具有用于碰撞探测的电容式变形传感器的机动车的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种机动车，包括设置在前侧、尾侧和/或侧面的金属构件、尤其是保险杠以及至少一个传感器装置，所述传感器装置包括电容式工作的传感器和所配置的用于碰撞检测的控制装置，其中，所述传感器（2）设置在金属构件（4）上并且构造成面传感器，所述面传感器在所述金属构件（4）的宽度的至少一半上延伸，其中，由与物体碰撞产生的信息可由所述控制装置（10）借助于所述传感器（2）的通过所述传感器（2）的由碰撞引起的变形而变化的电容求得，其中，所述传感器（2）构造成平板电容器，在所述金属构件、尤其是形成电容器电极的保险杠（4）上施加有由电介质（7）构成的层，在所述层上施加有第二电容器电极（9）。根据本发明提出，所述第二电容器电极分成各个彼此隔绝的电极区段（9），其中，每个电极区段（9）与所述控制装置（10）连接。
【专利说明】具有用于碰撞探测的电容式变形传感器的机动车
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机动车，包括设置在前侧、尾侧和/或侧面的金属构件、尤其是保险杠以及至少一个传感器装置，所述传感器装置包括电容式工作的传感器和所配置的用于碰撞检测的控制装置。
【背景技术】
[0002]现代机动车包括各种用于保护乘员的约束机构、例如安全气囊或安全带拉紧器。这种约束机构通过相应的控制装置在碰撞情况中启动，其中，启动不是静态的，而是可能情况下也根据碰撞过程或者说碰撞荷重来设计。因此，在现代机动车中设置有碰撞检测可能性，所述碰撞检测可能性允许检测可作为用于计算碰撞荷重的基础来使用的数据。通常，为此在车辆前部使用加速度传感器，但其中，例如参见JP2000326808A，也可使用电容式工作的碰撞传感器来检测数据，所述电容式工作的碰撞传感器根据实际发生的碰撞改变其电容。数据检测和分析处理必须非常快速地进行，通常为此提供20?50ms的时间段。配置给碰撞检测装置的控制装置现在由所接收的测量值求得碰撞信息例如相对碰撞速度或与碰撞对方的重叠。为此，在车辆前部中分布地设置有多个点式工作的传感器。
[0003]因为所安装的传感器仅点式工作，即由于其小的尺寸刚刚仅在就整个可能的碰撞面而言相对小的区域中工作，因此，仅相对粗地求得相对碰撞速度，这由也许在前侧或尾侧的自己的车辆与不同的碰撞对方的有时仅局部的相互作用得到，此外，所述碰撞对方也具有不同的刚度特性(例如自己的车辆所行驶朝向的墙比具有自己的变皱区的车辆明显刚度大)。此外，由于传感器的点式的检测功能，几乎不可评估与碰撞对方的重叠。由于直到启动或者说触发约束机构非常短的判断时间段，在碰撞情况中被冲撞的侧的识别是有困难的。
【发明内容】
[0004]由此，本发明的问题在于，给出一种机动车，所述机动车可实现改善的碰撞检测并且由此实现作为用于启动约束机构的基础来使用的碰撞信息的改善的求得。
[0005]为了解决所述问题，根据本发明，在开头所述类型的机动车中提出，传感器设置在金属构件、尤其是保险杠上并且构造成面传感器，所述面传感器在金属构件、尤其是保险杠的宽度的至少一半上延伸，其中，由与物体碰撞产生的信息可由控制装置借助于传感器的通过传感器的由碰撞弓I起的变形而变化的电容求得。
[0006]根据本发明的机动车特别有利地具有面传感器，即在大的面积上、至少在金属构件的一半宽度上延伸的传感器，所述传感器设置在所述金属构件上。这种金属构件例如可以是保险杠，但也可以是车辆结构的其它金属构件，例如安装在侧面的门碰撞承载件或门槛或车辆结构或者说车身的其它横梁或纵梁。每个机动车例如具有通常由钢或铝制成的保险杠，所述保险杠大多设置在前挡板和尾挡板之后。在所述保险杠上，即因此也在尾挡板之后，存在面传感器，所述面传感器在此情况下在保险杠宽度的至少一半上、优选在保险杠宽度的至少80%上、并且特别是在整个保险杠宽度上延伸。由于传感器的面积大，通过所述传感器可确定大的检测面或大的检测区域，在所述检测区域内，可能的碰撞在一定程度上直接作用于传感器，即所述传感器被直接影响，由此，由所述传感器分接出的数据因此或多或少地直接成为碰撞的度量。由此，可非常精确地检测碰撞信息、例如相对速度以及尤其是重叠。因为不同于现有技术，在那里，在一定程度上进行点式测量，因为传感器仅仅是小尺寸的局部的传感器，所以，面传感器提供大面积的数据检测平面。
[0007]面传感器电容式工作，其中，所述面传感器的电容在由碰撞引起的变形下变化。这种电容变化由控制装置检测和分析处理，基于此求得之后约束机构启动所基于的相应数据。[0008]如已所述，传感器优选在金属构件宽度、即例如保险杠宽度的至少80%上、优选在其整个宽度上延伸。此外，所述传感器也至少在金属构件、即例如保险杠的一半高度上、优选在金属构件的整个高度上延伸。面传感器越大，数据检测面越大并且数据检测越精确。
[0009]根据本发明的一个扩展构型，传感器本身构造成平板电容器，其中，如所述由铝或钢制成的金属的保险杠形成电容器电极之一。这就是说，本来已经存在的构件在附加功能方面、在此作为电容器电极来使用。根据本发明的一个扩展构型，为了形成传感器，在金属构件、例如保险杠上施加有由电介质构成的层，在所述层上施加有第二电容器电极，由此，电容式工作的传感器本身得以补足。即传感器的结构非常简单，所述传感器也可在尺寸方面相应得到设计。
[0010]电介质本身优选是塑料、尤其是发泡的塑料。例如可使用发泡的热塑性塑料或发泡的弹性体。在一个具体的发明构型中，作为发泡的塑料可使用膨胀的聚丙烯。重要的是，电介质一方面具有足够的介电特性，另一方面也具有相应的可变形性，由此，所述电介质在碰撞情况中变形。由所述变形得到两个电容器电极之间的间距的变化一在发生碰撞的区域中。由间距变化又得到平板电容器传感器的电容的变化。又可在测量技术上求得电容以及电容变化的时间变化曲线，基于此又可求得相应的碰撞参数。作为电介质例如可使用通常使用的行人保护泡沫。
[0011]电介质本身具有I~10cm、尤其是3~7cm范围内、优选大约5cm的厚度。这提供足够的变形行程并且由此提供电极间距可在其上变化的足够的行程。
[0012]在一个有利的扩展构型中，第二电容器电极借助于金属膜、可能情况下纤维增强的金属网/金属布/金属织物或沉积的金属层形成。这些方案任意之一都提供形成大面积电容器电极的可能性。优选使用铝，或者说金属膜、金属织物或金属层包含铝。金属膜、金属织物或金属层的厚度优选处于10~1000 i! m范围内、尤其是100~500 i! m范围内。所述厚度应选择得尽可能小，以便节省材料，特别是对于电容器电极当然仅仅具有电极特性，但另外不具有其它特性。电极也足够柔韧，由此，所述电极在碰撞时立即变形并且电极间距以及由此电容变化。局部看非常小的变形和/或变形度非常低的变形导致间距变化以及由此导致电容变化，并且由此可被检测到和考虑。另外，由于是面状，变形也可在传感器面之上的任意位置上进行，这就是说，变形以及由此信号产生因此直接在进行由碰撞引起的力导入的位置进行，所述力导入在一定程度上可以任意，即例如点式或大面积地进行——视碰撞物体和碰撞荷重而定。
[0013]根据本发明的一个符合目的的扩展构型，为了容易处理以及为了保护所述电容器电极，金属膜、金属织物或沉积的金属层施加在一承载件、尤其是塑料承载件上。为了完全封装，所述金属膜、金属织物或沉积的金属层也可设置在两个承载件、尤其是塑料承载件之间。特别是所述金属膜、金属织物或沉积的金属层尤其是在金属膜或金属织物的情况中粘接在所述承载件上，金属层可能情况下可直接沉积在所述承载件上。承载件一方面用于稳定，另一方面用于保护非常薄的电极。这种承载件例如可以是塑料膜、尤其是由聚酯制成的塑料膜。所述膜应尽可能抗断裂和冲击，即足够稳定。所述膜也应尽可能薄，厚度应处于100?IOOOiim范围内，以便作为对由碰撞引起的力导入的直接反应保证电极变形。
[0014]本发明的一个特别符合目的的扩展构型提出，第二电容器电极尤其是通过多个缝隙分成各个彼此隔绝的电极区段，其中，每个电极区段与控制装置连接。由此，例如通过金属膜或金属织物形成的第二电容器电极分成多个单个的区，其中，每个区在另一侧通过单件式的作为另一个电容器电极的保险杠封闭。所述单个的电极区在水平上观察优选并排，由此，在水平方向上得到一列并排的单个的电容器区。每个电容器区单独与控制装置连接，这就是说，可检测区相关的单独的数据。这可特别有利地实现更精确地检测重叠。因为在碰撞情况中例如可仅涉及发生变形并且由此提供不同于其它区的信号的电容器区，由此，根据各个区的尺寸，可进行更精确的局部的碰撞确定。例如第二电容器电极分成五个区或段，由此，得到总共五个单个的电容器段或区，其中，当然也可进行更细的划分。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]从下面描述的实施例以及借助于附图得到本发明的其它优点、特征和细节。附图表不:
[0016]图1根据本发明的机动车的一部分的原理视图，示出了集成在前侧的面传感器，
[0017]图2根据本发明集成的面传感器的第二电容器电极的实施形式的原理视图，
[0018]图3图2中的第二电容器电极，具有设置在其上的电介质，
[0019]图4整个电容式工作的面传感器的作为原理视图的俯视图，
[0020]图5面传感器的等效电路图，
[0021]图6控制装置的分析处理单元的原理电路图，以及
[0022]图1两个理想化的测量曲线。
【具体实施方式】
[0023]图1示出了根据本发明的机动车1、在此是具有集成在前侧的电容式工作的传感器2的车辆前部的部分视图。不言而喻，这样的传感器2也可设置在车辆尾部上。
[0024]传感器2在所述实施例中在前挡板3之后设置在呈保险杠4形式的金属构件上，所述保险杠本身固定在纵梁5上，其中，保险杠4是传感器2的一部分。传感器2在保险杠4的至少一半长度和高度上、优选几乎在其整个长度和高度上延伸，以便传感器面尽可能大。
[0025]传感器2构造成电容式工作的面传感器，即呈平板电容器的形式。这种平板电容器的特征在于两个板状的电极，在所述电极之间设置有电介质。在所示实施例中，这两个电容器电极借助于后面还要详细描述的传感器膜6和用钢或铝制成的保险杠4来实现。在所述电容器电极之间设置有电介质7，例如热塑性塑料或弹性体，可能情况下经发泡。下面还要探讨根据本发明设置的传感器2的具体工作方式，首先详细描述所述传感器的结构构造。[0026]图2和图3以原理视图的形式示出了传感器膜6，所述传感器膜是一个电容器电极。传感器膜6在所示实施例中包括五个彼此通过缝隙8分开的即隔绝的(并且，因为设置在两个承载件之间，部分用虚线示出的)电极段9 (参见图3)，所述电极段例如借助于金属膜例如铝膜或金属织物例如用铝线制成的金属织物形成。电极段9其整体形成电容器电极，但所述电极段用于形成各个电容器段，下面对此还要进行探讨。每个电极段9如根据图2的原理视图中所示单独地与控制装置10连接，所述控制装置进行信号分析处理并且由此进行碰撞参数求得。即由于所示使用五个电容器电极9，在此得到五个单独的平板电容器，即因此得到五个传感器段，在所述传感器段上可分别分接出单独的信号。
[0027]例如由厚度为100~500 ii m的金属膜构成的非常薄的电容器电极段9在所示例子中被接收在两个承载件11之间，即因此被完全封装，其中，承载件11分别由非常薄的塑料膜、例如聚酯膜构成，电容器电极段9粘接在所述承载件上并且所述承载件本身相互粘接。因此形成封闭的传感器膜6，所述传感器膜可作为预制造的构件来处理。
[0028]然后，将传感器膜6贴置、例如也粘接在形成电介质的弹性体7上，由此，传感器膜6和弹性体7可构造成单独的结构单元，所述结构单元于是设置在保险杠4上。弹性体7、例如发泡聚丙烯具有例如5cm的厚度，由此，在电极段9或者说由所述电极段形成的前侧的电极与保险杠4、即后侧的电极之间得到足够的间距，所述间距在碰撞情况中是变形行程。
[0029]图4作为原理视图示出了安装好的传感器2的俯视图。也示出了具有其在此原理性示出的五个单独的电极段9的传感器膜6、电介质7以及保险杠4，所述保险杠形成另一个电容器电极。保险杠4通过纵梁5接地，相应情况适用于控制装置10，所述控制装置如可从图2中看到的那样与对应的电容器电极段9耦合，其中，图4中仅示出了一个耦合导线。
[0030]因此，总体而 言，参见图5中的等效电路图，得到多个单个的电容器Cl、C2、
C3......Cn，其中，在所示实施例中，n=5。不言而喻，存在可能性:取代根据图3的在图中所
示的五个电容器元件段，设置更多个单独的电极段并且由此形成多个单独的单个电容器段Cn0
[0031]很明显，每个单个的电容器或者说单个的电容器段Cl~Cn与控制装置连接，即所述控制装置接收电容器段特定的测量值。
[0032]如从图4中可看到的那样，电极段9和保险杠4或者说所述保险杠的贴置有电介质7的表面彼此间隔开间距S。该间距优选对于全部电容器段相同，但也可不同，只要具体的间距分别已知。由此按下式得到各个电容器段的电容C:
J
[0033]C — ^ * Cr *.~
P
IU
[0034]其中:
[0035]e 0=电场常数，
[0036]er=介电常数，
[0037]A=电极段9的面积，
[0038]S=电极间距。
[0039]如果现在由于碰撞(参见图4中用箭头表示的撞击方向)以及由此由于力作用而间距s变化，即因此一电容器电极段9完全地或仅局部地朝保险杠4的方向运动，则被冲撞的电容器段的电容分别根据s变化。电容原理上按下式得到:[0040]
【权利要求】
1.一种机动车，包括设置在前侧、尾侧和/或侧面的金属构件、尤其是保险杠以及至少一个传感器装置，所述传感器装置包括电容式工作的传感器和所配置的用于碰撞检测的控制装置，其中，所述传感器(2)设置在金属构件(4)上并且构造成面传感器，所述面传感器在所述金属构件(4)的宽度的至少一半上延伸，其中，由控制装置(10)借助于由于碰撞引起的传感器(2)变形而变化的传感器(2)电容能确定出由与物体碰撞而产生的信息，其中，所述传感器(2)构造成平板电容器，在形成电容器电极的金属构件一尤其是保险杠(4)—上施加有电介质(7)层，在所述层上施加有第二电容器电极(9)，其特征在于:第二电容器电极分成单个的彼此隔绝的电极区段(9)，其中，每个电极区段(9)与所述控制装置(10)连接。
2.根据权利要求1的机动车，其特征在于:所述传感器(2)在所述金属构件(4)的宽度的至少80%上、尤其是在所述金属构件的整个宽度上延伸。
3.根据权利要求1或2的机动车，其特征在于:所述传感器(2)在所述金属构件(4)的至少一半高度上、优选整个高度上延伸。
4.根据上述权利要求任意之一的机动车，其特征在于:所述金属构件是保险杠。
5.根据上述权利要求任意之一的机动车，其特征在于:所述电介质(7)是塑料、尤其是发泡的塑料、优选是弹性体。
6.根据权利要求5的机动车，其特征在于:所述发泡的塑料是发泡聚丙烯。
7.根据上述权利要求任意之一的机动车，其特征在于:所述电介质(7)具有I~10cm、尤其是3~7cm范围内、优选5cm的厚度`。
8.根据上述权利要求任意之一的机动车，其特征在于:所述第二电容器电极(9)借助于金属膜、可能情况下纤维增强的金属网或沉积的金属层形成。
9.根据权利要求8的机动车，其特征在于:所述金属膜、金属网或金属层由铝制成或包含铝。
10.根据权利要求8或9的机动车，其特征在于:所述金属膜、金属网或金属层具有10~1000 u m、尤其是100~500 i! m的厚度。
11.根据权利要求8至10任意之一的机动车，其特征在于:所述金属膜、金属网或沉积的金属层设置在一承载件(11)、尤其是塑料承载件上或设置在两个承载件(11)、尤其是塑料承载件之间。
12.根据权利要求11的机动车，其特征在于:承载件(11)是塑料膜、尤其是由聚酯制成的塑料膜。
13.根据权利要求12的机动车，其特征在于:承载件(11)具有100~1000iim范围内的厚度。
14.根据上述权利要求任意之一的机动车，其特征在于:所述第二电容器电极通过多个缝隙(8)分成所述电极区段(9)。
【文档编号】B60R21/0136GK103562014SQ201280023253
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月8日 优先权日:2011年5月18日
【发明者】M·盖斯 申请人:奥迪股份公司