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Title:
SENSOR FOR COLLISION DETECTION FOR A VEHICLE AND SAFETY SYSTEM FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/036681
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sensor for collision detection for a vehicle, having an electrically conductive detection region, to which a voltage can be connected for a continuous voltage and/or resistance measurement, wherein the detection region is designed such that a voltage change and/or resistance change can be caused by a collision of an object with the detection region, characterized in that the detection region is a deformable plastic body having a percolating network made of an electrically conductive filler material.

Inventors:
APELT STEFAN (DE)
LUETZELER REINER (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/067872
Publication Date:
March 09, 2017
Filing Date:
July 27, 2016
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
G01P15/04; G01P15/06; B60R21/0136
Domestic Patent References:
WO2014144532A12014-09-18
WO2013064473A12013-05-10
Foreign References:
EP1916529A12008-04-30
Other References:
LIMIN GAO ET AL: "In situ sensing of impact damage in epoxy/glass fiber composites using percolating carbon nanotube networks", CARBON., vol. 49, no. 10, 9 April 2011 (2011-04-09), GB, pages 3382 - 3385, XP055308158, ISSN: 0008-6223, DOI: 10.1016/j.carbon.2011.04.003
KENNETH J LOH ET AL: "Carbon Nanotube Sensing Skins for Spatial Strain and Impact Damage Identification", JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE EVALUATION, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS-PLENUM PUBLISHERS, NE, vol. 28, no. 1, 19 March 2009 (2009-03-19), pages 9 - 25, XP019681753, ISSN: 1573-4862
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Claims:
Ansprüche

1. Sensor (1) zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug, aufweisenden

mindestens einen elektrisch leitfähigen Erfassungsbereich (10), an den für eine kontinuierliche Spannungs- und/oder Widerstandsmessung eine Spannung anlegbar ist, wobei der Erfassungsbereich (10) derart gestaltet ist, dass durch einen Aufprall eines Objekts auf den Erfassungsbereich (10) eine Spannungs- und/oder Widerstandsänderung hervorrufbar ist

dadurch gekennzeichnet, dass

der Erfassungsbereich (10) ein verformbarer Kunststoffkörper (11) mit einem perkolierenden Netzwerk aus einem elektrisch leitfähigen Füllstoff (12) ist.

2. Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei der Erfassungsbereich (10) derart

gestaltet ist, dass der Erfassungsbereich (10) durch den Aufprall gedehnt wird, wobei die Dehnung zu einem Abfall der gemessenen Spannung und/oder zu einer Erhöhung des gemessenen Widerstands führt.

3. Sensor (1) nach Anspruch 2, wobei der Erfassungsbereich (10) derart

gestaltet ist, dass ab einer vorbestimmten Dehnung das perkolierende Netzwerk (12) vollständig zusammenbricht.

4. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff (12) faserförmig ist.

5. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff (12) Stahl und/oder Kupfer und/oder Carbon aufweist.

6. Sicherheitssystem für ein Fahrzeug, aufweisend mindestens einen Sensor (1, 30a, 30b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Sicherheitssystem ansprechend auf die gemessene Spannung und/oder den gemessenen Widerstand und/oder einen von der gemessenen Spannung oder dem gemessenen Widerstand abgeleiteten Wert die mindestens eine Sicherheitseinrichtung aktiviert.

7. Sicherheitssystem nach Anspruch 6, wobei sich der mindestens eine

Erfassungsbereich (10) des mindestens einen Sensors (1, 30a, 30b) im Wesentlichen über die Fahrzeugbreite des Fahrzeugs erstreckt.

8. Sicherheitssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei der mindestens eine Erfassungsbereich (10) des mindestens einen Sensors (1, 30a, 30b) hinter der Außenhaut des Fahrzeugs, insbesondere hinter der Außenhaut eines Stoßfängers des Fahrzeugs, angeordnet ist.

9. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Mehrzahl der Sensoren (1, 30a, 30b) an mindestens einem Stoßfänger des Fahrzeugs verteilt über die Höhe des Stoßfängers angeordnet sind.

10. Sicherheitssystem nach Anspruch 9, wobei die mindestens einen

Erfassungsbereiche der Mehrzahl der Sensoren (1, 30a, 30b) im

Wesentlichen parallel zueinander verlaufend.

Description:
Beschreibung Titel

Sensor zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug und Sicherheitssystem für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Aufprallerkennung für ein Fahrzeug und ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug

Stand der Technik

Sensoren zur Aufprallerkennung bedienen sich unterschiedlicher Messprinzipien. Bspw. sind für Fahrzeuge Sensoren im Stoßfänger bekannt, die

Beschleunigungen messen, die einen Lichtwellenleiter nutzen oder die

Drucksensoren nutzen, die mittels eines Druckschlauchs miteinander verbunden sind.

Sicherheitssysteme für ein Fahrzeug, insbesondere solche, die zum Schutz von Fußgängern oder andere verletzlicher Verkehrsteilnehmer eingesetzt werden, insbesondere zur Abmilderung der Folgen eines Frontalaufpralls, sind u.a.

optimierte Stoßfänger, aufstellbare Motorhauben und Windschutzscheiben- Airbags

Gerade für die beiden zuletzt genannten Systeme sind geeignete Sensoren zur Aufprallerkennung erforderlich.

Aufgabe der Erfindung Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Erfindung einen zuverlässigen und robusten sowie einfachen und günstigen Sensor zur Aufprallerkennung sowie ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug, insbesondere zum verbesserten

Fußgängerschutz, gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ein Kunststoffkörper aus einem verformbaren bzw. dehnbaren Material, der ein perkolierendes Netzwerk aus elektrisch leitfähigen Füllstoffen aufweist, weist im nicht gedehnten Zustand einen elektrischen Widerstand auf einem bestimmten Niveau auf. Wird der Kunststoffkörper gedehnt, gleiten die leitfähigen Füllstoffe aufeinander ab und das perkolierende Netzwerk wird teilweise unterbrochen, bis es ab einer gewissen Dehnung vollständig zusammenbricht. Dies hat einen Anstieg des Widerstandes zur Folge. Wird an dem Kunststoffkörper eine elektrische Spannungs- bzw. Widerstandsmessung durchgeführt, kann über eine gemessene Änderung der Spannung bzw. des Widerstands ein Dehnungsgrad bzw. eine Änderung der Dehnung des Kunststoffkörpers ermittelt werden.

Diesen Effekt nutzt die vorliegende Erfindung aus, indem insbesondere der Erfassungsbereich eines entsprechenden Sensor aus einem wie vorstehend erläuterten Kunststoffköper gebildet ist, um aus der Änderung der Spannung bzw. des Widerstands des Kunststoff körpers eine Steuergröße für die

Ansteuerung von Sicherheitssystemen für Fahrzeuge abzuleiten.

Als verformbares bzw. dehnbares Material eignen sich besonders mit elektrisch leitfähigen Füllstoffen oder Additiven modifizierte, thermoplastische Elastomere, thermoplastische Urethane sowie Flüssigsilikone. Auch andere Materialen, die über hohes Verformungs- bzw. Dehnungsvermögen verfügen und so modifiziert sind, dass sie elektrisch leitfähig sind, sind geeignet für die vorliegende

Erfindung.

Dadurch, dass der Erfassungsbereich des Sensors der vorliegenden Erfindung aus einem verformbaren Material ist, lässt sich der Sensor leicht in ein Fahrzeug integrieren. Des Weiteren lässt sich der Sensor leicht an kleinere Anpassungen des Fahrzeugs, bspw. im Rahmen eines sog. Facelifts, anpassen.

Es ist vorteilhaft, wenn die elektrisch leitfähigen Füllstoffe faserförmige Füllstoffe wie Stahl-, Kupfer- oder Carbonfasern sind.

Unter einer Sicherheitseinrichtung für eine Fahrzeug sind vorliegend unter anderem zu verstehen, Einrichtungen zum Aufstellen einer Motorhaube oder Airbageinrichtungen, die dazu geeignet sind den Aufprall eines verletzlichen Verkehrsteilnehmers, wie bspw. eines Fußgängers, auf das Fahrzeug, insbesondere auf die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, abzumildern (sog. Windschutzscheiben- bzw. Window- Airbags).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Sensors, ist der Erfassungsbereich derart gestaltet, dass der Erfassungsbereich durch einen Aufprall gedehnt wird.

Als vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang erwiesen, wenn der

Kunststoffkörper ein extrudiertes Profil, insbesondere ein flächiges oder rundes

Profil aufweist. Die Spannungs- bzw. Widerstandsmessung erfolgt dann an den gegenüberliegenden Enden des Profils.

Darüber hinaus hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich der

Erfassungsbereich über große Teile des Fahrzeugs, idealerweise über die gesamte Fahrzeugbreite erstreckt.

Als besonders geeigneter Ort hat sich das Verlegen des Erfassungsbereichs unmittelbar hinter der Außenhaut der Stoßstange herausgestellt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug. Das Sicherheitssystem weist mindestens einen der vorstehenden Sensoren sowie mindestens eine Sicherheitseinrichtung für ein Fahrzeug auf.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung basiert die Ableitung einer Steuergröße für die Ansteuerung der Sicherheitseinrichtungen des Sicherheitssystems auf der Auswertung von Spannungs- bzw. Widerstandsmessungen mehrerer

Erfassungsbereiche. Dabei kann in einer Ausgestaltung ein Sensor über mehrere Erfassungsbereiche verfügen oder es werden mehrere Sensoren mit mindestens einem Erfassungsbereich eingesetzt. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn die Erfassungsbereiche sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Stoßfängers des Fahrzeugs erstrecken. Dadurch lässt eine Auswertung der Spannungs- bzw. Widerstandsänderungen weitere Rückschlüsse auf den Aufprallgegenstand zu. Durch diese Auswertung lassen sich in vorteilhafter Weise ungewollte Auslösungen der Sicherheitseinrichtungen verhindern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung im nicht gedehnten und unbelasteten Zustand

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung im gedehnten Zustand

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im nicht gedehnten und unbelasteten Zustand. Der Erfassungsbereich 10 ist ein Kunststoffkörper 11 der ein perkolierendes Netzwerk aus elektrisch leitfähigen Füllstoffen 12 aufweist. Das perkolierende Netzwerk 12 bewirkt die elektrische Leitfähigkeit des Erfassungsbereichs 10. An dem Erfassungsbereich 10 sind Anschlüsse 14, 15 zur Spannungs- bzw.

Widerstandsmessung angeordnet. Diese Anschlüsse 14, 15 befinden sich an gegenüberliegenden Enden des Erfassungsbereichs 10 bzw. des Profils 11 des Sensors 1 Über eine Einrichtung 16 zur Spannungs- bzw. Widerstandserfassung wird eine Spannung angelegt, um die Spannung bzw. den Widerstand des Erfassungsbereichs 10 zu erfassen.

Die Spannungs- bzw. Widerstandsmessung ist möglich, da das perkolierende Netzwerk aus elektrisch leitfähigen Füllstoffen 12 zu einer elektrischen

Leitfähigkeit des Erfassungsbereichs 10 führt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im gedehnten Zustand. Der gedehnte Zustand kann durch einen Aufprall auf den Erfassungsbereich 10 hervorgerufen worden sein.

Durch die Dehnung des Erfassungsbereichs 10 wird das perkolierende Netzwerk 12 teilweise unterbrochen bzw. vollständig aufgebrochen. Infolgedessen sinkt elektrische Leitfähigkeit und ein Spannungsabfall bzw. eine Anstieg des

Widerstands kann gemessen werden.

Ab einer gewissen bzw. vorbestimmten Dehnung bricht das perkolierende Netzwerk 12 vollständig zusammen und die elektrische Leitfähigkeit des

Erfassungsbereichs 10 geht verloren. Dadurch kann keine Spannung mehr gemessen werden bzw. der Widerstand steigt ins theoretisch Unendliche an.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend zwölf Sensoren 30a, 30b bzw.

Erfassungsbereiche eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Sensoren bzw. Erfassungsbereiche bilden eine Sensiermatrix 31. Die vier zentral angeordnete Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30a registrieren eine

Verformung. Dargestellt ist dies dadurch, dass die Sensoren bzw.

Erfassungsbereiche 30a, die eine Verformung registrieren mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet sind und die Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30b, die „

keine Verformung registrieren mit einer durchgezogenen Linie eingezeichnet sind. Aus dieser Verformung wird ein Aufprall eines großen Gegenstands in der Mitte der der durch die Sensiermatrix 31 abgedeckten Fläche abgeleitet. Daraus leitet das Sicherheitssystem in der dargestellten Ausführungsform einen Aufprall ab, der eine Auslösung von Sicherheitsmitteln bedingt.

Fig. 4 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Auch in dieser Darstellung weist das

Sicherheitssystem zwölf Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30a, 30b gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet in einer Sensiermatrix 31 auf. Im Gegensatz zur Situation dargestellt in Fig. 3 registriert lediglich ein Sensor bzw. ein

Erfassungsbereich 30a des Sicherheitssystems eine Verformung. Daraus leitet das Sicherheitssystem in dem dargestellten Fall einen Aufprall eines kleinen Gegenstands an der unteren Seite der Sensiermatrix 31 ab. Eine solche

Verformung kann beispielsweise durch einen Aufprall an einer Bordsteinkante hervorgerufen werden. Ein solcher Aufprall bedingt in der dargestellten

Ausführungsform keine Auslösung von Sicherheitsmitteln.

Fig. 5 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. In der hier dargestellten Situation registrieren drei der zwölf Sensoren bzw. Erfassungsbereiche 30a, 30b gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verformung. Die Sensoren 30a, die eine

Verformung registrieren, sind an der linken unteren Ecke der Sensiermatrix 31 angeordnet. Diese Verformung lässt auf einen Aufprall auf einen großen

Gegenstand schließen und einem Aufprallort auf der linken Seite der

Sensiermatrix 31. Eine so registrierte Verformung bedingt in der dargestellten Ausführungsform eine Auslösung von Sicherheitsmitteln. Aufgrund des

Aufprallorts werden bevorzugt Sicherheitsmittel ausgelöst, die eine verstärkte Wirkung in dem betroffenen Bereich entfalten.

Durch die vorstehenden Beispiele eines Einsatz der erfindungsgemäßen

Sensoren 1, 30a, 30b bzw. Sicherheitssysteme wird deutlich, dass durch eine Anordnung von mehreren Sensoren 1, 30a, 30b sich sowohl eine Aussage über die Größe des Aufprallgegenstands als auch über den Ort des Aufpralls herleiten lässt. Diese hergeleiteten Merkmale können dann vorteilhaft ein Verfahren zur Auslösung von Sicherheitsmitteln eingebracht werden, um so bspw. sog. Misuse- Fälle zu erkennen. Misuse- Fälle sind Situationen, in denen durch Sensorsysteme etwas registriert wird, das zu einer Auslösung von Sicherheitsmitteln führen würde, obwohl in Realität eine auslösewürdige Situation nicht vorliegt. Zudem kann durch die vorteilhafte Anordnung der Sensoren 1, 30a, 30b in dem vorgestellten Sicherheitssystem ein Rückschluss auf den Aufprallort gemacht werden. Dies führt dazu, dass gezielt Sicherheitsmittel angesteuert bzw.

ausgelöst werden können, die eine verstärkte Schutzwirkung in dem betroffenen Bereich hervorrufen.