二維線圈碰撞傳感器系統的製作方法

2023-09-19 13:04:35

專利名稱：二維線圈碰撞傳感器系統的製作方法
二維線團碰撞傳感器系統本發明涉及汽車電子和電氣系統及組件，並涉及汽車碰撞檢測與安全防範措施系 統和裝置。更特別地，本發明涉及在汽車內監視和檢測碰撞及碰撞造成的結構位移和 速度。
背景技術：
碰撞檢測與安全防範措施系統向汽車操作者提供有關近距離內的物體或汽車的 知識並提醒其注意，以防止與這些物體發生碰撞。防範措施系統具有各種被動和主動 的形式。某些防範措施系統用於幫助防止碰撞發生，而另一些防範措施系統用於在發 生碰撞時幫助防止對汽車搡作者的傷害。某些碰撞檢測與安全防範措施系統能夠檢測主車近距離內的汽車或物體並警告 主車操作者，以使操作者能夠採取防範步驟來防止碰撞或傷害。其他碰撞檢測與安全 防範措施系統則會激活如安全氣囊、限力安全帶，或制動控制這樣的被動防範措施或 主動防範措施，系統自身藉此幫助防止碰撞或傷害。安全工程師當前的一個考慮是提供具有更高的碰撞檢測與安全防範措施智能的 更安全的汽車，以降低碰撞或傷害的概率。期望的是用一個或多個設計上簡單、輕量 級、緊湊且具成本效益的系統來提供這樣的智能。目前，側面碰撞檢測系統使用連接到車身構架的需要碰撞檢測的區域中的加速度 計或壓力傳感器。基於加速度計的裝置一般具有剛性連接需求以便允許通過車身構架 進行檢測。為了確保將傳感器仔細並正確地連接到車身構架，需要花費大量時間並使 用繁瑣的過程。另外，用在汽車上的現有的電子和電氣系統需要滿足嚴格的電磁兼容性需求。對 於安全系統和碰撞檢測與安全防範措施系統來說尤其如此。電磁兼容性簡單來說是指 系統不受汽車內的其他電子或電氣系統影響，也不影響或幹擾這些系統的能力。電磁 兼容性也可以指系統不受附近的電子或電氣系統或例如汽車外部的磁場或汽車在正 常操作期間經歷的磁場影響的能力。因此，需要改進的用於應對側面碰撞事件等的碰撞檢測與安全防範措施系統，以 克服與現有技術中的檢測系統關聯的缺點。期望的是改進的系統能夠提供增加的速度 和可靠性。
發明內容
在本發明的一個實施例中，提供一種汽車用碰撞檢測系統，該系統包括連接到汽 車構架的二維線圈傳感器。控制器與二維線圈傳感器通信，並響應於汽車構架相對於 汽車上的導電構件的運動檢測碰撞事件。在本發明的另一個實施例中，提供一種汽車用碰撞檢測與安全防範措施系統。該 安全防範措施系統包括附著到汽車構架上的線圈傳感器。控制器與線圈傳感器通信， 並響應於汽車構架相對於汽車上的導電構件的運動產生防範措施信號。本發明提供若干優點。本發明的實施例提供的一個優點是可以提供這樣的碰撞檢 測系統，該系統具有提供增加的速度和可靠性，同時緊湊、設計上簡單、輕量級且具 成本效益的碰撞傳感器。本發明的另一個實施例提供的另一個優點是可以提供這樣的碰撞檢測系統，該系 統結合了具有各種尺寸和形狀且通用，從而可以應用在汽車內的任何構架上的撓性碰 撞傳感器。本發明的另一個實施例的又一個優點是可以提供這樣的碰撞檢測與安全防範措 施系統，該系統允許以可行的方式對汽車上任何數量的點，包括汽車前部、後部，及 側部的點進行碰撞監視。這允許更高的汽車智能，在評估可能的碰撞情況及釆取步驟 來執行防範措施時都可以使用這樣的智能。結合附圖並參考下面的詳細說明，可以更好地理解本發明自身及其他目標和伴隨 的優點。


為了更完整地理解本發明，現參考通過本發明的示例在附圖中詳細示出並在下文 中描述的實施例，在附圖中圖l是本發明的一個實施例中具有結合了磁線圏碰撞檢測傳感器的碰撞檢測與 安全防範措施系統的汽車的可能碰撞事件的頂視困；圖2是圖1的碰撞檢測與安全防範措施系統的框圖； 圖3是本發明的一個實施例中的層壓線圈傳感器的側視截面圖； 圖4是本發明的一個實施例中的車門的頂視截面圖，該車門具有連接到其上的如 圖l所示的線圏傳感器；及圖5是示出本發明的一個實施例中的執行防範措施的方法的邏輯流程圖。
具體實施方式
在每個附圖中，相同的參考標號用於表示相同的組件。雖然主要相對於檢測碰撞 事件的傳感器和系統來說明本發明，但本發明可以適用於各種車輛和非車輛應用。本 發明可以應用於汽車、航空、航海和鐵路工業，以及使用碰撞檢測系統的其他工業。 本發明可以在商業和非商業環境中應用。本發明可用於檢測碰撞並發起防範措施的執 行。此外，可以想到具有下文所述的本發明的特徵的不同組合、具有不同於本文中所 述的特徵，或甚至缺少這些特徵中的一個或多個的各種其他實施例。因此，應理解， 可以按各種其他適合的模式實施本發明。在下面的說明中，對一個具體實施例描述了各種搡作參數和組件。這些特定參數 和組件作為示例包括在此，且不具有限制性。此外，在下面的說明中，術語"執行"可以包括激活、採用、發起、加電，及現 有技術中可用於描述操作或開始被動防範措施的方式的其他術語。另外，在下面的說明中描述了各種防範措施。這些防範措施可以是可逆的或不可 逆的。可逆防範措施指可重置為其初始形式或可重複使用而功能不會顯著失效的防範 措施，這可以由系統設計師確定。不可逆防範措施指一經採用就不能重複使用的防範 措施，如安全氣囊。現參考圖l,示出本發明的一個實施例中主車IO的可能碰撞事件的頂視圖，主 車IO具有結合了磁線圈碰撞檢測傳感器14的碰撞檢測與安全防範措施系統12。在 圖l中，逼近的汽車16如圖所示處於與主車IO的側部18碰撞途中。線圈傳感器14 安裝在汽車構架19上並用於檢測逼近的汽車16與主車10的碰撞。在所示實施例中， 汽車構架19為門板的形式。線圈傳感器14包括產生磁場的線圈。這樣的線圈的示例 最佳地在圖2中示出。與線圈傳感器14通信的控制器20檢測磁場的變化。在逼近的 汽車16與主車IO接觸時，控制器20通過線圈傳感器14檢測到汽車構架19的運動， 從而檢測到碰撞事件。現參考圖2,示出本發明的一個實施例中的碰撞檢測與安全防範措施系統12的 框圖。防範措施系統12包括線圈傳感器14及與其通信的控制器20。線圏傳感器14 如圖所示包括二維線圈收發器32、信號調節器42、電流源56,及通信裝置，如第一 通信專用集成電路(ASIC) 43a。控制器20如圖所示包括連接到第二通信裝置，如第 二通信ASIC 43b的微處理器40。作為圖中所示裝置的補充或替代，線圈傳感器l4 和控制器20可以包括信號調節裝置，如放大器、濾波器、變換器、多路復用裝置、 多路分解裝置，及現有技術中的其他信號調節裝置。同樣，與線圏傳感器14中的信 號調節器相對，信號調節器42也可以位於控制器20中。線圈傳感器14可以位於汽車上的任何地方，如在保險槓、門板、發動機罩、後 備箱蓋、角板、門檻、框架、擋泥板、柱、車頂中或在其上，或在汽車的任何其他構 架上。雖然示出了一個線圏傳感器14,但可以使用任何數量的傳感器，且其中每個 傳感器都可以包括任何數量的邏輯電路或集成電路uc)器件。線圈傳感器"可以 是單個印刷電路的形式或可以是多個單獨組件的形式。在一個示例實施例中，線圈傳 感器14的形式為可附著或連接到物體或汽車構架的表面上的單個撓性層壓構件。線圏傳感器14如圖所示在圖2的實施例中是二維傳感器。然而，本領域技術人
員可以想到，也可以使用類似的三維配置，包括單個線圈的三維擴展、多個線圈的堆 疊，或其他配置和排列。二維線圈傳感器14具有單連續線圈元件收發器32,該收發 器是導電的。導電的收發器32可以連接到不導電的汽車構架，可以通過不導電的物體或材料層連接到導電的汽車構架，可以安裝在不導電的構件或層上或在其中整體形 成並連接到汽車構架，可以層壓並連接到汽車構架，或使用某種其他適合的方法連接。另 一種示例連接方法包括用粘合劑將線圈傳感器14連接到汽車構架。收發器32可以 由各種導電材料製成，如銅、鋁、碳、矽酮或其他適合的導電材料。通過電流源56向源極端子52供給電流，電流源56連接在源極端子52和信號調 節器42或收發器32之間。電流源56可以包括發射器電路指定的電池(未示出)， 可以接收來自汽車蓄電池(未示出)的電力，或可以接收來自現有技術中的某個其他 汽車電源或電流源的電力或電流。向收發器32供給的電流的量是最小的，且該電流的頻率通常很高。在本發明的 一個實施例中，供給的電流約在10-20mA之間，是交流電(AC)，且該電流的頻率 約為20-30kHz。低電流和高頻率水平可以最小化電力需求，防止與其他汽車系統互 相干擾，並增加碰撞檢測與安全防範措施系統12對汽車外部的電子、電氣、磁系統 及源的健壯性。當然，電流和頻率水平在各個應用中可以改變。現參考圖3,示出本發明的一個實施例中的層壓線圈收發器32的側視截面圖。 層壓線圈收發器32包括多個層61，其中之一是線圈層62，線圏元件66嵌入該層或 在其中形成。線圈層62結合至基層或載體層64。線圈層62可以完全由線圈元件組 成或可以如圖所示那樣由位於撓性線圏周邊材料68內的線圏元件66組成。可以將線 圈元件66噴塗、結合、附著、蝕刻到載體層64上，或使用其他現有方法在其上形成。 頂部保護層壓層70可以結合到線圈層62上。撓性線圈周邊材料68、載體層64及保 護層70可以由各種材料形成，如聚醯胺樹脂(例如CaptonTM)、尼龍、紙、卡紙、 塑膠、彈性體、聚氨酯、環氧樹脂、矽酮、聚合體、纖維、膠片，或其他類似的或適 合的材料。在使用撓性材料時，由於可以使用各種位置，從而通用性增加。撓性和非 撓性材料均可使用。如圖所示，可以在線圈層62和載體層64之間使用附加或較低層壓層72。另夕卜， 載體層64可以作為較低層壓層使用，及作為較低層壓層72的替代使用。也可以包括一個或多個粘合劑層74。粘合劑層74可以結合到任何上述的層並用 於將層61或線圈收發器32連接到汽車構架。粘合劑層M可以由粘合劑漿料、膠帶、塗層，或現有技術中已知的其他粘合劑材料組成。再次參考圖2，控制器20可以位於汽車上遠離線圈傳感器n的位置。除微處理 器40之外，控制器20還可以包括不同於線圈傳感器H的碰撞檢測傳感器80,安全 傳感器86,及存儲器82。控制器20可以是汽車中央主控單元、電子控制單元、交互式汽車動態模塊、約
東控制模塊、主安全或碰撞控制器的一部分，或可以是獨立的控制器。框40可以是 微處理器，如具有中央處理單元、存儲器(MM和/或ROM)及關聯的輸入和輸出總線 的計算機。作為微處理器40的補充或替代，可以使用ASIC或現有技術中已知的其他 邏輯器件。另外，控制器20可以連接到各種被動防範措施系統48和指示器84。被動防範措施系統48可以包括內部安全氣囊控制、安全帶控制、膝墊控制、頭 枕控制、限力踏板控制、限力轉向控制及預緊器控制。預緊器控制可以包括對爆發式 和非爆發式安全帶預緊器的控制。安全氣囊控制可以包括對正面安全氣囊、側面安全 氣囊、幕簾安全氣囊、罩式安全氣囊、儀錶板安全氣囊，或其他類型的安全氣囊的控 制。指示器84也可以用於提供汽車組件、構架，或系統的狀態。指示器84可以具有 各種類型和樣式，並提供短路或故障狀態信息。指示器84可以包括LED、燈、顯示 屏、視頻系統、音頻系統、平視顯示器、平板顯示器、車載信息系統系統或現有技術 中已知的其他指示器。存儲器82可以包括RAM、醒、S謹、DRAM、 P顧、EPROM、 EEP讓、NVRAM、閃 存，或現有技術中已知的任何其他類型的存儲器。存儲器82可以位於控制器內，或 在控制器外部。在一個實施例中，使用如PROM這樣的非易失性存儲器。現參考圖4，示出本發明的實施例中的車門90的頂視截面圖，在車門90上具有 連接到其上的線圈傳感器14。線圈傳感器14在門腔97中連接到內門板96的內側94。 區域99總體上表示車門90外部的環境。區域101總體上表示關聯的車艙或客艙的內 部。在碰撞事件期間，線圏傳感器14產生的磁場被外門板98相對於線圈傳感器14 的幹擾、變形，或運動所改變。注意，可以沿著車門90使用任何數量的線圈傳感器。外門板98用作導電構件。在外門板98不由導電材料製成時，可以將導電元件或 構件，或第二線圏傳感器102連接到外門板98的第二內側100。第二線圏傳感器102 面對線圏傳感器14定位。取決於應用，標號102表示增加的導電構件或第二線圈傳 感器。總的來說，導電構件102可以是導電板、框架、金屬板、導電塊、導電條、塗 層、導電層、導電膜，或其他已知的導電構件的形式。作為一個替代實施例，線圏傳 感器14可以安裝在第二內側100上，且內門板96可以充當導電構件，或導電構件可 以在第一內側94上。在使用第二線圏傳感器時，可以響應於每個傳感器的線圏產生 的磁場的改變檢測外門板98的運動。現參考圖5,示出本發明的一個實施例中的一種執行防範措施的方法的邏輯流程 圖，該防範措施包括用汽車構架檢測碰撞。在步驟200,激活一個或多個磁線圈傳感器，如圖1-圖3中的一個或多個線圈傳 感器14,以產生一個或多個磁場。控制器，如圖1-圖2中的控制器20可以產生激活 信號。可以通過控制器指定的發射電路，如圖2中的通信ASIC 和通信ASIC 4化 來激活磁場。電流水平和發射頻率可以在發射之前或使用預先確定的值確定。
在步驟202,在磁場改變時，控制器產生碰撞檢測信號。碰撞檢測信號指示汽車 上的導電構件的改變。該改變可以關聯於碰撞。在磁場在線圈傳感器上改變時，線圈 傳感器中的電能改變。該電能改變可以通過線圈上的電壓的改變檢測到。監視每個線 圈傳感器的電壓F,且該電壓與通過關聯的線圈的電流/的改變的時間速率直接成比 例。這由公式l表示，其中L是特定收發器的電感、 m在相互耦合的線圈中或線圈與導電構件之間發生改變時，線圈的阻抗受磁耦合影 響。在一個或多個線圈上的電壓隨時間的改變與多個線圏之間或線圈與導電構件之間的距離改變速率有直接關係，這有時稱為空腔間隙關閉(cavity gap closure)。間 隙的關閉速率作為^Y"關係的改變由控制器檢測和測量，如公式2所示，其中#是 線圈和導電構件之間的互感。，=M^ (2)互感M與多個線圈之間或線圈與導電構件之間的距離D相關，如公式3所示，其中K 是取決於系統的常數。控制器連續地監視線圈傳感器。在碰撞發生時，控制器進入步驟206。在步驟206，在碰撞發生時，如安全傳感器86這樣的安全傳感器產生碰撞確認 信號。步驟206可以和步驟202同時執行或在其之前執行。在步驟210,控制器響 應於碰撞檢測信號及確認信號產生防範措施信號。防範措施信號可用於激活一個或 多個被動防範措施系統。在碰撞檢測信號大於預先確定的第一閾值水平且確認信號 大於預先確定的第二閾值時，激活防範措施。可以使用閾值或闊值範圍的表格來確 定如何及以何種程度激活和執行防範措施。上述步驟僅作為說明性示例使用，且取決於應用，這些步驟可以順序執行、同 步執行、同時執行，或以不同的順序執行。本發明提供可在汽車中用於檢測對汽車的碰撞的撓性、輕量級、緊湊、簡單、 低成本的傳感器。本發明還提供一種結合任意數量的所述傳感器以提供碰撞狀態指 示的系統。雖然已結合一個或多個實施例對本發明進行了說明，但應理解，所述的具體機 制和方法僅用於說明本發明的原理，可以對所述的方法和裝置做出大量修改而不偏 離由後附的權利要求定義的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種汽車用碰撞檢測系統，其特徵在於，包括至少一個連接到汽車構架的二維線圈傳感器；及與所述至少一個二維線圈傳感器通信，並響應於所述汽車構架相對於汽車上的導電構件的運動檢測碰撞事件的控制器。
2. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圈傳感器配置 為產生磁場，所述控制器檢測所述磁場作為所述運動的結果發生的改變。
3. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圈傳感器附著 到所述汽車構架上。
4. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圈傳感器包括 基層；及結合在所述基層上的線圏。
5. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圈傳感器包括 線圈層；及至少一個連接到所述線圏層的層壓層。
6. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圈傳感器包括 至少一個粘合劑層。
7. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圏傳感器包括 至少兩個端子，所述控制器與所述至少兩個端子通信。
8. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圈傳感器包括 印刷電路。
9. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，還包括連接在所述至少一個二維線 圏傳感器與所述控制器之間的信號調節器。
10. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述控制器響應於所述運動確定 所述汽車構架相對於所述導電構件的速度。
11. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述至少一個二維線圈傳感器包括連接到第一汽車構架的第一線圈；及 連接到第二汽車構架的第二線圈；所述控制器響應於所述第一線圈相對於所述第二線圈的運動檢測所述碰撞事件。
12. —種汽車用碰撞檢測與安全防範措施系統，其特徵在於，包括 至少一個附著到汽車構架上的線圈傳感器；及與所述至少一個線圈傳感器通信，並響應於所述汽車構架相對於汽車上的導電 構件的運動產生防範措施信號的控制器。
13. 如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述至少一個線圈傳感器配置為 產生磁場，所述控制器檢測所述磁場作為所述運動的結果發生的改變。
14. 如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述至少一個線圈傳感器包括二 維線圈。
15. 如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述控制器在產生所述防範措施 信號時產生被動防範措施信號。
16. 如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述控制器響應於所述運動確定 所述汽車構架與所述導電構件之間的距離的改變。
17. 如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述至少一個線圏傳感器包括 連接到第一汽車構架的第一線圈；及連接到第二汽車構架的第二線圈；所述控制器響應於所述第一線圈相對於所述第二線圈的運動檢測碰撞事件。
18. 如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述至少一個線圈傳感器是層壓的。
19. 一種檢測對汽車構架的碰撞的方法，其特徵在於，包括 通過具有多個撓性層並安裝在汽車構架上的線圏產生磁場；及 產生指示所述磁場由於汽車上的導電構件的改變而發生改變的碰撞信號。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述產生碰撞信號包括產生指示 所述汽車構架的變形量的信號。
全文摘要
汽車(10)用碰撞檢測系統包括連接到汽車構架(19)的二維線圈傳感器(14)。控制器(20)與二維線圈傳感器(14)通信，並響應於汽車構架(19)相對於汽車(10)上的導電構件(98)的運動檢測碰撞事件。汽車(10)用碰撞檢測與安全防範措施系統(12)包括附著到汽車構架(19)上的線圈傳感器(14)。控制器(20)與線圈傳感器(14)通信，並響應於汽車構架(19)相對於汽車(10)上的導電構件(98)的運動產生防範措施信號。
文檔編號B60R21/0136GK101148162SQ20071015292
公開日2008年3月26日 申請日期2007年9月21日 優先權日2006年9月21日
發明者保羅·西蒙斯, 克萊·馬蘭維爾, 戴維·鮑赫, 理察·索爾蒂斯, 邁克·勞 申請人:福特環球技術公司