DE19900105A1

DE19900105A1 - Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung

Info

Publication number: DE19900105A1
Application number: DE1999100105
Authority: DE
Inventors: Ulrich Bahr
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-01-05
Filing date: 1999-01-05
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: DE19900105B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung mit einem Meßwerterfassungs- und Steuersystem, welches wenigstens einen Sensor (16) zur Meßwerterfassung aufweist. Hierbei ist an einem Einbauort eines jeden Sensors (16) oder integral mit einem jeden Sensor (16) eine Sensorsignalverarbeitungseinrichtung (28) und eine digitale Schnittstelle (30) zu einem seriellen Daten-BUS (18) vorgesehen, wobei die Sensorsignalverarbeitungseinrichtung (28) ein entsprechend digital aufbereitetes Sensorsignal (34) an die digitale Schnittstelle (30) weitergibt, welche dieses über den seriellen Daten-BUS (18) weiterleitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung mit einem Meßwerterfassungs- und Steuersystem, welches wenigstens einen Sensor zur Meßwerterfassung aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Durchführung von beispielsweise Fahrzeug-Aufprallversuchen, sogen. "Crash- Versuchen" werden viele interessierende Meßgrößen, wie beispielsweise Beschleunigungen, Kräfte, Momente und Wege, gemessen und aufgezeichnet. Hierzu dient eine große Zahl unterschiedlichster Sensoren, die an einer sogen. Meßanlage betrieben werden. Die Meßanlage versorgt die Sensoren mit Energie, wandelt die in aller Regel analogen Sensorsignale in Digitalwerte, speichert diese Digitalwerte, bis sie nach dem Versuch zur weiteren Verarbeitung und Auswertung ausgelesen werden. Zur automatischen Sensorerkennung befinden sich häufig sogen. ID-Module auf bzw. an den Sensoren, die von der Meßanlage abgefragt werden, um so den Sensortyp und ggf. auch einige charakteristische Daten (Sensorempfindlichkeit, Kalibrierdatum usw.) festzustellen. Aufgrund der Verschiedenartigkeit der eingesetzten Sensoren muß der Signalaufbereitungs- und Digitalisierungsteil der Meßanlage bisher universell ausgelegt sein, d. h. u. a. einen großen Eingangsspannungsbereich, eine einstellbare oder selbsteinstellende Verstärkung und eine maximal hohe Digitalisierungsauflösung besitzen. Derartige Meßanlagen weisen jedoch eine relativ hohe Masse, ein relativ großes Volumen und einen unnötig hohen Energieverbrauch auf. Diese drei Eigenschaften beeinträchtigen die Durchführung der Versuche, da durch das große Volumen nur bestimmte Einbauplätze im Fahrzeug in Frage kommen, wobei in unerwünschter Weise die hohe Masse an einigen dieser Einbauorte das Deformationsverhalten und die Auslösecharakteristiken für Pyroartikel beeinflußt. Ferner ist der Energieverbrauch bei Versuchen mit Akku-Versorgung nachteilig, da hierbei zusätzlich für den Energiespeicher eine große Masse und ein großes Volumen unterzubringen ist.

Diese Nachteile treten besonders hervor, wenn Versuche mit einer geringen Zahl an Sensoren gefahren werden, weil Masse, Volumen und Energieverbrauch der Meßanlage unverändert hoch sind.

Aus der DE 195 33 712 C2 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, bei der ein Sensor, eine Verstärkungseinrichtung und eine Spannungs-Impulszahl-Umsetzeinrichtung zu einer Impulsausgabe-Sensoreinrichtung zusammengefaßt sind. Die Spannungs-Impulszahl- Umsetzeinrichtung umfaßt dabei einen Analog-Digital-Wandler und eine Takt- Steuereinrichtung zum Steuern des Analog-Digital-Wandlers. Der Ausgangs des A/D- Wandlers dient jedoch lediglich zum Ansteuern eines Zählers, welcher über eine Taktsteuervorrichtung lediglich eine Impulsausgabe initiiert, wobei eine Impulszahl einer Ausgangsspannung des Verstärkers entspricht. Eine direkte Ausgabe von Sensordaten bzw. von digitalen Sensordaten ist nicht vorgesehen. Daher ist eine derartige Sensorvorrichtung nicht für Meßwerterfassungs- und Steuersysteme von Crash-Versuchsanlagen geeignet.

Die WO 97/49 578 beschreibt eine Steuerung für Kraftfahrzeugsicherheitssysteme mit Nick- und Rollsensorelementen, wobei diese mit Hochpaßfiltern sowie Tiefpaßfiltern und einem nachgeschalteten A/D-Wandler zu einem Sensormittel zusammengefaßt sind. Das Sensormittel gibt digitale Sensorsignale aus, welche in einem nachgeschalteten Steuermittel weiter verarbeitet werden. Als Ausgangssignal ist lediglich ein ggf. abgegebenes Aktivierungssignal für eine Kraftfahrzeugsicherheitskomponente vorgesehen, aber keinerlei Sensordaten selbst, denn diese dienen lediglich dazu, zu bestimmen, ob ein Aktivierungssignal für eine Kraftfahrzeugsicherheitskomponente zu erzeugen ist oder nicht.

Die Sensoren der beiden letztgenannten Systeme sind somit nicht für die Meßwerterfassungs- und Steuersysteme von Vorrichtungen zur Fahrzeugerprobung, wie beispielsweise Crash-Versuchsanlagen, geeignet, da sie einerseits aufgrund mangelnder Kompatibilität nicht an diese anschließbar sind und andererseits kein Ausgangssignal zur Verfügung stellen, welches unmittelbar als Meßwert abspeicherbar ist. Bei Verwendung derartige Sensoren wäre nach wie vor ein großvolumiges, schweres und viel Energie verbrauchendes, zentrales Meßwerterfassungs- und Steuersystem erforderlich, welches jedoch jeweils an die Sensoren angepaßt sein müßte. Ferner müßten, wie bei herkömmlichen Meßwerterfassungs- und Steuersysteme von Crash-Versuchsanlagen, zusätzlich für jeden Sensor eigene Datenleitungen vorgesehen sein und zusätzliche Datenausgänge geschaffen werden, welche jedoch vor den diesen Sensoren zugeordneten Signalverarbeitungseinrichtungen liegen müßten, da letztere keine Sensordaten an sich ausgeben, sondern lediglich aufgrund von Sensordaten erzeugte Impulse (Taktimpulse bzw. Aktivierungssignal) abgeben, welche keinen oder nur sehr groben Rückschluß auf das Sensorsignal selbst zulassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und Masse, Massenverteilung, Volumen und Energieverbrauch der Meßtechnik optimiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß an einem Einbauort eines jeden Sensors oder integral mit einem jeden Sensor eine Sensorsignalverarbeitungseinrichtung und eine digitale Schnittstelle zu einem seriellen Daten-BUS vorgesehen ist, wobei die Sensorsignalverarbeitungseinrichtung ein entsprechend digital aufbereitetes Sensorsignal an die digitale Schnittstelle weiter gibt, welche dieses über den seriellen Datenbus weiterleitet.

Dies hat den Vorteil, daß wesentliche Funktionen der Meßtechnik in die Sensoren selbst ausgelagert sind, so daß bei einem Meßaufbau immer exakt soviel Meßtechnik vorhanden ist, wie für die momentan benötigte Anzahl von Sensoren auch tatsächlich benötigt wird. Auf diese Weise ist Gewicht, Volumen und Energieverbrauch der Meßtechnik immer exakt auf den momentanen Bedarf der Meßsituation abgestimmt. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Sensoren liefern dabei unmittelbar Ausgangssignale, welche nicht mehr weiter verarbeitet werden müssen, sondern vielmehr über einen angeschlossenen Daten-BUS direkt abgespeichert werden können. Hierdurch ist ein Verkabelungsaufwand wesentlich reduziert, da nicht mehr für jeden Sensor eine eigene Anschlußleitung erforderlich ist, sondern sich vielmehr ein einziger Kabelstrang des Daten-BUS durch das Kraftfahrzeug erstreckt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt zusätzlich eine Dezentralisierung der Masse des Meßwerterfassungssystems im Crashfahrzeug, so daß der Einfluß dieser Masse auf das Crashverhalten reduziert ist. Somit werden realistischere Meßergebnisse erzielt.

In einer bevorzugten Ausführungsfarm ist die Sensorsignalverarbeitungseinrichtung einer Sensorbrücke nachgeschaltet und weist in Signalverarbeitungsrichtung nach der Sensorbrücke folgendes auf, einen Vorverstärker, einen Tiefpaßfilter, einen A/D-Wandler und eine Schnittstellensteuerlogik, wobei die Schnittstellensteuerlogik die digitale Schnittstelle zu einem seriellen Daten-BUS mit wenigstens einer Datenleitung und einer Synchronisationstaktleitung ausbildet. Durch eine gemeinsame Synchronisationstaktleitung sind alle mit dem seriellen Daten-BUS verbundene Sensoren gemeinsam triggerbar ohne aufwendigen Abgleich zwischen den Sensoren von beispielsweise jeweiligen Taktgebern.

Zum Identifizieren eines jeweiligen Sensors und zur Parameterbestimmung direkt über den seriellen Daten-BUS ist eine Speichereinrichtung für Sensorparameter, insbesondere ID- Nummer, Sensorempfindlichkeit und/oder Kalibrierdatum, vorgesehen, welche mit der Schnittstellensteuerlogik verbunden ist. Beispielsweise ist die Speichereinrichtung ein E²Prom.

Eine Zusammenfassung von mehreren Sensoren, beispielsweise zu einem dreiachsigen Sensor, erzielt man dadurch, daß mehrere Sensorbrücken über einen Multiplexer mit dem Vorverstärker verbunden sind. Dies erzielt weitere Einsparungen bzgl. Verkabelungsaufwand und Gewicht.

Zweckmäßigerweise sind in einem mehrachsigen Sensor mehrere Sensorsignalverarbeitungseinrichtungen, insbesondere drei Sensorsignalverarbeitungseinrichtungen mit jeweils einer Sensorbrücke an einer einzigen digitalen Schnittstelle angeschlossen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung eine Vorrichtung zum Überprüfen von Wirkungen eines Kraftfahrzeugunfalls mit mindestens einem Kraftfahrzeug, welches mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit an einen vorbestimmten Kollisionspunkt mit einem Hindernis oder wenigstens einem anderen Fahrzeug führbar ist, wobei in dem Kraftfahrzeug und/oder dem Hindernis bzw. anderen Fahrzeug das Meßwerterfassungs- und Steuersystem mit dem wenigstens einen Sensor vorgesehen ist. Alternativ umfaßt die Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung eine Schlittenanlage, eine Crashsimulationsanlage, eine Fahrversuchsanlage oder einen Prüfstand.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Sensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 1.

Bei der beispielhaft in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zum Überprüfen von Wirkungen eines Kraftfahrzeugunfalls ist ein Kraftfahrzeug 10 in Richtung 12 auf ein Hindernis 14 zubewegbar, mit dem es in vorbestimmter Weise kollidieren soll. In dem Kraftfahrzeug 10 sind Sensoren 16 vorgesehen, welche während und ggf. auch vor der Kollision Meßdaten erfassen. Die Sensoren 16 sind mittels einer geeigneten digitalen Schnittstelle mit einem seriellen Daten- BUS 18 verbunden, auf dem die von den Sensoren gelieferten Daten mittels eines Senders 20 über eine Funkstrecke zu einem Empfänger 22 übertragen werden. Der Empfänger 22 ist mit einem Personal Computer (PC) 24 verbunden, welcher die Sensordaten speichert und ggf. auswertet.

Die Sensoren 16 sind an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug 10 angeordnet und erfassen unterschiedliche Meßgrößen, wie beispielsweise Beschleunigung, Lage, Momente, Wegstrecken, Ausgangssignale von Steuereinrichtungen und/oder einen jeweiligen Zustand von Kraftfahrzeugsicherheitssystemen, wie Gurtstraffer, Airbag, ABS oder ähnlichem.

Um die dargestellte Anordnung der Sensoren 16 mit dem seriellen Daten-BUS 18 zu ermöglichen, sind diese erfindungsgemäß wie in Fig. 2 beispielhaft dargestellt ausgebildet. Hierbei illustriert Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Sensors 16 der Vorrichtung von Fig. 1. Der Sensor 16 umfaßt eine Sensorbrücke 26, welche als eigentlicher Meßwertaufnehmer fungiert, eine Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 28 und eine Schnittstellensteuerlogik 30. An Leitungen 32 liegt eine Versorgungsspannung an, welche beispielsweise ebenfalls über den seriellen Daten-BUS 18 übertragen wird.

Ein Ausgangssignal 34 der Sensorbrücke 26 durchläuft in der Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 28 einen Vorverstärker 36, einen Tiefpaßfilter 38 und einen Analog-Digital-Wandler 40, nachfolgend kurz A/D-Wandler genannt. Sowohl die Sensorbrücke 26 als auch der Vorverstärker 36 als auch der A/D-Wandler 40 erhalten direkt die Versorgungsspannung 32, wobei diese für den A/D-Wandler 40 als Referenzspannung U_ref dient. Die Schnittstellensteuerlogik 30 hat einen Masseanschluß (GND) 42, einen Taktsignalanschluß (SCL) 44 und einen Datenanschluß (SDA) 46, welche mit dem seriellen Daten-BUS 18 verbunden sind. Entsprechende Anschlüsse sind datenstromauf der Schnittstellensteuerlogik 30 vorgesehen und mit dem A/D-Wandler 40 verbunden. Ferner sind weitere entsprechende Anschlüsse an der Schnittstellensteuerlogik 30 vorgesehen, welche mit einem E²Prom 48 als Speicher für Parameter des Sensors, wie beispielsweise einer ID-Nummer, verbunden sind. Auch der Speicher 48 erhält die Versorgungsspannung 32.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Sensoren 16 weisen somit eine zugeschnittene Sensorsignalverarbeitung und Digitalisierung 28 sowie ein geeignetes digitales Interface 30 auf. Die Funktionalität der Meßanlage ist in bzw. an die Sensoren 16 verlagert. Die über die Schnittstellensteuerlogik 30 an den seriellen Daten-BUS abgegebenen Daten sind direkt speicherbare Meßwertdaten, welche zunächst nicht weiter bearbeitet werden müssen. Dies ist ggf. erst für eine später Meßdatenauswertung erforderlich. Auf diese Weise ist mittels der beispielsweise als Standardschnittstelle ausgebildeten Schnittstellensteuerlogik 30 ein im wesentlichen direkter Betrieb an dem PC 24 möglich, wobei die Funkübertragungsstrecke lediglich beispielhaft dargestellt ist. Der PC 24 kann auch mittels eines Kabels mit dem seriellen Daten-BUS 18 verbunden sein und sich auch innerhalb des Kraftfahrzeuges 10 befinden. Die beispielhaft dargestellte Funkstrecke ist lediglich als drahtlose Verlängerung des seriellen Daten-BUS 18 zu verstehen.

Durch den seriellen Daten-BUS reduzieren sich Kabelaufwand, Energiebedarf und damit auch Gewicht des Meßwerterfassungssystems erheblich. Eine Signalverfälschung durch Leitungslänge oder Störeinkopplung ist vermieden. Der Transport der Daten von den Sensoren 16 weg erfolgt vollständig digital, was wesentlich fehlersicherer ist als die herkömmliche analoge Übertragung. Die Konsistenzprüfung der gesamte Kette der Sensoren 16 ist über Auslesen der jeweiligen Speicher 48 möglich, so daß Kombinationsfehler, beispielsweise Sensor X am Meßkanal Y, vermieden sind. Zur Sensorbrücke 26 kann ferner über den seriellen Daten-BUS 18 und die Schnittstellensteuerlogik 30 eine direkter Zugang zur Diagnose und Kalibrierung zur Verfügung gestellt werden. Die Abtastfrequenz des A/D- Wandlers 40 ist vorzugsweise einstellbar bis zu einem Wert von beispielsweise 100 kHz. Ferner ist optional folgendes in der Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 28 vorgesehen: ADU (Analog-Digital-Wandler), Anti-Aliasing, Offsetkompensationseinrichtungen, an das Sensorelement 26 angepaßte Signalverarbeitungskette ADU, zusätzliche Filter, weitere Vorverstärker, ADU ratiometrisch.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Sensoren verändert die Übertragungsstrecke der Daten von einem jeweiligen Sensor zu einer Datenspeicher- und Verarbeitungseinrichtung nicht ein Übertragungsverhalten und damit nicht die Meßdaten selbst. Daher genügt es, die Sensoren selbst zu kalibrieren. Eine zusätzliche Kalibrierung des Gesamtsystems ist nicht mehr erforderlich.

Alternativ sind in einem Sensor mehrere Anordnungen, insbesondere drei, aus jeweils einer Sensorbrücke, einem Vorverstärker und einem ADU an einer einzigen digitalen Schnittstelle angeschlossen, so daß mit einem einzigen Sensor beispielsweise eine dreiachsige Meßgruppe zur Verfügung steht.

Die Vorrichtung zur Fahrzeug Sicherheitserprobung umfaßt beispielsweise eine Schlittenanlage, eine Crashsimulationsanlage, eine Fahrversuchsanlage oder einen Prüfstand.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Kraftfahrzeug

12

Fahrtrichtung

14

Hindernis

16

Sensoren

18

serieller Daten-BUS

20

Sender

22

Empfänger

24

Personal Computer

26

Sensorbrücke

28

Sensorsignalverarbeitungseinrichtung

30

Schnittstellensteuerlogik

32

Versorgungsspannung

34

Ausgangssignal der Sensorbrücke

36

Vorverstärker

38

Tiefpaßfilter

40

Analog-Digital-Wandler

42

Masseanschluß

44

Taktsignalanschluß

46

Datenanschluß

48

E²

Prom

Claims

1. Vorrichtung zur Fahrzeugsicherheitserprobung mit einem Meßwerterfassungs- und Steuersystem, welches wenigstens einen Sensor (16) zur Meßwerterfassung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Einbauort eines jeden Sensors (16) oder integral mit einem jeden Sensor (16) eine Sensorsignalverarbeitungseinrichtung (28) und eine digitale Schnittstelle (30) zu einem seriellen Daten-BUS (18) vorgesehen ist, wobei die Sensorsignalverarbeitungseinrichtung (28) ein entsprechend digital aufbereitetes Sensorsignal (34) an die digitale Schnittstelle (30) weiter gibt, welche dieses über den seriellen Daten-BUS (18) weiterleitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignalverarbeitungseinrichtung (28) einer Sensorbrücke (26) nachgeschaltet ist und in Signalverarbeitungsrichtung nach der Sensorbrücke (26) folgendes aufweist, einen Vorverstärker (36), einer Tiefpaßfilter (38), einen A/D-Wandler (40) und eine Schnittstellensteuerlogik (30), wobei die Schnittstellensteuerlogik (30) die digitale Schnittstelle zu dem seriellen Daten-BUS (18) mit wenigstens einer Datenleitung (46) und einer Synchronisationstaktleitung (44) ausbildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung (48) für Sensorparameter, insbesondere ID-Nummer, Sensorempfindlichkeit und/oder Kalibrierdatum, vorgesehen ist, welche mit der Schnittstellensteuerlogik (30) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (48) ein E²Prom ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensorbrücken (26) mit dem Vorverstärker (36) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Sensor (16) mehrere Sensorsignalverarbeitungseinrichtungen (28), insbesondere drei Sensorsignalverarbeitungseinrichtungen (28) mit jeweils einer Sensorbrücke (26) an einer einzigen digitalen Schnittstelle (30) angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Vorrichtung zum Überprüfen von Wirkungen eines Kraftfahrzeugunfalls mit mindestens einem Kraftfahrzeug (10) ist, welches mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit an einen vorbestimmten Kollisionspunkt mit einem Hindernis (14) oder wenigstens einem anderen Fahrzeug führbar ist, wobei in dem Kraftfahrzeug (10) und/oder dem Hindernis (14) bzw. anderen Fahrzeug das Meßwerterfassungs- und Steuersystem mit dem wenigstens einen Sensor (16) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Schlittenanlage, eine Crashsimulationsanlage, eine Fahrversuchsanlage oder einen Prüfstand umfaßt.