ES2302245T3 - Dispositivo de puesta en marcha de medidas de seguridad pasiva para ocupantes. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para poner en marcha medidas de seguridad pasiva para los ocupantes de un vehículo automóvil, que presenta una unidad de control, un gran número de transductores de aceleración para captar la aceleración en diferentes lugares del vehículo automóvil originada por un choque de dicho vehículo, y líneas de alimentación asociadas a los transductores de aceleración, a través de las cuales se transmiten señales de salida de los transductores de aceleración a la unidad de control, la cual evalúa señales de salida de valor continuo de al menos una parte de los transductores de aceleración, determina a partir de las señales de salida la naturaleza y/o gravedad de un choque y, en función de éstas, pone en marcha medidas de seguridad adecuadas, caracterizado porque al menos un transductor de aceleración está instalado de tal modo en una parte del vehículo con pequeña rigidez estructural situada en los contornos exteriores de dicho vehículo y todas las partes del vehículo están construidas de tal modo en cuanto a su forma, disposición y material que, después de un choque del vehículo de gravedad pequeña o media, el transductor de aceleración no entre en contacto, dentro de un espacio de tiempo de acción mínimo, con una parte del vehículo dotada de alta rigidez estructural.
Description
Dispositivo de puesta en marcha de medidas de
seguridad pasiva para ocupantes.
La invención concierne a un dispositivo de
puesta en marcha de medidas de seguridad pasiva para los ocupantes
de un vehículo automóvil (medidas para la seguridad pasiva de
ocupantes de un vehículo), que presenta una unidad de control, un
gran número de transductores de aceleración para captar la
aceleración en lugares diferentes del vehículo automóvil, originada
por un choque de dicho vehículo automóvil, y líneas de alimentación
asociadas a los transductores de aceleración, a través de las
cuales se transmiten señales de salida de los transductores de
aceleración hacia la unidad de control, la cual evalúa señales de
salida de valor continuo de al menos una parte de los transductores
de aceleración, determina a partir de las señales de salida la
naturaleza y/o la gravedad de un choque y, en función de ellas, pone
en marcha medidas de seguridad adecuadas.
Las medidas de seguridad pasiva para la
protección de los ocupantes de un vehículo automóvil son puestas en
marcha sobre la base de señales que se obtienen típicamente de
sensores montados en posiciones distribuidas dentro del vehículo.
Con miras a una puesta en marcha de tales medidas de seguridad
efectuada a su debido tiempo y adecuada a la respectiva situación se
adjudica una gran importancia a la instalación espacial adecuada de
los sensores y a su fiabilidad.
Para que, junto con la producción de un choque,
se puedan valorar también su naturaleza y su gravedad, es ventajoso
captar la evolución temporal de la aceleración que actúa sobre
diferentes partes del vehículo. A este fin, se emplean
frecuentemente transductores de aceleración en dispositivos de
seguridad pasiva para ocupantes. Estos transductores son
típicamente adecuados para suministrar como señal de salida una
señal de valor continuo proporcional a la aceleración actuante.
Asimismo, existen sensores en los que se integra ya en el sensor una
señal de aceleración y, por tanto, se emite una señal de velocidad o
de posición. En lo que sigue, tales sensores se denominan también
transductores de aceleración.
Aparte de transductores de aceleración en el
sentido anteriormente citado, se utilizan frecuentemente sensores
que varían su señal de salida solamente cuando la aceleración,
velocidad o deformación actuante sobre ellos sobrepasa un umbral
determinado. En lo que sigue, tales sensores se denominan sensores
binarios. En lo que sigue, se denominan también sensores binarios
unos sensores que suministran una señal de valor continuo que es
evaluada por una unidad de control a la que se transmite la señal,
pero que se basa únicamente en un umbral para obtener una señal
binaria.
Para el reconocimiento rápido de un choque,
especialmente un choque frontal, se conocen numerosos dispositivos
en los que se montan los llamados sensores frontales cerca de los
contornos exteriores del vehículo. Se conoce por US 3,861,488 un
sensor para captar una velocidad de choque que está montado
directamente en el lado de un parachoques que queda vuelto hacia el
interior del vehículo. Sin embargo, en el dispositivo de seguridad
descrito no están previstos medios para diferenciar entre un choque
del vehículo relevante para la seguridad y unas influencias
perturbadoras no relevantes para la seguridad. La alta probabilidad
de disparos fallidos ligada a esto ha de considerarse como una
seria desventaja en un dispositivo de seguridad pasiva. Además, el
sensor empleado y su línea de alimentación en la forma de
realización descrita, que se caracteriza por un lugar de
instalación frecuentemente descubierto, están insuficientemente
protegidos contra influencias ambientales (climatología, agua de
salpicaduras, etc.), lo que puede repercutir desventajosamente sobre
la durabilidad de estos componentes y conducir a
funcionamientos
erróneos.
erróneos.
La clase de instalación de sensores frontales
más frecuente según el estado de la técnica es la instalación en
una parte de la carrocería cerca de los contornos exteriores del
vehículo definidos por los parachoques del mismo. Por ejemplo, se
conoce por el documento de carácter genérico US 4,995,639 un
dispositivo de seguridad pasiva en el que un sensor frontal está
montado en un travesaño delantero del vehículo. En esta clase de
instalación tiene una repercusión desventajosa en lo que respecta a
la capacidad de medida y de evaluación de las señales del sensor el
hecho de que, debido a la alta rigidez de la carrocería en
comparación con los parachoques, se tiene que, en el caso de un
choque, actúan sobre el transductor de aceleración, dentro de un
espacio de tiempo relativamente pequeño, unas puntas de aceleración
muy altas. Asimismo, debido a la rigidez de la carrocería se pueden
presentar en forma amplificada unas vibraciones mecánicas de
resonancia que se superponen a la señal de aceleración que se
quiere medir y que dificultan la evaluación de la misma. Además, en
el caso de una instalación de un transductor de aceleración
desplazada desde los contornos exteriores del vehículo hacia el
interior del mismo - la figura 1 de US 4,995,639 no representa
todas las partes relevantes del vehículo - existe tan sólo un
acoplamiento mecánico indirecto entre el sitio del choque y el sitio
de instalación del transductor de aceleración. La transmisión
mecánica de la energía de choque a través de este acoplamiento
mecánico indirecto provoca un falseamiento de la aceleración medida
por el transductor de aceleración en comparación con la aceleración
que actúa en los contornos exteriores del vehículo. De este modo, un
choque puede ser detectado tan sólo muy tarde y solamente se le
puede valorar con poca exactitud en lo que respecta a su clase y
gravedad. Esto se aplica especialmente para un choque de gravedad
pequeña o media. Según estudios realizados, un choque grave puede
detectarse mejor con sensores instalados en otros lugares de
medida.
Por choque de gravedad media o pequeña ha de
entenderse en lo que sigue un choque con una velocidad relativa de
choque de hasta 40 km/h contra un objeto blando o con una velocidad
relativa de choque de hasta 30 km/h contra un objeto duro.
Se conoce por DE 101 42 925 C1 un dispositivo de
seguridad pasiva con sensores frontales instalados directamente en
los parachoques delanteros. Sin embargo, los sensores frontales
están construidos aquí como sensores binarios que sirven únicamente
para la detección prematura de un choque. La valoración de la
naturaleza y la gravedad de un choque se efectúan sobre la base de
más transductores de aceleración instalados en el interior del
vehículo. Se han explicado ya en un pasaje anterior las desventajas
relacionadas con la detección y valoración de un choque de gravedad
pequeña o media, las cuales van acompañadas de un acoplamiento
mecánico indirecto, resultante de la instalación en el interior del
vehículo, entre el sitio del choque y el lugar de instalación del
sensor.
El problema de la invención consiste en crear un
dispositivo de la clase citada al principio afectado de un pequeño
riesgo de funcionamientos erróneos, que permita una detección
temprana del choque y una valoración exacta de la naturaleza y/o la
gravedad de un choque. En particular, se pueden realizar una
detección temprana y una valoración exacta para un choque de
gravedad pequeña o media.
Este problema se resuelve por medio de un
dispositivo de seguridad pasiva en el que los transductores de
aceleración previstos para la captación de señales están instalados
de tal modo en los contornos exteriores del vehículo sobre partes de
éste de pequeña rigidez estructural y en el que todas las partes del
vehículo están construidas de tal modo en cuanto a su forma,
disposición y material que, después de un choque del vehículo
automóvil de gravedad pequeña o media, los transductores de
aceleración no entran en contacto, dentro de un espacio de tiempo
de acción mínimo, con partes del vehículo dotadas de alta rigidez
estructural.
En caso de un choque del vehículo con un objeto,
los máximos valores de aceleración actúan sobre las partes del
vehículo que se encuentran más próximas al sitio del choque en los
contornos exteriores del vehículo. Asimismo, para tales partes del
vehículo se consigue en un momento muy temprano el máximo
cuantitativo de la evolución temporal de la aceleración que sigue a
un choque. Esto se aplica especialmente cuando las partes citadas
del vehículo poseen una pequeña rigidez estructural, es decir que
reaccionan al choque con una fuerte deformación y, por tanto, con
grandes valores de aceleración. Si se instala un transductor de
aceleración en una parte de esta clase del vehículo, un choque
producido cerca del sitio de instalación del transductor de
aceleración tiene como consecuencia una variación temprana y fuerte
de la señal de salida del transductor de aceleración.
El resultado del acoplamiento mecánico directo
entre el objeto impactante y una parte del vehículo en los
contornos exteriores de éste cerca del sitio del choque es un
acoplamiento mecánico directo entre el objeto impactante y el
transductor de aceleración montado en la parte del vehículo. Por
tanto, la aceleración actuante en el sitio del choque actúa sobre
el sensor de aceleración en estado no falseado o bien en estado
menos falseado que en caso de la instalación del sensor de
aceleración en otro sitio del vehículo. Las evoluciones temporales
de aceleración que pueden ser registradas con un transductor de
aceleración instalado según la invención son típicamente adecuadas,
en cuanto a la calidad de las señales y el intervalo de valores,
para realizar una evaluación de valor continuo.
La temprana habilitación -realizada por un
dispositivo según la invención- de evoluciones temporales de
aceleración mecánicamente no falseadas y evaluables continuamente en
su valor hace posible que, con una retransmisión y evaluación
correspondientes de las señales, se efectúe una valoración exacta y
fiable de la naturaleza y la gravedad de un choque y se favorezca
así la puesta en marcha de medidas de seguridad pasiva adecuadas. Se
mejora así netamente la seguridad de los ocupantes del vehículo.
Una ventaja de la instalación según la invención
de un transductor de aceleración en una parte del vehículo dotada de
pequeña rigidez estructural consiste en que se reduce así, en
comparación con la instalación en una parte de la carrocería, la
acción de vibraciones sobre el transductor de aceleración que no son
relevantes para la seguridad.
Otra ventaja esencial de un dispositivo según la
invención reside en que la aceleración que actúa sobre el
transductor de aceleración en caso de un choque perdura durante un
espacio de tiempo más largo en comparación con el caso de la
instalación en una parte de la carrocería. Debido al tiempo de
acción más largo se puede obtener una señal de evaluación temporal
mejor evaluable y aprovechable, por ejemplo, en una unidad de
control para su comparación con modelos archivados allí en una base
de datos. Es deseable aquí una longitud mínima del espacio de
tiempo de acción de, por ejemplo, aproximadamente 4 ms, designada en
lo que sigue tiempo de acción mínimo. El tiempo de acción mínimo
exacto depende del respectivo procedimiento empleado para valorar el
choque.
Sin embargo, se puede garantizar un tiempo de
acción mínimo únicamente cuando, incluso en el caso de una
deformación del vehículo resultante de un choque, el transductor de
aceleración no es destruido dentro del espacio de tiempo de acción
mínimo ni tampoco falla por otros motivos. Como espacio de tiempo de
acción mínimo se designa el espacio de tiempo con la longitud del
tiempo de acción mínimo que comienza en el momento del choque entre
el vehículo y el objeto.
Para impedir la destrucción de los transductores
de aceleración dentro del espacio de tiempo de acción mínimo se han
instalado los transductores de aceleración en un dispositivo según
la invención y se han construido todas las partes del vehículo
respecto de su forma, disposición y material de tal modo que,
después de un choque, los transductores de aceleración contenidos no
entren en contacto con partes del vehículo de alta rigidez
estructural dentro del espacio de tiempo de acción mínimo.
\newpage
Según un perfeccionamiento de la invención, se
prevé para ello en el lado del transductor de aceleración que queda
vuelto hacia el interior del vehículo un espacio de deformación que
es hueco o está ocupado exclusivamente por partes del vehículo de
pequeña rigidez estructural. Hacia el exterior del vehículo se
limita preferiblemente el espacio de deformación por medio de un
plano que discurre a través del transductor de aceleración y cuya
normal mira desde el transductor de aceleración hacia el interior
del vehículo. La forma del espacio de deformación hacia el interior
del vehículo viene definida por la forma y disposición de las partes
contiguas del vehículo. Las deformaciones de estas partes del
vehículo pueden variar el espacio de deformación.
En lugar de un plano que pase por el transductor
de aceleración se puede definir también como limitación más
restrictiva del espacio de deformación hacia el exterior del
vehículo un hiperplano que parta del transductor de aceleración, por
ejemplo en forma cónica. De esta manera, se pueden tener en cuenta
posibles direcciones de movimiento del transductor de aceleración
originadas por una deformación. El plano o el hiperplano se elige
según la invención de modo que el transductor de aceleración se
encuentre siempre completamente en el lado interior al vehículo del
plano o del hiperplano, especialmente en el caso de un choque.
Siempre que esté ya presente en una parte del
vehículo un espacio de deformación de esta clase situado en el lado
-vuelto hacia el interior del vehículo- de un sitio adecuado en
principio para instalar según la invención un transductor de
aceleración, se puede instalar un transductor de aceleración en este
sitio.
Según el modo de consideración, el propio
acelerador de aceleración se encuentra dentro del espacio de
deformación asociado al mismo o en el borde de este espacio que
mira hacia el exterior del vehículo. En caso de un choque, el
transductor de aceleración es desplazado en mayor medida hacia el
interior del espacio de deformación debido a la deformación de la
parte del vehículo automóvil en la que dicho transductor está
fijado. Debido al hecho de que en el espacio de deformación no se
encuentran partes del vehículo dotadas de alta rigidez estructural,
se garantiza que el transductor de aceleración no sea destruido por
el contacto con una parte del vehículo dotada de alta rigidez
estructural en tanto que dicho transductor se encuentre
completamente en el interior del espacio de deformación.
Las dimensiones del espacio de deformación que
ha de preverse, especialmente la profundidad del mismo hacia el
interior del vehículo, se fijan con ayuda del intervalo de las
velocidades de choque a detectar por el transductor de aceleración,
el tiempo de acción mínimo y la rigidez estructural de la parte del
vehículo en la que está instalado el transductor de aceleración.
Siempre que esté disponible información para ello, se pueden tener
en cuenta también en la estimación la masa, la forma, la rigidez, la
velocidad y otras magnitudes físicas de objetos impactantes. En
principio, el dimensionamiento del espacio de deformación puede
efectuarse sobre la base de estimaciones de valor límite y/o de
cálculos y/o de simulaciones (por ejemplo, FEM).
Basándose en métodos avanzados de desarrollo y
fabricación, la toma en consideración del espacio de deformación
puede efectuarse ya en el proceso de desarrollo temprano de un
vehículo y se puede poner generalmente en práctica en el proceso de
fabricación con el menor incremento posible del coste de
fabricación. En el proceso de fabricación se puede verificar, por
ejemplo mediante simulaciones en modelos de datos, especialmente los
llamados prototipos virtuales, si un dimensionamiento determinado
garantiza o permite esperar con alta probabilidad un tiempo de
acción mínimo deseado en el caso de un choque de naturaleza y
gravedad prefijadas.
Además de evitar la destrucción mecánica de los
propios transductores de aceleración, la disponibilidad de señales
de salida adecuadas de los transductores de aceleración para la
evaluación en la unidad de control depende también de si se puede
impedir la destrucción mecánica de las líneas de alimentación de los
transductores de aceleración en el caso de un choque.
En aras de una mayor sencillez, en lo que sigue
se parte de que cada transductor de aceleración posee una única
línea de alimentación que lo une directamente con la unidad de
control. Sin embargo, las consideraciones realizadas pueden
transferirse sin mayores complicaciones a la conexión directa de los
transductores de aceleración a la unidad de control a través de
otros componentes de un sistema de bus de datos y/o a una conexión
en red entre los transductores de aceleración. Por tanto, tales
formas de realización caen también dentro del ámbito de la
invención. Asimismo, mediante la unidad de control, que puede
consistir en uno o más componentes, se evalúan otros sensores con
la misma finalidad o con otras finalidades. Dependiendo del tipo de
sensor del transductor de aceleración, la línea de alimentación
alimenta eventualmente los transductores de aceleración con una
magnitud de alimentación, de desviación o de referencia necesaria
para su funcionamiento.
Conforme a un segundo perfeccionamiento de la
invención, la línea de alimentación del al menos un transductor de
aceleración es de construcción elástica, especialmente elástica a la
flexión, y discurre dentro de un canal de dicha línea de
alimentación definido por la forma, la disposición y eventualmente
la deformación de las partes contiguas del vehículo. La destrucción
mecánica de la línea de alimentación puede ser excluida con alta
probabilidad cuando, en caso de un choque, este canal de la línea de
alimentación no sea interrumpido en ningún sitio por la deformación
de partes del vehículo y cuando la longitud del canal de la línea de
alimentación no se modifique debido a la deformación de tal modo
que la longitud de la línea de alimentación no sea ya suficiente
para extenderse por todo el canal previsto para dicha línea. Por
tanto, conforme al segundo perfeccionamiento citado de la
invención, la forma, la disposición y el material de todas las
partes del vehículo están concebidos de modo que, después de un
choque del vehículo de gravedad pequeña o media, el diámetro más
pequeño del canal de la línea de alimentación siga siendo mayor que
el diámetro de dicha línea de alimentación dentro de un espacio de
tiempo de acción mínimo.
La sección transversal de la línea de
alimentación se presupone aquí de momento como sustancialmente
constante y de forma circular en toda la longitud de dicha línea de
alimentación. En el caso de una línea de alimentación con sección
transversal no constante y/o de forma no circular, se tiene que
aplicar una consideración correspondientemente más complicada del
canal restante de la línea de alimentación. Esta consideración y la
construcción derivada de ella para las partes del vehículo que
forman el canal de la línea de alimentación están también dentro del
ámbito de la invención.
Además, conforme al segundo perfeccionamiento
citado de la invención, la longitud de la línea de alimentación,
eventualmente teniendo en cuenta una elasticidad a la dilatación,
así como la disposición y fijación de la línea de alimentación en
las partes del vehículo están concebidas de modo que la línea de
alimentación pueda adaptarse a un gran número de posibles
movimientos del transductor de aceleración y posibles variaciones
del canal de la línea de alimentación, originados por la
deformación de partes del vehículo, especialmente a todos los
movimientos del transductor de aceleración y variaciones del canal
de la línea de alimentación que resultan de un choque del vehículo
automóvil de gravedad pequeña o media dentro de un espacio de tiempo
de acción mínimo, sin que dicha línea se rompa o sea dañada.
Análogamente a lo que ocurre con el espacio de
deformación anteriormente citado, las dimensiones y la forma exacta
del canal de la línea de alimentación que se ha de prever se fijan
con ayuda del intervalo de las velocidades de choque a detectar por
el transductor de aceleración, con ayuda del tiempo de acción
mínimo, con ayuda de las rigideces estructurales de las partes del
vehículo que forman el canal de la línea de alimentación y con ayuda
de la constitución de las partes del vehículo situadas entre el
canal de la línea de alimentación y un potencial sitio de choque en
el vehículo. Siempre que esté disponible información para ello, se
pueden tener en cuenta también para la estimación, como en el caso
del dimensionamiento del espacio de deformación, la masa, la forma,
la rigidez, la velocidad y otras magnitudes físicas de los objetos
impactantes. En principio, el dimensionado del canal de la línea de
alimentación puede realizarse sobre la base de estimaciones de valor
límite y/o cálculos y/o simulaciones (por ejemplo,
FEM).
FEM).
Las ventajas anteriormente citadas del
dispositivo según la invención se consiguen a causa de la
instalación descubierta aquí implicada en los contornos exteriores
del vehículo por efecto de la necesidad de una ejecución robusta de
los transductores de aceleración y sus líneas de alimentación contra
influencias del medio ambiente, especialmente la humedad.
En contraste con la mayoría de los transductores
de aceleración que se utilizan según el estado de la técnica, la
carcasa de un transductor de aceleración empleado en un dispositivo
según la invención es de construcción resistente a la humedad.
Asimismo, el sitio de unión entre la carcasa y la línea de
alimentación del transductor de aceleración es de construcción
resistente a la humedad.
Es especialmente ventajoso aquí el empleo de
material hidrolíticamente estabilizado para la carcasa de un
transductor de aceleración utilizado en un dispositivo según la
invención.
Se puede conseguir una resistencia especialmente
alta a la humedad cuando, alternativa o adicionalmente, la carcasa
del transductor de aceleración se haya soldado con láser,
especialmente cuando esta carcasa posea una tapa soldada con
láser.
En la carcasa de un transductor de aceleración
empleado en otra forma de realización especialmente ventajosa de un
dispositivo según la invención están previstos medios para realizar
una compensación de presión. Debido a esta compensación de presión
se puede impedir que, a consecuencia de una depresión en el interior
de la carcasa, se aspire humedad hacia dicho interior de la
carcasa.
Además de resistencia a la humedad, en la
construcción de los transductores de aceleración y de las líneas de
alimentación hay que prestar atención a su alta robustez contra
daños mecánicos (estallido de la caja del sensor, desprendimiento o
rotura de la línea de alimentación) a causa de su instalación
descubierta en el vehículo. Sin embargo, el cumplimiento de los
requisitos citados se puede garantizar con ayuda de técnicas
avanzadas en la fabricación de transductores de aceleración y líneas
de alimentación.
Las carcasas resistentes a la humedad empleadas
según la invención para transductores de aceleración poseen una
alta elasticidad. En caso de un contacto con partes del vehículo
originado por la deformación y que idealmente debe ser evitado, y/o
en caso de una deformación de la parte del vehículo sobre la que
está instalado el sensor de aceleración, los materiales elásticos
son menos propensos a la destrucción que los materiales empleados
en dispositivos según el estado de la técnica. Según el estado de la
técnica, los sensores de aceleración están alojados casi siempre,
por ejemplo, en carcasas metálicas con tapa pegada. Cuando se
emplean carcasas elásticas de los transductores de aceleración, las
vibraciones de la parte del vehículo en la que está instalado el
sensor de aceleración producen menores señales perturbadoras que en
el caso del empleo de carcasas más rígidas, por ejemplo carcasas
metálicas.
Aparte del empleo de materiales elásticos a la
flexión e idealmente también elásticos a la dilatación para las
líneas de alimentación, el afianzamiento mecánico de las líneas de
alimentación se efectúa ya en la mayoría de los casos durante el
proceso temprano de desarrollo de un vehículo.
En la consideración realizada hasta ahora se ha
supuesto que la aceleración que actúa sobre un transductor de
aceleración instalado en los contornos exteriores del vehículo
coincide ampliamente con la aceleración de las partes circundantes
del vehículo y que las señales de salida del transductor de
aceleración proporcionan así una buena representación de la
aceleración que actúa sobre las partes correspondientes del
vehículo.
No obstante, en caso de que se empleen
transductores de aceleración con dirección de acción preferida se
puede efectuar fiablemente una valoración de la naturaleza y la
gravedad de un choque basándose en esta premisa únicamente cuando
los transductores de aceleración estén instalados en los contornos
exteriores del vehículo de modo que, en caso de un choque, no sean
girados hacia fuera de su dirección de acción preferida. Por tanto,
para una captación óptima de señales con transductores de
aceleración hay que cuidar de que la aceleración que, originada por
un choque, actúa sobre el transductor de aceleración posea una alta
proporción de traslación y una proporción de rotación lo más pequeña
posible.
Para garantizar una aceleración
predominantemente de traslación en el caso de un choque es
especialmente ventajoso que la sección transversal del transductor
de aceleración en la dirección del interior del vehículo se solape
sustancialmente con la sección transversal de un elemento de apoyo
en la parte del vehículo que lleva el transductor de aceleración.
Cuando, por motivos de construcción, no es posible un solapamiento,
es deseable entonces una separación lo más pequeña posible (por
ejemplo, menos de 10 cm).
Por este motivo, según una forma de realización
preferida de la invención, un transductor de aceleración empleado en
un dispositivo conforme a la invención esta posicionado de modo que
la sección transversal del transductor de aceleración en la
dirección del interior del vehículo posea una pequeña separación de
la sección transversal de un elemento de apoyo, por ejemplo un
amortiguador de rebote.
Cuando lo permitan las condiciones marginales de
construcción, se posiciona entonces un transductor de aceleración
según una forma de realización especialmente preferida de la
invención de modo que su sección transversal en la dirección del
interior del vehículo se solape sustancialmente con la sección
transversal de un elemento de apoyo.
Por otro lado, si se emplean transductores de
aceleración que estén en condiciones de captar metrotécnicamente
aceleraciones en varias direcciones y/o una torsión, especialmente
alrededor del eje vertical propio, la torsión del transductor de
aceleración no tiene que evitarse entonces forzosamente con ayuda de
medidas constructivas, sino que puede ser tenida en cuenta en el
cálculo para la evaluación de sus señales de salida.
Las señales de salida de los transductores de
aceleración son retransmitidas a una unidad de control a través de
las líneas de alimentación. La unidad de control es adecuada para
determinar la naturaleza y la gravedad de un choque, por ejemplo con
ayuda de la comparación de las señales de aceleración recogidas de
valor continuo con datos de referencia archivados. En particular, la
unidad de control de un dispositivo ventajoso según la invención es
adecuada para realizar, sobre la base de las señales de salida de
los transductores de aceleración, una diferenciación entre un choque
del vehículo e influencias perturbadoras que no son relevantes para
la seguridad.
En función de la naturaleza y la gravedad de un
choque, la unidad de control pone en marcha medidas de seguridad
adecuadas. La puesta en marcha de medidas de seguridad adecuadas
puede comprender también la puesta en marcha de medidas de
preparación que permitan que se desarrollen de manera mejorada, por
ejemplo más rápida, una o más medidas de seguridad que sólo se ponen
en marcha más tarde.
En lo que sigue se explica la invención con más
detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran en
estos:
La figura 1, esquemáticamente, la instalación de
un transductor de aceleración como sensor frontal en un dispositivo
de seguridad pasiva para los ocupantes de un vehículo automóvil
según una forma de realización de la presente invención,
La figura 2, una comparación entre las
evoluciones temporales cualitativas de la aceleración negativa que
actúa durante un choque frontal de un vehículo automóvil (a) sobre
un transductor de aceleración dispuesto según la invención como
sensor frontal y (b) sobre un transductor de aceleración dispuesto
como sensor frontal según el estado de la técnica, y
La figura 3, esquemáticamente, la estructura de
comunicación de un dispositivo de seguridad pasiva según la
invención para los ocupantes de un vehículo automóvil.
La figura 1 muestra esquemáticamente la
instalación de un transductor de aceleración como sensor frontal en
un dispositivo de seguridad pasiva para los ocupantes de un vehículo
automóvil según una forma de realización de la presente invención.
El transductor de aceleración 1 que funciona como sensor frontal
está inmovilizado en este caso directamente en el parachoques 2. De
esta manera, el transductor de aceleración se encuentra en las
proximidades inmediatas de los contornos exteriores del
vehículo.
El dispositivo según la invención sirve
especialmente para la detección y diferenciación de choques de
gravedad pequeña o media (los llamados choques a "baja
velocidad" con velocidades relativas de choque de hasta 40 km/h
contra un objeto blando o con velocidades relativas de choque de
hasta 30 km/h contra un objeto duro). Las señales de aceleración
medidas en este caso están casi siempre en el rango de valores
situado por debajo de 50 veces la aceleración terrestre. Los
estudios han demostrado que los choques a "alta velocidad"
pueden ser reconocidos antes y con mayor seguridad en otros lugares
de medida, por ejemplo en el centro del vehículo.
El dispositivo según la invención puede preverse
completamente por separado de un dispositivo para la detección y
diferenciación de choques a "alta velocidad" o bien
determinados componentes pueden utilizarse junto con tal
dispositivo.
Debido a la pequeña rigidez estructural del
parachoques 2, el transductor de aceleración 1 está expuesto a
menores vibraciones que, por ejemplo, en el caso de una instalación
en una parte 5 de la carrocería que se caracterice por una mayor
rigidez estructural.
En el lugar de amarre representado el
transductor de aceleración 1 está ampliamente protegido por la
envoltura exterior del vehículo contra influencias del medio
ambiente exterior (por ejemplo, golpes directos, climatología, agua
de salpicaduras,...). Una carcasa de construcción elástica y
resistente a la humedad, hecha de material hidrolíticamente
estabilizado, con tapa soldada por láser, confiere una robustez
adicional al transductor de aceleración 1.
En el lado del transductor de aceleración 1 que
queda vuelto hacia el interior del vehículo está formado un espacio
de deformación. Hacia el exterior del vehículo, el espacio de
deformación está limitado por un hiperplano de forma cónica que
abarca un ángulo de apertura de +/- 15 grados alrededor de un vector
espacial que mira hacia el interior del vehículo a través del
transductor de aceleración situado en su posición de partida. El
hiperplano se ha elegido de modo que, antes, durante y después de
una deformación originada por un choque, el transductor de
aceleración 1 se encuentre con alta probabilidad completamente en el
lado del hiperplano que mira hacia el interior del vehículo. Hacia
el interior del vehículo, el espacio de deformación está limitado
sustancialmente por la parte 5 de la carrocería. Otras partes
del vehículo no ilustradas aquí limitan en su caso adicionalmente el espacio de deformación, por ejemplo hacia arriba.
del vehículo no ilustradas aquí limitan en su caso adicionalmente el espacio de deformación, por ejemplo hacia arriba.
Debido al volumen del espacio de deformación,
especialmente su profundidad, agrandado en comparación con el estado
de la técnica en el que no se ha previsto deliberadamente este
espacio de deformación, es decir, debido sustancialmente a la
distancia entre el lugar de instalación del transductor de
aceleración 1 y la siguiente parte 5 de la carrocería situada detrás
del mismo, resulta en el caso de un choque un espacio de tiempo
correspondientemente prolongado entre la primera aceleración
mensurable del sensor frontal y su contacto con la carrocería, por
efecto del cual se produce potencialmente un daño mecánico en el
transductor de aceleración 1. Por tanto, se prolonga el espacio de
tiempo de acción del transductor de aceleración 1 en comparación con
el estado de la técnica.
En el ejemplo de realización ilustrado en la
figura 1 el espacio de deformación es hueco. Como alternativa, un
espacio de deformación puede contener según la invención partes del
vehículo que posean todas ellas una rigidez estructural tan pequeña
que el transductor de aceleración 1 protegido por este espacio de
deformación no sea dañado por estas partes del vehículo como
consecuencia de una deformación de las partes circundantes del
vehículo que siga a un choque.
El espacio de deformación o las partes del
vehículo que definen este espacio de deformación están construidos
en el presente caso de modo que, después de un choque del vehículo
automóvil de gravedad pequeña o media, el transductor de aceleración
1 no entre en contacto dentro de un espacio de tiempo de acción
mínimo de 40 ms con una parte del vehículo de alta rigidez
estructural, especialmente con la parte 5 de la carrocería. Por
tanto, el transductor de aceleración 1 no es destruido dentro del
espacio de tiempo de acción mínimo de 40 ms y sigue siendo
plenamente capaz de funcionar.
Como espacio de tiempo de acción de un
transductor de aceleración se define el espacio de tiempo entre el
choque a detectar y el fallo o la destrucción del transductor de
aceleración. El espacio de tiempo de acción puede determinarse ya en
una fase temprana del desarrollo con ayuda de modelos de datos, los
llamados prototipos virtuales, por medio de simulaciones FEM para
diferentes lugares de instalación de un transductor de aceleración,
para diferentes situaciones de choque y para diferentes formas de
realización del espacio de deformación, y tal espacio de tiempo de
acción puede ser comparado con el espacio de tiempo de acción mínimo
deseado de 40 ms.
En el vehículo se encuentra un gran número de
transductores de aceleración para captar la aceleración en lugares
diferentes del vehículo automóvil originada por un choque de este
vehículo. Al menos uno de estos transductores de aceleración está
dispuesto y protegido según las explicaciones anteriores. Los
transductores de aceleración están unidos con una unidad de control
a través de líneas de alimentación asociadas a dichos transductores
de aceleración. A través de las líneas de alimentación se transmiten
a la unidad de control las señales de salida de los transductores
de aceleración. La unidad de control evalúa señales de salida de
valor continuo de al menos una parte de los transductores de
aceleración, determina la naturaleza y/o la gravedad de un choque a
partir de las señales de salida y, en función de ellas, pone en
marcha medidas de seguridad adecuadas.
La sección transversal del transductor de
aceleración 1 en la dirección del interior del vehículo está
alejada, en el ejemplo según la figura 1, tan sólo unos pocos
centímetros de la sección transversal del amortiguador de rebote 3.
En caso de un choque y una deformación del parachoques 2, el
transductor de aceleración 1 apenas es torsionado hacia fuera de su
dirección de acción orientada hacia el interior del vehículo.
Según formas de realización ventajosas de la
invención, que no se ha representado aquí expresamente, el
transductor de aceleración 1 está posicionado de modo que la sección
transversal de dicho transductor de aceleración 1 en dirección al
interior del vehículo se solapa total o parcialmente con la sección
transversal del amortiguador de rebote 3.
Dado que con las medidas de construcción
descritas se puede garantizar que el transductor de aceleración 1 no
sea sensiblemente torsionado, en el caso de un choque, hacia fuera
de su dirección de acción orientada hacia el interior del vehículo,
se puede emplear en el presente ejemplo de realización un
transductor de aceleración con una única dirección de acción
preferida.
En formas de realización alternativas de la
invención que no se ilustran aquí por separado se emplean
transductores de aceleración que son adecuados para captar
metrotécnicamente aceleraciones en varias direcciones y/o una
torsión, especialmente alrededor del eje vertical propio. Cuando se
emplean tales transductores de aceleración, se puede tener en cuenta
en el cálculo una torsión de los mismos para la evaluación de las
señales de salida.
La instalación descubierta según la invención de
los transductores de aceleración que funcionan como sensores
frontales, aparte de requerir la protección mecánica ya comentada de
los propios transductores de aceleración, requiere también una
protección mecánica separada de las líneas de alimentación de los
sensores frontales.
A este fin, se construyen las líneas de
alimentación de los transductores de aceleración de modo que, por un
lado, sean elásticas, en particular elásticas a la flexión. Por otro
lado, para proteger la línea de alimentación 4 de un transductor de
aceleración 1 de la figura 1 dentro del espacio de tiempo de acción
mínimo después de un choque contra daños mecánicos, se prevé un
canal para la línea de alimentación a través del cual se extienda
dicha línea de alimentación 4.
El canal de la línea de alimentación está
limitado por las partes circundantes del vehículo y, por tanto, su
geometría viene definida por la forma y disposición de estas partes
del vehículo. Por consiguiente, una deformación de las partes del
vehículo varía también la geometría del canal de la línea de
alimentación. En el ejemplo según la figura 1 la forma, la
disposición y el material de todas las partes del vehículo están
concebidos de modo que, después de un choque del vehículo automóvil
de gravedad pequeña o media, el diámetro mínimo del canal de la
línea de alimentación siga siendo, dentro del espacio de tiempo de
actuación mínimo, mayor que el diámetro de la línea de
alimentación, que posee aquí una sección transversal de forma
circular. La longitud de la línea de alimentación, eventualmente
teniendo en cuenta una elasticidad a la dilatación de la línea de
alimentación, y la disposición y fijación de la línea de
alimentación en las partes circundantes del vehículo están
concebidas de modo que la línea de alimentación se pueda adaptar a
un gran número de posibles movimientos del transductor de
aceleración y variaciones del canal de la línea de alimentación que
sean originados por la deformación de partes del vehículo, sin que
dicha línea se rompa ni resulte dañada. Para garantizar el tiempo
de acción mínimo, los componentes citados están construidos en el
ejemplo de modo que la línea de alimentación se pueda adaptar a
todos los movimientos del transductor de aceleración y variaciones
del canal de la línea de alimentación que resulten de un choque del
vehículo automóvil de gravedad pequeña o media dentro de un espacio
de tiempo de acción mínimo, sin que dicha línea se rompa, forme un
acodamiento excesivo o sea seccionada completamente.
Con sujeción a las premisas de modernos métodos
de desarrollo y fabricación de la industria de los vehículos
automóviles se pueden realizar o crear ya en el proceso temprano de
desarrollo de un vehículo automóvil canales para líneas de
alimentación que permitan la protección mecánica descrita de las
líneas de alimentación. Por tanto, los correspondientemente
necesarios espesores y longitudes de la línea de alimentación,
sujetadores de esta línea y eventuales conductos de paso a través
de partes del vehículo se pueden prever y dimensionar ya en un
estadio temprano de la planificación y pueden materializarse en el
proceso de fabricación con un insignificante incremento del coste
de producción. La verificación de si una determinada realización de
las respectivas partes del vehículo garantiza el tiempo de acción
mínimo deseado o se puede esperar éste con alta probabilidad, se
efectúa por vía simulativa como en el caso de la verificación del
espacio de deformación, por ejemplo a base de un análisis FEM.
La disponibilidad -obtenible por medio de un
dispositivo según la invención- de señales de salida de los
transductores de aceleración en el espacio de tiempo de acción
mínimo total garantiza la posibilidad de una valoración exacta y
fiable de la naturaleza y gravedad de un choque por parte de la
unidad de control.
Además, como consecuencia del lugar de
instalación aproximado a los contornos exteriores del vehículo en
comparación con el estado de la técnica, se puede medir ya una
aceleración en un momento más temprano, con lo que se pueden activar
también medidas de seguridad pasiva del vehículo automóvil en un
momento más temprano o bien se pueden poner éstas en situación de
espera.
Para ilustrar las características anteriormente
descritas, la figura 2 muestra una comparación de las evoluciones
temporales cualitativas de la aceleración negativa que actúa durante
un choque frontal de un vehículo automóvil en el instante t = 0 ms
sobre un transductor de aceleración dispuesto como sensor frontal
según la invención (señal 201) y sobre un transductor de aceleración
dispuesto según el estado de la técnica (señal 202).
En caso de un choque, actúa primero una
aceleración negativa relativamente pequeña sobre un transductor de
aceleración instalado en una parte de la carrocería según el estado
de la técnica (señal 202), mientras que, a consecuencia del choque,
se deforman ya partes flexibles del vehículo en los contornos
exteriores de éste. En esta fase la aceleración mensurable por el
transductor de aceleración viene determinada en esencia únicamente
por la aceleración que actúa sobre todo el vehículo y eventualmente
una ligera deformación de la parte de la carrocería a consecuencia
de un acoplamiento mecánico con partes del vehículo situadas más al
exterior. Únicamente en un instante relativamente tardío (en la
figura 2 en t > 100 ms) aumenta netamente el valor de la
aceleración negativa en caso de que, después de una deformación
excesiva de las partes del vehículo situadas más al exterior, la
parte de la carrocería se deforme ella misma aún más
fuertemente.
Con la instalación según la invención (señal
201) se puede medir una fuerte aceleración negativa en un momento
sensiblemente más temprano, ya que la deformación de las partes del
vehículo en los perímetros exteriores del mismo interviene
plenamente en la medición del transductor de aceleración.
Como orientación, la figura 2 contiene, además,
una marcación que identifica el final del espacio de tiempo de
acción mínimo que se extiende desde t = 0 ms hasta t = 40 ms.
La instalación al descubierto según la invención
de los sensores frontales puede conducir a que incluso en el caso de
influencias exteriores no relevantes para la seguridad actúen
aceleraciones mensurables sobre los sensores frontales. Por este
motivo, aparte de la protección mecánica de los transductores de
aceleración y de su línea de alimentación, una instalación según la
invención requiere también una protección de todo el dispositivo de
seguridad contra puestas en marcha erróneas. Esta protección se
resuelve según la invención por medio de técnicas de la
información.
La figura 3 muestra esquemáticamente la
estructura de comunicación de un dispositivo de seguridad pasiva
según la invención para los ocupantes de un vehículo automóvil. Los
transductores de aceleración 101, 102 montados en forma distribuida
en el vehículo y utilizados como sensores frontales se comunican con
una unidad de control central 103 a través de un bus de datos. La
unidad de control 103 evalúa evoluciones temporales casi continuas
de las señales de los transductores de aceleración 101, 102, compara
eventualmente estas evoluciones con modelos de señales diferentes
archivados en una base de datos 104, determina la aparición, la
clase y la gravedad de un choque y pone en marcha correspondientes
medidas de seguridad pasiva. A este fin, la unidad de control 103 se
comunica, a través del mismo u otro bus de datos, con aparatos de
control 105, 106 mediante los cuales se pueden poner en marcha
medidas de seguridad pasiva.
Claims (10)
1. Dispositivo para poner en marcha medidas de
seguridad pasiva para los ocupantes de un vehículo automóvil, que
presenta una unidad de control, un gran número de transductores de
aceleración para captar la aceleración en diferentes lugares del
vehículo automóvil originada por un choque de dicho vehículo, y
líneas de alimentación asociadas a los transductores de aceleración,
a través de las cuales se transmiten señales de salida de los
transductores de aceleración a la unidad de control, la cual evalúa
señales de salida de valor continuo de al menos una parte de los
transductores de aceleración, determina a partir de las señales de
salida la naturaleza y/o gravedad de un choque y, en función de
éstas, pone en marcha medidas de seguridad adecuadas,
caracterizado porque al menos un transductor de aceleración
está instalado de tal modo en una parte del vehículo con pequeña
rigidez estructural situada en los contornos exteriores de dicho
vehículo y todas las partes del vehículo están construidas de tal
modo en cuanto a su forma, disposición y material que, después de un
choque del vehículo de gravedad pequeña o media, el transductor de
aceleración no entre en contacto, dentro de un espacio de tiempo de
acción mínimo, con una parte del vehículo dotada de alta rigidez
estructural.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque en el lado -vuelto hacia el interior del
vehículo- de la parte del vehículo en la que está instalado el
transductor de aceleración, está previsto un espacio de deformación
que es hueco o contiene exclusivamente partes del vehículo dotadas
de pequeña rigidez estructural.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 ó 2, caracterizado porque el espacio de deformación está
limitado hacia el exterior del vehículo por un plano o un hiperplano
sustancialmente de forma cónica que se elige de modo que el
transductor de aceleración se encuentre siempre, especialmente en el
caso de un choque, dispuesto completamente en el lado del plano o
hiperplano que corresponde al interior del vehículo.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque la línea de alimentación del al
menos un transductor de aceleración es de construcción elástica,
especialmente elástica a la flexión, porque la línea de alimentación
discurre a lo largo de un canal previsto para ella, definido por la
forma, disposición y eventualmente deformación de las partes
contiguas del vehículo, porque la forma, disposición y material de
todas las partes del vehículo están concebidos de modo que, después
de un choque del vehículo automóvil de gravedad pequeña o media, el
diámetro mínimo del canal de la línea de alimentación siga siendo,
dentro de un espacio de tiempo de acción mínimo, mayor que el
diámetro de la línea de alimentación, y porque la longitud de la
línea de alimentación, eventualmente teniendo en cuenta una
elasticidad a la dilatación, así como la disposición y fijación de
la línea de alimentación en las partes del vehículo están concebidas
de modo que la línea de alimentación se pueda adaptar a un gran
número de posibles movimientos del transductor de aceleración y
variaciones del canal de la línea de alimentación originados por la
deformación de partes del vehículo, especialmente a todos los
movimientos del transductor de aceleración y variaciones del canal
de la línea de alimentación resultantes de un choque del vehículo
automóvil de gravedad pequeña o media dentro de un espacio de tiempo
de acción mínimo, sin que dicha línea se rompa ni sea dañada.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque la carcasa del al menos un
transductor de aceleración y/o el sitio de unión entre la carcasa y
la línea de alimentación del transductor de aceleración están
construidos de manera que sean resistentes a la humedad.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque la carcasa del al menos un transductor
de aceleración es de material hidrolíticamente estabilizado y/o
porque la carcasa del al menos un transductor de aceleración está
soldada con láser, poseyendo especialmente una tapa soldada con
láser.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
5 ó 6, caracterizado porque en la carcasa del al menos un
transductor de aceleración están previstos medios para una
compensación de presión.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque el al menos un transductor de
aceleración está posicionado de modo que la sección transversal de
dicho transductor de aceleración en dirección al interior del
vehículo posea una pequeña separación de la sección transversal de
un elemento de apoyo.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizado porque el al menos un transductor de
aceleración está posicionado de modo que la sección transversal de
dicho transductor de aceleración en dirección al interior del
vehículo se solape sustancialmente con la sección transversal de un
elemento de apoyo.
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la unidad de
control es adecuada para establecer, sobre la base de las señales de
salida de los transductores de aceleración, una diferenciación entre
un choque del vehículo y unas influencias perturbadoras que no sean
relevantes para la seguridad.
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