Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug gemäß den Oberbegriffen der beigefügten, unabhängigen Patentansprüche. Unfallschutzeinrichtungen, für die eine solche Steuervorrichtung beispielsweise vorgesehen ist, sind Airbageinrichtungen, Gurtstraffer, Überrollbügel usw.The invention relates to a control device for a Unfall protection device in a vehicle according to the general conceptfen of the attached independent claims. Accidentprotective devices for which such a control deviceprovided, for example, are airbag devices,Belt tensioners, roll bars etc.
Eine bekannte Steuervorrichtung (DE 196 45 952 A1), von der die Oberbegriffe der Ansprüche ausgehen, enthält drei Beschleunigungssensoren, die unterschiedlich gerichtete Empfindlichkeitsachsen in einer etwa durch die Fahrzeuglängsachse und die Fahrzeugquerachse festgelegten Ebene aufweisen. In einem Mikroprozessor werden aus zwei der drei von den Sensoren gelieferten Beschleunigungssignalen die Richtung und die Stärke einer auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung ermittelt. Zumindest eine dieser ermittelten Größen wird unter Verwendung des von dem dritten Beschleunigungssensor gelieferten Signals überprüft. Wird eine Unstimmigkeit festgestellt, so wird ein Auslösen der Unfallschutzeinrichtung, die einen Airbag, einen Gurtstraffer, einen Überrollbügel usw. umfassen kann, verhindert.A known control device (DE 196 45 952 A1), of thethe preambles of the claims go out, contains three Beacceleration sensors, the different directional Empaxes of sensitivity in a roughly through the vehicle longitudinal axisse and have the vehicle transverse axis defined plane. Ina microprocessor becomes two of the three from the Sensoprovided acceleration signals the direction and theStrength of an acceleration acting on the vehicleaverages. At least one of these sizes is determined underUsing the gelie from the third acceleration sensorfar signal checked. If there is a discrepancyprovides a triggering of the accident protection device, thean airbag, a belt tensioner, a roll bar, etc.may include prevented.
An Steuervorrichtungen für Unfallschutzeinrichtungen werden hohe Anforderungen gestellt. Auch schwer detektierbare Crashtypen, wie z. B. Pole-Crashs mit zentraler Beschleunigungssensierung müssen sicher erfasst werden. Der Zeitpunkt des Unfallbeginns muss auch bei 30° Schrägaufprall genau bestimmt werden. Wenn Safing-Funktionen vorgesehen sind, bei denen ein Safing-Schalter zur Aktivierung des Insassenschutzsystems geschlossen sein muss, muss gewährleistet sein, dass der Safing-Schalter rechtzeitig geschlossen wird, auch wenn Beschleunigungsaufnehmer beispielsweise für eine Seitencrash-Detektion ausgelagert sind.At control devices for accident prevention deviceshigh demands made. Crash that is difficult to detecttypes, such as B. Pole crashes with central accelerationsensations must be recorded safely. The time ofThe beginning of the accident must be precisely determined even in the case of a 30 ° inclined impactbecome. If safing functions are provided, for which aSafing switch to activate the occupant protection systemmust be closed, it must be ensured that the Sacaught switch is closed in time, even if accelerometer for example for a side crashDetection are outsourced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug zu schaffen, mit der unterschiedlichen Crasharten sicher erkannt werden können, so das eine wirksamen Auslösung der Unfallschutzeinrichtung gewährleistet ist.The invention has for its object a control devicedevice for an accident prevention device in a vehiclecreate, with the different crash types safely recognizedcan be an effective triggering of the accidentprotective device is guaranteed.
Eine erste Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird mit einer Steuervorrichtung gemäß dem Anspruch 1 erzielt.A first solution of the problem underlying the inventionbe he with a control device according to claim 1aims.
Dadurch, dass erfindungsgemäß vier Beschleunigungssensoren vorgesehen sind, deren Empfindlichkeitsrichtungen in vier unterschiedliche Raumrichtungen zeigen, ist eine Redundanz bezüglich der Berechnung der Beschleunigungen in Fahrzeuglängsrichtung, Fahrzeugquerrichtung und Hochrichtung des Fahrzeugs bzw. den drei Richtungen eines rechtwinkligen Koordinatensystems gegeben, die in unterschiedlichster Weise vorteilhaft ausgenützt werden kann.The fact that four acceleration sensors according to the inventionare provided, the directions of sensitivity in four unShow different spatial directions is redundancyregarding the calculation of the accelerations along the vehicleDirection, transverse direction and vertical direction of the vehicleor the three directions of a right-angled coordinate systemTems given, which are advantageous in various wayscan be exploited.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird der Vorteil erzielt, dass ein fehlerhafter Beschleunigungssensor dadurch zuverlässig erkannt werden kann, dass das gemäß dem Anspruch 2 errechnete Summensignal einen Schwellwert übersteigt.With the features of claim 2, the advantage is achievedthat a faulty acceleration sensor is reliablesig can be recognized that he according to claim 2calculated sum signal exceeds a threshold.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird eine besonders sichere Möglichkeit geschaffen, die in der Fahrzeuglängs-, -quer- und -hochrichtung wirkenden Beschleunigungen mit dem an sich übereinstimmenden System der Beschleunigungssensoren zu erkennen. Auch bei Ausfall eines Sensors werden noch verwertbare Signale erhalten.With the features of claim 3 is a particularly safePossibility created in the vehicle longitudinal, transverse andaccelerations acting vertically with the per se üto match the system of the acceleration sensorsnen. Even if one sensor fails, it can still be usedReceive signals.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 kann auch bei Ausfall eines Sensors die in Fahrzeugquer-, -längs- und -hochrichtung wirkende Beschleunigung nach Identifikation des fehlerhaften Sensors genau ermittelt werden.With the features of claim 4 can even in the event of failureSensors that act in the vehicle's transverse, longitudinal and vertical directions Acceleration after identification of the faultySensors can be determined exactly.
Die Ansprüche 5 bis 7 sind auf vorteilhafte Anordnungen der Beschleunigungssensoren und deren Empfindlichkeitsrichtungen gerichtet.Claims 5 to 7 are based on advantageous arrangements of theAccelerometers and their directions of sensitivitydirected.
Die Merkmale des Anspruchs 8 sind auf eine Steuervorrichtung gerichtet, die eine weitere Lösung der Erfindungsaufgabe schafft.The features of claim 8 are on a control devicedirected, which is another solution to the invention taskcreates.
Die Möglichkeit, auf einen Crash zurück gehende Körperschallsignale zusätzlich zu den Signalen auszuwerten, die die Fahrzeugbeschleunigung- bzw. -verzögerung insgesamt angeben, schafft zusätzliche Möglichkeiten, Crashs sicher und rechtzeitig zu erkennen. Durch Auswertung des Körperschalls kann beispielsweise ein Safing-Schalter rechtzeitig geschlossen werden, so dass das Insassenschutzsystem für die Auslösung von Airbags, von Gurtstraffern usw. aktiviert ist und deren Auslösung entsprechend der Auswertung der weiteren Signale erfolgen kann.The possibility of structure-borne noise due to a crashevaluate signals in addition to the signals that driveSpecify total tool acceleration or deceleration,creates additional ways of crashes safely and fairlyrecognized early. By evaluating structure-borne noiseFor example, a safing counter is closed in timeso that the occupant protection system for triggeringof airbags, belt tensioners, etc. is activated and theirTriggered according to the evaluation of the other signalscan be done.
Die Unteransprüche 9 bis 12 kennzeichnen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Steuervorrichtung gemäß dem Anspruch 8.The subclaims 9 to 12 characterize advantageous designsForms and developments of the control device accordingclaim 8.
Besonders vorteilhaft ist es, gemäß dem Anspruch 13 in einer Steuervorrichtung mit mehreren Beschleunigungssensoren breitbandig empfindliche Beschleunigungssensoren zu verwenden, deren Ausgangssignale eine Auswertung bezüglich Körperschall und Fahrzeugbeschleunigung insgesamt zulassen. Die niederfrequenten Fahrzeugbeschleunigungen und die höherfrequenten, durch Körperschallübertragung bedingten Beschleunigungen können erkannt und in intelligenten Auslösealgorithmen für eine sichere Auslösung der Unfallschutzeinrichtung verwertet werden.It is particularly advantageous according to claim 13 in oneControl device with multiple acceleration sensors wideto use tape-sensitive acceleration sensors, deRen output signals an evaluation regarding structure-borne noiseand allow vehicle acceleration overall. The Niederfrequent vehicle accelerations and the higher-frequency,accelerations caused by structure-borne noise canrecognized and in intelligent triggering algorithms for onewho triggers safe triggering of the accident protection devicethe.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is illustrated below with the aid of a schematic drawingfor example and with further detailstert.
Es stellen dar:They represent:
Fig. 1 schematische Aufsicht auf ein Fahrzeug mit Steuervorrichtung und Unfallschutzeinrichtung undFig. 1 is a schematic plan view of a vehicle with Steuerervor direction and accident prevention device and
Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Anordnung der Beschleunigungssensoren,Fig. 2 is a sketch for explaining the arrangement of the acceleration sensors Be,
Fig. 3 eine Auswerteschaltung,Fig. 3 is an evaluation circuit,
Fig. 4 eine Skizze zur Verdeutlichung räumlicher Beziehungen,GenFig. 4 is a sketch showing spatial Beziehun,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines breitbandig empfindlichen Beschleunigungssensors mit nachgeschalteter Auswerteinrichtung,Figure 5 is a block diagram ofdevice. A broadband sensitive acceleration sensor with a downstream evaluation system,
Fig. 6 eine Ansicht eines senkrechten Schnittes durch eine Sensoranordnung,Fig. 6 is a view of a vertical section through a sensor array,
Fig. 7 eine Aufsicht auf die Sensoranordnung nachFig. 6 undFig. 7 is a plan view of the sensor arrangement according toFig. 6 and
Fig. 8 eine Aufsicht auf ein Sensorelement.Fig. 8 is a plan view of a sensor element.
GemäßFig. 1 ist in einem Fahrzeug2 etwa in zentraler Position, beispielsweise im Schwerpunkt, ein Steuergerät4 angeordnet, das eine Sensoranordnung6 mit vier in den Ecken eines Tetraeders angeordneten Beschleunigungssensoren8, eine Auswerteschaltung10 und eine Steuerschaltung12 zum Auslösen eines Fahrerairbags14 und/oder eines Beifahrerairbags16 aufweist.According toFig. 1 in a vehicle2 about tion in a central Posi, for example in the center of gravity, a control device4 arranged that a sensor arrangement6 with four arranged in the corners ei nes tetrahedron acceleration sensors8, an evaluation circuit10 and a control circuit12 for triggering a driver airbag14 and / or a passenger airbag16 .
Die Auswerteschaltung10 und die Steuerschaltung12 können in einem Mikroprozessor mit entsprechenden Programmen zusammengefasst sein.The evaluation circuit10 and the control circuit12 can be combined in a microprocessor with corresponding programs.
Der Aufbau und die Funktion der einzelnen Bauelemente bzw. Baugruppen sind an sich bekannt und werden daher nicht erläutert.The structure and function of the individual components orModules are known per se and are therefore not explainedtert.
Fig. 2 stellt die Anordnung der vier Beschleunigungssensoren8 der Sensoranordnung6 dar.Fig. 2 illustrates the arrangement of the four acceleration sensors8 illustrates the sensor arrangement6.
Jeder der Beschleunigungssensoren8 befindet sich in der Ecke eines gleichseitigen Tetraeders, dessen sichtbare Kanten gestrichelt sind und dessen nicht sichtbare Kante strichpunktiert ist. Die Beschleunigungssensoren8 weisen jeweils eine bevorzugte Empfindlichkeitsrichtung auf, in der sie Beschleunigungen und Verzögerungen erfassen und entsprechende Ausgangssignale liefern. Die Beschleunigungssensoren sind in den Ecken A, B, C und D des Tetraeders derart angeordnet, dass sich die Achsen ihrer Empfindlichkeitsrichtungen T, U, V und W im Mittelpunkt M des Tetraeders schneiden. Auf diese Weise bilden die Empfindlichkeitsrichtungen jeweils einen Winkel γ von 120° miteinander.Each of the acceleration sensors8 is located in the corner of an equilateral tetrahedron, the visible edges of which are dashed lines and the non-visible edge of which is dash-dot lines. The acceleration sensors8 each have a preferred direction of sensitivity, in which they record accelerations and delays and deliver corresponding output signals. The acceleration sensors are arranged in the corners A, B, C and D of the tetrahedron such that the axes of their sensitivity directions T, U, V and W intersect at the center M of the tetrahedron. In this way, the sensitivity directions each form an angle γ of 120 ° with one another.
Die Anordnung der Beschleunigungssensoren8 in den Ecken eines gleichseitigen Tetraeders ist nicht zwingend. Die Beschleunigungssensoren können auch nahe benachbart auf einer Linie oder in einer Ebene angeordnet sein. Erfindungswesentlich ist vor allem, dass die Empfindlichkeitsrichtungen der Beschleunigungssensoren in vier unterschiedliche Raumrichtungen zeigen, wobei die Anordnung derart ist, dass nicht zwei Empfindlichkeitsrichtungen in einer gemeinsamen Ebene liegen.The arrangement of the acceleration sensors8 in the corners of an equilateral tetrahedron is not mandatory. The acceleration sensors can also be arranged in close proximity on a line or in one plane. Above all, it is essential to the invention that the sensitivity directions of the acceleration sensors point in four different spatial directions, the arrangement being such that not two sensitivity directions lie in a common plane.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Auswerteschaltung. Mit T, U, V, W ist jeweils das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors8 der entsprechenden Empfindlichkeitsrichtung bezeichnet.10 bezeichnet die Auswerteschaltung. X, Y, Z bezeichnen die aus den Ausgangssignalen T, U, V und W in der Auswerteschaltung10 errechneten Beschleunigungswerte in X, Y und Z-Richtung, wobei X beispielsweise die Fahrzeuglängsrichtung, Y die Fahrzeugquerrichtung und Z die Fahrzeughochrichtung sein kann. Mit18 ist jeweils ein Tiefpassfilter bezeichnet, das nur die Signalanteile mit einer Frequenz von beispielsweise unter 300 Hz durchläßt und mit 20 ist jeweils ein Hochpassfilter bezeichnet, das die Signalanteile mit Frequenzen oberhalb von beispielsweise 4 kHz durchläßt, so daß ausgangsseitig jeweils Signale zur Verfügung stehen, die der jeweiligen Fahrzeugbeschleunigung und dem jeweiligen Körperschall entsprechen. Die Signale können zur intelligenten Ansteuerung der Airbags verwendet werden und/oder das Körperschallsignal kann beispielsweise als Safing-Signal verwendet werden. Das Hochachsensignal (Z-Signal) kann für eine Überschlagerkennung oder, besonders vorteilhaft, in seinen hochfrequenten Körperschallanteilen, als Safing-Signal verwendet werden. Mit Σ ist ein Ausgangssignal bezeichnet, das der gegebenenfalls gewichteten Summe der Eingangssignale T, U, V und W entspricht.Fig. 3 shows an example of an evaluation circuit. With T, U, V, W, the output signal of the acceleration sensor8 of the corresponding sensitivity direction is designated.10 denotes the evaluation circuit. X, Y, Z denote the acceleration values in the X, Y and Z direction calculated from the output signals T, U, V and W in the evaluation circuit10 , where X can be the vehicle longitudinal direction, Y the vehicle transverse direction and Z the vehicle vertical direction, for example. At18 , a low-pass filter is referred to, which only allows the signal components with a frequency of, for example, less than 300 Hz and with 20, a high-pass filter is referred to, which passes the signal components with frequencies above half of, for example, 4 kHz, so that each output signals are available that correspond to the respective vehicle acceleration and the respective structure-borne noise. The signals can be used for intelligent control of the airbags and / or the structure-borne noise signal can be used, for example, as a safing signal. The high-axis signal (Z signal) can be used as a safing signal for rollover detection or, particularly advantageously, sound components in its high-frequency body. With Σ an output signal is designated, which corresponds to the possibly weighted sum of the input signals T, U, V and W.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der bidirektional empfindlichen Sensoren kann ein Summensignal aus den vier Ausgangssignalen erzeugt werden, das unabhängig von der Beschleunigungsrichtung des Fahrzeugs etwa Null ist. Somit ist der Ausfall eines Beschleunigungssensors oder ein Fehler in dessen Anschlußleitungen dadurch erkennbar, dass das Summensignal größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Andererseits kann durch Einzelauswertung der Signale der Sensoren die jeweilige Beschleunigung in Fahrzeuglängs-, -quer- und -hochrichtung errechnet werden.With the arrangement of the bidirectionally empsensitive sensors can generate a sum signal from the four offoutput signals are generated, regardless of the Beacceleration direction of the vehicle is approximately zero. So isthe failure of an accelerometer or an error inwhose connecting lines can be recognized in that the buzzingsignal is greater than a predetermined threshold. Otheron the one hand, by individually evaluating the signals from the sensorsthe respective acceleration in vehicle longitudinal, transverse andvertical direction can be calculated.
Wenn die Sensoren mit vorbestimmten Empfindlichkeitsrichtungen angeordnet sind und gleiche Empfindlichkeiten aufweisen, können aus den Ausgangssignalen T, U, V und W der Sensoren die Beschleunigungen X, Y und Z in den drei orthogonalen Raumrichtungen nach folgender Formel berechnet werden:
If the sensors are arranged with predetermined sensitivity directions and have the same sensitivities, the accelerations X, Y and Z in the three orthogonal spatial directions can be calculated from the output signals T, U, V and W of the sensors according to the following formula:
Für die Bestimmung der Umwandlungsmatrix N (vier Spalten, drei Zeilen) wird dabei vorteilhafterweise die Methode der Minimierung des mittleren Fehlerquadrates eingesetzt.For the determination of the conversion matrix N (four columns,three lines), the method ofMinimization of the mean square error used.
Es ergeben sich mathematisch besonders einfach zu berechnende Beziehungen, wenn die Beschleunigungssensoren gemäßFig. 4 angeordnet sind. T fällt dabei mit X zusammen, V mit Z und U mit Y, die jeweils senkrecht aufeinander stehen. W bildet mit den drei orthogonalen Raumrichtungen X, Y und Z einen Winkel 8 von jeweils 125, 24°.Relationships that are particularly easy to calculate mathematically result when the accelerationsensors are arranged according toFIG. 4. T coincides with X, V with Z and U with Y, which are perpendicular to each other. W forms an angle 8 of 125, 24 ° with the three orthogonal spatial directions X, Y and Z.
Die Umwandlungsmatrix N (vier Spalten, drei Zeilen) beträgt dann unter Anwendung der Minimierung des mittleren Fehlerquadrates als Ausgleichsverfahren:
The conversion matrix N (four columns, three rows) is then, using the minimization of the mean square of error as a compensation method:
Durch Anwendung dieser Matrix zur Umrechnung lassen sich somit die relevanten Fahrzeugbeschleunigungen sicher herleiten.By using this matrix for the conversion you canderive the relevant vehicle accelerations safely.
Bei der Anordnung der Sensoren gemäßFig. 4 ergibt sich bei einer Gewichtung des Ausgangssignals W mit dem Faktor 1,73 das Summensignal Σ = T + U + V + 1,73 × W ≈ Null, unabhängig von der Richtung der einwirkenden Beschleunigung (bei der Anordnung derFig. 2 ist wegen der vollen Symmetrie Gewichtsfaktor Null).In the arrangement of sensors according toFig. 4 results in a weighting of the output signal W with the factor of 1.73, the sum signal Σ = T + U + V + W ≈ 1.73 × zero, regardless of the direction of the acting acceleration (at Anord the voltage ofFig. 2 is due to the full symmetry weight factor of zero).
Für die Umrechnungsmatrizen Nn, aus denen bei einem defekten Beschleunigungssensor die Beschleunigungswerte in X, Y und Z-Richtung entsprechend der obigen Formel aus den Ausgangssignalen der drei intakten Sensoren errechnet werden können, ergeben sich folgende Matrizen:The following matrices result for the conversion matrices Nn , from which the acceleration values in the X, Y and Z directions can be calculated in the case of a defective acceleration sensor in accordance with the above formula from the output signals of the three intact sensors:
Wenn der Beschleunigungssensor T defekt ist, ergibt sich:
If the acceleration sensor T is defective, the result is:
Wenn der Beschleunigungssensor U defekt ist, ergibt sich:
If the acceleration sensor U is defective, the result is:
Wenn der Beschleunigungssensor V defekt ist, ergibt sich:
If the acceleration sensor V is defective, the result is:
Wenn der Beschleunigungssensor W defekt ist, ergibt sich:
If the acceleration sensor W is defective, the result is:
Die Auswertung in der Auswerteschaltung10 kann in einfacher Weise so erfolgen, dass bei überschwelligem Summensignal (Zeichen dafür, dass ein Beschleunigungssenor defekt ist), übergegangen wird auf eine Einzelauswertung anhand der vorgenannten Matrizen, bei der jeweils eine der Auswertungen Beschleunigungen in X-, Y- und Z-Richtung ergibt, die mit den Beschleunigungswerten zumindest annähernd übereinstimmen, die unter Auswertung aller vier Beschleunigungssensoren mit Hilfe der aus vier Spalten und drei Zeilen bestehenden Umrechnungsmatrix berechnet sind, wohingegen die drei anderen der Tripel, die unter Berücksichtigung des Ausgangssignals eines fehlerhaften Beschleunigungssensors ermittelt wurden, weniger gut übereinstimmen. Auf diese Weise kann sowohl der fehlerhafte Sensor erkannt werden als auch die Auslösung der Rückhaltemittel erfolgen, in dem die als richtig erkannten Werte für die Beschleunigungen in X-, Y- und Z-Richtung verwendet werden.The evaluation in the evaluation circuit10 can be carried out in a simple manner in such a way that in the case of an over-threshold sum signal (sign that an acceleration sensor is defective), a transition is made to an individual evaluation using the aforementioned matrices, in each of which one of the evaluations accelerations in X. -, Y and Z directions, which at least approximately match the acceleration values, which are calculated by evaluating all four acceleration sensors using the conversion matrix consisting of four columns and three rows, whereas the other three triples, the un ter were considered taking into account the output signal of a faulty acceleration sensor, agree less well. In this way, both the faulty sensor can be recognized and the triggering of the restraint means can be carried out by using the values recognized as correct for the accelerations in the X, Y and Z directions.
Alternativ kann, sobald mit Hilfe des (gewichteten) Summensignals ein Fehler erkannt wird, durch Einzelabfrage der Sensoren, beispielsweise durch Beaufschlagung mit Prüfimpulsen, der fehlerhafte Sensor ermittelt werden und dann die Berechnung der Beschleunigungen mit der richtigen Matrix erfolgen.Alternatively, as soon as using the (weighted) totalsigWhen an error is detected, Senso polls it individuallyren, for example by applying test pulses, thefaulty sensor can be determined and then the calculationaccelerations are done with the correct matrix.
Es versteht sich, dass die Auswerteschaltung10 in einem Rechner durch Software realisiert sein kann oder unmittelbar in Form von Hardware ausgeführt sein kann.It goes without saying that the evaluation circuit10 can be implemented in a computer by software or can be implemented directly in the form of hardware.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild mit einem Beschleunigungssensor und nachgeschalteter Auswerteinrichtung. Der insgesamt mit22 bezeichnete Beschleunigungssensor enthält ein Sensorelement24 mit integriertem Vorverstärker, dem ein Zwischenverstärker26 nachgeschaltet ist, in dem ein Abgleich erfolgt. An den Zwischenverstärker26 ist ein Endverstärker28 mit einem Tiefpassfilter angeschlossen, dessen Ausgang mit einer Steuereinheit30 verbunden ist, die einen Mikroprozessor mit zugehörigen Speichereinrichtungen enthält und beispielsweise unmittelbar zur Ansteuerung von Insassenschutzmitteln dient. Parallel zu dem Endverstärker28 liegt eine Auswerteeinheit32, der die Ausgangssignale des Zwischenverstärkers26 ohne Filterung zugeführt werden, und die ebenfalls mit der Steuereinheit30 verbunden ist.Fig. 5 shows a block diagram with an acceleration sensor and downstream evaluation device. The acceleration sensor, designated overall by22 , contains a sensor element24 with an integrated preamplifier, to which an intermediate amplifier26 is connected, in which an adjustment takes place. To the intermediate amplifier26 , a power amplifier28 is connected to a low-pass filter, the output of which is connected to a control unit30 , which contains a microprocessor with associated storage devices and is used, for example, directly to control occupant protection means. Parallel to the power amplifier28 is an evaluation unit32 , to which the output signals of the intermediate amplifier26 are supplied without filtering, and which is also connected to the control unit30 .
Der Beschleunigungssensor22 ist beispielsweise in dem zentralen Steuergerät4 (Fig. 1) angeordnet. Das Sensorelement24 ist mechanisch relativ wenig gedämpft. Seine Dämpfung liegt vorzugsweise zwischen geringer Dämpfung und kritischer Dämpfung (0,7). Seine Resonanzfrequenz liegt vorteilhafterweise zwischen 5 und 50 KHz, bevorzugt zwischen 15 und 50 KHz. Das Sensorelement24 arbeitet vorzugsweise kapazitiv oder piezoelektrisch. Seine Empfindlichkeitsrichtung ist vorzugsweise lateral, d. h. liegt in der Ebenen einer Leiterplatte oder eines Chips, in die bzw. den das Sensorelement eingebaut bzw. integriert ist.The acceleration sensor22 is arranged, for example, in the central control unit4 (FIG. 1). The sensor element24 is damped relatively little mechanically. Its damping is preferably between low damping and critical damping (0.7). Its resonance frequency is advantageously between 5 and 50 kHz, preferably between 15 and 50 kHz. The sensor element24 preferably works capacitively or piezoelectrically. Its direction of sensitivity is preferably lateral, ie it lies in the planes of a printed circuit board or egg chip into which the sensor element is built or integrated.
Mit der geschilderten Anordnung, bei der der Beschleunigungssensor22 zwei Ausgänge hat, wird erreicht, dass der Steuereinheit30 über die Auswerteeinheit32 zum einen Beschleunigungssignale im Ultraschallbereich zugeführt werden, die den von einem Crash innerhalb des Fahrzeugs übertragenen Körperschall angeben und zum anderen über den Verstärker28 in herkömmlicher Weise gefilterte Signale, die die Fahrzeugverzögerung insgesamt angeben. Dies wird mit nur geringem zusätzlichen Aufwand erreicht, indem eine zusätzliche Leitung nach außen geführt ist, die nach dem Zwischenverstärker26 abgeht.With the arrangement described, in which the acceleration sensor22 has two outputs, it is achieved that the control unit30 is supplied via the evaluation unit32, on the one hand, acceleration signals in the ultrasonic range, which indicate the sound transmitted by a crash inside the vehicle and for other through the amplifier28 in a conventional manner filtered signals that specify the vehicle delays tion as a whole. This is achieved with only a little additional effort by leading an additional line to the outside, which leads to the repeater26 .
Mit Hilfe eines einzigen Sensorelements können somit Körperschallsignale und Gesamtbeschleunigungssignale ausgewertet werden.With the help of a single sensor element, bodies cansound signals and total acceleration signals evaluatedbecome.
Es werden folgende Vorteile erzielt:The following advantages are achieved:
Schwer detektierbare Crashs, beispielsweise Pole-Crashs, können zentral sensiert werden, ohne dass aufwendige, ausgelagerte Sensoren erforderlich sind.Crashes that are difficult to detect, for example pole crashes, canbe sensed centrally without the need for complex, outsourcedte sensors are required.
Auch in schwierigen Fällen, beispielsweise bei einem 30°-Aufprall, kann der Zeitpunkt des Crashbeginns genau bestimmt werden.Even in difficult cases, for example with a 30 °Impact, the time of the beginning of the crash can be determined exactlybecome.
Auch für ausgelagerte Beschleunigungsssatelliten, beispielsweise zur Seitencrashdetektion, ist eine schnelle, zentrale Safing-Funktion möglich.Also for outsourced acceleration satellites, for exampleway for side crash detection, is a fast, centralSafing function possible.
Lateral empfindliche Sensoren sind in der Regel schwach gedämpft und montagefreundlich, da die Chipebene in der Leiterplatten- bzw. Hybridebene liegt. Solche Sensoren erlauben die Realisierung von zwei und mehr Sensorelementen mit beliebigen Zwischenwinkeln in einer Ebene auf einem einzigen Sensorelementenchip.Lateral sensitive sensors are usually weakdampens and is easy to install, as the chip level in the PCB or hybrid level. Such sensors allow theRealization of two and more sensor elements with anyIntermediate angles in one plane on a single sensor elementment chip.
Es versteht sich, dass die Anordnung gemäßFig. 5 auch in der derFig. 2 verwendet werden kann. Des Weiteren kann die Schaltung gemäßFig. 5 in vielfältiger Weise abgeändert werden, indem beispielsweise der Verstärker28 und/oder die Auswerteinheit32 in die Steuereinheit30 integriert werden.It goes without saying that the arrangement according toFIG. 5 can also be used in that ofFIG. 2. Further, the scarf, the processing ofFIG. Be modified in many ways 5, in the example of the amplifier28 and / or the standardized Auswertein32 integrated in the control unit30.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensoranordnung. Auf einem Bodenblech40 eines Fahrzeugs ist ein vorteilhafterweise aus Metall bestehendes Gehäuse42 unmittelbar befestigt. Das Gehäuse42 weist in seinem Inneren einen Bund44 auf, an dem unmittelbar eine Leiterplatte46 befestigt ist, auf der wiederum beispielsweise durch Löten Beschleunigungssensoren22 angebracht sind. Dadurch, dass das Gehäuse42 unmittelbar und starr mit dem Boden blech 40 verbunden ist und die Leiterplatte46 wiederum unmittelbar und starr mit dem Gehäuse42 verbunden ist, wobei die Leiterplatte46 in direkter Berührung mit den Beschleunigungssensoren ist, besteht eine unmittelbare Körperschallübertragung von dem Bodenblech40 zu den Beschleunigungssensoren22. Die Beschleunigungssensoren22 können unmittelbar den Beschleunigungssensoren22 derFig. 5 entsprechen. Je nach Schaltungsaufbau können der Zwischenverstärker26 und/oder der Endverstärker28 jeweils getrennt auf der Leiterplatte46 ausgebildet sein.Fig. 6 shows a section through an exemplary embodiment of a sensor arrangement. A housing42, which is advantageously made of metal, is fastened directly to a floor panel40 of a vehicle. The housing42 has in its interior a collar44 , on which a Lei terplatte46 is attached, on which in turn, for example by soldering acceleration sensors22 are attached. Since by that the housing42 is directly and rigidly connected to the bottom plate 40 and the circuit board46 is in turn directly and rigidly connected to the housing42 , the circuit board46 being in direct contact with the acceleration sensors, there is an immediate structure-borne noise Transmission from the bottom plate40 to the acceleration sensors22nd The acceleration sensors22 can correspond directly to the acceleration sensors22 ofFIG. 5. Depending on the circuit structure, the intermediate amplifier26 and / or the final amplifier28 can each be formed separately on the printed circuit board46 .
Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf die Leiterplatte46 mit den darauf befindlichen Beschleunigungssensoren22. Die Buchstaben T, U, und W geben in die Empfindlichkeitsrichtungen (Fig. 2) der Beschleunigungssensoren22 an.Fig. 7 shows a plan view of the printed circuit board46 with the acceleration sensors22 located thereon. The letters T, U, and W indicate in the sensitivity directions (FIG. 2) of the acceleration sensors22 .
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sensorelements24 eines "Lateral-g-Sensors". Das Sensorelement24 weist im wesentlichen drei Bauteile auf, nämlich zwei äußere kammartige Bauteile50 und ein inneres doppelkammartiges Bauteil52. Die äußeren kammartigen Bauteile50 sind starren mit der Leiterplatte bzw. einen Grundbauteil des Sensorelements verbunden. Das innere, doppelkammartige Bauteil52 ist relativ zu den äußeren Bauteilen50 in Richtung des Doppelpfeils beweglich und bildet eine träge Masse. Alle Bauteile bestehen beispielsweise aus Aluminium. Bei einer Beschleunigung und/oder Verzögerung in Richtung des Doppelpfeils verschiebt sich das Bauteil52, dessen Zinken zwischen die Zinken der Bauteile50 einragen, relativ zu den Bauteilen50. Diese Verschiebung kann in an sich bekannter Weise als eine elektrische, zwischen den Bauteilen50 abgreifbare Größe erfasst werden. Die Empfindlichkeitsrichtung des Sensorelements24, das in einem breiten Frequenzbereich empfindlich ist, liegt in Richtung des Doppelpfeils.Fig. 8 shows an embodiment of a "lateral G sensor" is a sensor element24. The sensor element24 essentially has three components, namely two outer comb-like components50 and one inner double-comb-like component52 . The outer comb-like components50 are rigidly connected to the printed circuit board or a basic component of the sensor element. The inner, double comb-like component52 is movable relative to the outer components50 in the direction of the double arrow and forms an inert mass. All components are made of aluminum, for example. When accelerating and / or decelerating in the direction of the double arrow, the component52 , the tines of which protrude between the tines of the components50, shifts relative to the components50 . This displacement can be detected in a manner known per se as an electrical,50 part that can be tapped between the construction. The sensitivity direction of the sensor element24 , which is sensitive in a wide frequency range, lies in the direction of the double arrow.
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| R085 | Willingness to licence withdrawn | ||
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