neue Combosensor von Delphi - HANSER automotive

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TITELl AUTOMOTIVE 10.2007l19 © Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern Auslösung von Rückhaltesystemen ein. Darüber hinaus findet das Prinzip der Drucksensorik auch bei der Insassensensierung und bei der Unterdruckmessung im Motor Anwendung. Da Delphi beide Sensoren selbst herstellt, ist ihre Kombination auf einem ASIC naheliegend und relativ einfach. Auch die Fertigungstechnik muss nicht grundlegend neu gestaltet werden. Neue Crash-Tests Die Motivation für den Combosensor sind zwei neue Seitencrash-Tests, die ab 1. September 2009 in den USA gesetzlich eingeführt werden. Bereits heute werden Fahrzeuge gemäß dieser Crashtests von den Automobilherstellern vereinzelt getestet. Einer davon ist der so genannte „IIHS Truck-to-Car Barrier Test“. Er trägt dem Trend zu schwereren und höheren SUV Rechnung. Der Test wird mit einem neuen Impaktor simuliert, der höher (381 statt 279 Millimeter Höhe über dem Boden) und schwerer (1,5 statt 1,367 Tonnen) als bisher ist. Durch die höhere Lage wird der Impaktor überwiegend oberhalb der Schweller auftreffen und seine Bewegungsenergie vor allem in die Tür einleiten. Dadurch wird das Gesamtfahrzeug erst relativ spät beschleunigt, ergo kann ein karosserieseitig angebrachter Beschleunigungssensor erst später eine Bewegung detektieren. Der zweite neue Test, der Pfahlaufprall, erfolgt mit einer höheren Geschwindigkeit (20 Meilen pro Stunde) und etwas weiter hinten als bisher, genau auf Höhe des Kopfes (FMVSS-214 NPRM Oblique Pole Test). Beide neuen Tests verlangen eine deutlich schnellere Auslösung der ohnehin schon in einem zeitkritischen Umfeld arbeitenden Seiten- und Curtainbags. Herkömmliche Sicherheitsarchitekturen sind dafür nur noch bedingt geeignet. Sie operieren in der Regel mit zwei Drucksensoren in den vorderen Türen, die das eigentliche Auslösesignal sehr zeitnah (etwa fünf Millisekunden nach Aufprall) bereitstellen. Die unbedingt erforderliche Absicherung der Daten erfolgt mit zwei Beschleunigungssensoren im zentralen Airbagsteuergerät, das meist auf dem Mitteltunnel platziert ist. Bedingt durch die geforderte Misuse-Stabilität können die Auslöseschwellen der Sensoren im Airbagsteuergerät ein gewisses Maß nicht unterschreiten. So darf zum Beispiel ein einfacher Hammerschlag auf das Steuergerät nicht zur Auslösung der Airbags führen. Dadurch bedingt muss im Crashfall eine gewisse Beschleunigung des Fahrzeuges vorliegen, damit die Sensorsignale hoch genug sind. Zu diesem Zeitpunkt ist die Deformation bereits fortgeschritten, beziehungsweise einige Millisekunden sind vergangen. So kann die schnelle druckbasierte Sensierung in der Tür erst mit Zeitverlust bestätigt und das Auslösesignal gesendet werden. Die in den hinteren Seitenpartien angebrachten Beschleunigungssensoren sind keine Hilfe, da sie räumlich zu weit von einem Crashereignis in Höhe der Fahrer- oder Beifahrertür entfernt sind und dadurch ebenfalls eine zu lange Reaktionszeit haben. Schnelle Sensierung durch p/A-Sensor Hier ist der Combosensor von Delphi die richtige Lösung. Zusätzlich zur crashnahen Drucksensierung direkt in der Tür wird im gleichen Sensormodul unabhängig davon auch die Beschleunigung gemessen und als Referenzwert zur schnellen Absicherung der Auslöseentscheidung herangezogen. Im Zuge der Combosensor-Entwicklung haben die Delphi-Ingenieure zunächst Vergleichstests mit mehreren Druck- und Beschleunigungssensoren an der Seitenpartie durchgeführt. Dazu wurden Beschleunigungssensoren auf dem Mitteltunnel, an der B-Säule sowie an der Innen- und Bild 1: Bisheriges und künftiges Sensorkonzept (unten) für den Seitenaufprall. P P P, A P, A A A Außenseite der horizontalen Türverstärkung installiert. Ein Drucksensor in der Tür ergänzt das Messszenario, mit dem anschließend der neue Pfahltest und der verschärfte IIHS- Seitenaufpralltest durchgeführt wurden. Die Auslösezeiten der Testreihe sprechen eine eindeutige Sprache: Der Drucksensor in der Tür und der Beschleunigungssensor an der Türaußenseite (beide zusammen bilden den Combosensor) reagieren beim Pfahlaufprall nach 5,1 ms, beziehungsweise 5,0 ms. Die Beschleunigungssensoren an der Türinnenseite und auf dem Mitteltunnel brauchen in den gleichen Situationen 7,8 ms beziehungsweise 7,2 ms. Der Beschleunigungssensor an der B-Säule reagiert mit 12,5 ms inakzeptabel langsam. Bei einem IIHS- Seitenaufprall zeigt sich ein ähnliches Bild. A A A A © automotive
20lA UTOMOTIVE 10.2007l TITEL © Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern Der Drucksensor in der Tür und der Beschleunigungssensor an der Türaußenseite reagieren nach 3,8, beziehungsweise 3,2 ms. Die Beschleunigungssensoren an der Türinnenseite und auf dem Mitteltunnel benötigen in den gleichen Situationen 5,1, beziehungsweise 5,2 ms. Der Beschleunigungssensor in der B-Säule reagiert beim IIHS-Test hingegen ausgesprochen schnell (3,5 ms). Bild 2: Der Beschleunigungssensor in der Tür ermöglicht eine etwa zwei Millisekunden frühere Airbagauslösung. Fazit: Die Auslösung beim Pfahltest erfolgt mit dem Combosensor etwa zwei Millisekunden schneller als mit herkömmlicher Sensorik (Drucksensor in der Tür, Beschleunigungssensoren auf dem Mitteltunnel). Beim IIHS-Test beträgt der Zeitgewinn immerhin noch 1,4 Millisekunden. Wertvolle Zeit gewinnen Zeit gewinnt Delphi auch mit optimierten Airbagkomponenten. Durch Einsatz und Weiterentwicklung des Anzünders mit der Dünnschichttechnologie von Delphi wird das Ansprechverhalten des Gasgenerators verbessert. Außerdem wird die Gaseinströmung aus dem Gasgenerator in den Luftsack optimiert. Beide Maßnahmen zusammen bringen eine weitere Millisekunde Zeitersparnis. Zusammen mit der um bis zu zwei Millisekunden schnelleren Auslöseentscheidung kann so der Airbag schon nach vier bis fünf Millisekunden entfaltet werden, anstatt wie bisher nach sieben bis acht Millisekunden. Einsparpotenzial: Etwa 40 Prozent gegenüber zwei separaten Sensoren. Die Gesamtsystemkosten können durch die Beibehaltung der bisherigen 2-Draht-Anbindung an das Steuergerät nahezu beibehalten werden. Eine 4-Draht-Lösung für die zwei Sensoren ist aus Sicherheitsgründen nach heutigem Stand nicht erforderlich. Die Beibehaltung von zwei unabhängigen Messprinzipien wirkt sich auch positiv auf die Systemsicherheit aus. Ein weiterer Vorteil des Combosensors ist das Messprinzip für die Beschleunigung. Delphi vertraut hier auf das piezoresistive Verfahren. Es bietet im Vergleich zum kapazitiven Sensor eine höhere Robustheit bei starken Beschleunigungen. Während kapazitive Sensoren für Beschleunigungen von etwa 250g geeignet sind, verkraften piezo-resistive Sensoren ohne weiteres bis zu 500g. Außerdem kommt es bei kapazitiven Sensoren gelegentlich zu einem „Festhängen“ des schwingenden Elements. Der Sensor muss dann ausgetauscht werden. Misuse im Griff Die exponierte Lage des Combosensors erfordert eine geeignete Absicherung gegen Missbrauchssituationen. Etwa, wenn ein Ball gegen die Tür prallt oder die Tür versehentlich an die Wand oder gegen einen Poller geöffnet wird. In diesen Fällen entstehen teilweise beachtliche Drücke. Die höchsten © automotive Werte von etwa 3,5 kPa hat Delphi in aufwändigen Versuchsreihen bei einem Poller- oder Pfahlaufprall verzeichnet. Auf diesen oberen Referenzwert haben die Entwickler einen Sicherheitspuffer von weiteren 50 Prozent addiert. Der Druck von 5,25 kPa wird beim Combosensor als der Schwellwert definiert, ab dem die Airbags ausgelöst werden. Dieses einfache, aber effektive Verfahren werden die Ingenieure künftig mit intelligenten Algorithmen weiter verbessern, um eine noch bessere Misuse-Stabilität des Combosensors zu entwickeln. Die genaue Position des Combosensors im Fahrzeug wird von der Karosseriestruktur abhängen. Tests bei zwei deutschen, einem europäischen und zwei amerikanischen Kundenfahrzeugen zeigen, dass zum Beispiel die Struktur und Größe der Tür sowie die Anbindung der Tür in das Schloss den Einsatzort bestimmen. Das genaue Package des Combosensors ist ebenfalls sehr flexibel und stark kundengetrieben. Mit seinem Basislayout kann der doppelte Messfühler aber die Anforderungen aller Fahrzeugklassen abdecken. Die fahrzeugspezifische Applikation erfolgt mit der Software im Airbagsteuergerät. Für den Automobilhersteller ändert der neue Sensor konstruktiv nur wenig. Lediglich an der versteifenden Querstruk- Die Struktur und Größe der Tür sowie die Anbindung der Tür in das Schloss bestimmen den Einsatzort des Combosensors.
Seite 1: 18lA UTOMOTIVE 10.2007l TITEL © Ca

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