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Technisches
Gebiet
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Der
Auslösezeitpunkt
von Seitenbags im Falle von Seitenaufprallsituationen an Kraftfahrzeugen wird
größtenteils
durch Beschleunigungssensoren sensiert. Diese sind meist im Bereich
des Sitzquerträgers,
des Schwellers im Türbereich
beziehungsweise B- oder C-Säule der
Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges angebracht.
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DE 42 20 270 A1 bezieht
sich auf eine Schutzeinrichtung für Fahrzeuginsassen. Diese umfasst mindestens
einen beschleunigungsempfindlichen Sensor und mindestens einen verformungsempfindlichen
Sensor, ferner mindestens ein Schutzmittel für den Schutz der Fahrzeuginsassen
sowie eine elektronische Einrichtung für die Auswertung der Ausgangssignale
der Sensoren und die Ansteuerung der Schutzmittel. Das bei Ansprechen
eines verformungsempfindlichen Sensors generierte Ausgangssignal
beeinflusst gegebenenfalls einen für das Ausgangssignal des beschleunigungsempfindlichen Sensors
vorgebbaren Schwellwert.
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DE 198 25 761 A1 bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen einer Dehnung und/oder einer Stauchung
eines Körpers.
Eine Vorrichtung zur Erfassung einer Dehnung und/oder einer Stauchung
eines Körpers
weist ein verformbares Halbleitersubstrat auf, das auf den Körper, dessen
Dehnung und/oder Stauchung zu erfassen ist, auf ringbar ist. Auf
dem Halbleitersubstrat ist ein Element angeordnet, das zumindest
eine physikalische Ei genschaft hat, die sich abhängig von einer Dehnung und/oder Stauchung
des Halbleitersubstrats ändert.
Ferner ist auf dem Halbleitersubstrat zusammen mit dem Element eine
Auswertungseinrichtung angeordnet, die mit dem Element verbunden
ist, um ein von der Dehnung und/oder Stauchung abhängiges Messsignal
zu erzeugen.
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Es
hat sich bei Luftdrucksensoren herausgestellt, daß bei nicht
von Seitenaufprallbedingten Druckerhöhungen in den Hohlräumen der
Türen von Kraftfahrzeugen
und bei Überschreiten
der empfindlichen ersten Seitenbagauslöseschwelle ein unerwünschtes
Auslösen
von Seitenbags auftreten kann. Dies kann beispielsweise bei heftigem
Zuschlagen der Fahrzeugtüre
auftreten oder auch bei Auslösung der
Frontbags.
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Bei
einem Pfahlaufprall in die Türmitte
sind kürzeste
Seitenbagauslösezeiten
erforderlich. Während
der Auslösezeit
muß die
ungehinderte Entfaltung von in der Tür eines Kraftfahrzeuges eingebauten
Thorax-Seitenbags und auch in die Sitzlehne integrierter Seitenbags
gewährleistet
sein, um bei solchen Aufprallsituationen die mit gefährlichsten
Verletzungen einhergehen können,
in der Türmitte,
d.h. an der verformungskritischsten Stelle einen maximalen Schutz
für die
Fahrzeuginsassen zu ermöglichen. Andererseits
soll die Nichtauslöseschwelle
von Seitenbags auf Fahrzeuggeschwindigkeiten zwischen 20 und 25
km/h heraufgesetzt werden, um die nötige Robustheit der Sensoranordnung
gegen ein unerwünschtes
Auslösen
in für
die Fahrzeuginsassen unkritischen Situationen, etwa beim heftigen
Zuschlagen der Fahrzeugtüre,
zu gewährleisten.
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Eine
sehr feinfühlige
Parametereinstellung im Auslösealgorithmus
der Airbag-Sensoren in den Hohlräumen
der Kraftfahrzeugtüren
führt zu
im Gefahrenfalle erwünschten
kurzen Auslösezeiten,
setzt andererseits die Auslöseschwelle
auf unerwünschte 10
bis 15 km/h Fahrzeuggeschwindigkeit herab, was zu den oben geschilderten
Nachteilen führt.
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Drucksensoren
weisen bei Pfahlaufprall in der Mitte einer steifigkeitsmäßig betrachtet
weichen Fahrzeugtüre
kürzere
Ansprechzeiten auf, verglichen mit an der Fahrzeugstruktur aufgenommenen
Beschleunigungssensoren, weisen jedoch die skizzierten Nachteile
auf. Druck ist eine skalare Größe, bei der
unerheblich ist, ob diese vom Fahrzeuginneren ausgeht (Druckaufbau
durch gleichzeitiges Auslösen beider
Frontairbags beziehungsweise durch Türzuschlagen bei geschlossenen
Fenster-/Schiebedachflächen)
oder von außen
auf die Fahrgastzelle, d.h. im Falle eines Seitenaufpralles auf
das Fahrzeug einwirkt.
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Darstellung
der Erfindung
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Mit
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird
zusätzlich
zur Auswertung von Signalen peripherer Beschleunigungssensoren (PAS)
nunmehr auch die Verformung des Türaußenblechs, d.h. die plastische
Türblechverformung
mittels eines Dehnmeßstreifensensors
sensiert. Der Dehmeßstreifensensor
wird in den Hohlraum zwischen Kraftfahrzeugtür-Außen- und Kraftfahrzeugtür-Innenseite, z.B.
auf das Türverstärkungselement
(Rohr, Profilblech oder dergleichen) angeordnet. Mittels der zusätzlichen
Detektion der Verformung der Tür
können Türaufpralle
extrem schnell, d.h. bereits nach drei bis fünf ms erkannt werden.
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Wird
zusätzlich
zum Beschleunigungssensor ein Dehnmeßstreifensensor pro Fahrzeugtüre verwendet,
lassen sich die verletzungsträchtigsten
Seitenaufprallsituationen bereits nach 3 bis 5 ms Zeitspanne detektieren.
Mittels des vom Dehnmeßstreifensensors
erzeugten Signales, kann die Auslöseschwelle des Beschleunigungssensors,
der z.B. an der B-Säule
eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, sofort herabgesetzt werden,
so daß die
den Kopf- und Thorax-Bereich des Fahrzeuginsassen schützenden Seitenbags
rechtzeitig aktiviert werden können.
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Bei
der Verwendung lediglich eines auf Druck ansprechenden Sensors läßt sich
ein seitlicher Pfahlaufprall erst nach ca. 6 ms detektieren; bei
einer Aufblasdauer der Seitenbags von etwa 10 ms für Thorax-Seitenbags
bedeutet die Halbierung der Detektionszeit einen entscheidenden
Zeitvorteil in Bezug auf die passive Sicherheit der Fahrzeuginsassen.
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Neben
der Verwendung im Hohlraum einer Fahrzeugtüre können die Dehnmeßstreifensensoren in
vergleichbarer Weise auch im vorderen Karosseriebereich eines Kraftfahrzeuges,
z.B. auf der vorderen Motorhaubenunterseite, zur Fußgängerhüftaufprallerkennung
befestigt werden.
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Die
Dehnmeßstreifensensoren
lassen sich in vorteilhafter Weise an den Verformungskörper, dessen
elastischer Verformungsbeginn zu sensieren ist, annieten, so daß defekte
Komponenten einfach ausgetauscht werden können, das zu überwachende Bauteil,
d.h. eine Fahrzeugtüre
jedoch weiter in Gebrauch bleiben kann. Dazu kann der Dehnmeßstreifensensor
einfach an das Verstärkungsrohr
im Türhohlraum
angenietet werden, so daß eine
aufwendige, direkte Aufschweißung
oder Aufklebung auf das Verformungsteil entfallen kann.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 die
Ansicht einer Fahrer- oder Beifahrertüre mit vorgegebenen Montageposition
für den Meßstreifensensor,
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2 die
Verstärkerschaltung
in schematischer Wiedergabe,
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3 das
Aufbauprinzip eines Dehnmeßstreifensensors,
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4 die
Seitenansicht des Dehnmeßstreifensensorelementes
mit eingerastetem Stecker samt Steckerfahnen,
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5 die
Draufsicht auf das Dehnmeßstreifensensorelement
gemäß 4 und
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6 die
Konfiguration des Stahlblechträgers
zur Aufnahme der Sensorkomponenten und
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7 die
Seitenansicht des Stahlblechträgers.
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Ausführungsvarianten
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1 zeigt
die Ansicht eines Fahrer-Beifahrertür eines Kraftfahrzeuges mit
vorgegebener Montageposition für
den Meßstreifensensor
im Türinneren auf
dem Verstärkungsrohr
bzw. Verstärkungselement.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht
eine Kraftfahrzeugbaugruppe 1 in Gestalt einer Fahrzeugtür näher hervor.
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Die
Fahrzeugtüre
umfaßt
eine Türfläche 2 sowie
eine Aussparung 3 für
die Fensterfläche.
Mit Bezugszeichen 4 ist der A-Säulenbereich, mit Bezugszeichen 5 ist
der B-Säulenbereich
identifiziert. Bezugszeichen 6 markiert den Türschwellerbereich an
der Unterseite der Kraftfahrzeugtüre 1. Ein Sensorelement 8 in
Gestalt eines Dehnmeßstreifensensors (DMS)
ist an der Sensorposition 7 etwa gegenüber der Mitte der Türfläche 2 auf
dem Verstärkungselement
im Türinneren
angeordnet. In der Konfiguration gemäß 1 ist das
die Verformung des Verstärkungselementes
sensierende Bauelement 8 als ein einziger DMS ausgebildet.
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Das
Sensorelement 8, ausgebildet als ein Dehnmeßstreifensensor,
ist auf Dehnung und Stauchung im Mikrometerbereich empfindlich ausgelegt und
hat einen k-Faktor von ca. 2. Dies bedeutet, daß bei 1 % DMS-Längenänderungen
sich der Widerstand des Sensorelementes 8 um 2 % ändert. Mit
den Dehnmeßstreifen
lassen sich sehr präzise
Verformungs- d.h. Kraftmeßsensoren
realisieren. Darüber hinaus
erlauben Dehnungsmeßstreifensensoren eine
einmalige Längenänderung
von ca. 10 %. Die gemäß der Darstellung
aus 1 eingesetzten Sensorelemente 8 beanspruchen
eine Fläche
von ca. 0,1 cm2, so daß für eine 10 %-ige Längenänderung
am Dehnmeßstreifensensor 8 eine
Türverstärkungselementverformung
erforderlich ist, die weit in den plastischen Bereich hineinreicht.
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Das
bedeutet, daß vor
Zerstörung
des Dehnmeßstreifensensors
durch Überschreitung
der 10 %-igen Längenänderung
längst
eine Seitenbagauslösung
stattgefunden haben muß.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
eine Auswerteschaltung bzw. Verstärkungsanordnung für den Dehnmeßstreifensensor
näher hervor.
Die Verformung des Türverstärkungselementes
kann eine Verlängerung
oder Stauchung des DMS-Widerstandes 8 bewirken.
Deshalb wird dessen betragsmäßige Änderung
auf Überschreiten
einer oder mehrerer Schwellen in der Auslösealgorithmus-Software des Airbag-Auslösegerätes überwacht.
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Im
Gegensatz zur für
die Innensassenklassifizierung erforderlichen Absolutsgewichtssensierung ist
bei jeglicher Aufprallerkennung eine dynamische Messung ausreichend.
Dazu ist der Konfiguration gemäß 2 eine
Verstärkerschaltung 10 zu
entnehmen, deren Verstärker 9 als
ein Wechselspannungsverstärker
ausgebildet ist. Dieser ist viel einfacher und billiger zu realisieren
als ein Gleichspannungsverstärker.
Der Wechselspannungsverstärker 9 ist über einen
Hardware-Hochpaß mit
geeignet tiefer Frequenz koppelbar; die genaue untere Eckfrequenz wird
mit einem höher
gelegenen und genauer vorgebbaren Software-Hochpaß eingestellt.
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3 zeigt
das Aufbauprinzip eines Dehnmeßstreifensensors.
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Am
Türverstärkungselement 11 einer
solchen Kfz-Tür
ist ein Sensorelement 8 aufgenommen. Das Türverstärkungselement 11 kann
in unterschiedlichen Blechstärken
ausgebildet sein, wobei bei heutigen Personenkraftwagen die Türblechstärken je nach
Hersteller zwischen 0,5 mm und 1,0 mm schwanken können. Das
Sensorelement 8 gemäß 3 ist
auf einem Stahlbodenträger 12 aufgenommen,
der als eine 0,5 mm dicke Stahlblechbodenplatte ausgebildet ist
und mit einem in gestrichelter Darstellung wiedergegebenen bzw.
angedeuteten Kunststoffdeckel 32 verschlossen ist. Der
Stahlbodenträger 12 wird
mittels einer auftrennbaren Befestigung in Gestalt von Nieten, lösbar am
Türverstärkungselement
im Hohlraum einer Kraftfahrzeugtüre
befestigt. Die Befestigungsart hat den Vorteil, daß ein defektes Sensorelement 8 aus
seiner Einbauposition 7 im Türinnern entnommen werden kann,
und das Bauelement 1 beispielsweise eine Kfz-Türe weiter
in Gebrauch bleiben kann und bei defektem Sensor kein Austausch
einer kompletten Baugruppe 1 bzw. 12 erforderlich
ist.
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Auf
dem Stahlbodenplättchen 12 ist
eine Platine 20 befestigt, an deren Oberseite 19 eine
Anzahl elektronischer Bauelemente in Form von Keramikchipskondensatoren 27,
Anschlußelemente 13 sowie ein
Auswertebaustein (ASIC), identifiziert durch Bezugszeichen 16,
aufgenommen sind. Die Befestigung der Platine 20 der Anschlußelemente
sowie der elektrischen Bauelemente auf einer Platine 20 an
einem dünnen
Stahlblechträger 12 ist
erforderlich, um am Sensorelement 8 die erforderliche Biegeschlaffheit
zu realisieren, die die Verbiegung des Türverstärkungselementes 11 nur
gering beeinflussen darf.
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Aus
der Darstellung gemäß 4 geht
die Seitenansicht eines Dehnmeßstreifen-Sensorelementes mit
an einem Stahlträger 12 eingerastetem Steckerverbindungselement 17 und
an diesem aufgenommenen Steckerfahnen 13 näher hervor.
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Das
Sensorelement 8 gemäß 4 ist
analog zur Darstellung des Sensorelementes gemäß 3 über auftrennbare
Befestigungsnieten 15 an der Seite eines Türverstärkungselementes
aufgenommen. Das Stahlbodenblech 12 ist vorzugsweise nur
0,5 mm dick und nimmt eine Leiterplatte 20 an seiner Oberseite
auf, die mit temperaturbeständigem Kleber 28 auf
der Oberseite des Stahlbodenbleches 12 befestigt ist. Die
Flex-Leiterplatte 20 besteht aus einer Kaptonfolie 25,
sie dient als Komponenten- und Verbindungsleitungsträger für den Meßstreifensensor,
der in Gestalt einer NiCr oder Konstantan-Schicht ausgebildet sein
kann und auf das Stahlbodenblech 12 auf eine Isolierschicht
aufgeschweißt ist.
Die Flex-Leiterplatte 20 dient weiterhin als Träger für den Auswertebaustein 16 (ASIC)
und einer Anzahl diskreter Keramik-Chipkondensatoren 27.
Die Höhe
des Aufbaus von der Sensoranordnung 8 vom Türverstärkungselement
bis zur Oberseite des die Schaltungsanordnung abdeckenden Deckels 32 beträgt nur weniger
mm, bezeichnet mit Bezugszeichen 30; in der Ausführung gemäß der 4 lediglich
ca. 6 mm. Im Bereich des Steckerelementes 17, welches durch
zwei Rastnasen 21 an der Oberseite des Stahlbodenbleches
aufgenommen ist, beträgt
die Gesamthöhe
mit Bezugszeichen 31 bezeichnet etwa 18 mm. Die Steckerfahnen 13,
die im Bereich ihres Verlaufes durch den Stecker 17 gestrichelt
wiedergegeben sind, sind über
eine Reflow-Lötverbindung 26 mit
der die elektronischen Bauelemente aufnehmenden Leiterplatte 20 verbunden.
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Nach
der Aufsputterung des Dehnmeßstreifensensors
auf die Kaptonfolie 20 und deren Aufklebung mittels der
temperaturbeständigen
Klebverbindung 28 auf die Stahlbodenplatte 12 werden
die bestückten
Elektronikkomponenten und die beiden Steckerfahnen 13 in
einem einzigen Reflow-Lötvorgang 26 kontaktiert.
Das Steckergehäuse 17 ist
in vorteilhafter Weise mit den eingespritzten Rastnasen 21 mit dem
Stahlbodenblech 12 verrastet. Zwischen dem Türverstärkungselement 11 und
der Unterseite der Stahlbodenblechplatte 12 ist aufgrund
der tiefgezogenen Kaverne in der Stahlbodenblechplatte 12 genügend Raum
für die
Steckrastnasen 21 vorhanden (siehe 7).
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Der
Kunststoffdeckel 32 des Dehnmeßstreifensensors 8 wird
beispielsweise nur am Steckergehäuse 17 eingerastet.
Zur Gewährleistung
der Wasserdichtheit gegen Spritzwasser, bzw. gegen über eine
Türdichtung
eintretendes Regenwasser ist der Deckel 32 ringsumlaufend
mit einer Verklebung 28 mit der an den Nieten 15 am
Türverstärkungselement der
befestigten Stahlbodenfläche 12 verklebt.
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Aus
der Darstellung gemäß 5 geht
die Draufsicht auf das Sensorelement 8 gemäß 4 hervor.
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Aus
dieser Konfiguration geht insbesondere die Lage der Bohrungen 22 hervor,
durch die mit den Nieten 15 der Dehnungsmeßstreifensensor 8 mit dem
Türverstärkungselement 11 abtrennbar
verbunden werden kann.
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Aus 5 geht
der Verlauf der Klebenaht 28 hervor, durch welche die elektronischen
Bauelemente 16 bzw. 27 gegen eindringende Feuchtigkeit
geschützt
werden. Die Steckerfahnen 13 sind in gestrichelter Form
wiedergegeben und in den am Stahlbodenblech 12 verrasteten
Stecker 17 eingespritzt. Mit Bezugszeichen 23 ist
in der Darstellung gemäß 5 ein
DMS-Widerstand realisiert. Die Mäanderorientierung
verläuft
parallel zur Längsachse
des Türverformungselementes 11,
so daß dessen
Durchbiegungen in Richtung Fahrzeuginnenraum gemessen werden können.
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Die
Verwendung einer Kaptonfolie 20 als Flex-Leiterplatte,
die Ausbildung des Stahlbodenbleches 12 als dünnwandiges
Bodenplättchen
mit einer Materialstärke
von nur 0,5 mm sowie ein dünnwandiger
und in extrem niedriger Höhe
ausgebildeter Deckel 32 garantieren die notwendige Duktilität sowie die
geringe Biegesteifigkeit des Dehnmeßstreifensensors 8 gemäß der Konfiguration
aus 3 und 4, so daß gewährleistet ist, daß die Eigensteifigkeit
des Dehnmeßstreifensensorbauelementes 8 das Verformungsverhalten
des Verformungsträgers
nicht verfälscht.
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Aus
der Darstellung gemäß 6 geht
die Draufsicht auf ein geeignet konfiguriertes Stahlbodenblech 12 näher hervor.
Mit Bezugszeichen 18 sind die Bohrungen im 0,5 mm starken
Stahlbodenblech wiedergegeben, in welche die Rastnasen 21 des
Steckerelementes 17 verrastet werden können. Die Platine 20 gemäß der 4 und 5 ist
als flexible Kaptonfolie ausgebildet und nimmt die einzelnen elektronischen
Bauelemente auf. Gemäß des Bohrmusters
aus 6 sind zur Befestigung des Stahlbodenbleches 12 auf
dem Türverstärkungselement 11 zwei
Löcher 22 vorzusehen,
so daß mittels einer
entsprechenden Anzahl von Nieten 15 das Stahlbodenblech
samt daran aufgenommener Platine 20 im Hohlraum einer Kraftfahrzeugtüre auswechselbar
befestigt werden kann.
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Derartige
annietbare Deformationssensoren 8 ermöglichen eine Insassenschutzverbesserung
bei Seitenaufprallen und vermindern deutlich das Verletzungsrisiko
der Fahrzeuginsassen. Ein die Deformation von Kraftfahrzeugbaugruppen
detektierendes Sensorelement 8 gemäß der vorliegenden Erfindung kann
in vergleichbarer Weise durchaus auch am vorderen Motorhaubenbereich
eines Kraftfahrzeuges aufgenommen werden, und zur Fußgängerhüftaufprallerkennung
dienen. Es lassen sich ebenfalls nur um eine Biegeachse messende
und nur mit zwei Nieten zu befestigende Verformungssensoren zur
Fußgängerbeinaufprallerkennung
als Kontaktsensoren auf die Stoßfängerträger im vorderen
Bereich eines Kraftfahrzeuges abtrennbar anbringen.
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Die
Aufnahme des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Dehnmeßstreifensensorelementes 8 hat sich
unter Verwendung von zwei Nieten in der Automobilindustrie als besonders
vorteilhaft erwiesen, da Nietverbindungen im Türinneren die heute einzig übliche und
angewandte Befestigungsart im Automobilbau darstellen. Außerdem können Dehnungsmeßstreifen
nur angenietet und nicht angeschraubt werden, da Schraubverbindnugen über deren
Lebensdauer gesehen, an Spannkraft verlieren. In vorteilhafter Weise
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung der Dehnmeßstreifensensor
einfach ausgewechselt werden. Im hier vorgestellten Einbaufall wird
der Dehnmeßstreifensensor
jedoch nicht mit dem Türverstärkungselement
verklebt oder verschweißt,
da sonst bei defektem Dehnmeßstreifensensorelement 8 das
gesamte Bauteil, d.h. eine Kraftfahrzeugtüre ausgewechselt werden müßte. Vorteilhafterweise
ist das Dehnmeßstreifensensorelement 23 direkt
auf das Stahlbodenblech 12 aufgeschweißt und seine beiden Anschlußpunkte
sind auf die Flex-Leiterplatte 20 mit 2 Bonds 25 kontaktiert.
So vermeidet man Kriecheffekte bei aufgeklebten Dehnmeßstreifenelementen.
Die Leiterplatte 20 ist an der Stelle des DMS-Sensorelements 23 entsprechend
ausgeschnitten, siehe 5.
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- 1
- Tür
- 2
- Türverstärkungselementfläche
- 3
- Fensterfläche
- 4
- A-Säule
- 5
- B-Säule
- 6
- Türschwellerbereich
- 7
- Sensorposition
- 8
- Sensorelement
- 9
- Verstärker
- 10
- Verstärkerschaltung
- 11
- Türverstärkungselementrohr
(Profilblech oder dergleichen)
- 12
- Stahlbodenblech
- 13
- Steckerfahnen
- 14
- Tiefgezogene
Kaverne
- 15
- Niet
- 16
- Auswertebaustein
- 17
- Stecker
- 18
- Bohrung
- 19
- Fläche
- 20
- Platine
- 21
- Rastnase
- 22
- Bohrung
- 23
- DMS-Element
- 24
-
- 25
- Bonds
- 26
- Reflow-Verlötung
- 27
- Kondensator
- 28
- Verklebung
- 29
- Materialstärke
- 30
- Höhe Aufbau
- 31
- Gesamthöhe mit Stecker
- 32
- Deckel