WO2012122958A1 - Verfahren zur aufpralldetektion mittels eines drucksensors sowie aufpralldetektorsystem - Google Patents

Verfahren zur aufpralldetektion mittels eines drucksensors sowie aufpralldetektorsystem Download PDF

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Lorenz Pfau
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    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0136—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to actual contact with an obstacle, e.g. to vehicle deformation, bumper displacement or bumper velocity relative to the vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for impact detection by means of a pressure sensor according to the preamble of claim 1 and to a corresponding impact detector system.
  • a motor vehicle has at least one, often also a plurality of impact sensors for generating a signal which depends on the type and / or magnitude of the impact.
  • a suitable impact sensor consists for example of an elastically deformable hose with a cavity and at least one pressure sensor for detecting the pressure in the cavity of the hose.
  • Such impact sensors are used in motor vehicles to detect impact situations, in particular the distinction of a collision of a pedestrian from other impact events and are known for example from EP 937612 A2.
  • a collision detector device which determines from the pressure signal a superimposed Resonanzschwfitung, determines the collision position in the width direction of the vehicle and determines the nature of the collision object in dependence thereon and a filtered pressure signal.
  • the object of the present invention is to present a particularly suitable method for impact detection as well as a corresponding impact sensor unit.
  • Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims, wherein combinations and developments of individual features are conceivable with each other.
  • An essential idea of the invention is that the signal of the pressure sensor within the Nutzsignalanteils, ie above the Gleichsignalanteils in at least a first Nutzsignalanteil and a second, contrast, higher frequency useful signal is divided and the impact sensor unit at its output depending on a control signal either the first Nutzsignalanteil or a signal derived therefrom or alternatively the second useful signal component (p H p) or a signal derived therefrom.
  • First and second useful signal portion may overlap partially. An overlap may also occur in the transition region between the signal equal component and the first useful signal range. The location of the frequency ranges is highly dependent on the respective vehicle type and the prevailing frequency patterns. In contrast, a transmission of the unfiltered broadband high-frequency pressure signal to the control unit is significantly more complicated and prone to failure.
  • the sole FIGURE shows an exemplary embodiment of an impact detector system with an impact sensor unit (framed area) with a pressure sensor P for detecting a pressure or a relative pressure change in a cavity of a vehicle.
  • the pressure signal is first digitized in a sigma-delta converter and band-limited by means of a decimation filter.
  • a further low-pass filter 4 or a slow gradient sequence filter is provided for generating a signal frequency component p 0 which is lower-frequency than the first useful signal component.
  • the low-frequency signal equal component includes, for example, a spectrum up to about 0.1 Hz, while the first useful signal portion of about 0.1 or 1 Hz to 300 or 500 Hz ranges.
  • an adjusted signal is generated from the first useful signal component p L p by subtracting the signal DC component in the summer 5.
  • the second useful signal component p H p is generated.
  • a spectrum of 300 or 500 Hz up to above 10 kHz, for example up to 30 kHz, is considered here.
  • this can also be done by a filter from the direct or preprocessed total signal.
  • the design is more cost-effective by means of a further summer 7, in which the first useful signal component generated in this way is subtracted from the direct or preprocessed total signal p.
  • the second useful signal p H p may therefore preferably differing for the first useful signal component evaluated, especially in an absolute value 8 of the unsigned sum p
  • an evaluation unit 12 is provided for evaluating the second useful signal component (PHP), preferably of course also the first useful signal component (p L p).
  • PHP second useful signal component
  • p L p first useful signal component
  • derived signals can also be generated from the first and / or second useful signal component and evaluated.
  • the variant with a particularly preferred relative evaluation in each case of a supplied useful signal or signal derived therefrom is provided for the respective signal equal component p D in the divider 6.
  • a switching unit 9 is connected, which according to the control signal in addition to the signal equals p 0 to the divider 6, the first useful signal component (p L p) or a signal derived therefrom (PLP-PO) or the second useful signal (p H p) or a signal derived therefrom (P
  • HP PO obtained from the second useful signal component is supplied there and evaluated there.
  • the line 1 1 can be used for both useful signal components.
  • the change between the Nutzsignalan turnover can cyclically, ie comparable a Zeittnultipiex at each clock or preferably in response to certain signal properties or otherwise sensed events or a specific control signal.
  • a switchover can be initiated or depending on the signal of an environmental monitoring on detection of critical objects in the vicinity of the vehicle an evaluation example of the first or second, higher-frequency Nutzsignalanteils or or derived therefrom signal (PIH I ) to be activated.
  • the function test in the cavity generates an oscillation in the range of the second higher-frequency useful signal component (p H p) and thereby at least the second, higher-frequency useful signal component (p H p) or derived therefrom signal PIHPI) or this second, higher-frequency useful signal component (p H p) or the signal derived therefrom (PIHPI) is evaluated relative to the signal DC component (p 0 ).

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Aufpralldetektion mittels eines Drucksensors zur Erfassung eines Drucks oder relativen Druckänderung in einem Hohlraum eines Fahrzeugs sowie ein entsprechendes Aufpralldetektorsystem vorgestellt. Das Signal des Drucksensors wird in zumindest einen ersten Nutzsignalanteil und einen zweiten, demgegenüber höherfrequenten Nutzsignalanteil unterteilt und abhängig von einem Steuersignal jeweils einer dieser Nutzsignalanteile bzw. daraus ein daraus abgeleitetes Signal an den Ausgang ausgegeben. Vorzugsweise werden die beiden Nutzsignalanteile abweichend voneinander weiterverarbeitet und auch zumindest eines davon jeweils ausgewertet, beispielsweise auch gegenüber einem niederfrequenten Signalgleichanteil relativ bewertet.

Description

Verfahren zur Aufpralldetektion mittels eines Drucksensors sowie
A uf pra I Id etekto rsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufpralldetektion mittels eines Drucksensors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Aufpralldetektorsystem.
Ein Kraftfahrzeug weist dabei mindestens einen, oft auch mehrere Aufprallsensoren zur Erzeugung eines von der Art und/oder Stärke des Aufpralls abhängigen Signals auf. Ein dazu geeigneter Aufprallsensor besteht beispielsweise aus einem elastisch deformierbaren Schlauch mit einem Hohlraum und zumindest einem Drucksensor zur Erfassung des Drucks im Hohlraum des Schlauchs. Derartige Aufprallsensoren dienen in Kraftfahrzeugen der Erkennung von Aufprallsituationen, insbesondere auch der Unterscheidung eines Aufpralls eines Fußgängers von anderen Aufprallereignissen und sind beispielsweise aus der EP 937612 A2 bekannt.
Bei einem Aufprall werden schnelle und hohe Änderungen des Drucksignals erwartet. Es ist jedoch auch bereits bekannt, dass Änderungen des Umgebungsluftdrucks einen nicht vernachlässigbaren Einfluss auf das Drucksignal haben. Es wird daher beispielsweise in der DE 196 19 468 C1 ein gegenüber dem Nutzsignalbereich niederfrequenter Anteil des Drucksignals als Gleichanteilssignal bestimmt und das Nutzsignal dementsprechend bereinigt.
Aus der DE 10 2009 040 365 A1 ist darüber hinaus eine Kollisionsdetektorvorrichtung bekannt, welche aus dem Drucksignal eine überlagerte Resonanzschwängung bestimmt, daraus die Kollisionsposition in Breitenrichtung des Fahrzeugs bestimmt und in Abhängigkeit davon sowie einem gefilterten Drucksignal die Art des Kollisionsobjekts bestimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders geeignetes Verfahren zur Aufpralldetektion sowie eine entsprechende Aufprallsensoreinheit vorzustellen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass das Signal des Drucksensors innerhalb des Nutzsignalanteils, also oberhalb des Gleichsignalanteils in zumindest einen ersten Nutzsignalanteil und einen zweiten, demgegenüber höherfrequenten Nutzsignalanteil unterteilt wird und die Aufprallsensoreinheit an ihrem Ausgang abhängig von einem Steuersignal entweder den ersten Nutzsignalanteil bzw. ein daraus abgeleitetes Signal oder alternativ den zweiten Nutzsignalanteil (pHp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal.
Dies ermöglicht mit nur einer Leitung zu der räumlich getrennt angeordneten Steuereinheit beispielsweise, je nach Aufprallart oder Aufprallgeschwindigkeit den geeigneteren Nutzsignalanteil für die Auswertung auszuwählen. Zudem können auf die einzelnen Nutzsignalanteile abweichende Bewertungen, also Signalverarbeitungsschritte und Auswertealgorithmen angewendet werden. Erster und zweiter Nutzsignalanteil können sich dabei teilweise überlappen. Auch bei dem Übergangsbereich zwischen dem Signalgleichanteil und dem ersten Nutzsignalbereich kann eine Überlappung auftreten. Die Lage der Frequenzbereiche ist stark von dem jeweiligen Fahrzeugtyp und den dort vorherrschenden Frequenzmustern abhängig. Eine Übertragung des ungefilterten breitbandigen hochfrequenten Drucksignals zur Steuereinheit ist demgegenüber deutlich aufwändiger und störanfälliger.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Figur näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein.
Es zeigt die einzige Figur ein Ausführungsbeispiel eines Aufpralldetektorsystems mit einer Aufprallsensoreinheit {umrahmter Bereich) mit einem Drucksensor P zur Erfassung eines Drucks oder einer relativen Druckänderung in einem Hohlraum eines Fahrzeugs. Das Drucksignal wird zunächst in einem Sigma-Delta- andler digitalisiert und durch mittels eines Dezimationsfilters bandbegrenzt.
Es gelangt dann zu dem ersten, für die Nutzsignaigewinnung entscheidenden frequenzselektiven Filter 3, hier ausgestaltet als digitaler Tiefpass, welcher den ersten Nutzsignalanteil pLp erzeugt. Zudem ist ein weiterer Tiefpassfilter 4 oder ein langsamer Gradientenfolgefilter zum Erzeugen eines gegenüber dem ersten Nutzsignalanteil niederfrequenteren Signalgleichanteils p0 vorgesehen.
Der niederfrequente Signalgleichanteil umfasst dabei beispielsweise ein Spektrum bis zu ca 0,1 Hz, während der erste Nutzsignalanteil von etwa 0,1 oder 1 Hz bis 300 oder 500 Hz reicht. ln diesem Ausführungsbeispiel wird aus dem ersten Nutzsignalanteil pLp noch ein bereinigtes Signal erzeugt, indem im Summierer 5 der Signalgleichanteil abgezogen wird.
Zudem wird der andere, hier also der zweite Nutzsignalanteil pHp erzeugt. Hier wird beispielsweise ein Spektrum von 300 bzw. 500 Hz bis oberhalb von 10kHz, bspw. bis zu 30 kHz berücksichtigt. Dies kann natürlich ebenfalls durch ein Filter aus dem direkten oder vorverarbeiteten Gesamtsignal erfolgen. Preiswertiger jedoch ist die Ausgestaltung mittels eines weiteren Summierers 7, bei dem hier der so erzeugte erste Nutzsignalanteil vom direkten oder vorverarbeiteten Gesamtsignal p abgezogen wird.
Der zweite Nutzsignalanteil pHp kann damit vorzugsweise abweichend zum ersten Nutzsignalanteil bewertet, insbesondere in einem Absolutwertbildner 8 der vorzeichenfreie Betrag p|Hp| des zweiten, höherfrequenten Nutzsignalanteils gebildet und dieser ggfs. nochmals in einem Mittelwertbildner oder Dezimationsfilter geglättet werden. Dieses Signal entspricht damit in etwa der Energie im zweiten Nutzsignalanteil.
Erfindungsgemäß ist eine Auswerteeinheit 12 zur Auswertung des zweiten Nutzsignalanteils (PHP), vorzugsweise natürlich auch des ersten Nutzsignalanteils (pLp) vorgesehen. Alternativ können aus dem ersten und/oder zweiten Nutzsignalanteil auch abgeleitete Signale erzeugt und diese ausgewertet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Variante mit einer besonders bevorzugten Relativbewertung jeweils eines zugeführten Nutzsignals bzw. daraus abgeleiteten Signals zum jeweiligen Signalgleichanteil pD im Dividierer 6 vorgesehen.
Abhängig von einem Steuersignal beispielsweise der Auswerteeinheit 12 wird eine Schalteinheit 9 geschaltet, welche entsprechend dem Steuersignal neben dem Signalgleichanteil p0 dem Dividierer 6 den ersten Nutzsignalanteil (pLp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal (PLP-PO) bzw. den zweiten Nutzsignalanteil (pHp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal (P|HP|) zuführt und so am Ausgang der Aufprallsensoreinheit an die Leitung 1 1 zur Auswerteeinheit 12 das entsprechende Relativsignal, also entweder das aus dem ersten Nutzsignalanteil gewonnene ( LP-PO)/PO bzw. das aus dem zweiten Nutzsignalanteil gewonnene P|HP PO zugeführt und dort ausgewertet wird.
Bei dieser Ausgestaltung kann die Leitung 1 1 für beide Nutzsignalanteile genutzt werden. Der Wechsel zwischen den Nutzsignalanteilen kann dabei zyklisch, d.h. vergleichbar einem Zeittnultipiex bei jedem Takt oder vorzugsweise in Abhängigkeit bestimmter Signaleigenschaften oder anderweitig sensierter Ereignisse oder eines bestimmten Steuersignals erfolgen. So kann beispielsweise aus dem Verlauf des Drucksignals selbst heraus eine Umschaltung eingeleitet werden oder in Abhängigkeit vom Signal einer Umgebungsüberwachung bei Erkennen kritischer Objekte im Nahbereich des Fahrzeugs eine Auswertung bspw. des ersten oder zweiten, höherfrequenten Nutzsignalanteils bzw. oder des daraus abgeleiteten Signals (PIH I) aktiviert werden.
Zudem ist vorgesehen, zum Funktionstest im Hohlraum eine Schwingung im Bereich des zweiten höherfrequenten Nutzsignalanteils (pHp) erzeugt und dabei zumindest auch der zweite, höherfrequente Nutzsignalanteil (pHp) oder ein daraus abgeleitetes Signal PIHPI) bewertet oder dieser zweite, höherfrequente Nutzsignalanteil (pHp) oder das daraus abgeleitete Signal (PIHPI) relativ zum Signalgleichanteil (p0) bewertet wird.

Claims

Patentansprüche
1 ) Verfahren zur Aufpralldetektion mittels Aufprallsensoreinheit mit dem Drucksensor (P) zur Erfassung eines Drucks oder relativen Druckänderung in einem Hohlraum eines Fahrzeugs, das Signal (p) des Drucksensors in zumindest einen ersten Nutzsignalanteil (pLp) und einen zweiten, demgegenüber höherf equenten Nutzsignalanteil (PHP) unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
abhängig von einem Steuersignal die Aufprallsensoreinheit an ihrem Ausgang ausgibt entweder
- den ersten Nutzsignalanteil (pLp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal ((PLP-PO) bzw.
(PLP-POVPO)) oder
- den zweiten Nutzsignalanteil (pHp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal (ρ!Ηρ| bzw.
2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass neben den beiden Nutzsignalanteilen (PLP.PHP) ein gegenüber dem ersten Nutzsignalanteil niederfrequenterer Signalgleichanteil (p0) ermittelt wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nutzsignalanteil (pHP) oder ein daraus abgeleitetes Signal (p|HP|) relativ zum Signalgleichanteil (p0) bewertet wird, insbesondere der Quotient aus dem zweiten, höherfrequenten Nutzsignalanteil (pHp) oder ein daraus abgeleitetes Signal (p,HPi) geteilt durch den Signalgleichanteil (p0) gebildet wird.
4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Funktionstest im Hohlraum eine Schwingung im Bereich des zweiten höherfrequenten Nutzsignalanteils (pHp) erzeugt und dabei zumindest auch der zweite, höherfrequente Nutzsignalanteil (pHp) oder ein daraus abgeleitetes Signal ( |Hp|) bewertet oder dieser zweite, höherfrequente Nutzsignalanteil (pHp) oder das daraus abgeleitete Signal (p|Hp|> relativ zum Signalgleichanteil (p0) bewertet wird. 5) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Signal einer Umgebungsüberwachung bei Erkennen kritischer Objekte im Nahbereich des Fahrzeugs eine Auswertung des zweiten, höherfrequenten Nutzsignalanteils bzw. oder des daraus abgeleiteten Signals (P(HP|) aktiviert wird.
6) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzeichenfreie Betrag (P|HP|) des zweiten, höherfrequenten Nutzsignalanteils bewertet wird.
7) Aufprallsensoreinheit mit einem Drucksensor (P) zur Erfassung eines Drucks oder einer relativen Druckänderung in einem Hohlraum eines Fahrzeugs, wobei die Aufprallsensoreinheit
Mittel aufweist, welche das Signal (p) des Drucksensors in zumindest einen ersten Nutzsignalanteil (pLp) und einen zweiten, demgegenüber höherfrequenten Nutzsignalanteil (PHP) unterteilen,
und Mittel (9) vorgesehen sind, so daß die Aufprallsensoreinheit an ihrem Ausgang abhängig von einem Steuersignal entweder
- den ersten Nutzsignalanteil (pLp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal ((PLP-PO) bzw.
(PLP-PO)/PO)) ausgibt oder
- den zweiten Nutzsignalanteil (pHp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal (p)Hp| bzw. p1HP|/po) ausgibt.
8) Aufprallsensoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
a) zumindest ein erstes frequenzselektives Filter (3) vorgesehen ist, dem das Gesamtsignal des Drucksensors direkt oder vorverarbeitet zugeführt wird und welches entweder den ersten oder zweiten Nutzsignalanteil erzeugt und
b1) Mittel (7) vorgesehen sind, um entweder den so erzeugte Nutzsignalanteil vom direkten oder vorverarbeiteten Gesamtsignal abgezogen und so der andere Nutzsignalanteil (pHp) erzeugt oder
b2) mittels eines zweiten, vom ersten entsprechend abweichend frequenzselektiven Filters der andere Nutzsignalanteil (pHp) erzeugt wird. 9) Aufprallsensoreinheit nach Anspruch 8, wobei ein Betragbildner (8) zur Bildung des vorzeichenfreien Betrags (P|HPI) des zweiten Nutzsignalanteils vorgesehen ist.
10) Aufprallsensoreinheit nach Anspruch 9, wobei
a) Mittel (4) zum Erzeugen eines gegenüber dem ersten Nutzsignalanteils niederfrequenteren Signalgleichanteils (pQ) vorgesehen sind,
b) Mittel (6) zur Erzeugen eines Quotienten zweier Signale vorgesehen sind und neben dem Signalgleichanteil (p0) abhängig vom Steuersignal entweder
b1) der erste Nutzsignalanteil (pLp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal (PLP-PO) oder b2) der zweite Nutzsignalanteil (pHp) bzw. ein daraus abgeleitetes Signal
zugeführt und
c) am Ausgang der Aufprallsensoreinheit an die Leitung zur Steuereinheit jeweils ein entsprechendes Relativsignal ((pLp-po)/p0) bzw. p|Hp|/po) bereitgestellt wird.
1 1) Kraftfahrzeug mit einem Aufpralldetektorsystem mit einer Aufprallsensoreinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 10 sowie einer damit über zumindest eine Leitung (11) verbundene, räumlich getrennte Steuereinheit (12) zur Auswertung des Signals der Aufprallsensoreinheit vorgesehen ist.
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