DE102005046930A1 - Sensor for detecting mechanical quantities - Google Patents
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Abstract
Sensor zur Erfassung mechanischer Größen, mit einem Zentralbereich (24), in dem eine sich in einer Erstreckungsrichtung (A) erstreckende Lichtleitfaser (26) angeordnet ist und der aus einem ersten Material mit einem ersten Elastizitätsmodul besteht. Der Sensor hat weiter mindestens zwei sich in der Erstreckungsrichtung (A) der Lichtleitfaser (26) erstreckende Außenbereiche (28, 30), die bezüglich des Zentralbereichs (24) einander gegenüberliegend angeordnet sind und die aus zweiten Materialien mit zweiten Elastizitätsmodulen bestehen. Die zweiten Elastizitätsmodule sind größer als das erste Elastizitätsmodul. DOLLAR A Mindestens einer der Außenbereiche (28, 30) weist auf einer der dem Zentralbereich (24) zugewandten Seite eine Kontur (32, 33) auf. Die Kontur (32, 33) ist so ausgebildet, dass eine auf mindestens einen der Außenbereiche (28, 30) flächig einwirkende Kraft (F), die eine Komponente senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (A) aufweist, über die Kontur (32, 33) so auf die Lichtleitfaser (26) übertragbar ist, dass sich eine Biegung der Lichtleitfaser (26) verändert.Sensor for detecting mechanical variables, with a central area (24) in which an optical fiber (26) extending in an extension direction (A) is arranged and which consists of a first material with a first modulus of elasticity. The sensor also has at least two outer areas (28, 30) extending in the direction of extent (A) of the optical fiber (26), which are arranged opposite one another with respect to the central area (24) and which consist of second materials with second elastic moduli. The second elastic modulus is greater than the first elastic modulus. DOLLAR A At least one of the outer areas (28, 30) has a contour (32, 33) on one of the side facing the central area (24). The contour (32, 33) is designed in such a way that a force (F) which acts on at least one of the outer regions (28, 30) and has a component perpendicular to the direction of extent (A), over the contour (32, 33) can be transferred to the optical fiber (26) in such a way that a bend in the optical fiber (26) changes.
Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung mechanischer Größen, und eine Stoßstange für ein Fahrzeug mit einem Sensor zur Erfassung mechanischer Größen.The The invention relates to a sensor for detecting mechanical quantities, and a bumper for a Vehicle with a sensor for detecting mechanical quantities.
In Stoßstangen von Fahrzeugen werden beispielsweise Sensoren zur Erfassung mechanischer Größen eingesetzt, um Unfälle mit Fußgängern oder Radfahrern zu erkennen und so das besonders hohe Verletzungsrisiko für einen Fußgänger im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug zu verringern.In bumpers Vehicles, for example, use sensors to detect mechanical variables. about accidents with pedestrians or cyclists to recognize and so the particularly high injury risk for a Pedestrians in the Case of a collision with a vehicle.
In
der
Aufgrund der exponierten Lage im vordersten Bereich des Fahrzeugs (Stoßstange) ist es wünschenswert, derartige Sensoren auch zur Feststellung eines Frontalaufpralls zu verwenden, bei dem es zu einer großflächigen Krafteinwirkung auf das Fahrzeug kommt, wie beispielsweise bei einem Frontalaufprall gegen eine starre Wand bzw. auf ein anderes Fahrzeug mit 100 % Überdeckung. Bisher werden für das Erkennen eines derartigen Frontalaufpralls in der Regel Beschleunigungssensoren im vorderen Bereich eines Fahrzeugs eingesetzt.by virtue of the exposed position in the foremost area of the vehicle (bumper) it is desirable such sensors also for detecting a frontal impact to use, in which there is a large-scale force on the vehicle comes, as in a frontal impact against a rigid wall or on another vehicle with 100% coverage. So far, for the Detecting such a frontal impact usually acceleration sensors used in the front area of a vehicle.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor zur Erfassung mechanischer Größen mit einer Lichtleitfaser zu schaffen, mit dem auch gleichmäßig verteilte Krafteinwirkungen gut detektiert werden können.The The object of the invention is to provide a sensor for detecting mechanical Sizes with to create an optical fiber with which evenly distributed Force effects can be detected well.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch einen Sensor zur Erfassung mechanischer Größen, mit einem Zentralbereich, in dem eine sich in einer Erstreckungsrichtung erstreckende Lichtleitfaser angeordnet ist und der aus einem ersten Material mit einem ersten Elastizitätsmodul besteht. Weiter weist der Sensor mindestens zwei sich in der Erstreckungsrichtung der Lichtleitfaser erstreckende Außenbereiche auf, die bezüglich des Zentralbereichs einander gegenüberliegend angeordnet sind und die aus zweiten Materialien mit zweiten Elastizitätsmodulen bestehen, wobei die zweiten Elastizitätsmodule größer sind als das erste Elastizitätsmodul. Auf einer der dem Zentralbereich zugewandten Seite weist mindestens einer der Außenbereiche eine Kontur auf, die so ausgebildet ist, dass eine auf mindestens einen der Außenbereiche flächig einwirkende Kraft, die eine Komponente senkrecht zur Erstreckungsrichtung aufweist, über die Kontur so auf die Lichtleitfaser übertragbar ist, dass sich eine Biegung der Lichtleitfaser verändert.According to one In the first aspect, the invention is characterized by a sensor for the detection of mechanical quantities, with a central area in which one extends in an extension direction extending optical fiber is arranged and that of a first Material with a first modulus of elasticity exists. Further points the sensor at least two in the extension direction of the Optical fiber extending outdoor areas on the subject of the central region are arranged opposite one another and those of second materials having second moduli of elasticity exist, wherein the second moduli of elasticity are greater than the first modulus of elasticity. On one of the central area facing side has at least one of the outdoor areas a contour that is formed so that one on at least one of the outdoor areas area acting Force having a component perpendicular to the extension direction over the Contour is transferable to the optical fiber so that a Bending of the optical fiber changed.
Unter Kontur wird hier eine flächige, dreidimensionale Struktur verstanden, wobei die Struktur Elemente aufweist, die im Wesentlichen in einer Ebene mehr oder weniger gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Unter flächig einwirkender Kraft wird hier insbesondere eine Kraft verstanden, die auf einen Flächenbereich einwirkt, dessen Längenausdehnungen größer, insbesondere viel größer sind als ein mittlerer Abstand zwischen den Strukturelementen der Kontur.Under Contour becomes a flat, understood three-dimensional structure, the structure elements that is substantially one level more or less evenly spaced from one another are spaced. Below surface acting force is here understood in particular a force, the on a surface area acts whose length expansions bigger, in particular are much bigger as a mean distance between the structural elements of the contour.
Die Außenbereiche eines derartigen Sensors führen bei flächiger Krafteinwirkung im Wesentlichen eine Translationsbewegung senkrecht zur Erstreckungsrichtung aus. Die Kontur kann so sicher auf die Lichtleitfaser einwirken, wodurch die Lichtleitfaser eine Biegung erfährt und damit auch eine großflächige Krafteinwirkung auf einen der Außenbereiche detektieren kann.The exteriors lead of such a sensor at areal Force essentially a translational motion perpendicular to the extension direction. The contour can be so secure on the Acting optical fiber, whereby the optical fiber bending learns and thus also a large-scale force on one of the outdoor areas can detect.
Damit können mit einem Sensor, der Deformationen oder Verbiegungen detektiert, auch großflächig auf ein Fahrzeug einwirkende Belastungen gut erkannt werden. Zu diesen großflächig einwirkenden Belastungen gehören solche, bei denen der Sensor beispielsweise über seine gesamte Länge hinweg gleichförmig verschoben oder gestaucht wird. Beispiele dafür sind der Frontalaufprall des Fahrzeugs gegen eine starre Wand bzw. der Frontalaufprall auf ein anderes Fahrzeug mit 100 % Überdeckung.In order to can with a sensor that detects deformations or deflections, also on a large scale a vehicle acting loads are well recognized. To this acting on a large area Burdens belong those in which the sensor, for example, over its entire length uniform is moved or compressed. Examples include the frontal impact of the vehicle against a rigid wall or the frontal impact another vehicle with 100% coverage.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontur wellenförmig ausgebildet. Damit wird zum einen sicher gestellt, dass die Kontur bei einer translatorischen Bewegung von mindestens einem der Außenbereiche an vielen Stellen auf den Lichtwellenleiter einwirken und somit die Empfindlichkeit des Sensors einfach eingestellt werden kann. Andererseits wird durch die von der Wellenform herrührende Abrundung der Kontur eine mechanische Schonung des Lichtwellenleiters erreicht.In an advantageous embodiment of the invention, the contour is wave-shaped. This ensures on the one hand ensures that the contour in a translational movement of at least one of the outer areas in many places act on the optical waveguide and thus the sensitivity of the sensor can be easily adjusted. On the other hand, a mechanical protection of the optical waveguide is achieved by the rounding of the contour resulting from the wave shape.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontur zahnförmig ausgebildet. Damit wird eine besonders hohe Empfindlichkeit des Sensors erreicht, da bereits kleine translatorische Bewegungen der Außenbereiche ausreichen, um einen Kontakt der Kontur mit der Lichtleitfaser und damit eine Biegung der Lichtleitfaser zu ermöglichen.In an advantageous embodiment of the invention, the contour is tooth-shaped. This achieves a particularly high sensitivity of the sensor, there are already small translatory movements of the outside areas sufficient to make a contact of the contour with the optical fiber and allow a bending of the optical fiber.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Material ein Feststoff oder eine Flüssigkeit. So kann die Lichtleitfaser besonders gut geschützt werden.In a further advantageous embodiment of the invention the first material is a solid or a liquid. So can the optical fiber very well protected become.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Material ein Kunststoffschaum ausgewählt aus der Gruppe aus Polyurethan, expandiertem Polypropylen (EPP) und Ethylen-Propylen-Dien-Elastomer (EPDM). Damit ist zum einen der Zentralbereich besonders einfach und kostengünstig herstellbar, zum anderen wird die Lichtleitfaser durch den Zentralbereich besonders gut geschützt. Darüber hinaus wird durch eine Verwendung dieser Materialien im Kollisionsfall eine Verletzungsgefahr für Fußgänger und Radfahrer gering gehalten.In Another particularly advantageous embodiment of the invention the first material is a plastic foam selected from the group of polyurethane, expanded polypropylene (EPP) and ethylene-propylene-diene elastomer (EPDM). This makes the central area particularly easy and cost-effective on the other hand, the optical fiber is through the central area very well protected. About that In addition, by using these materials in the event of a collision one Risk of injury for Pedestrians and Cyclists kept low.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Materialien aus der Gruppe aus Polyurethan, expandiertem Polypropylen und Ethylen-Propylen-Dien-Elastomer ausgewählt, wobei die Dichte der zweiten Materialien höher ist als die Dichte des ersten Materials. Werden derartige Materialien verwendet, so sind die Außenbereiche besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Durch die Verwendung dieser Materialien wird die Verletzungsgefahr für Fußgänger und Radfahrer im Kollisionsfall gering gehalten.In Another particularly advantageous embodiment of the invention the second materials from the group of polyurethane, expanded Polypropylene and ethylene-propylene-diene elastomer selected, wherein the density of the second materials is higher than the density of the first material. If such materials are used, then the outdoor areas particularly easy and inexpensive produced. Using these materials will increase the risk of injury for pedestrians and cyclists kept low in the event of a collision.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Stoßstange für ein Fahrzeug mit einem Sensor. Der Vorteil einer derartigen Stoßstange ist, dass ein Frontalaufprall sowohl auf andere Fahrzeuge, auf feste Hindernisse oder auf Fußgänger durch die Position des Sensors vorne am Fahrzeug bereits sehr frühzeitig erkannt werden kann. Dies ermöglicht es, Maßnahmen zum Schutz der Fahrzeuginsassen und des Fahrzeugs zeitnah zu einer Kollision auszulösen.According to one second aspect, the invention is characterized by a bumper for a vehicle with a sensor. The advantage of such a bumper is that a frontal impact on both other vehicles, on solid Obstacles or pedestrians through the position of the sensor at the front of the vehicle already very early can be recognized. this makes possible it, measures to protect the vehicle occupants and the vehicle in a timely manner To trigger a collision.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are explained below with reference to the schematic drawings. It demonstrate:
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.elements same construction or function are cross-figurative with the same Provided with reference numerals.
Ein
Fahrzeug
Die
An
den Zentralbereich
In
einer weiteren Ausführungsform
können die
Konturen
Vorteilhaft
ist, wenn die Konturen
Zum
Schutz des Aufprallsensors
Durch
Einbindung des Aufprallsensors
Der
Zentralbereich
Die
Außenbereiche
Die
Umhüllung
Das
Material der Sensorhülle
Die Elastizitätsmodule der verschiedenen Materialien können auf den Anwendungsfall und die entsprechenden technischen Anforderungen abgestimmt werden. Durch die Anpassung der Mate rialien für die entsprechenden Bereiche ist eine Adaption auf praktisch jede beliebige Anwendung möglich.The elastic moduli of different materials on the application and the corresponding technical requirements be matched. By adapting the materials for the corresponding Areas is an adaptation to virtually any application possible.
Im
Folgenden soll die Funktionsweise des Aufprallsensors
Wie bereits oben erwähnt, zeigt
As mentioned above, shows
Durch
die Anwendung des Aufprallsensors
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |