專利名稱：用于識(shí)別碰撞的裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明由一種按照獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的用于碰撞探測(cè)的裝置出發(fā)。
由WO 01/98117 A1已知，通過(guò)所引起的壓力或變形和加速度來(lái)求出行人的碰撞。
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與之相比，具有獨(dú)立權(quán)利要求所述特征的、用于碰撞探測(cè)的按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)點(diǎn)在于使用一種壓電電纜(Piezo-Kabel)來(lái)探測(cè)碰撞。這種壓電電纜的優(yōu)點(diǎn)在于它可以單獨(dú)地或組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)各種不同的測(cè)量原理。除此之外壓電電纜的功能很可靠和簡(jiǎn)單。
通過(guò)在從屬權(quán)利要求中所述的措施和改進(jìn)方案可以對(duì)在獨(dú)立權(quán)利要求中所述的用于碰撞探測(cè)的裝置進(jìn)行有利的改進(jìn)。
特別有利的是壓電電纜可以應(yīng)用至四種獨(dú)立的測(cè)量原理來(lái)探測(cè)碰撞。一種電容測(cè)量方法算入其中，用以在其相對(duì)介電常數(shù)的方面表征出碰撞對(duì)象。因而可以方便地區(qū)分出一個(gè)人或者一個(gè)物體。通過(guò)壓電效應(yīng)可以進(jìn)行一種第二測(cè)量。此時(shí)一個(gè)碰撞就產(chǎn)生了一個(gè)可以記錄的壓電脈沖。通過(guò)對(duì)運(yùn)行時(shí)間差的分析處理那么尤其也可以測(cè)出碰撞位置。這例如可以借助于一種延遲導(dǎo)線(Ver-zoegerungsleitung)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種延遲導(dǎo)線最好可以通過(guò)一種設(shè)計(jì)成卷繞的金屬絲的屏蔽機(jī)構(gòu)來(lái)達(dá)到。
另一種可以用壓電電纜實(shí)現(xiàn)的有利測(cè)試方法通過(guò)碰撞時(shí)電纜的伸長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述伸長(zhǎng)引起了電阻的變化，這是可以測(cè)量到的，因此可以用來(lái)探測(cè)碰撞。若壓電電纜的屏蔽機(jī)構(gòu)作成電感的，那么電感測(cè)量可以作為第四種測(cè)量方法。因此可以表征出碰撞對(duì)象的導(dǎo)電性特征。這也就可以將一個(gè)人和一個(gè)物體區(qū)分開(kāi)，并且也可以表征出物體的特性。
為了進(jìn)行電容測(cè)量，壓電電纜可以具有另外一個(gè)用作為用于檢測(cè)電容變化的電極的屏蔽機(jī)構(gòu)。該屏蔽機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成圓柱形或半圓柱形。因此可以加強(qiáng)定向作用。在這種情況下電纜的電場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)在碰撞部位里。通過(guò)這種定向效應(yīng)尤其改善了信噪比。
此外其優(yōu)點(diǎn)在于表征出電阻變化的信號(hào)可以轉(zhuǎn)換到較高的頻率，以便不干擾其它的測(cè)量。因此可以很方便地使這些測(cè)量分開(kāi)。
除此之外其優(yōu)點(diǎn)還在于壓電電纜布置在一個(gè)保險(xiǎn)杠的擋板里。此時(shí)可以更有利地將壓電電纜注入或者夾緊在該擋板中。


附圖中表示了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)此實(shí)施例則在以下描述中詳細(xì)敘述。附圖示出圖1按本發(fā)明的裝置的第一方塊圖；圖2按本發(fā)明的裝置的簡(jiǎn)圖；圖3用于說(shuō)明電容測(cè)量的一個(gè)簡(jiǎn)圖；圖4按本發(fā)明裝置的一個(gè)第二方塊圖；圖5按本發(fā)明裝置的一個(gè)第三方塊圖；圖6按本發(fā)明裝置的一個(gè)第四方塊圖；圖7固定壓電電纜的簡(jiǎn)圖。
描述基于ACEA(歐洲汽車制造商)自發(fā)提出的義務(wù)，在歐洲采用了一種保護(hù)行人的法規(guī)。
第一階段從2005年起有效。其中所要求的極限值預(yù)計(jì)可以用純粹被動(dòng)的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就是汽車前端的造型和緩沖。
第二階段從2010年起有效，并提出了實(shí)質(zhì)上較高的要求。此處對(duì)于大多數(shù)汽車來(lái)說(shuō)，需要用于滿足極限值得主動(dòng)的系統(tǒng)。由比增加了壓力在市場(chǎng)上引入一種主動(dòng)的系統(tǒng)。
在促動(dòng)器以及傳感器領(lǐng)域里有各種不同的構(gòu)思。在傳感器領(lǐng)域中主要考慮的是遮蔽保險(xiǎn)杠里的接觸傳感器。這種傳感器基于力的測(cè)量和變形的改變，它們可以在保險(xiǎn)杠的整個(gè)寬度上延伸。這種力傳感器的實(shí)例是一種壓電薄膜、應(yīng)變片、光傳感器或者復(fù)合材料制成的傳感器。對(duì)于變形傳感器來(lái)說(shuō)部分是指光導(dǎo)體或者簡(jiǎn)單的接觸開(kāi)關(guān)。另外還可以直接在所謂“碰撞箱”上裝上各種不同的測(cè)量加速度或力的傳感器。此外也考慮了預(yù)先看到的傳感器，例如象基于雷達(dá)的或視頻傳感器，它們根據(jù)反射的信號(hào)或者通過(guò)一種圖象分析處理來(lái)識(shí)別行人。
為了保護(hù)行人，基本上都在發(fā)動(dòng)機(jī)腔里集成有氣囊系統(tǒng)或者就將發(fā)動(dòng)機(jī)罩抬起，以便相應(yīng)地抵消對(duì)人的碰撞。
接觸傳感器一般不能將一個(gè)垃圾筒或路燈與一個(gè)行人區(qū)分開(kāi)。但這是所有以前介紹的用于識(shí)別碰撞的傳感器的最大缺點(diǎn)。因此幾乎對(duì)于每個(gè)沖撞車輛來(lái)說(shuō)都可能由于熱電操作的發(fā)動(dòng)機(jī)罩的抬起或者也由于氣囊釋放而產(chǎn)生附加的損傷。
在碰撞箱部位里的易受干擾性是很高的，因?yàn)榇颂幒艽蟪潭壬蟼鬟f汽車的振動(dòng)，因此必須花費(fèi)很大來(lái)探測(cè)行人碰撞。此外并不是所有的汽車都具有一個(gè)集成的碰撞箱。所謂碰撞箱此處是指防止乘客發(fā)生事故的一種吸收碰撞沖擊能量的裝置。
按照本發(fā)明建議了一種用于保護(hù)行人的探測(cè)方案，它一方面由于構(gòu)造簡(jiǎn)單而成本很有利，另一方面由于結(jié)合了同時(shí)分析處理的電磁場(chǎng)而具有明顯的防干擾性。
當(dāng)今的保險(xiǎn)杠由于一些法定規(guī)定-例如沒(méi)有損傷的最小速度碰撞、行人保護(hù)以及尤其由于設(shè)計(jì)邊界條件而與以前的明顯不同。在重大事故時(shí)使變形能降低的金屬保險(xiǎn)杠焊接在汽車的縱梁上。用一種借助于螺旋銷釘?shù)耐ㄟ^(guò)元件的彈簧連接將一個(gè)塑料型材固定在保險(xiǎn)杠上。塑料擋板通過(guò)碰撞緩沖-聚苯乙烯泡沫塑料或者泡沫材料構(gòu)件固定在車底盤上和塑料型材上。在擋板上的沖擊因此大大得到緩沖并延遲地繼續(xù)傳至保險(xiǎn)杠減震器。對(duì)于裝入傳感器最靈敏的、最簡(jiǎn)單、最通用的地點(diǎn)位于每個(gè)汽車都有的擋板里。
保險(xiǎn)杠擋板現(xiàn)在已經(jīng)具有一些注入的嵌入件。如果在所述擋板里注入一種改變的壓電電纜，那么可以由此還在預(yù)碰撞接觸之前就電容地了解到，是否有一個(gè)具有相對(duì)介電常數(shù)為εr＝80的人或者一個(gè)導(dǎo)電的金屬部件或一個(gè)垃圾筒等等正在靠近。壓電電纜能按此進(jìn)行的第一種測(cè)量原理是對(duì)電容變化的測(cè)量，如圖3所表示的那樣。汽車30在底盤32上在保險(xiǎn)杠部位處有一個(gè)壓電電纜31。該壓電電纜具有一個(gè)屏蔽機(jī)構(gòu)作為用于電容分析處理的電極，其中該屏蔽機(jī)構(gòu)或者是圓柱形或者半圓柱形地可以布置在導(dǎo)體上。因此還略加強(qiáng)了定向效果。在圖3中畫(huà)出至人31的不同的電容，該電容出現(xiàn)在這里用N表示的人和各個(gè)不同的汽車元件之間。電容CMC出現(xiàn)于人和底盤之間，而電容CMK出現(xiàn)在人與電纜之間。在電纜和底盤之間的電容是CKC，而在人和地面之間電容為CMG。平行于電容CMG地可固定電阻RMG。在底盤和地面之間存在電容CCG以及與其平行的一個(gè)電阻RCG。由于所述距離，電容CMC和CMK可以變化。所述電容尤其取決于相對(duì)介電常數(shù)，對(duì)于人來(lái)說(shuō)它尤其是由人的含水量來(lái)確定。對(duì)于人來(lái)說(shuō)這個(gè)相對(duì)介電常數(shù)為εr＝80。電容測(cè)量可以有一個(gè)大于20cm的作用距離，這取決于電極如何設(shè)計(jì)以及如何調(diào)整靈敏度。同時(shí)測(cè)量屏蔽機(jī)構(gòu)上相對(duì)接地的電位，將之放大、檢波并通過(guò)一個(gè)帶通以及比較儀輸送給一個(gè)分析處理裝置。通過(guò)與所存儲(chǔ)的值進(jìn)行比較(該存儲(chǔ)的值都是由試驗(yàn)或模擬和分析計(jì)算確定的)，那就可以確定所述相對(duì)介電常數(shù)。CMC和CMK的阻抗變化是由于接近一種能導(dǎo)電的或者多水的元件而引起的，其中損失系數(shù)可以相互區(qū)分這兩種情況。阻抗如此形成Z＝Rp+I/(jωCp)。損失系數(shù)是比值Rp/ωCp。通過(guò)該損失系數(shù)對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)表示了所述兩個(gè)面的絕緣并不是最佳的。
壓電電纜設(shè)計(jì)成同軸電纜并具有一個(gè)極化的芯線絕緣體，該絕緣體當(dāng)有一個(gè)沖擊脈沖時(shí)就輸出一個(gè)電荷信號(hào)。這里就是有一個(gè)壓電脈沖。這個(gè)信號(hào)然后通過(guò)一個(gè)電荷放大器、然后經(jīng)一個(gè)帶通和比較儀進(jìn)行分析處理。通過(guò)局部感應(yīng)的壓電脈沖的運(yùn)行時(shí)間差就可以分析出沖擊的位置。這種脈沖一方面直接在一個(gè)壓電電纜放大器里、另一方面在與壓電電纜的終端電阻相反方向上運(yùn)行，并且就在那里被反射并根據(jù)傳播速度到達(dá)壓電電纜分析處理裝置的入口。一個(gè)屏蔽機(jī)構(gòu)就是一種纏繞的金屬絲，其電感為L(zhǎng):=π·D24·l·n2·μr·μ0,]]>其中1是導(dǎo)體的長(zhǎng)度，D是纏繞直徑，μr是相對(duì)磁導(dǎo)率，n為卷繞數(shù)，而電容為
C:=(2·π·ϵr·ϵ0·l)ln(Dd),]]>因此傳播速度v=1l*c]]>相對(duì)于光速來(lái)說(shuō)改變了一個(gè)系數(shù)約為120。延遲時(shí)間計(jì)算得t＝0.4μs/m。在第一和緊隨其后的脈沖之間的時(shí)間差就給出了有關(guān)碰撞位置的信息。
作為第三種效應(yīng)利用了電纜芯線的、也就是內(nèi)部導(dǎo)體的長(zhǎng)度變化來(lái)作為動(dòng)態(tài)應(yīng)變片，在碰撞時(shí)其長(zhǎng)度以及因此其電阻都發(fā)生了變化。人們更加實(shí)用地應(yīng)用了一種載頻信號(hào)用于分析處理，這種載頻信號(hào)不再干擾壓電信號(hào)，因?yàn)樗挥谝粋€(gè)較高的頻率范圍里。最后可以通過(guò)屏蔽機(jī)構(gòu)的感應(yīng)結(jié)構(gòu)在對(duì)象接近壓電電纜時(shí)可以充分利用另外一個(gè)效應(yīng)。可以通過(guò)這樣一種電感的電纜成功地來(lái)區(qū)分導(dǎo)電良好的對(duì)象，例如汽車薄板(Autoblech)或自行車和不太易于導(dǎo)電的對(duì)象-如一個(gè)人或者塑料。
圖1表示按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)方塊圖。壓電電纜10通過(guò)一根導(dǎo)線與一個(gè)分析處理裝置11連接。該分析處理裝置11求出上面所述的在壓電電纜上形成的測(cè)量原理。或者只是一種或者是這些原理的組合，其中所有這四種測(cè)量原理也可以都應(yīng)用。分析處理裝置11則將根據(jù)處理裝置的信號(hào)傳輸給用于回拉系統(tǒng)的一個(gè)控制儀12。用于回拉系統(tǒng)的控制儀12還以另外的傳感器13、例如從一種內(nèi)腔傳感器或者其它的碰撞傳感器如加速度傳感器獲得其它信號(hào)。預(yù)碰撞傳感器也可以配置于傳感器13。此外控制儀12本身也具有傳感器、尤其是加速度傳感器，以便自己對(duì)一個(gè)碰撞進(jìn)行記錄，和/或?qū)τ趶囊粋€(gè)外部傳感器來(lái)的碰撞信號(hào)進(jìn)行似然化?？刂苾x12具有一個(gè)處理器，其中運(yùn)行著用于回拉系統(tǒng)的一種觸發(fā)算法。將傳感器信號(hào)輸入給該算法，以便然后根據(jù)對(duì)于該算法的分析處理來(lái)控制回拉裝置14。這種回拉裝置14是指乘客艙里的回拉裝置-也就是安全氣囊和安全帶，以及用于保護(hù)行人的回拉裝置-如外安全氣囊或者例如可抬起的前罩。
圖2以一個(gè)概略圖表示了三種測(cè)量原理的準(zhǔn)確的分析處理裝置，它們形成于壓電電纜上。此處充分利用了壓電效應(yīng)、壓電電纜的伸長(zhǎng)和電容性的分析處理。在圖2a中這用一個(gè)方塊圖加以說(shuō)明，而在圖2b里則表示在一個(gè)通過(guò)構(gòu)造的壓電電纜的斷面圖里。圖2b和2a各自表示了一個(gè)電纜芯201、也就是內(nèi)部導(dǎo)體，它由一個(gè)內(nèi)部的屏蔽機(jī)構(gòu)202包圍住，該屏蔽機(jī)構(gòu)用于進(jìn)行壓電測(cè)量，其中這種內(nèi)屏蔽機(jī)構(gòu)202被另一個(gè)屏蔽機(jī)構(gòu)203圍住，該屏蔽機(jī)構(gòu)用于電容地測(cè)量。內(nèi)屏蔽機(jī)構(gòu)202可以備選地也通過(guò)一種電感的設(shè)計(jì)用于電感的測(cè)量，以便通過(guò)導(dǎo)電性來(lái)表征出一個(gè)碰撞對(duì)象的特性。電阻RL使電纜芯201與內(nèi)屏蔽機(jī)構(gòu)202連接。這必須選擇比75Ω時(shí)的電纜阻抗大1000倍左右，以便得到一種盡可能大的反射系數(shù)。
在方塊圖中表示了內(nèi)部導(dǎo)體201一方面與一個(gè)壓電電纜分析處理裝置204、另一方面與一個(gè)電阻分析處理裝置205相連接。在壓電電纜分析處理裝置204里內(nèi)部導(dǎo)體一方面與一個(gè)運(yùn)算放大器214的一個(gè)負(fù)進(jìn)口以及一個(gè)電容器215相連接，另一方面在電阻分析處理裝置205中與一個(gè)電容器221和一個(gè)電阻209相連接。內(nèi)部屏蔽機(jī)構(gòu)202一方面與運(yùn)算放大器214的正進(jìn)口，而另一方面與一個(gè)變頻器208相連接。外屏蔽機(jī)構(gòu)203與一個(gè)電容分析處理器214相連，并與一個(gè)電容器218以及一個(gè)運(yùn)算放大器217的逆反進(jìn)口相連接。運(yùn)算放大器217的非逆反的進(jìn)口接地。電容器218的另一側(cè)與運(yùn)算放大器217的出口連接，并與一個(gè)相位靈敏的檢波器219相連。這里使在電阻209里的電壓降相位同步于信號(hào)源208地進(jìn)行解調(diào)，也就是乘以+1或-1。
相敏檢波器219與一個(gè)帶通和一個(gè)比較儀220連接。方塊220則通過(guò)其出口與一個(gè)邏輯機(jī)構(gòu)和一個(gè)決策算法207相連。此處方塊11進(jìn)行分析處理。變頻器208將屏蔽機(jī)構(gòu)202上的信號(hào)轉(zhuǎn)換到一個(gè)較高的頻率，并且一方面接地，另一方面與電阻209和運(yùn)算放大器210的非逆反的進(jìn)口相連接。電容器221的另一側(cè)一方面與運(yùn)算放大器210的逆反進(jìn)口、以及電阻211連接。電阻211又用作為反饋電阻，并因此在另一側(cè)與運(yùn)算放大器210的出口相連接。緊隨著運(yùn)算放大器210的則又是一個(gè)相敏檢波器212和一個(gè)帶通和比較器213，它們則連接在邏輯機(jī)構(gòu)207上。電容器215用作為反饋電容器或者說(shuō)它與運(yùn)算放大器214就是一個(gè)電荷放大器。接著該放大器的是一個(gè)帶通和比較器216，它們又與邏輯機(jī)構(gòu)207連接。此邏輯機(jī)構(gòu)規(guī)定了各個(gè)傳感器的測(cè)量帶寬和觸發(fā)閾值。
圖4用一個(gè)方塊圖表示了按本發(fā)明的裝置。一個(gè)電容的分析處理裝置C、一個(gè)由于長(zhǎng)度變化引起的電阻變化R、一個(gè)壓電脈沖的測(cè)量裝置Pz和一個(gè)電感測(cè)量裝置L如上所述與一個(gè)分析處理裝置40相連接。這里使所有預(yù)先控制的測(cè)量原理都通過(guò)按照本發(fā)明的壓電電纜而得以實(shí)現(xiàn)，從而可以很可靠地識(shí)別驗(yàn)證碰撞對(duì)象并確定碰撞位置。
圖5表示按照本發(fā)明的裝置的配置情況，其中只有電容測(cè)量裝置C和壓電測(cè)量裝置Pz并與一個(gè)分析處理裝置40相連。圖6表示電阻測(cè)量R和壓電測(cè)量Pz的組合，它們與分析處理裝置60連接。這里可以有其它的組合。
圖7表示了壓電電纜在保險(xiǎn)杠上的安裝。圖7中表示了電纜固定位置的一個(gè)分解圖。一個(gè)保險(xiǎn)杠70具有一個(gè)固定部位71，其中有一個(gè)用于電纜73的夾持架。該電纜可以或者是注入或者是夾緊進(jìn)入到保險(xiǎn)杠罩里。
如果使用壓電電纜以便充分利用所述四種獨(dú)立的效應(yīng)-這些效應(yīng)通過(guò)四種不同的物理效應(yīng)而產(chǎn)生(它們是壓電現(xiàn)象、在電容測(cè)量時(shí)電場(chǎng)的場(chǎng)變化、感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)的場(chǎng)變化以及由于內(nèi)導(dǎo)體的壓電電阻率的變化而使電阻變化)，那么可以通過(guò)似然性考慮將行人可靠地與其它對(duì)象區(qū)分開(kāi)來(lái)，同時(shí)可以對(duì)測(cè)試效果進(jìn)行分析處理，其中電感的或電容的傳感器可以在與保險(xiǎn)杠接觸之前就觸發(fā)，并因此可以用作為壓電的和壓電電阻的測(cè)量的觸發(fā)器。
權(quán)利要求
1.用于探測(cè)碰撞的裝置，其特征在于，該用于探測(cè)碰撞的裝置具有至少一個(gè)壓電電纜(10，200)。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述壓電電纜(10，200)的配置應(yīng)使該裝置借助于壓電電纜(10，200)可以探測(cè)到通過(guò)一個(gè)碰撞對(duì)象(31)的電容變化。
3.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，壓電電纜(10，200)具有一個(gè)第一屏蔽機(jī)構(gòu)(202)作為用于檢測(cè)電容變化的一個(gè)電極。
4.按權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一屏蔽機(jī)構(gòu)(202)圓柱形或半圓柱形地構(gòu)成。
5.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述壓電電纜(10，200)的配置應(yīng)使一個(gè)碰撞引起一個(gè)壓電脈沖。
6.按權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，該裝置的配置應(yīng)使它借助于一個(gè)運(yùn)行時(shí)間差的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)碰撞的位置分析。
7.按權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，壓電脈沖一方面直接進(jìn)行分析處理，另一方面通過(guò)一個(gè)延遲導(dǎo)線輸送給一個(gè)分析處理裝置，以便由此求出運(yùn)行時(shí)間差。
8.按權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，將一個(gè)由一種纏繞的金屬絲構(gòu)成的第二屏蔽機(jī)構(gòu)(203)設(shè)置為延遲導(dǎo)線。
9.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，壓電電纜(10，200)的配置應(yīng)使它在一個(gè)碰撞時(shí)有一種長(zhǎng)度變化，該長(zhǎng)度變化導(dǎo)致電阻的變化。
10.按權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，一個(gè)表征電阻變化的信號(hào)被轉(zhuǎn)換到一個(gè)較高的頻率用于分析處理。
11.按權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第二屏蔽機(jī)構(gòu)是感應(yīng)式的，用于表征碰撞對(duì)象的導(dǎo)電能力。
12.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，壓電電纜布置在一個(gè)保險(xiǎn)杠(70)的一個(gè)擋板中。
13.按權(quán)利要求12所述的裝置，壓電電纜(73)注入在所述擋板中。
14.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，壓電電纜(73)夾緊在所述擋板中。
全文摘要
建議了一種壓電電纜作為碰撞傳感器，它可以實(shí)現(xiàn)直至四種不同的測(cè)量原理。除了在發(fā)生碰撞時(shí)引起一個(gè)壓電脈沖的壓電測(cè)量之外，還可以實(shí)現(xiàn)一種電容的測(cè)量、一種電感的測(cè)量和一種電阻的測(cè)量。
文檔編號(hào)B60R21/34GK1701009SQ200480000838
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
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