
gibt an die Basis des Transistors 5 ein Startsignal für das
Airbag-System aus, wenn darin von der Recheneinrichtung 9
zur Berechnung der Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit
oder/und der Intensitätsberechnungs-Einrichtung 11 ein
Signal empfangen wird.
Fig. 2A bis 2C stellen jeweils ein Intensitätsspektrum
der aufgrund der Kollision des Fahrzeugs erzeugten
Beschleunigung dar. Fig. 2A zeigt das Intensitätsspektrum
nach einer Frontalkollision des Fahrzeugs bei niedriger
Geschwindigkeit (bei einem Kollisionswinkel von 0°). Fig.
2B zeigt das Intensitätsspektrum nach schräger Kollision
des Fahrzeugs bei hoher Geschwindigkeit (bei einem
Kollisionswinkel von 30°). Fig. 2C zeigt das Intensitäts
spektrum nach Frontalkollision des Fahrzeugs bei einer
mittleren Geschwindigkeit (bei einem Kollisionswinkel von
0°). In diesen Graphen ist der Wert bei 0 Hz die Intensität
einer Gleichstromkomponente der Beschleunigung zu
verschiedenen, vorbestimmten Zeitpunkten nach der Kollision
und entspricht der Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV.
Wie aus einem Vergleich von Fig. 2A, die das Intensitäts
spektrum nach einer Frontalkollision des Fahrzeugs bei
niedriger Geschwindigkeit zeigt, mit Fig. 2C, die das
Intensitätsspektrum nach einer Frontalkollision des
Fahrzeugs bei mittlerer Geschwindigkeit zeigt, ersichtlich
ist, steigt die Größe der Intensität bei 0 Hz mit
zunehmender Kollisionsgeschwindigkeit und zunehmender
abgelaufener Zeit zu. Wenn beispielsweise nach Ablauf von
30 ms seit der Kollision die Intensität P0 einer Gleich
stromkomponente erfaßt wird und das Startsignal ausgegeben
wird, wenn der erfaßte Wert einen Referenzwert übersteigt,
so kann daher der Betrieb des Airbag-Systems nach einer
Frontalkollision in geeigneter Weise gesteuert werden. Da
diese Intensität P0 der Gleichstromkomponente der
Beschleunigung in einem tatsächlichen Fall der Fahrgast-
Trägheitsgeschwindigkeit ΔV entspricht, wird die Intensität
P0 in der Recheneinrichtung 9 als Fahrgast-Trägheits
geschwindigkeit ΔV berechnet.
In Fig. 2B, die das Intensitätsspektrum infolge einer
schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit zeigt, ist die
Intensität P0 der Gleichstromkomponente nach Ablauf von
30 ms trotz der Tatsache kleiner als die Intensität P0 in
Fig. 2C, daß die schräge Kollision bei einer höheren
Geschwindigkeit als die frontale stattfindet. Es wird
angenommen, daß der Grund hierfür darin liegt, daß die
Karosserie durch die schräge Kollision bei hoher
Geschwindigkeit leicht verformt werden kann und lediglich
eine geringe Belastung erzeugt. Die Intensität P0 der
Gleichstromkomponente steigt in Fig. 2C mit zunehmender,
seit der Kollision vergangener Zeit, beispielsweise 40 oder
50 ms, an. Da jedoch die Betätigung des Airbag-Systems
sofort nach Auftreten der Kollision erfolgen muß, ist eine
Ausgabe des Startsignals spätestens 30 ms nach der Kollision
erwünscht. Die Verwendung eines Werts von 40 oder 50 ms,
wie vorstehend beschrieben, ist nämlich nicht angemessen.
Daher ist es bei Auftreten einer schrägen Kollision des
Fahrzeugs zur Ausgabe des Startsignals notwendig, anstelle
der Intensität P0, d. h. anstelle der Fahrgast-Trägheits
geschwindigkeit ΔV, einen weiteren Parameter zu verwenden.
Als dieser zweite Parameter wird die Größe S100-200 der
Intensität in dem Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz nach
Ablauf von 30 ms nach der Kollision verwendet.
Die Größe S100-200 der Intensität in dem Frequenzbereich
von 100 bis 200 Hz ist in jeder der Fig. 2A bis 2C
schraffiert dargestellt. Man erkennt, daß die Größe
S100-200 in Fig. 2B, die das Intensitätsspektrum infolge
einer schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit zeigt,
einen größeren Wert aufweist, als jene in den Fig. 2A
und 2C, die jeweils das Intensitätsspektrum infolge einer
Frontalkollision darstellen. Es wird angenommen, daß die
Ursache hierfür darin liegt, daß eine Hochfrequenz-
Komponente der Beschleunigung bei schräger Kollision größer
ist als bei einer frontalen.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit der
vorstehend beschriebenen Anordnung wird nachfolgend
erläutert werden.
Wenn aufgrund einer Kollision des Fahrzeugs eine Beschleu
nigung erzeugt wird, so wird der Kontakt des mechanischen
Beschleunigungs-Sensors 3, der eine derartige Beschleu
nigung erfaßt hat, geschlossen. Wenn der Kollisions
bestimmungs-Schaltkreis 6 nicht das Startsignal ausgegeben
hat, so ist zugleich der Transistor 5 nicht erregt. Somit
wird die Zündkapsel 4 nicht betätigt.
Das Spannungssignal, das von dem elektrischen Beschleu
nigungs-Sensor 7 durch die Beschleunigung aufgrund der
Kollision ausgegeben wird, wird in dem Verstärker 8
verstärkt und der Recheneinrichtung 9 zur Berechnung
Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit im Kollisionsbestimmungs-
Schaltkreis 6 zugeführt. Wenn die in der Recheneinrichtung
9 berechnete Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV einen
Referenzwert überschreitet, d. h. wenn die Geschwindigkeit
des aufgrund der Kollision durch Trägheit nach vorne
geworfenen Insassen eine vorbestimmte Geschwindigkeit
überschreitet, wird das Signal dem ODER-Schaltkreis
zugeführt.
Das vom elektrischen Beschleunigungs-Sensor 7 ausgegebene
Spannungssignal wird über den Verstärker 8 und den Bandpaß
filter 10 der Intensitätsberechnungs-Einrichtung 11 zuge
führt. Wenn die in der Intensitätsberechnungs-Einrichtung
11 berechnete Intensität S100-200 den Referenzwert
überschreitet, wird das Signal dem ODER-Schaltkreis
zugeführt.
Wie man durch Bezug auf Tabelle 1 erkennt, gibt der ODER-
Schaltkreis 12 bei einer Frontalkollision bei niedriger
Geschwindigkeit (Fig. 2A) das Startsignal nicht aus, da
weder die Geschwindigkeit ΔV noch die Intensität S100-200
den Referenzwert erreichen. Im Falle der schrägen Kollision
bei hoher Geschwindigkeit (Fig. 2B) erzeugt der ODER-
Schaltkreis 12 das Startsignal, da die Fahrgast-Trägheits
geschwindigkeit ΔV den Referenzwert nicht erreicht, jedoch
die Intensität S100-200 den Referenzwert erreicht. Für eine
Frontalkollision bei mittlerer Geschwindigkeit (Fig. 2C)
erzeugt der ODER-Schaltkreis 12 das Startsignal, da die
Intensität S100-200 den Referenzwert nicht erreicht, jedoch
die Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit ΔV den Referenzwert
erreicht. Wenn das Startsignal auf diese Weise bei einer
schrägen Kollision bei hoher Geschwindigkeit oder einer
Frontalkollision bei mittlerer Geschwindigkeit ausgegeben
wird, wird der Transistor 5 erregt und erlaubt einen
elektrischen Stromfluß über die Zündkapsel 4, wodurch ein
Aufblasen des Airbag-Systems zum Schutze des Insassens
bewirkt wird.
Das Airbag-System kann sogar bei Auftreten einer frontalen
oder schrägen Kollision des Fahrzeugs innerhalb einer
kurzen Zeit in geeigneter Weise betätigt werden, indem das
Startsignal des Airbag-Systems unter Berücksichtigung einer
durch Integration der Beschleunigung gefundenen Fahrgast-
Trägheitsgeschwindigkeit ΔV und einer Intensität S100-200
der Beschleunigung in einem vorbestimmten Frequenzbereich
ausgegeben wird.
Obwohl vorstehend die Ausführungsform der Erfindung detail
liert beschrieben wurde, versteht es sich, daß verschie
dene, kleine Abänderungen vorgenommen werden können, ohne
vom Umfang der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung
abzuweichen.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein
Airbag-System begrenzt, sondern ist auch bei einem Gurt
straffungssystem für einen Sicherheitsgurt anwendbar.
Es wurde ein Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis beschrieben,
der zur Betätigung eines Airbag-Systems oder eines Gurt
straffungssystems auf Grundlage einer von einem Beschleu
nigungs-Sensor in einem Fahrzeug erfaßten Beschleunigung
geeignet ist. Bei diesem Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis
wird ein von einem elektrischen Beschleunigungs-Sensor
ausgegebenes Beschleunigungssignal in einer Rechenvor
richtung zur Berechnung einer Fahrgast-Trägheitsgeschwin
digkeit integriert, um eine Fahrgast-Trägheitsgeschwindig
keit zu berechnen. Gleichzeitig wird in einer Intensitäts
berechnungs-Vorrichtung eine Intensität des in einem Filter
im Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz gefilterten Beschleu
nigungssignals berechnet. Wenn die Fahrgast-Trägheitsge
schwindigkeit oder/und die Intensität einen Referenzwert
überschreiten, gibt ein Startsignalerzeugungs-Schaltkreis
ein Startsignal aus, um eine Zündkapsel zum Aufblasen des
Airbag-Systems oder zur Aktivierung des Gurtstraffungs
systems zu zünden. Dies stellt sicher, daß das Startsignal
ordnungsgemäß ohne Verzögerung erzeugt werden kann, sogar
wenn das Fahrzeug mit einem Hindernis unter einem Winkel
kollidiert.
Claims (6)
1. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis, ausgelegt zur Ausgabe
eines Startsignals auf Grundlage eines Ausgangssignals
eines Beschleunigungs-Sensors (7), welcher eine aufgrund
einer Kollision eines Fahrzeugs erzeugte Beschleunigung
erfaßt, der Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis (6)
umfassend
- - eine erste Recheneinrichtung (9) zur Berechnung einer Fahrgast-Trägheitsgeschwindigkeit (ΔV) eines Insassen durch Integration eines Ausgangssignals des Beschleunigungs-Sensors (7);
- - eine zweite Recheneinrichtung (11) zur Berechnung einer Intensität (S100-200) des Ausgangssignals des Beschleunigungs-Sensors (7) in einem bestimmten Frequenzbereich; und
- - einen Startsignalerzeugungs-Schaltkreis (12), der das Startsignal ausgibt, wenn die Fahrgast-Trägheits geschwindigkeit (ΔV) oder/und die Intensität (S100-200) in dem bestimmten Frequenzbereich einen Referenzwert überschreitet.
2. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kollisionsbestimmungs-
Schaltkreis (6) weiter eine Bandpaßfilter-Einrichtung
(10) zur Filterung des Ausgangssignals des Beschleu
nigungs-Sensors (7) vor dessen Eingabe in die zweite
Recheneinrichtung (11) umfaßt.
3. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter-
Einrichtung (10) Frequenzkomponenten des Ausgangssignals
filtert, deren Frequenzen
- a) kleiner oder gleich 100 Hz und
- b) größer oder gleich 200 Hz sind.
4. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Startsignalerzeugungs-Schaltkreis ein ODER-Schaltkreis
(12) ist.
5. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis (6) für ein Airbag-
System verwendet ist.
6. Kollisionsbestimmungs-Schaltkreis nach Anspruch 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollisionsbestim
mungs-Schaltkreis (6) weiter eine elektrische Schalt
einrichtung (5) und einen mechanischen Beschleunigungs-
Sensor (3), die in Reihe angeordnet sind, umfaßt, wobei
ein Ausgang des ODER-Schaltkreises (12) mit der
elektrischen Schalteinrichtung (5) verbunden ist.
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