机械感测装置和冲撞能量传感器的制作方法

专利名称：机械感测装置和冲撞能量传感器的制作方法
技术领域：
在此描述的一种开发涉及机械感测装置，特别适合于用在冲撞检测器设备中，其将机械运动转换成与低级商业传感器的信号特性一致(compatible)的缩小比例尺(scale)。所述的另一种开发涉及感测系统，确定在冲撞或冲击的情况下，用于汽车或车辆安全系统，诸如气囊的最佳配置条件。
背景技术：
根据能量传感器开发，本领域已知传感器用在汽车或车辆与物体，诸如另一车辆或柱等等冲击期间，检测结构变形。下面，描述论述传感器结构的具体特征和它们的用途的各种文献的例子。
在授予Meyer等人的US专利5,419,407中描述了传感器技术的典型应用，其教导了变形传感器，即感压箔，其确定在冲击后结构变形的速率，以及在变形速率超出预定阈值时，触发气囊。
在授予Meyer等人的US专利5,435,409中类似地教导了上述应用，其论述具有外和内传感器平面的双变形传感元件以及包含力传感阻力器。预定阈值确定在将要超出这些阈值时，触发安全设备，诸如气囊。
授予Chou等人的US专利6,095,553教导了侧面冲击传感器，该传感器包含加速度计元件，用于自一冲击感测的的第一和第二力进行比较。这些元件还能与考虑另外的力信息的“安全”传感器比较。
授予Bledin，Anthoy，G的US专利6,144,790公开了光纤冲击传感器，其检测来自热、直接力(direct force)或压力的偏移性质(不是位置特定的)。光性质的外部干扰将导致延迟、发出蜂鸣声等等。
在授予Lofy，John，D的US专利5,680,909中教导了电触点传感器，其中，在冲击期间压坏电触点的一个的表面时，起动用于气囊的增压泵。在这一文献中考虑到“安全”传感器，但没有描述。
在授予Lwata的US专利5,547,216中公开了撞击盒(crushbox)，其具有用于检测由于冲击的结构变形的速度和刚度的压力传感器。然后，将这些值与预定阈值进行比较，以及反过来，在检测到适当的特性后，配置车辆安全设备。
其他文献包括授予Kiuchi的US专利5,392,024教导了将两个或多个条件，例如，在预定时间帧内的两个冲击传感事件作为调配手段。此外，本发明的申请人在授予Reimer的US专利5,917,180中公开了光散射几何传感器，其包括可压缩载体介质、源和接收波，以及将传送到压力指示器的信号。同时，授予Reimer的CA专利2,254,538公开了用在车辆的撞击区的这种相同的传感器。
除上述文献外，出版物，诸如“Crush Zone Intrusion Sensor(撞击区干扰传感器)”，2001年1月的宣传手册、日期注明为2001年9月15日的CZi简报、以及2001年9月的“GM-CZi Test Data Review(GM-Czi测试数据述评)”论述了传感技术和在车辆冲撞或冲击中使用该技术。
转到传感装置，通常以非常低的成本大批量制造检测反射面的范围的商业传感器，诸如反射传感器。对低端商业设备来说，这一类型的传感器能检测反射面附近的范围通常为几毫米。典型地，响应特性是在传感器和反射面间的距离大于或小于最大信号强度的最佳值的情况下，存在低信号状态的非线性含义。
公开机械传感机构的技术的例子是授予Reimer的US专利5,917,180。这一专利描述了集成空腔传感器(integrating cavitysensor)，包含非常接近的发光器和光检测器以及使用集成空腔的机械变形来感测偏移。偏移感测是可能的，由此，环绕光源和检测器的各向同性散射介质充当集成空腔。压缩整个本体导致成比例压缩局部区域是介质的性质，该局部区域是集成空腔，反过来，集成空腔改变与介质偏移成比例的介质的光密度。由于这一比例性，该传感器能被配置成通过简单地改变散射介质的尺寸，按任意距离比例尺感测偏移。在上述文献中，介质是提供比例压缩的橡胶海绵。
因此，本发明的目的是提供用在诸如冲撞检测传感器的应用以及其他类似用途中的机械感测装置。
在汽车冲撞感测中，使用或建议多个设备，用于检测汽车的“撞击区”或“变皱区”的压缩或偏移。这些设备包括触点开关、光纤偏移传感器、KinotexTM偏移传感器、气压传感器等等。在这些感测设备中，期望将传感器的偏移范围与匹配撞击的物理变形比例尺的一比例尺匹配。

发明内容
在本发明的一方面中，一个实施例提供一种气囊起动系统，包括至少一个偏移传感器，适合于安装在车辆的主要能量吸收位置的偏移点上，该偏移传感器生成具有所感测的偏移数据的输出信号；以及具有所存储的力偏移数据的参考数据装置，计算器程序装置，用于从该参考数据装置接收参考数据以及接收具有所感测的偏移数据的该输出信号，该计算器程序装置由该参考数据和该偏移数据生成累积能量耗散值(E)和瞬时能量耗散值(P)，以及该计算器程序装置生成包含E和P值的输出信号到比较程序装置；比较程序装置，用于从该计算器程序装置接收该输出信号，该比较程序装置将所接收的E和P值与预定的阈值进行比较，在超出预定阈值后，生成一输出展开(deployment)信号；以及气囊起动装置，用于在从该比较程序装置接收该输出信号后，起动至少一个气囊。
最好，该计算器程序装置用来计算速度(V)以便生成速度信号，在超出预定速度阈值后，其输出一展开信号。
本发明的上述方面的另一实施例包括故障检测程序装置，用来检测该系统中的故障，该输出展开信号由该故障检测程序装置接收，该故障检测程序装置生成输出起动信号以便允许在该系统中未检测到故障的情况下，起动该气囊起动装置。
在上述的另一实施例中，该故障检测程序装置包括预定阈值，由此当超出阈值时，生成一起动信号。
上述的另一实施例提供包括至少两个偏移传感器的系统。
期望，该比较程序装置包括具有第一计数装置的第一鉴别器，该比较程序装置接收用于每个传感器的P值，该第一计数装置记录用于每个传感器的该预定阈值P值的超出数，由此当该第一计数装置记录超出预定阈值的至少两个计数时，该比较程序生成输出展开信号，且采用至少两个偏移传感器来感测空间分辨率、时间分辨率和在车辆的所述主要能量吸收位置测量的变形中的至少一个。
最好，该系统适合于在汽车冲击期间，感测撞击区变形能量耗散和能量耗散速率，以及该系统适合于分析能量耗散率、量和型式。
进一步期望，该系统进一步包括第二鉴别器，适合于由该偏移传感器估算合计的能量耗散率以及将该合计的能量耗散率与预定阈值进行比较，该第二鉴别器具有计数装置，该第二鉴别器的该计数装置记录任何预定的阈值的超出数，该第二鉴别器从该比较程序装置接收该输出展开信号，该第二鉴别器在从该比较程序装置接收该输出展开信号后，以及在该第二计数装置记录该预定阈值的超出数后，生成一输出展开信号以便起动该气囊起动装置，以及该系统进一步包括第三鉴别器，适合于根据型式(pattern)分析和侵入特征，鉴别碰撞事件，该第三鉴别器具有计数装置，该至少两个偏移传感器具有能量和能量耗散输出信号，该侵入特征将该瞬时能量耗散率和偏移的时间历史以及来自一阵列的该偏移传感器的该能量和能量耗散输出信号结合，该侵入特征具有展开或非展开输出信号，该第三鉴别器识别该展开和该非展开信号输出以及当检测到该展开输出信号时，使该第三监视器的该计数装置的计数加1。
期望，在要求气囊展开的低能量事件期间，该预定阈值是设定在超出功率耗散率的值。
此外，最好，在上述实施例中，该系统进一步具有事件分类器，其具有预定事件数据，该事件分类器通过将合计的时间历史偏移和能量耗散型式与该预定事件数据进行比较来识别事件类型。
最好，该系统包括KinotexTM偏移传感器。
在该方面的另一实施例中，提供一种系统，包括一个或多个偏移传感器，以＞n＝关键偏移点的一结构定位，其中“n”是从1至100的数，该偏移点表示该结构中的主要能量吸收点，用于感测包括偏移和偏移速度数据的事件信息；查找数据表装置，提供用于这些点的力-偏移曲线；算法，采用结合该力偏移曲线的偏移和该偏移速度数据来计算所吸收的总能量以及瞬时能量耗散率，其中对每个偏移传感器来说，吸收等于耗散；其中，该计算的能量的总和被采用以具有用于这些点的偏移能量常数，该算法适用于鉴别超出预定阈值的事件以及计算用于偏移传感器的累积能量和合计能量耗散率，该算法通过型式分析，由多点时间历史的分类识别冲撞事件的类型，其中该多点时间历史是偏移、速度和能量值以及侵入特征；以及逻辑序列，具有能通过结合该能量耗散率、该累积能量、该合计能量耗散率以及来自该侵入特征的该事件类型所生成的气囊展开信号，该逻辑序列适用于在一个或多个该偏移传感器故障期间操作该系统以及鉴别严重冲撞事件。
另外，该方面的另一实施例提供一种车辆安全系统，包括第一逻辑装置，具有预定阈值，该第一逻辑装置适合于生成在冲撞事件期间可检测的偏移特征的输出信号；第二逻辑装置，生成到第三逻辑装置的、具有力变形值、在冲撞事件期间确定的输出信号；第三逻辑装置，接收该第一逻辑装置输出和该第二逻辑装置输出并计算在冲撞事件期间的冲击严重性以及向第四逻辑装置输出第三逻辑装置信号；第四逻辑装置，具有第一鉴别器，该第一鉴别器具有对超出该预定阈值的每个实例，适应地使计数加1的计数装置，以及向该第五逻辑装置输出信号以便当该计数至少为2时，展开安全设备；第五逻辑装置，适合于确定该该系统中的故障，该第五逻辑装置当在确定该系统中的故障时，使该系统不可操作，该第五逻辑装置将信号输出到第六逻辑装置以便当未检测到系统故障时，展开该安全设备，以及第六逻辑装置，用于测量来自该第五逻辑装置的该信号以及用于当接收到来自该第五逻辑装置的输出信号时，生成到安全设备的一展开信号。
最好，在上述实施例中，该偏移特征包括汽车冲击期间的变形能量耗散、能量耗散率、瞬时能量耗散率、偏移能量的时间历史和能量耗散信号。
最好，该偏移特征可由偏移传感器检测，该传感器位于车辆结构中的一个或多个能量吸收点处。
期望，在上述实施例中，通过将用于该偏移传感器的每一个的能量耗散率Pn与用于该偏移传感器的每一个的预定阈值an进行比较，确定该冲击严重性，其中“n”是1和100间的数值，该计数器对该能量耗散率超出该预定阈值的每个事件，使计数增加，该第四逻辑装置进一步包括第二鉴别器，用于通过从该第一逻辑装置获得合计信号输出率以及将该输出率与该预定阈值进行比较，估算该能量耗散率，该第二鉴别器具有计数装置，用于检测阈值超出数，该计数装置对于每个事件增加一计数，其中该合计信号输出率超出该预定阈值，该计数装置用来将来自该第一鉴别器的计数装置的单个计数与来自该第二鉴别器的计数装置的计数结合以便将展开信号输出到该安全设备，以及该第四逻辑装置进一步包括第三鉴别器，该第三鉴别器通过型式分析提供细微事件鉴别，该型式分析将从该第二逻辑装置得到的该侵入特征与事件的侵入特征型式进行比较，该侵入特征将该瞬时能量耗散率与该偏移的时间历史、来自传感器的该能量和该能量耗散信号组合，该第三鉴别器识别用于该事件的展开或非展开特征以及将计数装置的计数增加与该侵入特征有关的值。
在上述方面的另一实施例中，提供一种用于起动安全设备系统的方法，包括步骤将具有从车辆的主要能量吸收位置感测的偏移特征的输出信号发送到第一程序装置；参考用于输出到该第一程序装置的力偏移数据；将该偏移特征与该参考力偏移数据比较；从该第一程序装置生成传送到第二程序装置、具有在该主要能量吸收位置所计算的所吸收的总能量和瞬时能量耗散率的输出信号；计算累积能量和合计能量耗散率；生成输出信号以便当超出预定阈值时，起动安全设备；将该第二程序装置输出信号与该参考力偏移数据进行比较以便确定事件的类型；生成输出信号以便只要将该事件类型识别为展开安全设备的事件，则起动该气囊安全系统，以及起动由该事件类型确定的安全设备系统。
在另一方面中，本发明还提供一种适合于用在汽车的撞击区中的冲撞偏移感测设备，以及其中，提供有改进，在该改进中，该检测设备包括机械起动装置以及反射传感器和与该传感器联合操作的反射装置，该传感器和该反射装置以分开的关系安装，该机械装置适用于在该传感器和该反射装置间导致相对运动，由此该机械装置在导致该传感器和该反射装置间的相对运动后，允许一个相对于另一个位移以便提供与该传感器的信号特征一致的缩减的比例尺。
另外，该机械起动装置能包括一对可枢轴连接的杠杆，该反射传感器或反射装置的一个通过该杠杆被安装，由此这些杠杆当可枢轴地降低高度时，有效地降低该反射传感器和该反射装置间的距离。
在另一方面的另一实施例中，该机械装置包括一对分开的弹簧装置，该弹簧装置固定该反射传感器或反射装置中的一个，由此该弹簧装置当被压缩时，有效地缩短该反射传感器和该反射装置间的距离。
还期望，在某些实施例中，该机械装置包括一对可压缩的分开的弹性支架，该弹性支架固定该反射传感器或反射装置中的一个，由此该弹性支架当被压缩时，有效地缩短该反射传感器和该反射装置间的距离。
最好，计算器程序装置适合于计算速度(V)以便在超出预定速度阈值时，生成输出展开信号的速度信号。
上述另一方面的另一实施例提供一种冲撞偏移感测设备，用在汽车的撞击区中，包括反射传感器；反射面板；可移动起动装置，以朝向或远离彼此的相对、分开的关系，安装该反射传感器和反射面板；起动该起动装置导致该反射传感器和该反射面板间的相对运动以便提供与该反射传感器的信号特征一致的缩减的比例尺运动。
期望，该可移动起动装置包括相对的分开的起动部件，该反射传感器和反射面板的一个安装在这些起动部件间以及另一个安装在这些起动部件的一个上。
最好，该反射传感器和该反射面板的一个安装成与该起动部件的另一个相比，更接近于该起动部件的该一个。
最好，该起动装置进一步包括在该起动部件间延伸的一对杠杆，该杠杆可枢轴地连接在枢轴点处，该枢轴点接近于该起动部件的该一个，该反射传感器和该反射面板中的该一个安装在该枢轴点处；以及该起动装置进一步包括在这些起动部件间延伸的可压缩的弹性支架，该反射传感器和反射面板间的该一个安装在该支架上，以及与该起动部件的另一个相比，位于更接近于这些起动部件中的该一个。
期望，起动装置包括在起动部件间延伸的一对可压缩的、分开的弹性支架，该反射传感器和反射面板中的一个安装在这对支架上。
此外，最好该起动装置包括在该起动部件间延伸的至少一个压缩弹簧部件，该反射传感器和反射面板中的该一个安装在该弹簧上，以及与该起动部件的另一个相比，位于更接近于该起动部件的该一个。
此外，该起动装置包括在该起动部件间延伸的一对分开的压缩弹簧，该反射传感器和反射面板中的该一个连接到该对弹簧上。


由此，大致地描述了本发明，现在，将参考示例说明优选实施例的附图，其中图1将本发明的一方面的实施例表示为表示单点撞击能传感器的流程图；图1a表示上述单点撞击能传感器的另一实施例；图2将本发明的一方面的另一实施例表示为表示多点撞击能传感器的流程图；图2a表示上述多点撞击能传感器的另一实施例；图3a将本发明的另一方面的实施例表示为用于使用的机械装置的示意图；图3b将本发明的另一开发的另一实施例表示为示例说明在反射传感器装置中，图3a的机械杠杆装置的使用的示意图；图4a将另一方面的一替换的装置表示为弹簧居于中间的机械装置的示意4b将另一开发的另外的装置表示使用的弹簧居于中间的机械装置的示意图；图5a是表示弹性体居于中间的机械装置的示意图的本发明的另一方面的另外的实施例；图5b是表示使用的弹性体居于中间的机械装置的示意图的本发明的另一方面的另一实施例。
具体实施例方式
参考传感器开发，以及在附图中所示的传感器装置中，将理解到在不背离本发明的原理的情况下，容易实现某些优选实施例和备选方案。
转到图1，示例说明结合到车辆安全抑制系统中的单点冲撞能传感器。
存在用于执行逻辑功能以便确定冲撞或冲击事件的严重性的一系列模块。
模块S0，偏移传感器主要模块包括冲撞事件特性的数据俘获。至少单个偏移传感器位于车辆结构中的撞击能量损耗点以及感测诸如以1mm量级的空间分辨率、以100微秒/采样的时间分辨以及从10mm至100mm范围的变形度量的变形特性。
传感器能是任何常规的已知类型的偏移传感器，以及例如，在此使用在US专利5,917,180以及在加拿大专利申请2,254,538中所述的Kinotex设备。
偏移传感器的放置由车辆将面临的冲击的类型而定。例如，最好由作为门中的主要防侵入元件的门钢筋的偏移来监视侧冲撞的检测。另外，偏移传感器可以位于支架后、偏移具有已知阻力的位置。
用于传感器的另外的可能方位直接位于外门壳后。在这一位置中，耐撞击性很低，但在冲撞事件中，能非常早地显示出撞击信息。
另一选择可以是将传感器放在内门框上，从门的外面部分偏移。在这一位置中，当偏移特性超出或将要超出关键阈值时，在该事件时，将较晚地提供撞击信息。
当将要感测正面冲撞时，理想的偏移传感器位置将是位于缓冲器和汽车框架、冲撞盒或其等效物间的活动能量吸收结构。精确地设计其耐压强度。
模块S1，能量计算器只要主要模块感测偏移，在用于产生输出的辅助模块中，计算偏移的速度和能量。与来自存储器的存取数据同时计算的来自偏移传感器(S0)的瞬时偏移读数(Xi)产生用于下述的值1.耗散的累积能，Ei；以及2.瞬时能耗散率Pi。
Ei是通过在偏移距离Xi上积分力数据Fx计算的。
在存在有使用偏移传感器前耗散一些能的情况下，增加偏移能E0。例如，以50mm偏移，从0至10kN增加的限定阻力撞击车门。对下一50mm偏移，在10kN时使阻力达到平稳。如果放置传感器以使感测从50mm至100mm的偏移以及如果瞬时偏移值为80mm，那么Ei＝从50mm至80mm的FxXi的积分加上E0，其中E0是从0至50mm的积分。E0的值可以存储在查找表中。
Pi计算为Fx乘以瞬时速度dXi/dt。例如，在偏移率dxi/dt＝10米/秒以及对增量变形阻力Fx＝10kN阻力，能量耗散率将为10米/秒×10,000N＝100,000N-m.sec-1(100千瓦)。
如在此所使用的，这些单位是已知单位以及包括1.力牛顿，或磅力；2.偏移米或英尺；3.时间秒；4.能量牛顿-米(N-m)或英尺-磅(ft-lbs)；以及5.功率(瞬时能量耗散率)牛顿-米/秒(N-m.sec-1)或瓦特，ft/lb/sec。
模块S2，存储模块由于对于某些车辆和相关数据的力变形关系是已知的，能将这些值存储在存储器中。模块S2提供对车辆测试的类似变形事件的二次呼叫以通过另一模块进行比较。例如，门钢筋通常被设计成提供约10,000牛顿量级的偏移阻力，例如USLAC工程报告。
模块S3，功率和速度鉴别器模块S3用来通过将瞬时速度Vi与预置速度阈值q，以及瞬时通量耗散率Pi与从模块S2确定的预置能量阈值ax进行比较，以便估计冲撞严重性。由于变形是渐进作用，在事件期间基于由已知结构因素所定的变形的严重性，值ax能改变。
例如，冲撞事件早期的高能量耗散率不可以用于诊断严重事件，在偏移的前50mm时，大多数车门未呈现出很大的侵入阻力。以高速度(＞10m/sec)冲击门的几十千克的小的质量会以高的能量耗散快速地强挤入，但不会进入结构太多，因为与较大(＞1000Kg)质量相比，其动能太低。
ax的值可以设置为侵入距离或累积撞击能量耗散的函数。
累积耗散能E是累积损坏的指数。在上述例子中，不期望在事件期间太早起动气囊，即使瞬时能耗散率P很高。因此，在高P值的基础上，作出点火判断前，可以将阈值b设置成要求指定累积损坏程度的预定值。这一辨别阈值可以取决于组合P和E值，或它可以是绝对的。
模块S4，故障诊断故障诊断模块S4用来搜索和识别系统错误和设备故障。例如，在传感器由于来自在前事件的损坏将要变得不能使用时，模块识别该错误以及告知起动模块已经发生故障，以及避免不期望地起动系统。
来自高能冲撞的可能位置包括超出预定范围L的变形传感器。在传感器有物理损坏的情况下，例如，如果在超出传感器的动态范围撞击继续，不向系统报告。
另外，系统检测任何潜在的传感器变形或损坏。如果变形(Xi)大于零，但变形率(dxi/dt)为零，设备变得不能使用。例如，传感器会由于在前结构损坏而永久地偏移以及这一模块包括潜伏时间，以致系统将使其自己在冲撞事件期间不能工作。
如果变形信号是否定的，传感器变得不能使用。这是由于功率损失或电子设备损坏而陷入传感器错误的困境。另外，如果变化率(dxi/dt)异常，传感器变得不能使用。这陷入不能预料的损坏情况的困境。
如果电子系统电压不对应于预定起动/停机以及工作状态，系统将变得不能使用。这陷入电子设备故障和电源故障的困境。
此外，如果系统先前检测到故障状况或已经发出气囊打开信号，其变得不能使用。这防止在不能使用的情况下，重新使用该系统。
模块S5，起动模块起动模块(S5)从故障诊断模块(S4)接收数据，如果未检测到系统错误或故障，其能起动到安全设备的展开信号。这一起动模块仅能操作一个展开周期以及为安全目的，拒绝(renege)进一步展开。
在上述实施例中，单点设备可以不结合如上所述的整个判断逻辑范围，因为这些功能的一些将分配到中央计算机以及判断逻辑可以不同。
应注意到在此将不描述由中央安全系统执行的随后的逻辑功能。仅描述将在单点设备中执行的功能。
在该方面的另一实施例中，如图2所示，在系统中使用偏移传感器阵列。图2示例说明结合其自己的中央处理器以及使用如上所述的全逻辑序列以便得出展开判定的多点撞击能量传感器。
模块AO1、AO2、AOn，偏移传感器阵列主模块AO1伴有AOn模块，其中模块的数量通过“K”被因子化。系统包括位于车辆结构中的特定冲撞能耗散点处的偏移传感器阵列。用与图1的主模块相同的方式，模块AO1至AOn俘获从冲撞或冲击事件检测出的数据特性。在另外考虑到冗余和型式理解的情况下，传感器的位置根据选定的标准集而确定。
能使用任何公知类型的偏移传感器来识别事件的偏移特性。例如，排列在车门钢筋中心以及末端的三个偏移传感器同时提供用于在门的前后处的侵入间的鉴别的感测冗余度和事件型式信息。
只要检测到事件，基于每个传感器，将事件的特性数据从阵列中的每个传感器分送到用于能量计算的辅助模块。
模块A4，故障判断这一模块识别系统错误和设备故障。这一模块能用于传感器阵列，不适合于不能胜任整个阵列的功能的单个传感器。
例如，如果任何传感器(n)的变形超出预定范围，即阈值Ln，该传感器被系统识别为不可使用。这防止在传感器的物理损坏可能正发生的情况下，使用传感器信号。A4模块将记录传感器故障以及将在记录传感器故障后，10秒内使其自己不能操作。该系统将不能立即使其自身不能工作，因为在严重冲撞事件期间，传感器损坏是可能的，以及可能要求该传感器在事件期间继续工作以便检测二次冲撞等等。
如果所报告的变形值大于零，但变形速率为零，该系统将该传感器识别为不能使用，避免由于潜在的传感器变形或传感器损坏的故障。然而，该系统在冲撞期间将使其自身不能工作。
在电源损坏的情况下，变形信号为负，以及传感器被系统识别为不能使用。这陷入电源损坏丢失的困境。
对传感器的任何无法预料的损坏，如果变化率异常，传感器将由该系统识别为不可使用。
如果在例如先前的10秒内发生故障，上述故障将不停止该系统通过剩余的可使用传感器进行操作。这种状况允许系统在损坏事件期间继续工作但在损坏事件后停止该系统工作。
该系统还配置成如果电子系统电压不对应于预定的起动/停机和操作状况，但对应于电源故障和/或电子设备故障，将变成不可使用。
另外，如果系统先前检测过故障状况或已经发布展开信号，它变得不能使用，防止系统在没有合格的维护后重复使用。
如果系统未检测到故障，那么模块将不输出故障信号以及系统配置根据第一、第二和第三鉴别器所调度的安全设备。
用于该系统的阵列配置要求从至少多于一个传感器传送的数据特性以便估计用于到初始模块的展开信号的限制因子。
模块A1，能量计算该第二模块接收依次访问存储器模块(A2)的数据的每个传感器1至n的瞬时偏转位置读数(Xi)。因此，如图中所示，计算用于每个传感器的累积和瞬时能量耗散率以及生成被传送到A3模块的包含(Ei)和(Pi)值的信号。
模块A2，存储器模块存储器模块(A2)与图1中的存储器模块(模块S2)所起的作用相似。然而，用于存储型式识别和冗余度的另外的数据值允许确定特征事件以及为起动不同的安全设备生成适合的信号。
模块A3，主要超出阈值鉴别器模块A3是主超出阈值鉴别器，从A1接收输出信号以及用来将每个传感器的瞬时能量耗散率Pn与用于每个传感器的预定阈值值an进行比较。对超出其阈值的每个传感器，鉴别器使计算的计数器加1。如果该值超出被传送到逻辑模块5的一个计数，稍后将描述，模块A5将激发(fire)。没有单个传感器将导致展开安全设备。阈值能设置在超出不保证安全设备展开的低能量事件的功率耗散率的值。
模块A6，第二阈值鉴别器第二阈值鉴别器估算相对于所有模块AO1和AOn的传感器的合计能量耗散率以及将这些速率的总和与设定阈值比较。
任何阈值的超出将导致计数器加1。应当使计数包括自第一鉴别器(A3)的单个增量，两个信号组合以便满足用于生成输出信号的标准，其告知初始模块展开安全设备，诸如气囊。这一模块将不由其自己告知安全展开。
使用能量值而不是变形速率的值在于能用直接与冲撞严重性有关的物理意义方式增加能量值。当按不同大小物体比较侵入效果时，这一特性特别有用。
模块A7，第三鉴别器第三鉴别器，模块A7通过将由传感器识别的新显露的型式与存储在存储器模块A2中的型式进行比较，通过型式分析来识别“侵入特征”。
会保证气囊展开的一些冲撞事件可以与不保证展开的一些事件一样有力。例如，这可能是例如与树“杆冲撞”中速侧冲撞的情形，与不太严重的自行车冲撞相比，这可能是致命的，因为自行车的质量轻。第一和第二鉴别器将不能区分这两种情况，直到对展开气囊来说太迟。当前使用中的其他传感器类型诸如气压脉冲传感器不能区分这些事件。
模块A7能通过使用型式分析，检查“侵入特征”来微细事件鉴别。该“侵入特征”是瞬时值加上偏移的时间历史、来自传感器阵列的能量和能量耗散信号的组合。模块A7浏览型式以及显露的型式与来自存储器模块A2的已知事件比较。模块A7将查看特殊的展开和/或非展开特征以及如果其识别特定的侵入特征，将使计数器加1。
模块A5，起动模块校准起动模块以便从故障诊断模块、第一、第二和第三模块顺序地接收展开信号。能满足用于展开的条件，例如2或更大的计数。
三个鉴别器顺序地工作以及采用这样的方式例如如果两个偏移点显示出阈值超出，第一鉴别器能创建展开条件以及通过各自单独地检测保证展开的条件，三个鉴别器中的两个能创建展开条件。该判定层次和阈值可使得所有鉴别器可以响应保证加强判定的严重事件。
已经做出“点火”判定，使该系统永久地不能工作。
模块A8，恢复模块重置模块能用在将允许在鉴别器模块中识别的合计值返回到零值的系统中，如果在事件过程期间，展开条件被确定为不必要。
如对不同实施例的每个型式所述的逻辑功能可能与专用处理器，例如微处理器等等有关。处理器可以形成安全系统的一部分或另外形成汽车的单独的部件。
应理解到本发明的安全预防包括只要发送展开信号，则停止该系统工作以及该系统可以不重复使用。也应理解到如上所述的系统应当包括传统时钟。
参考图3a以及在此所述的其他方面，示例说明本发明的机械配置，不同于在下文中，参考图3b更详细地描述。在该配置中，本发明的设备包含在一对相对部件12中，其一个或两个部件能起动在下文中所述的机械配置。因此，部件12的至少一个充当用于在此所述的机械传感器配置的压力起动点。
转到图1a和2a，速度鉴别器能包含在该系统中。
模块A9，速度鉴别器如果未检测到侵入速度超出所设定的阈值，例如，每秒5米，这一模块将计数器C设置为零。在这种情况下，模块A5将不发送气囊展开信号，即使其他鉴别器模块已经检测到展开状况。
如从图1a能看到的，可选地，第一鉴别器能包括速度鉴别功能。在这种配置中，在速度超出预定阈值的实例中，计数器复位将不会发生，将速度数据告知模块S5。
由适合的材料制成的第一可移动枢轴杠杆1结合第二可移动枢轴杠杆2工作。杠杆1和2在通常超出中点的一适当点，通过枢轴3可枢轴地连接。由于是可枢轴的，每个杠杆1和2可绕枢轴点3可旋转，由此用4和5表示的它们各自的末端可相对于彼此向外位移。
在图3a中，示例说明了臂1和2的正常，或静止位置，其中这些臂具有用箭头h表示的总亮度。在这一点，在相对部件12的区域内限定、示出了在静止状态下，用箭头线d表示的总的枢轴高度。
现在转到图3b，用简化的示意形式示出了图3a的机械装置。本发明的系统包括固定到或绕机械装置的枢轴点3固定的反射面板8。另外，反射传感器9的定位与至少一个压力起动部件12处于固定关系，如用箭头15所示。垂直于部件12的平面。在压力被施加到至少一个起动部件12时，杠杆臂1和2将绕枢轴点3枢轴转动，由此当臂1和2经受相对运动时，用箭头表示的高度h将被降低，因此枢轴高度d将同样地被降低。高度d将被减小到低于高度h。因此，相对于反射源，与传感器的信号特性一致。
为改进灵敏度，可包括非球面透镜，例如在HEDS-1300设备中。在反射面板上，这些透镜使发射机和检测器的有效区成象成单个点，该单点定义该分辨率。
现在参考图4a和4b，公开了另一方面的替换的实施例，其中该设备位于分开的部件12间的周围空气介质中。在图4a、4b和其他中，类似的标记表示类似的部件，例如，8表示反射面板，9表示反射传感器等等。
在图4a中，一对分开的线圈或类似的弹簧部件10安装在部件12之间(以及最好固定到)部件12上。反射面板8连接到弹簧10上以便在正常条件下，反射传感器9与反射面板8分开距离d，在非压缩条件下，具有为部件12间的宽度的距离h。
在由一或两个部件12施加偏移后，如图4b所示，弹簧将压缩以便当降低距离h′时，提供反射面板8和反射传感器9间的修改或缩短的距离d′。从图4a、4b、5a和5b将看出，与图3a和3b比较，不需要枢轴但实现相同的效果。在图4a和4b中，具有恒定弹簧常数的弹簧将恒定地压缩，因此，沿弹簧以任意距离固定的点将总是保留在沿弹簧的相同的比例位置。弹簧能是任何适当的弹簧诸如卷簧，但显然能采用其他等效的弹簧来代替卷簧。例如，能使用单个大的弹簧环，具有安装在弹簧内的反射面板8。单个大的环形弹簧的一个这种例子称为囊式弹簧。
参考图5a和5b，示例说明采用机械原理的另一实施例，其中机械装置包括采用位于部件12间的一对分开的弹性部件11的形式的弹性体。反射面板8安装在部件11上。在这一实施例中，弹性部件能是具有相对于弹性体的压缩性所需的属性的任何适当的聚合物。例如，各向同性的弹性体将以相同的比例性变形。适当的聚合物包括非泡沫或泡沫弹性体。在泡沫聚合物(或等效的非泡沫聚合物)的情况下，泡沫柱将支持距反射传感器以所需距离的反射目标以及不管柱的高度如何，偏移将总是按目标成比例地调整比例尺。因此，如图5所示，可以通过适当的装置安装反射面板或铸模在泡沫柱11中。再次，在改进中，能使用单个管状弹性部件，以及安装在管内的反射面板。管内的空间通风是必要的。
使用囊式弹簧，或单个管状弹性部件提供能在密封空间中安装反射面板8和反射传感器9，从而具有相应保护的优点。
诸如本应用的如图3a、3b、4a、4b、5a和5b所述的光学-机械系统的使用利用用于反射目标优选的光电响应特性的任何范围的运动以及位于远离反射传感器的优选距离，因此，不管柱的高度如何，偏移将总是按目标比例地调整比例尺。
因此，与现有技术相比，本发明的这一方面的重要差异在于在这一方面中，反射传感器不看或观察正被压缩的介质。相反，反射传感器查看由机械装置支撑的反射目标，因此，有效地提供简单和可靠的冲撞传感器设备。
本发明的这一方面提供具有利用相对廉价和容易获得的元件的所需特性的机械装置，从而使用本发明可适合于许多用途，诸如汽车冲撞传感器，在任一应用中，针对实际目的，冲撞偏移传感器的工作范围必须与撞击事件的比例尺匹配。
本发明所属的本领域的技术人员通过优选实施例的详细描述已可理解本发明，以及在不脱离在附加权利要求书中定义的本发明的精神和范围的情况下，可以实现该装置的改型和变化。
权利要求
1.一种气囊起动系统，包括至少一个偏移传感器，适合于安装在车辆的主要能量吸收位置的偏移点上，所述偏移传感器生成具有所感测的偏移数据的输出信号以及具有所存储的力偏移数据的参考数据装置；计算器程序装置，从所述参考数据装置接收参考数据以及接收具有所检测的偏移数据的所述输出信号，所述计算器程序装置由所述参考数据和所述偏移数据生成累积能量耗散值(E)和瞬时能量耗散值(P)，以及所述计算器程序装置生成包含E和P值的输出信号到比较程序装置；比较程序装置，用于从所述计算器程序装置接收所述输出信号；所述比较程序装置将所接收的E和P值与预定的阈值进行比较，所述比较程序装置在超出预定阈值后，生成输出展开信号；以及气囊起动装置，在从所述比较程序装置接收所述输出信号后，起动至少一个气囊。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算器程序装置用来计算速度(V)以便生成速度信号，在超出预定速度阈值后，其输出展开信号。
3.如权利要求1所述的系统，包括故障检测程序装置，用来检测所述系统中的故障，所述输出展开信号由所述故障检测程序装置接收，所述故障检测程序装置生成输出起动信号以便允许在所述系统中未检测到故障的情况下，起动所述气囊起动装置。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述故障检测程序装置包括预定阈值，由此当超出阈值时，生成所述起动信号。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统包括至少两个偏移传感器。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述比较程序装置包括具有第一计数装置的第一鉴别器，所述比较程序装置接收用于每个传感器的P值，所述第一计数装置记录用于每个传感器的所述预定阈值P值的超出数，由此当所述第一计数装置记录超出预定阈值的至少两个计数时，所述比较程序生成输出展开信号。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统适合于在汽车冲击期间，感测撞击区变形能量耗散和能量耗散速率。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统适合于分析能量耗散率、量和型式。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少两个偏移传感器适合于感测在所述车辆的所述主要能量吸收位置处的空间分辨率、时间分辨率和变形度量中的至少一个。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括第二鉴别器，适合于由所述偏移传感器估计合计的能量耗散率以及将所述合计的能量耗散率与预定阈值进行比较，所述第二鉴别器具有计数装置，所述第二鉴别器的所述计数装置记录任何预定的阈值的超出数，所述第二鉴别器从所述比较程序装置接收所述输出展开信号，所述第二鉴别器在从所述比较程序装置接收所述输出展开信号后，以及在所述第二计数装置记录所述预定阈值的超出数后，生成输出展开信号以便起动所述气囊起动装置。
11.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括第三鉴别器，适合于通过型式分析和侵入特征，鉴别侵入事件，所述第三鉴别器具有计数装置，所述至少两个偏移传感器具有能量和能量耗散输出信号，所述侵入特征将所述瞬时能量耗散率和偏移的时间历史以及来自所述阵列的所述偏移传感器的所述能量和能量耗散输出信号结合，所述侵入特征具有展开或非展开输出信号，所述第三鉴别器识别所述展开和所述非展开信号输出以及当检测到所述展开输出信号时，使所述第三监视器的所述计数装置的计数加1。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，在要求气囊展开的低能量事件期间，所述预定阈值是设定在超出功率耗散率的一值。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统进一步具有事件分类器，其具有预定事件数据，所述事件分类器通过将合计的时间历史偏移和能量耗散型式与所述预定事件数据进行比较来识别事件类型。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括KinotexTM偏移传感器。
15.一种系统，包括一个或多个偏移传感器，以在＞n＝关键偏移点的一结构定位，其中“n”是从1至100的数，所述偏移点表示所述结构中的主要能量吸收点，用于感测包括偏移和偏移速度数据的事件信息；查找数据表装置，提供用于所述点的力-偏移曲线；算法，采用结合所述力偏移曲线的所述偏移和所述偏移速度数据来计算所吸收的总能量以及瞬时能量耗散率，其中对每个偏移传感器来说，吸收等于耗散；其特征在于，所述能量的累积的总和适合于具有用于所述点的偏移能量常数，所述算法适合于鉴别超出预定阈值的事件以及计算用于每个偏移传感器的累积能量和合计能量耗散率，所述算法通过型式分析，自多点时间历史的分类识别冲撞事件的类型，其中所述多点时间历史为偏移、速度和能量值以及侵入特征；以及逻辑序列，具有能通过结合所述能量耗散率、所述累积能量、所述合计能量耗散率以及来自所述侵入特征的所述事件类型生成的气囊展开信号，所述逻辑序列适合于在一个或多个所述偏移传感器故障期间操作所述系统以及鉴别严重冲撞事件。
16.一种车辆安全系统，包括第一逻辑装置，具有预定阈值，所述第一逻辑装置适合于在冲撞事件期间生成可检测的偏移特征的输出信号；第二逻辑装置，生成具有力变形值、在冲撞事件期间确定的输出信号到第三逻辑装置；第三逻辑装置，在冲撞事件期间，接收所述第一逻辑装置输出和所述第二逻辑装置输出以及计算冲击严重性以及向第四逻辑装置输出第三逻辑装置信号；第四逻辑装置，具有第一鉴别器，所述第一鉴别器具有对超出所述预定阈值的每个实例，适应地使计数加1的计数装置，以及向所述第五逻辑装置输出信号以便当所述计数至少为2时，展开安全设备；第五逻辑装置，适合于确定所述所述系统中的故障，所述第五逻辑装置当在确定所述系统中的故障时，使所述系统不可操作，所述第五逻辑装置将信号输出到第六逻辑装置以便当未检测到系统故障时，展开所述安全设备，以及第六逻辑装置，用于测量来自所述第五逻辑装置的所述信号以及用于当接收到来自所述第五逻辑装置的输出信号时，生成展开信号到安全设备。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述偏移特征包括汽车冲击期间的变形能量耗散、能量耗散率、瞬时能量耗散率、偏移能量的时间历史和能量耗散信号。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述偏移特征可由偏移传感器检测，所述传感器位于车辆结构中的一个或多个能量吸收点处。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，通过将用于所述偏移传感器的每一个的能量耗散率Pn与用于所述偏移传感器的每一个的预定阈值an进行比较，确定所述冲击严重性，其中“n”是0和100间的数值，所述计数器对所述能量耗散率超出所述预定阈值的每个事件，使计数增加。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括第七逻辑装置，用于当速度值小于预定速度阈值时，使所述计数器复位。
21.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述第四逻辑装置进一步包括第二鉴别器，用于通过从所述第一逻辑装置获得合计信号输出率以及将所述输出率与所述预定阈值进行比较，估算所述能量耗散率，所述第二鉴别器具有计数装置，用于检测阈值超出数，所述计数装置增加用于每个事件的计数，在每个事件中所述合计信号输出率超出所述预定阈值，所述计数装置用来将来自所述第一鉴别器的计数装置的单个计数与来自所述第二鉴别器的计数装置的计数结合以便将展开信号输出到所述安全设备。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述第四逻辑装置进一步包括第三鉴别器，所述第三鉴别器通过型式分析提供细微事件鉴别，所述型式分析将从所述第二逻辑装置得到的所述侵入特征与事件的侵入特征型式进行，所述侵入特征将所述瞬时能量耗散率与所述偏移的时间历史、所述能量和来自传感器的所述能量耗散信号组合，所述第三鉴别器识别用于所述事件的展开或非展开特征以及将所述计数装置增加与所述侵入特征有关的值。
23.一种用于起动安全设备系统的方法，包括步骤将具有从车辆的主要能量吸收位置感测的偏移特征的输出信号发送到第一程序装置；参考用于输出到所述第一程序装置的力偏移数据；将所述偏移特征与所述参考力偏移数据比较；从所述第一程序装置生成具有在所述主要能量吸收位置所计算的所吸收的总能量和瞬时能量耗散率的输出信号到第二程序装置；计算累积能量和合计能量耗散率；生成输出信号以便当超出预定阈值时，起动安全设备；将所述第二程序装置输出信号与所述参考力偏移数据进行比较以便确定事件的类型；生成输出信号以便只要将所述事件类型识别为展开安全设备的事件，则起动所述气囊安全系统，以及起动由所述事件类型确定的安全设备系统。
24.一种适合于用在汽车的撞击区中的冲撞偏移检测设备，改进在于，所述检测设备包括机械起动装置以及反射传感器和与所述传感器关联操作的反射装置，所述传感器和所述反射装置以分开的关系安装，所述机械装置适合于在所述传感器和所述反射装置间导致相对运动，由此所述机械装置在导致所述传感器和所述反射装置间的相对运动后，允许一个相对于另一个位移以便提供与所述传感器的信号特征一致的缩减的比例尺。
25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述机械起动装置包括一对可枢轴连接的杠杆，所述反射传感器或反射装置中的一个由所述杠杆固定，由此所述杠杆当可枢轴地降低高度时，有效地降低所述反射传感器和所述反射装置间的距离。
26.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述机械装置包括一对分开的弹簧装置，所述弹簧装置固定所述反射传感器或反射装置中的一个，由此所述弹簧装置当被压缩时，有效地降低所述反射传感器和所述反射装置间的距离。
27.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述机械装置包括一对可压缩的分开的弹性支架，所述弹性支架安装所述反射传感器或反射装置中的一个，由此所述弹性支架当被压缩时，有效地降低所述反射传感器和所述反射装置间的距离。
28.一种冲撞偏移检测设备，用在汽车的撞击区中，包括反射传感器；反射面板；以及可移动起动装置，以移向或远离彼此的相对、分开的关系，安装所述反射传感器和反射面板；起动所述起动装置导致所述反射传感器和所述反射面板间的相对运动以便提供与所述反射传感器的信号特征一致的缩减的比例尺运动。
29.如权利要求28所述的设备，所述可移动起动装置包括相对的分开的起动部件，所述反射传感器和反射面板的一个安装在所述起动部件间以及另一个安装在所述起动部件的一个上。
30.如权利要求29所述的设备，所述反射传感器和所述反射面板中的一个安装成与所述起动部件中的另一个相比，更接近于所述起动部件的所述一个。
31.如权利要求29所述的设备，所述起动装置进一步包括在所述起动部件间延伸的一对杠杆，所述杠杆可枢轴地连接在枢轴点处，所述枢轴点接近于所述起动部件中的所述一个，所述反射传感器和所述反射面板中的所述一个安装在所述枢轴点处。
32.如权利要求29所述的设备，所述起动装置包括在所述起动部件间延伸的至少一个压缩弹簧部件，所述反射传感器和反射面板中的所述一个安装在所述弹簧上，以及与所述起动部件中的另一个相比，位于更接近于所述起动部件中的所述一个。
33.如权利要求29所述的设备，所述起动装置包括在所述起动部件间延伸的一对分开的压缩弹簧，所述反射传感器和反射面板中的所述一个连接到所述弹簧上。
34.如权利要求29所述的设备，所述起动装置进一步包括在所述起动部件间延伸的可压缩的弹性支架，所述反射传感器和反射面板中的所述一个安装在所述支架上，以及与所述起动部件的另一个相比，位于更接近于所述起动部件中的所述一个。
35.如权利要求34所述的设备，分开的所述弹性支架在所述起动部件间延伸，所述反射传感器和反射面板中的所述一个安装在所述支架上。
36.如权利要求28所述的设备，所述反射面板安装在所述起动部件间，所述反射传感器安装在所述起动部件的所述一个上。
全文摘要
本发明一方面涉及机械感测装置，特别适合于用在冲撞检测器设备中，其将机械运动转换成与低级商业传感器的信号特征一致的缩减的比例尺。另一方面涉及感测系统，其确定在冲撞或冲击的情况下，用于汽车或车辆安全系统，诸如气囊的最佳展开条件。
文档编号B60R21/01GK1694825SQ02822246
公开日2005年11月9日 申请日期2002年11月8日 优先权日2001年11月9日
发明者埃内斯特·M·赖默, 罗德·哈勒, 道格·皮特曼 申请人:坎博拉-易斯特公司