专利名称：二维线圈碰撞传感器系统的制作方法
二维线團碰撞传感器系统本发明涉及汽车电子和电气系统及组件，并涉及汽车碰撞检测与安全防范措施系 统和装置。更特别地，本发明涉及在汽车内监视和检测碰撞及碰撞造成的结构位移和 速度。
背景技术：
碰撞检测与安全防范措施系统向汽车操作者提供有关近距离内的物体或汽车的 知识并提醒其注意，以防止与这些物体发生碰撞。防范措施系统具有各种被动和主动 的形式。某些防范措施系统用于帮助防止碰撞发生，而另一些防范措施系统用于在发 生碰撞时帮助防止对汽车搡作者的伤害。某些碰撞检测与安全防范措施系统能够检测主车近距离内的汽车或物体并警告 主车操作者，以使操作者能够采取防范步骤来防止碰撞或伤害。其他碰撞检测与安全 防范措施系统则会激活如安全气囊、限力安全带，或制动控制这样的被动防范措施或 主动防范措施，系统自身借此帮助防止碰撞或伤害。安全工程师当前的一个考虑是提供具有更高的碰撞检测与安全防范措施智能的 更安全的汽车，以降低碰撞或伤害的概率。期望的是用一个或多个设计上简单、轻量 级、紧凑且具成本效益的系统来提供这样的智能。目前，侧面碰撞检测系统使用连接到车身构架的需要碰撞检测的区域中的加速度 计或压力传感器。基于加速度计的装置一般具有刚性连接需求以便允许通过车身构架 进行检测。为了确保将传感器仔细并正确地连接到车身构架，需要花费大量时间并使 用繁瑣的过程。另外，用在汽车上的现有的电子和电气系统需要满足严格的电磁兼容性需求。对 于安全系统和碰撞检测与安全防范措施系统来说尤其如此。电磁兼容性简单来说是指 系统不受汽车内的其他电子或电气系统影响，也不影响或干扰这些系统的能力。电磁 兼容性也可以指系统不受附近的电子或电气系统或例如汽车外部的磁场或汽车在正 常操作期间经历的磁场影响的能力。因此，需要改进的用于应对侧面碰撞事件等的碰撞检测与安全防范措施系统，以 克服与现有技术中的检测系统关联的缺点。期望的是改进的系统能够提供增加的速度 和可靠性。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供一种汽车用碰撞检测系统，该系统包括连接到汽 车构架的二维线圈传感器。控制器与二维线圈传感器通信，并响应于汽车构架相对于 汽车上的导电构件的运动检测碰撞事件。在本发明的另一个实施例中，提供一种汽车用碰撞检测与安全防范措施系统。该 安全防范措施系统包括附着到汽车构架上的线圈传感器。控制器与线圈传感器通信， 并响应于汽车构架相对于汽车上的导电构件的运动产生防范措施信号。本发明提供若干优点。本发明的实施例提供的一个优点是可以提供这样的碰撞检 测系统，该系统具有提供增加的速度和可靠性，同时紧凑、设计上简单、轻量级且具 成本效益的碰撞传感器。本发明的另一个实施例提供的另一个优点是可以提供这样的碰撞检测系统，该系 统结合了具有各种尺寸和形状且通用，从而可以应用在汽车内的任何构架上的挠性碰 撞传感器。本发明的另一个实施例的又一个优点是可以提供这样的碰撞检测与安全防范措 施系统，该系统允许以可行的方式对汽车上任何数量的点，包括汽车前部、后部，及 侧部的点进行碰撞监视。这允许更高的汽车智能，在评估可能的碰撞情况及釆取步骤 来执行防范措施时都可以使用这样的智能。结合附图并参考下面的详细说明，可以更好地理解本发明自身及其他目标和伴随 的优点。
为了更完整地理解本发明，现参考通过本发明的示例在附图中详细示出并在下文 中描述的实施例，在附图中图l是本发明的一个实施例中具有结合了磁线圏碰撞检测传感器的碰撞检测与 安全防范措施系统的汽车的可能碰撞事件的顶视困；图2是图1的碰撞检测与安全防范措施系统的框图； 图3是本发明的一个实施例中的层压线圈传感器的侧视截面图； 图4是本发明的一个实施例中的车门的顶视截面图，该车门具有连接到其上的如 图l所示的线圏传感器；及图5是示出本发明的一个实施例中的执行防范措施的方法的逻辑流程图。
具体实施方式
在每个附图中，相同的参考标号用于表示相同的组件。虽然主要相对于检测碰撞 事件的传感器和系统来说明本发明，但本发明可以适用于各种车辆和非车辆应用。本 发明可以应用于汽车、航空、航海和铁路工业，以及使用碰撞检测系统的其他工业。 本发明可以在商业和非商业环境中应用。本发明可用于检测碰撞并发起防范措施的执 行。此外，可以想到具有下文所述的本发明的特征的不同组合、具有不同于本文中所 述的特征，或甚至缺少这些特征中的一个或多个的各种其他实施例。因此，应理解， 可以按各种其他适合的模式实施本发明。在下面的说明中，对一个具体实施例描述了各种搡作参数和组件。这些特定参数 和组件作为示例包括在此，且不具有限制性。此外，在下面的说明中，术语"执行"可以包括激活、采用、发起、加电，及现 有技术中可用于描述操作或开始被动防范措施的方式的其他术语。另外，在下面的说明中描述了各种防范措施。这些防范措施可以是可逆的或不可 逆的。可逆防范措施指可重置为其初始形式或可重复使用而功能不会显著失效的防范 措施，这可以由系统设计师确定。不可逆防范措施指一经采用就不能重复使用的防范 措施，如安全气囊。现参考图l,示出本发明的一个实施例中主车IO的可能碰撞事件的顶视图，主 车IO具有结合了磁线圈碰撞检测传感器14的碰撞检测与安全防范措施系统12。在 图l中，逼近的汽车16如图所示处于与主车IO的侧部18碰撞途中。线圈传感器14 安装在汽车构架19上并用于检测逼近的汽车16与主车10的碰撞。在所示实施例中， 汽车构架19为门板的形式。线圈传感器14包括产生磁场的线圈。这样的线圈的示例 最佳地在图2中示出。与线圈传感器14通信的控制器20检测磁场的变化。在逼近的 汽车16与主车IO接触时，控制器20通过线圈传感器14检测到汽车构架19的运动， 从而检测到碰撞事件。现参考图2,示出本发明的一个实施例中的碰撞检测与安全防范措施系统12的 框图。防范措施系统12包括线圈传感器14及与其通信的控制器20。线圏传感器14 如图所示包括二维线圈收发器32、信号调节器42、电流源56,及通信装置，如第一 通信专用集成电路(ASIC) 43a。控制器20如图所示包括连接到第二通信装置，如第 二通信ASIC 43b的微处理器40。作为图中所示装置的补充或替代，线圈传感器l4 和控制器20可以包括信号调节装置，如放大器、滤波器、变换器、多路复用装置、 多路分解装置，及现有技术中的其他信号调节装置。同样，与线圏传感器14中的信 号调节器相对，信号调节器42也可以位于控制器20中。线圈传感器14可以位于汽车上的任何地方，如在保险杠、门板、发动机罩、后 备箱盖、角板、门槛、框架、挡泥板、柱、车顶中或在其上，或在汽车的任何其他构 架上。虽然示出了一个线圏传感器14,但可以使用任何数量的传感器，且其中每个 传感器都可以包括任何数量的逻辑电路或集成电路uc)器件。线圈传感器"可以 是单个印刷电路的形式或可以是多个单独组件的形式。在一个示例实施例中，线圈传 感器14的形式为可附着或连接到物体或汽车构架的表面上的单个挠性层压构件。线圏传感器14如图所示在图2的实施例中是二维传感器。然而，本领域技术人
员可以想到，也可以使用类似的三维配置，包括单个线圈的三维扩展、多个线圈的堆 叠，或其他配置和排列。二维线圈传感器14具有单连续线圈元件收发器32,该收发 器是导电的。导电的收发器32可以连接到不导电的汽车构架，可以通过不导电的物体或材料层连接到导电的汽车构架，可以安装在不导电的构件或层上或在其中整体形 成并连接到汽车构架，可以层压并连接到汽车构架，或使用某种其他适合的方法连接。另 一种示例连接方法包括用粘合剂将线圈传感器14连接到汽车构架。收发器32可以 由各种导电材料制成，如铜、铝、碳、硅酮或其他适合的导电材料。通过电流源56向源极端子52供给电流，电流源56连接在源极端子52和信号调 节器42或收发器32之间。电流源56可以包括发射器电路指定的电池(未示出)， 可以接收来自汽车蓄电池(未示出)的电力，或可以接收来自现有技术中的某个其他 汽车电源或电流源的电力或电流。向收发器32供给的电流的量是最小的，且该电流的频率通常很高。在本发明的 一个实施例中，供给的电流约在10-20mA之间，是交流电(AC)，且该电流的频率 约为20-30kHz。低电流和高频率水平可以最小化电力需求，防止与其他汽车系统互 相干扰，并增加碰撞检测与安全防范措施系统12对汽车外部的电子、电气、磁系统 及源的健壮性。当然，电流和频率水平在各个应用中可以改变。现参考图3,示出本发明的一个实施例中的层压线圈收发器32的侧视截面图。 层压线圈收发器32包括多个层61，其中之一是线圈层62，线圏元件66嵌入该层或 在其中形成。线圈层62结合至基层或载体层64。线圈层62可以完全由线圈元件组 成或可以如图所示那样由位于挠性线圏周边材料68内的线圏元件66组成。可以将线 圈元件66喷涂、结合、附着、蚀刻到载体层64上，或使用其他现有方法在其上形成。 顶部保护层压层70可以结合到线圈层62上。挠性线圈周边材料68、载体层64及保 护层70可以由各种材料形成，如聚酰胺树脂(例如CaptonTM)、尼龙、纸、卡纸、 塑胶、弹性体、聚氨酯、环氧树脂、硅酮、聚合体、纤维、胶片，或其他类似的或适 合的材料。在使用挠性材料时，由于可以使用各种位置，从而通用性增加。挠性和非 挠性材料均可使用。如图所示，可以在线圈层62和载体层64之间使用附加或较低层压层72。另夕卜， 载体层64可以作为较低层压层使用，及作为较低层压层72的替代使用。也可以包括一个或多个粘合剂层74。粘合剂层74可以结合到任何上述的层并用 于将层61或线圈收发器32连接到汽车构架。粘合剂层M可以由粘合剂浆料、胶带、涂层，或现有技术中已知的其他粘合剂材料组成。再次参考图2，控制器20可以位于汽车上远离线圈传感器n的位置。除微处理 器40之外，控制器20还可以包括不同于线圈传感器H的碰撞检测传感器80,安全 传感器86,及存储器82。控制器20可以是汽车中央主控单元、电子控制单元、交互式汽车动态模块、约
東控制模块、主安全或碰撞控制器的一部分，或可以是独立的控制器。框40可以是 微处理器，如具有中央处理单元、存储器(MM和/或ROM)及关联的输入和输出总线 的计算机。作为微处理器40的补充或替代，可以使用ASIC或现有技术中已知的其他 逻辑器件。另外，控制器20可以连接到各种被动防范措施系统48和指示器84。被动防范措施系统48可以包括内部安全气囊控制、安全带控制、膝垫控制、头 枕控制、限力踏板控制、限力转向控制及预紧器控制。预紧器控制可以包括对爆发式 和非爆发式安全带预紧器的控制。安全气囊控制可以包括对正面安全气囊、侧面安全 气囊、幕帘安全气囊、罩式安全气囊、仪表板安全气囊，或其他类型的安全气囊的控 制。指示器84也可以用于提供汽车组件、构架，或系统的状态。指示器84可以具有 各种类型和样式，并提供短路或故障状态信息。指示器84可以包括LED、灯、显示 屏、视频系统、音频系统、平视显示器、平板显示器、车载信息系统系统或现有技术 中已知的其他指示器。存储器82可以包括RAM、醒、S謹、DRAM、 P顧、EPROM、 EEP讓、NVRAM、闪 存，或现有技术中已知的任何其他类型的存储器。存储器82可以位于控制器内，或 在控制器外部。在一个实施例中，使用如PROM这样的非易失性存储器。现参考图4，示出本发明的实施例中的车门90的顶视截面图，在车门90上具有 连接到其上的线圈传感器14。线圈传感器14在门腔97中连接到内门板96的内侧94。 区域99总体上表示车门90外部的环境。区域101总体上表示关联的车舱或客舱的内 部。在碰撞事件期间，线圏传感器14产生的磁场被外门板98相对于线圈传感器14 的干扰、变形，或运动所改变。注意，可以沿着车门90使用任何数量的线圈传感器。外门板98用作导电构件。在外门板98不由导电材料制成时，可以将导电元件或 构件，或第二线圏传感器102连接到外门板98的第二内侧100。第二线圏传感器102 面对线圏传感器14定位。取决于应用，标号102表示增加的导电构件或第二线圈传 感器。总的来说，导电构件102可以是导电板、框架、金属板、导电块、导电条、涂 层、导电层、导电膜，或其他已知的导电构件的形式。作为一个替代实施例，线圏传 感器14可以安装在第二内侧100上，且内门板96可以充当导电构件，或导电构件可 以在第一内侧94上。在使用第二线圏传感器时，可以响应于每个传感器的线圏产生 的磁场的改变检测外门板98的运动。现参考图5,示出本发明的一个实施例中的一种执行防范措施的方法的逻辑流程 图，该防范措施包括用汽车构架检测碰撞。在步骤200,激活一个或多个磁线圈传感器，如图1-图3中的一个或多个线圈传 感器14,以产生一个或多个磁场。控制器，如图1-图2中的控制器20可以产生激活 信号。可以通过控制器指定的发射电路，如图2中的通信ASIC 和通信ASIC 4化 来激活磁场。电流水平和发射频率可以在发射之前或使用预先确定的值确定。
在步骤202,在磁场改变时，控制器产生碰撞检测信号。碰撞检测信号指示汽车 上的导电构件的改变。该改变可以关联于碰撞。在磁场在线圈传感器上改变时，线圈 传感器中的电能改变。该电能改变可以通过线圈上的电压的改变检测到。监视每个线 圈传感器的电压F,且该电压与通过关联的线圈的电流/的改变的时间速率直接成比 例。这由公式l表示，其中L是特定收发器的电感、 m在相互耦合的线圈中或线圈与导电构件之间发生改变时，线圈的阻抗受磁耦合影 响。在一个或多个线圈上的电压随时间的改变与多个线圏之间或线圈与导电构件之间的距离改变速率有直接关系，这有时称为空腔间隙关闭(cavity gap closure)。间 隙的关闭速率作为^Y"关系的改变由控制器检测和测量，如公式2所示，其中#是 线圈和导电构件之间的互感。，=M^ (2)互感M与多个线圈之间或线圈与导电构件之间的距离D相关，如公式3所示，其中K 是取决于系统的常数。控制器连续地监视线圈传感器。在碰撞发生时，控制器进入步骤206。在步骤206，在碰撞发生时，如安全传感器86这样的安全传感器产生碰撞确认 信号。步骤206可以和步骤202同时执行或在其之前执行。在步骤210,控制器响 应于碰撞检测信号及确认信号产生防范措施信号。防范措施信号可用于激活一个或 多个被动防范措施系统。在碰撞检测信号大于预先确定的第一阈值水平且确认信号 大于预先确定的第二阈值时，激活防范措施。可以使用阈值或阔值范围的表格来确 定如何及以何种程度激活和执行防范措施。上述步骤仅作为说明性示例使用，且取决于应用，这些步骤可以顺序执行、同 步执行、同时执行，或以不同的顺序执行。本发明提供可在汽车中用于检测对汽车的碰撞的挠性、轻量级、紧凑、简单、 低成本的传感器。本发明还提供一种结合任意数量的所述传感器以提供碰撞状态指 示的系统。虽然已结合一个或多个实施例对本发明进行了说明，但应理解，所述的具体机 制和方法仅用于说明本发明的原理，可以对所述的方法和装置做出大量修改而不偏 离由后附的权利要求定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种汽车用碰撞检测系统，其特征在于，包括至少一个连接到汽车构架的二维线圈传感器；及与所述至少一个二维线圈传感器通信，并响应于所述汽车构架相对于汽车上的导电构件的运动检测碰撞事件的控制器。
2. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圈传感器配置 为产生磁场，所述控制器检测所述磁场作为所述运动的结果发生的改变。
3. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圈传感器附着 到所述汽车构架上。
4. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圈传感器包括 基层；及结合在所述基层上的线圏。
5. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圈传感器包括 线圈层；及至少一个连接到所述线圏层的层压层。
6. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圈传感器包括 至少一个粘合剂层。
7. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圏传感器包括 至少两个端子，所述控制器与所述至少两个端子通信。
8. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圈传感器包括 印刷电路。
9. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，还包括连接在所述至少一个二维线 圏传感器与所述控制器之间的信号调节器。
10. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述控制器响应于所述运动确定 所述汽车构架相对于所述导电构件的速度。
11. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述至少一个二维线圈传感器包括连接到第一汽车构架的第一线圈；及 连接到第二汽车构架的第二线圈；所述控制器响应于所述第一线圈相对于所述第二线圈的运动检测所述碰撞事件。
12. —种汽车用碰撞检测与安全防范措施系统，其特征在于，包括 至少一个附着到汽车构架上的线圈传感器；及与所述至少一个线圈传感器通信，并响应于所述汽车构架相对于汽车上的导电 构件的运动产生防范措施信号的控制器。
13. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个线圈传感器配置为 产生磁场，所述控制器检测所述磁场作为所述运动的结果发生的改变。
14. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个线圈传感器包括二 维线圈。
15. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器在产生所述防范措施 信号时产生被动防范措施信号。
16. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器响应于所述运动确定 所述汽车构架与所述导电构件之间的距离的改变。
17. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个线圏传感器包括 连接到第一汽车构架的第一线圈；及连接到第二汽车构架的第二线圈；所述控制器响应于所述第一线圈相对于所述第二线圈的运动检测碰撞事件。
18. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个线圈传感器是层压的。
19. 一种检测对汽车构架的碰撞的方法，其特征在于，包括 通过具有多个挠性层并安装在汽车构架上的线圏产生磁场；及 产生指示所述磁场由于汽车上的导电构件的改变而发生改变的碰撞信号。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述产生碰撞信号包括产生指示 所述汽车构架的变形量的信号。
全文摘要
汽车(10)用碰撞检测系统包括连接到汽车构架(19)的二维线圈传感器(14)。控制器(20)与二维线圈传感器(14)通信，并响应于汽车构架(19)相对于汽车(10)上的导电构件(98)的运动检测碰撞事件。汽车(10)用碰撞检测与安全防范措施系统(12)包括附着到汽车构架(19)上的线圈传感器(14)。控制器(20)与线圈传感器(14)通信，并响应于汽车构架(19)相对于汽车(10)上的导电构件(98)的运动产生防范措施信号。
文档编号B60R21/0136GK101148162SQ20071015292
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者保罗·西蒙斯, 克莱·马兰维尔, 戴维·鲍赫, 理查德·索尔蒂斯, 迈克·劳 申请人:福特环球技术公司