(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車体要素（１）の１０ｋＨｚ以上のバルク波のトランスバーサル方向の振れ（ＫＳ）を検出するセンサ（３）と検出されたバルク波のトランスバーサル方向の振れ（ＫＳ）に依存して車両の乗員保護手段を制御する評価回路（５）とを有する
ことを特徴とする車両の乗員保護装置。
【請求項２】
前記センサ（３）は乗員保護のための制御装置（２）内または制御装置（２）の個所に配置されており、該制御装置は車体要素（１）に固定されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記車体要素（１）は車両の中央に配置されたサイドメンバである、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記センサ（３）は圧電センサとして構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記バルク波のトランスバーサル方向の振れ（ＫＳ）の振幅が評価される、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記バルク波のトランスバーサル方向の振れ（ＫＳ）の周波数が評価される、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記バルク波のトランスバーサル方向の振れ（ＫＳ）の時間的な周波数変化が評価される、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
加速度センサ（４）を有しており、記録された加速度と検出されたバルク波のトランスバーサル方向の振れ（ＫＳ）とに依存して乗員保護手段が制御される、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は車両の乗員保護装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７２９０１９号明細書には音波センサまたはバルク波センサを備えた車両の乗員保護装置が記載されている。評価回路は検出されたバルク波に即して衝突と他のノイズおよび障害とを区別する。
【０００３】
周知のバルク波センサを備えた乗員保護装置は車両の車体要素の縦方向のバルク波の振れを検出している。例えば車体要素が車両の長手軸線に対して平行に配向された金属のサイドメンバとして構成されている場合、このサイドメンバはフロント衝突の際に直接に自身にぶつかる障害物によってオフセットされたり、また間接的に他の車体要素を介した縦波によってオフセットされたりする。バルク波センサ、例えばサイドメンバに取り付けられる膨張計（ストレインゲージ）の形態のバルク波センサは、このサイドメンバの縦波の振れを検出する。縦波の振れは振幅が小さいため、検出されたバルク波から充分な情報を得るには大きな増幅ないし評価のコストが必要となる。しかもこの振れは衝突方向でしか発生しない。
【０００４】
本発明の課題は、周知の装置の欠点を回避し、特にバルク波センサを備えた車両の乗員保護装置を提供して、低コストでしかも充分に感度の高い衝突の識別信号を送出できるようにすることである。
【０００５】
本発明の課題は車両の車体要素の１０ｋＨｚ以上のバルク波のトランスバーサル方向の振れを検出するセンサと検出されたバルク波のトランスバーサル方向の振れに依存して車両の乗員保護手段を制御する評価回路とを有する装置を構成して解決される。
【０００６】
この場合バルク波を検出するセンサは、衝突の際にバルク波によってオフセットされる車体要素に固定されているか、または少なくとも車体要素に振動的に結合されている。そのためこのセンサはバルク波のトランスバーサル方向の成分、つまり車体要素のバルク波の横波の振れを検出する（以下これをバルク波と称する）。このようにして検出されたトランスバーサル方向のバルク波の振れに依存して評価回路は配属された乗員保護装置を制御する。
【０００７】
本発明の装置の利点は特に、トランスバーサル方向のバルク波の振れを検出するセンサが有効な波を充分に高い感度で表し、かつ障害影響に対して充分に不感の電気信号を送出するので、車両への衝突が測定されたバルク波により一義的に識別されることである。トランスバーサル方向のバルク波は衝突の発生した方向に依存せずに検出される。
【０００８】
以下にバルク波センサから送出される電気信号の評価に関連して簡単にバルク波の評価について説明する。
【０００９】
本発明の有利な実施形態は、車両の乗員保護手段に対する制御装置のバルク波センサに関連している。この種の制御装置は従来のように車体要素に固定に接続されている（例えば溶接されている）。このような制御装置の既存の配置法を利用して、バルク波センサを制御装置内に適切に配置することにより有利にはトランスバーサル方向のバルク波の振れを検出できる。その際にバルク波センサを制御装置から離して配置したり、障害を生じやすく実装に向かない線路を介して制御装置および制御装置内に位置する評価回路へ導電接続したりする必要はない。有利にはこの制御装置は車両キャビンのほぼ中央に配置されており、車両のキャビン自体が固定の車体要素として構成されているか、またはこの種の車両の車体要素、例えばサイドメンバに接続されている。
【００１０】
本発明の有利な実施形態はバルク波センサ、および検出されたバルク波の有利なパラメータの評価手段にも関連している。乗員保護手段のトリガは有利にはこれらのパラメータに依存して開始され、その際にバルク波センサの評価の他に、別にセンシングされた量、例えば乗員識別データまたは乗員位置識別データを最終的なトリガ決定のために有利には考慮することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態では、乗員保護手段が検出されたバルク波および加速度センサによって検出された加速度に依存してトリガされる。この場合、所属の乗員保護手段のトリガのために相互に異なる物理的な原理に基づく２つのセンサで衝突が検出されるという利点がある。これにより例えばセンサの欠陥、障害信号、または砂利道でのオーバードライブに起因するバイブレーション信号などに基づくトリガが回避され、装置全体のトリガの確実性が著しく向上する。
【００１２】
本発明およびその実施形態を図の実施例に即して詳細に説明する。図１には本発明の制御装置が固定された車体要素の長手方向の断面図が示されている。図２には図１の車両要素に沿ってバルク波が示されている。図３には本発明の別の実施例の装置のブロック回路図が示されている。図４には本発明のさらに別の実施例の装置のブロック回路図が示されている。
【００１３】
図１には断面図で、車両のサイドメンバが長さｌ、高さｈ、不可視かつ図示されていない幅を有する車体要素１として示されている。車体要素１には同様に断面図で示された制御装置２が配置されている。制御装置２は図１では、制御装置に固有の詳細部分を明確に示すために車体要素１よりもはるかに大きな縮尺で示されている。制御装置２はベースプレート２１とこのベースプレート２１に固定されたケーシング２２とを有している。ベースプレート２１はねじ２３を介して車体要素１に固定に接続されているので、特に車体要素１のバルク波の振れが制御装置２へ、特に制御装置のベースプレート２１およびケーシング２２へ良好に伝達される。ベースプレート２１にはバルク波センサ３が配置されている。ケーシング２２にはさらに差込連結部２４が配置されている。
【００１４】
図示された方向の衝突Ａが発生した場合には、車体要素１は衝突障害物との直接接触または間接接触によりバルク波を送出する。バルク波は、ここではそれ自体は周知の手段、すなわち図１に矢印で示された縦波Ｌの振れ方向の検出に適したバルク波センサを介して検出される。ただし本発明によれば、図１の相応の矢印で示された振れ方向を有するトランスバーサル方向のバルク波Ｔの検出に適したバルク波センサを介した検出も行われる。この場合トランスバーサル方向のバルク波Ｔは縦波Ｌに対して横断方向に配向されている。バルク波のトランスバーサル方向成分は制御装置２が車体要素１に固定に取り付けられているためそこからバルク波センサ３へ伝達される。図１に矢印で示されたバルク波センサ３は有利には圧電センサとして構成されており、このセンサの感度軸線Ｅはトランスバーサル方向のバルク波の振れを検出するために配向されている。
【００１５】
バルク波センサ３はこの場合、車体要素１のトランスバーサル方向での振れを測定する。ここで振れの測定はトランスバーサル方向での車体要素の速度の測定または加速度の測定と同一視され、いわば保護下に置かれる。
【００１６】
図２には衝突Ａの結果トランスバーサル方向の振れをともなうバルク波ＫＳが図１の車体要素１の長さｌに沿って存在することが示されている。この場合バルク波は例えば車体要素１の始点０、終点１および中央ｌ／２で振動の節を有しており、これに対して振動の腹はｌ／４および３ｌ／４の個所にある。バルク波センサ３は、車体要素１に沿って少なくとも衝突の際に大きな確率でバルク波の振動の節が予測される所定のポイントに配置されるのではなく、振動の腹が予測される領域に配置される。バルク波センサ３が例えば圧電結晶センサとして構成されており、通常動作中に搬送波振動数ｔｒで励振される場合には、衝突の結果この搬送波振動数が図２のように振幅変調される。バルク波センサ３によって検出されたバルク波は振幅変調された搬送波振動数ｔｒの包絡線ｈｌに相応する。搬送波振動数ｔｒはローパスフィルタを介して除去される。
【００１７】
図１の車体要素１が車両のサイドメンバであり、車両の長手軸線に対して平行に配置されている場合には、バルク波センサ３の感度方向はフロントでの衝突Ａに対してだけでなく車両の側方の図示されない衝突に対しても横波の検出のために予め定められている。なぜならバルク波センサ３の衝突方向に対して車体要素１のバルク波のトランスバーサル方向成分も検出されるからである。
【００１８】
車両の乗員保護手段が車両のバルク波検出のみに依存して構成される場合には、有利には、少なくとも２つのバルク波センサが車両に配置され、評価回路に導電接続される。この場合複数のバルク波センサは、２つのバルク波信号から衝突の際の衝突方向が検出できるように空間的に配置しなければならない。これは特に２つのバルク波信号を時間的に比較することによって行われる。こうした走行時間の比較から特に侵入してくる構造体の速度およびその侵入方向を検出することができる。検出された方向に依存して１つまたは複数の乗員保護手段、例えばフロントエアバッグまたはサイドエアバッグまたはプリテンショナー装置が選択される。２つのバルク波信号から導出された侵入構造体の速度に依存して、選択された乗員保護手段がトリガされる。
【００１９】
図３、図４には本発明の装置の別の実施例のブロック回路図が示されている。２つの装置にはそれぞれ１つずつバルク波センサ３と加速度センサ４とが設けられている。この場合加速度センサ４は例えばフロント衝突を検出できるように配向されている。図３では評価回路５がバルク波センサ３の信号および加速度センサ４の信号を評価し、これらの信号に依存して制御可能な集積化された点火回路６の出力段６１、６２を駆動する。ここで２つの制御可能な出力段６１、６２を導通制御することにより、乗員保護手段の点火素子７にエネルギが印加される。評価回路５は通常はマイクロプロセッサとして構成されているが、他の論理回路またはアナログ回路として構成することもできる。
【００２０】
図４のブロック回路図は図３のブロック回路図に対して、各センサ３、４はそれぞれ固有の評価回路５１または５２に配属されており、これらの評価回路の側でそれぞれ１つずつ設けられた制御可能な出力段６２、６１が制御される点で異なっている。ハードウェアとしては２つの評価回路５１、５２を相互に分離して構成することもできるし、または共通にマイクロプロセッサとして構成することもできる。図４のブロック回路図では単に制御可能な各出力段６１、６２がバルク波または加速度のみに依存して導通するように切り換えられることが示されているだけである。この種の装置は、例えば衝突の際に２つのセンサ３または４の一方が配属された点火素子７を誤ってトリガしてしまうことを阻止できる利点を有する。なぜなら異なる機能能力を有するセンサ３、４が衝突を表示しておらず、そのセンサ３、４に配属された出力段６１または６２が導通状態にシフトされないからである。
【００２１】
有利には図４の制御可能な出力段６１または６２が所属のセンサ３、４に配属された評価回路５１または５２によって、最小の強度の衝突が識別された早期の時点で導通切換される。ただしこの最小強度は乗員保護手段による乗員の保護が必要な衝突の強度ではない。この最小強度の比較は単に何らかのタイプの衝突が検出されたことを保証するのみである。このために使用されるセンサはセーフィングセンサの名称で当業者に知られている分野のものである。セーフィングセンサは最小の衝突が検出された場合に乗員保護手段のトリガを準備し、他方では最小の衝突が検出されていないのに別のセンサが例えば誤ってトリガを所望している場合のトリガを阻止する。別のセンサおよび配属された評価回路により、通常の動作中に配属された制御可能な出力段は保護手段のトリガが是非とも必要であると見なされた時点で導通切換される。
【００２２】
有利には加速度センサ４はセーフィングセンサ４のタスクを引き継ぐことができる。このために電子式の加速度センサはアナログの出力信号を送出し、この信号はフィルタリングされ、増幅され、場合によりアナログ／ディジタル変換され、有利には積分される。積分後に信号は比較的低く設定された閾値と比較される。この閾値が上方超過される場合に最小の衝突強度を有する衝突が検出され、図４の評価回路５１は制御可能な出力段６２を導通切換する。このため所定の方向（加速度センサ４の方向も感知される）からの少なくとも１つの軽度の衝突が存在することが保証される。バルク波センサ３から送出された信号を評価回路５２によって評価することにより、衝突が充分に強いか否かに関する明確性がもたらされ、これにより配属された乗員保護手段がトリガされる。この場合特にバルク波信号またはその包絡線のレベルないし振幅が所定の限界値と比較される。比較的高く設定されたこの限界値が上方超過されると、評価回路５２により制御可能な出力段６１が導通切換され、乗員保護手段がトリガされる。ただし有利にはこの種の簡単な限界値比較は所属の出力段を制御するためには使用されないか、または単独では使用されない。有利にはバルク波信号の周波数、特にその周波数の時間に関する変化が求められる。すなわち図１の車体要素１の長さｌが侵入してくる障害物によって短縮されると、図２で発生している波の周波数が変化する（周波数が増大する）。このようにして求められた周波数の変化は侵入してくる障害物の速度、ひいては衝突によって伝達されるエネルギの尺度となる。このように求められる周波数変化は制御可能な出力段６１の導通切換に対して予め定められる。
【００２３】
アナログの加速度センサと後続の評価回路５１および制御可能な出力段６２とに代えて機械的な加速度センサを使用することもできる。このセンサは最小閾値が上方超過されると切換信号を送出する。この場合点火電流回路は直接にこの機械的な加速度スイッチを介して接続することができる。
【００２４】
選択的にバルク波センサ３の有利な別の実施例としてセーフィングセンサを使用することができる。この場合バルク波のレベルと比較的低く設定された閾値とを簡単に閾値比較して制御可能な出力段６１を導通切換すれば充分である。加速度センサ４から送出されたアナログ信号は評価回路５１で増幅され、場合によりアナログ／ディジタル変換され、その後、場合によっては複雑なトリガアルゴリズムが行われる。重度の衝突が検出された場合には制御可能な出力段６２も導通切換され、乗員保護手段がトリガされる。
【００２５】
別の有利な実施例では、バルク波に基づく衝突の検出により加速度信号の評価をトリガすることができる。ここでは従来の装置とは異なって時間的な利点が達成される。なぜならバルク波は加速度が検出される前に検出されるからである。有効な数ミリ秒程度の僅かなトリガ時間、特にサイドエアバッグのトリガのためのトリガ時間のために、この場合有利には加速度信号の評価が行われる。
【００２６】
点火の決定が１つまたは複数のバルク波センサのみを介して行われる場合にはさらに従来の加速度検出に対しての時間的な利点が得られる。バルク波のスペクトル成分は１０ｋＨｚ以上であり、加速度のスペクトル成分は４００Ｈｚ以下であるため、バルク波センサを使用して一層迅速な識別が可能となるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の制御装置を備えた車体要素の長手方向の断面図である。
【図２】  バルク波を示す図である。
【図３】  本発明の別の実施例の装置のブロック回路図である。
【図４】  本発明のさらに別の実施例の装置のブロック回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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