DE19927402A1 - Fahrzeugaufprallerkennungssensorik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugaufprallerkennungssensorik, insbesondere zur Bereitstellung einer Eingangsgröße für eine Auslöselogikeinheit oder zur Erzeugung eines Auslösesignals für ein aktives Insassenschutzsystem, mit einem Radarsender und einem Radarempfänger, die an einem sensortragenden Aufbau des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei der Radarempfänger vom Radarsender abgestrahlte und an einer aufprallrelevanten, sich bei einem Aufprall relativ zum sensortragenden Aufbau bewegenden Reflexionsfläche reflektierte Radarwellen empfängt und einer Dopplerfrequenz-Auswerteeinheit, welche aus der Frequenz der gesendeten Radarwellen und der Frequenz der von der aufprallrelevanten Reflexionsfläche reflektierten Radarwellen die zugehörige Dopplerfrequenz bestimmt und daraus eine Relativbewegung der aufprallrelevanten Reflexionsfläche gegenüber dem sensortragenden Fahrzeugaufbau erkennt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die aufprallrelevante Reflexionsfläche eine mit dem Fahrzeug fest verbundene Fläche, insbesondere eine Außenfläche des Fahrzeugs. DOLLAR A Verwendung z. B. als Fahrzeugaufprallerkennungssensorik an Fahrzeugtüren für das Ansteuern von Seitenairbags.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugaufprallerkennungssensorik, insbesondere zur Bereitstellung einer Eingangsgröße für eine Auslöselogikeinheit oder zur Erzeugung eines Auslösesignals für ein aktives Insassenschutzsystem, nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Aktive Rückhaltesysteme, wie beispielsweise Airbags oder Gurt­ straffer, umfassen häufig eine Fahrzeugaufprallerkennungssenso­ rik, in der Beschleunigungssensoren vorgesehen sind, die auf ei­ ne aufprallrelevante Beschleunigung hin ansprechen, die im Fall einer Aufprallunfallsituation auftritt. Obwohl aktive Rückhalte­ systeme, die auf dem pyrotechnischen Prinzip beruhen, in der La­ ge sind, ihre Wirkung schnell zu entfalten, gibt es Unfallkon­ stellationen, wie beispielsweise Seitenkollisionen direkt in den Türbereich eines Kraftfahrzeuges, bei denen der Aufprall von Be­ schleunigungssensoren mit üblicher Positionierung erst relativ spät erkannt wird.

Eine Fahrzeugaufprallerkennungssensorik der eingangs genannten Art ist aus der DE 195 46 715 A1 bekannt. Darin ist eine Airbag- Sensorik beschrieben, die mehrere Mikrowellen-Sensoren umfaßt, welche jeweils eine Sende- und Empfangsstufe aufweisen. Diese Mikrowellen-Sensoren sind nebeneinander in einer Karosserietür so angeordnet, daß sie die angrenzende Fahrzeugaußenumgebung überwachen. Dazu erzeugen sie ein Frequenzsignal im Bereich von z. B. 76 Ghz und tasten einen Abstandsbereich von ca. Im auf mög­ liche Objekte hin ab, die sich auf das Fahrzeug zubewegen, indem sie ein gegebenenfalls reflektiertes Frequenzsignal detektieren und dieses nach der Dopplerfrequenztechnik auswerten. Aus der Dopplerfrequenz kann die Geschwindigkeit bestimmt werden, mit der sich ein Kollisionsobjekt auf die Mikrowellen-Sensoren zube­ wegt, worauf bei Überschreiten eines Schwellwertes eine Auslö­ sung des Airbags erfolgt.

Die DE 92 15 383 U1 offenbart einen in einer Karosserietür ange­ ordneten optischen Crash-Sensor, der insbesondere für das recht­ zeitige Detektieren von Seitenaufprall-Unfällen geeignet ist. Dieser Sensor umfaßt eine Lichtführungsstrecke mit Linsen und Blenden zur Bündelung eines Lichtstrahles, der auf einen Foto­ transistor gerichtet ist. Im Falle eines Seitenaufpralls wird die Lichtführungsstrecke verformt, was eine Änderung eines Si­ gnals des Fototransistors hervorruft und eine entsprechende Aus­ lösung von aktiven Insassenschutzsystemen ermöglicht.

In der DE 43 22 488 A1 ist beschrieben, piezoresistive Druckauf­ nehmer am Türinnenblech einer Kraftfahrzeug-Karosserietür anzu­ ordnen, die im Falle eines Seitenaufpralls einen stoßartigen Druckanstieg der Umgebungsluft erfassen und daraufhin ein akti­ ves Insassenschutzsystem auslösen.

Als weitere Technik zur Seitenaufprallerkennung ist es bekannt, im Türbereich eines Kraftfahrzeuges Dehnungsmeßstreifen einzu­ setzen oder Beschleunigungssensoren am Türaußenblech zu positio­ nieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeugaufprallerkennungs­ sensorik der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesonde­ re auch zur Auslösung eines vor Seitenaufprall schützenden akti­ ven Insassenschutzsystems geeignet ist und dabei ein frühzeiti­ ges Auslösen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugaufprallerkennungssensorik mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, bei der charakteristi­ scherweise die aufprallrelevante Reflexionsfläche eine mit dem Fahrzeug fest verbundene Fläche, insbesondere eine Außenfläche des Fahrzeugs ist. Mit dieser Sensorik kann bereits aufgrund ei­ ner geringen Bewegung der aufprallrelevanten Reflexionsfläche relativ zum sensortragenden Fahrzeugaufbau eine drohende Unfall­ situation rasch erkannt und dies z. B. zum frühzeitigen Auslösen eines aktiven Insassenschutzsystems genutzt werden.

In Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zum Erkennen einer Schwingungsbewegung der aufprallrelevanten Reflexionsfläche vor­ gesehen. Auf diese Weise kann eine Fehlauslösung von aktiven In­ sassenschutzsystemen aufgrund von Vibrationen der betreffenden Fahrzeugaußenfläche vermieden werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Radarsender derart ange­ ordnet, daß er Radarwellen in einen Hohlraum ausstrahlt, dessen Begrenzungen wenigstens zum Teil von der aufprallrelevanten Re­ flexionsfläche gebildet werden. Der Radarempfänger ist dazu pas­ send so angeordnet, daß er reflektierte Radarwellen aus dem Hohlraum empfängt. Dieser Hohlraum kann beispielsweise ein sol­ cher einer Fahrzeugtür sein. In diesem Fall bewirkt ein begin­ nendes Eindrücken des Türaußenhautbleches eine Änderung der Hohlraumkonfiguration für die in ihm reflektierten Radarwellen und somit ein entsprechendes Dopplerfrequenzsignal an dem Radar­ empfänger. Durch das Ausfüllen des Hohlraums mit reflektierter Radarstrahlung läßt sich ein besonders großer aufprallempfindli­ cher Flächenbereich überwachen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zei­ gen:

Fig. 1a und 1b eine Seiten- bzw. Frontansicht einer Fahrzeugtür mit einer Fahrzeugaufprallerkennungssensorik,

Fig. 2 eine Darstellung des der Fahrzeugaufprallerkennungssen­ sorik der Fig. 1a und 1b zugrundeliegenden Meßprinzips,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispieles der Fahrzeugaufprallerkennungssensorik und

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispieles der Fahrzeugaufprallerkennungssensorik.

In den Fig. 1a und 1b ist eine Fahrzeugtür mit Fahrzeugaufprall­ erkennungssensorik 1 dargestellt, deren Kernstück ein integral aufgebauter Radarsender und -empfänger ist, der an einem Karos­ serieteil der Fahrzeugtür montiert ist und Radarwellen vorzugs­ weise im Frequenzbereich von ca. 60 GHz, d. h. bei Wellenlängen von ca. 5 mm, in einen Innenhohlraum 2 der Tür abstrahlt. Die ab­ gestrahlten Radarwellen werden an Mikrowellen reflektierenden, insbesondere elektrisch leitenden Begrenzungsflächen des Innen­ hohlraums 2 mehrfach reflektiert. Die außenseitige Begrenzungs­ fläche ist von einem Türaußenhautblech 3 gebildet, welche die von der Aufprallerkennungssensorik 1 aufprallüberwachte Refle­ xionsfläche darstellt. Aus demjenigen Anteil der Radarwellen, der aufgrund der Reflexionen zur Aufprallerkennungssensorik 1 zurückgelangt, wird die Dopplerfrequenz bestimmt, d. h. die Dif­ ferenz der Frequenz der empfangenen, rückreflektierten Radarwel­ len einerseits und der ausgesendeten Radarwellen andererseits. Aus der Dopplerfrequenz kann auf eine Relativbewegung zwischen der reflektierenden aufprallrelevanten Türaußenhaut 3 und der Aufprallerkennungssensorik 1 geschlossen werden.

Fig. 2 dient zur Erläuterung des Dopplerfrequenz-Meßprinzips, das der Bestimmung der Relativbewegung zwischen einer Radarwel­ len reflektierenden Fläche 3, wie hier der elektrisch leitenden Außenhaut der Tür, und der Aufprallerkennungssensorik 1 mit Ra­ darsender und -empfänger zugrundeliegt. Bewegt sich die reflek­ tierende Fläche 3 mit einer Geschwindigkeit v relativ zur Fahr­ zeugaufprallerkennungssensorik 1, so haben empfangene Radarwel­ len, die von der Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 1 mit der Sendefrequenz f_s ausgesendet und von der reflektierenden Fläche 3 zur Aufprallerkennungssensorik zurückreflektiert werden, eine Empfangsfrequenz f_E = f_s(1 + 2v/c), wobei v der Betrag der Geschwin­ digkeit ist, mit der sich die reflektierende Fläche 3 auf den Sender zubewegt, und c die Lichtgeschwindigkeit bezeichnet.

Durch Messen der Dopplerfrequenz f_d = f_E - f_s = 2f_sv/c kann also bei be­ kannter Sendefrequenz f_s die Relativgeschwindigkeit v = cf_d/(2f_s) von Aufprallerkennungssensorik 1 und reflektierender Fläche 3 bestimmt werden.

In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispie­ les für die Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 1 dargestellt. Sie umfaßt eine Dopplerfrequenz-Auswerteeinheit 30 mit einem Mikrowellen-Oszillator 31, der durch einen Koppler 32 und einen Zirkulator 33 einer Sende- und Empfangseinheit 34 Mikrowellen zuführt, die diese als Radarwellen in Richtung einer reflektie­ renden Fläche, wie der Türaußenhaut 3, emittiert und von dieser reflektierte Radarwellen empfängt. Der Koppler 32 koppelt einen Teil der vom Oszillator gelieferten Mikrowellenleistung aus und führt sie einem Mischer 35 zu, in dem das ausgekoppelte Mikro­ wellensignal mit dem Mikrowellensignal der von der Sende- und Empfangseinheit 34 aufgenommenen und über den Zirkulator 33 zu­ geführten reflektierten Radarwellen gemischt wird. Üblicherweise ist der Mischer 35 durch ein nichtlineares Bauteil, etwa eine Mikrowellendiode, gebildet, die eine gekrümmte Strom-Spannungs- Charakteristik aufweist, so daß das Fourierspektrum am Ausgang des Mischers 35 die Summen- und Differenzfrequenzen der zuge­ führten Signale umfaßt.

Am Ausgang des Mischers 35 ist ein Bandpaßfilter 36 angeordnet, der dazu dient, das Differenzfrequenzsignal der Signale von Koppler 32 und Zirkulator 33 herauszufiltern und dessen Gleich­ anteil (DC-Anteil) sowie den niederfrequenten Signalanteil, der keiner oder einer lediglich sehr kleinen Relativgeschwindigkeit entspricht, zu unterdrücken. Die Frequenz dieses Differenzfre­ quenzsignals stellt die gewünschte Dopplerfrequenz dar und wird in einer am Ausgang des Bandpaßfilters 36 angeordneten Auswerte­ einheit 37 durch einfache Frequenzzählung bestimmt. Weiter ist in der Auswerteeinheit 37 eine nicht explizit dargestellte Rech­ nereinheit vorgesehen, welche unter Kenntnis der hierzu in einem Speicher abgelegten Frequenz des Oszillators 31 entsprechend der oben zu Fig. 2 erläuterten Beziehung die Relativgeschwindigkeit bestimmt, mit der sich die reflektierende Fläche 3 relativ zur Fahrzeugaufprallerkennungseinheit 30 bewegt.

Da im Mischer 35 die Information über die Phasenlage der Signale von Koppler 32 und Zirkulator 33 verlorengeht, errechnet die Auswerteeinheit 37 nur den Betrag der Relativgeschwindigkeit von Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 30 und reflektierender Fläche 3. Hingegen wird nicht erkannt, ob sich die Fahrzeugaufpraller­ kennungssensorik 30 und die reflektierende Fläche 3 aufeinander zubewegen oder voneinander wegbewegen. Für das Erkennen einer Aufprallsituation ist jedoch die Kenntnis des Betrages der Rela­ tivgeschwindigkeit von Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 30 und der reflektierenden Fläche 3 in der Regel ausreichend, da ein Aufprall im Türbereich des Kraftfahrzeugs normalerweise eine In­ trusion der Türe bewirkt, bei der sich die reflektierende Türau­ ßenfläche 3 auf die Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 30 zube­ wegt. Die Auswerteeinheit 37 erzeugt ein aufprallindikatives Ausgangssignal, wenn der errechnete Betrag für die Relativge­ schwindigkeit von Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 30 und re­ flektierender Fläche 3 einen vorgegebenen Schwellwert über­ schreitet oder wenn alternativ die Relativgeschwindigkeit von Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 30 und reflektierender Fläche 3 innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Dieses auf­ prallindikative Ausgangssignal kann entweder direkt zur Auslö­ sung eines aktiven Insassenschutzsystems herangezogen werden oder eine Eingangsgröße für eine Auslöselogikeinheit eines akti­ ven Insassenschutzsystems bilden, der beispielsweise noch weite­ re Signale von Beschleunigungssensoren zur Entscheidung über ei­ ne Auslösung des aktiven Insassenschutzsystems zugeführt werden. Eine Modifikation des obigen Ausführungsbeispieles für die Fahr­ zeugaufprallerkennungssensorik besteht darin, das aktive Insas­ senschutzsystem nicht bei der geschilderten Schwellwertüber­ schreitung der Relativgeschwindigkeit von Fahrzeugaufprallerken­ nungssensorik und reflektierender Fläche 3 freizugeben, sondern diese Relativgeschwindigkeit aufzuintegrieren und so den Defor­ mationsweg der reflektierenden Fläche 3 zu ermitteln, um das ak­ tive Insassenschutzsystem auszulösen, wenn dieser Deformations­ weg einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. In einem wei­ teren modifizierten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, für die Erzeugung des aufprallindikativen Ausgabesignals der Auswerteeinheit 37 sowohl die Relativgeschwindigkeit als auch den Deformationsweg der reflektierenden Fläche 3 zu berücksich­ tigen.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren möglichen Ausfüh­ rungsbeispieles für die Aufprallerkennungssensorik 1. Soweit darin Baugruppen vorgesehen sind, die mit Baugruppen des Ausfüh­ rungsbeispieles aus Fig. 3 übereinstimmen, sind diese mit glei­ chen Bezugszeichen versehen. Kernstück dieses Ausführungsbei­ spieles bildet eine Dopplerfrequenz-Auswerteeinheit 40, die sich von der Dopplerfrequenz-Auswerteeinheit 30 aus Fig. 3 darin un­ terscheidet, daß zur Mischung der Signale von Koppler 32 und Zirkulator 33 ein als I/Q-Mischer ausgebildeter Mischer 35' vor­ gesehen ist, der an Ausgängen 35'a und 35'b sowohl Real- als auch Imaginärteil des Summen- und Differenzfrequenzsignals be­ reitstellt. Beide Signale werden in je einem Bandpaßfilter 36a und 36b zur Gewinnung der Differenzfrequenz und damit des ge­ wünschten Dopplerfrequenzbereichs gefiltert und von störenden DC-Signalkomponenten befreit.

Die Ausgänge der Bandpaßfilter 36a und 36b sind mit einer Pha­ senvergleichsstufe 41 verbunden, die eine Bestimmung des "Vor­ zeichens" der Dopplerfrequenz gestattet. Bewegen sich Fahrzeug­ aufprallerkennungssensorik 40 und die reflektierende Fläche 3 aufeinander zu, so ergibt sich eine Phasenverschiebung der Si­ gnale an den Ausgängen 35'a und 35'b des I/Q-Mischers 35' von π/2. Bewegen sie sich hingegen voneinander weg, so beträgt diese Pha­ senverschiebung -π/2, d. h. durch Auswertung der Phasenverschie­ bung der Signale an den Ausgängen 35'a und 35'b des I/Q-Mischers 35' kann auf das Vorzeichen der Relativgeschwindigkeit von Fahr­ zeugaufprallerkennungssensorik 40 und reflektierender Fläche 3 geschlossen werden. Damit ist es möglich, eine vibrationsbeding­ te Schwingungsbewegung der reflektierenden Fläche 3 relativ zur Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 40 zu erkennen und so von ei­ ner Relativbewegung zu unterscheiden, die auf eine aufprallbe­ dingte Intrusion einer Fahrzeugtüre zurückzuführen ist.

Um diese Unterscheidung vorzunehmen, ist der Ausgang der Phasen­ vergleichsstufe 41 mit einer Schwingungsunterdrückungseinheit 42 verbunden, die an eine Auswerteeinheit 37' lediglich dann ein Dopplerfrequenzsignal weitergibt, wenn kein Vibrationszustand vorliegt, d. h. innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls kein Vorzeichenwechsel der Phasendifferenz der Signale an den Ausgän­ gen 35'a und 35'b des I/Q-Mischers 35' auftritt. Die weitere Funktionsweise der Auswerteeinheit 37' entspricht derjenigen von Fig. 3, d. h. sie ermittelt aus der Dopplerfrequenz die Geschwin­ digkeit und/oder Amplitude von Fahrzeugaufprallerkennungssenso­ rik 40 und mikrowellenreflektierender Fläche 3 und bewirkt ein entsprechendes Ausgangssignal.

In einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels wird der Aus­ werteeinheit 37' auch die Vorzeichen-Information der betreffen­ den Relativbewegung zugeführt, so daß durch Aufintegration auch eine absolute Bestimmung des Abstands von Fahrzeugaufprallerken­ nungssensorik und reflektierender Fläche 3, also dem Deforma­ tionsweg, erfolgen kann. Dies ermöglicht, ein aufprallindikatives Ausgangssignal dann zu erzeugen, wenn beispielsweise der ermittel­ te Deformationsweg um mehr als einen Schwellwert von einem Nor­ malwert abweicht, oder wenn sowohl der ermittelte Deformations­ weg als auch die ermittelte Relativgeschwindigkeit von Fahrzeug­ aufprallerkennungssensorik und reflektierender Fläche 3 aus einem vorgegebenen Wertebereich fallen.

Wenn die Fahrzeugaufprallerkennungssensorik 1, wie im Beispiel der Fig. 1a und 1b, an einem Innenhohlraum angeordnet ist, brei­ ten sich die eingestrahlten Radarwellen darin durch Mehrfachre­ flexionen aus und erfüllen den Hohlraum gleichmäßig. Ein Eindel­ len der Begrenzungsfläche, wie hier der Türaußenhaut 3, an be­ liebiger Stelle des Hohlraums ruft dann bei der Fahrzeugauf­ prallerkennungssensorik 1 ein Dopplersignal hervor. Auf diese Weise kann ein großflächiger Fahrzeugaußenhautbereich aufprall­ überwacht werden, ohne daß ein entsprechend breitflächig ab­ strahlender Radarsender erforderlich ist. Die Fahrzeugaufprall­ erkennungssensorik 1 muß im übrigen nicht unbedingt in einem Ka­ rosseriehohlraum untergebracht werden, sondern kann auch durch einen an geeigneter Stelle am Fahrzeug befestigten hülsenartigen Einschluß aufgenommen sein. Ein solcher Sensor mit Hülse kann beispielsweise an exponierten Stellen eines Kraftfahrzeuges an­ geordnet werden und begrenzt dort je nach Größe des angestrahl­ ten Flächenbereichs die für die Aufprallerkennung empfindliche Fläche, so daß die Möglichkeit geschaffen wird, den genauen Ort eines Aufpralls am Kraftfahrzeug zu bestimmen. Dies ermöglicht ein aufprallsituationsabhängiges Ansteuern von aktiven Insassen­ schutzsystemen bzw. eine Abgabe einer Eingangsgröße für eine Auslöselogik eines aktiven Insassenschutzsystems in Abhängigkeit vom erkannten Intrusionsort.

Claims (3)

1. Fahrzeugaufprallerkennungssensorik, insbesondere zur Be­ reitstellung einer Eingangsgröße für eine Auslöselogikeinheit oder zur Erzeugung eines Auslösesignals für ein aktives Insas­ senschutzsystem, mit

• - einem Radarsender (1, 34) und einem Radarempfänger (1, 34), die an einem sensortragenden Aufbau des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei der Radarempfänger vom Radarsender abgestrahlte und an einer aufprallrelevanten, sich bei einem Aufprall relativ zum sensortragenden Aufbau bewegenden Reflexionsfläche reflektierte Radarwellen empfängt, und
• - einer Dopplerfrequenz-Auswerteeinheit (30, 40), welche aus der Frequenz der gesendeten Radarwellen und der Frequenz der von der aufprallrelevanten Reflexionsfläche reflektierten Radarwellen die zugehörige Dopplerfrequenz bestimmt und daraus eine Relativ­ bewegung der aufprallrelevanten Reflexionsfläche gegenüber dem sensortragenden Aufbau erkennt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die aufprallrelevante Reflexionsfläche (3) eine mit dem Fahr­ zeug fest verbundene Fläche, insbesondere eine Außenfläche des Fahrzeugs ist.

2. Fahrzeugaufprallerkennungssensorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (35', 36a, 36b, 41, 42) zum Erkennen einer Schwingungsbe­ wegung der aufprallrelevanten Reflexionsfläche vorgesehen sind.

3. Fahrzeugaufprallerkennungssensorik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radarsender (1, 34) derart angeordnet ist, daß er Radarwel­ len in einen Hohlraum (2) ausstrahlt, der wenigstens zum Teil von der aufprallrelevanten Reflexionsfläche (3) begrenzt ist.