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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Impedanzsensor
und ein Passagierschutzsystem.
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Ein
elektromagnetischer Impedanzsensor dient zum Detektieren eines Detektionsobjektes
unter Verwendung einer Spule oder Wicklung, das heißt einer
Suchspule. Spezieller gesagt, wenn ein Detektionsobjekt aus einem
Leiter besteht oder aus einem weichmagnetischen Material und wenn
sich das Detektionsobjekt der Suchspule oder Suchwicklung nähert, ändert
sich die Impedanz der Suchspule, sodass das Detektionsobjekt basierend
auf der Impedanzänderung detektiert werden kann. Dieser
Sensor ist beispielsweise in der
JP-A-H09-175319 offenbart.
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Ein
herkömmlicher Sensor ist mit einer Schwierigkeit behaftet,
dass nämlich die Detektionsempfindlichkeit in Verbindung
mit einer Position des Detektionsobjektes in einem Detektionsraum
verschwinden kann oder abfallen kann, wenn der Detektionsraum vergleichsweise
groß ist und zwar in Bezug auf die Abmessungen des Detektionsobjektes. Hierbei
kann der Sensor das Objekt in dem Detektionsraum detektieren.
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Dies
ist deshalb der Fall, da die Detektionsempfindlichkeit schwankt
und zwar in Bezug auf eine Beziehung zwischen der Position des Detektionsobjektes
in dem Raum und der Spulen- oder Wicklungsanordnung der Suchspule.
Die Suchspule wird in dem Detektionsraum angeordnet, um dem Detektionsraum
gegenüberzuliegen, um den Detektionsraum abzudecken. Spezifischer
gesagt, da der Magnetfluss an jedem Abschnitt des Detektionsraumes entlang
einer Richtung parallel zur Spulenoberfläche der Spule
oder Wicklung abfallen kann, schwankt die Detektionsempfindlichkeit.
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Es
ist somit erforderlich eine hohe Detektionsgenauigkeit zu realisieren.
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Im
Hinblick auf das oben beschriebene Problem ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung einen elektromagnetischen Impedanzsensor zu verbessern.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Passagierschutzsystem
zu schaffen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung detektiert ein elektromagnetischer
Impedanzsensor ein Objekt berührungsfrei. Das Objekt ist
aus einem leitenden Material oder einem weichmagnetischen Material
hergestellt. Der Sensor enthält folgendes: eine Detektionswicklung
oder Detektionsspule und einer Spulenfläche, die einem
Detektionsbereich gegenüberliegt, in welchem das Objekt angeordnet
ist; und eine Detektionsschaltung zum Zuführen einer Wechselstromenergie
zu der Detektionsspule und zum Detektieren des Objektes durch Messen
der Änderung einer elektromagnetischen Impedanz in der
Detektionsspule. Die Detektionsspule enthält eine Vielzahl
an Wicklungsabschnitten, die durch einen Draht vorgesehen sind.
Jeder Wicklungsabschnitt ist an der Wicklungsfläche angeordnet
und zwar in einer vorbestimmten Anordnung. Die Vielzahl der Wicklungsabschnitte
ist sequenziell entlang einer ersten Richtung angeordnet.
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Bei
dem oben erläuterten Sensor kann die Schaltungskonstruktion
vereinfacht werden. Ferner wird verhindert, dass die Detektionsempfindlichkeit an
jedem Abschnitt des Detektionsbereiches Schwankungen unterliegt,
sodass der Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit erreicht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Passagierschutzsystem
folgendes: den elektromagnetischen Impedanzsensor gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; ein Kollision-Bestimmungselement
zum Bestimmen einer Kollision zwischen einem Fahrzeug und einem
externen Körper basierend auf einer Ausgangsgröße
des Sensors; und ein Passagierschutzelement zum Schützen
eines Passagiers eines Fahrzeugs. Das Passagierschutzelement funktioniert
basierend auf einer Bestimmung des Kollision-Bestimmungselements.
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Bei
dem oben erläuterten System funktioniert das Passagierschutzelement
basierend auf einem Signal von dem elektromagnetischen Impedanzsensor,
der die Detektionsgenauigkeit besitzt.
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Die
oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung
unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm eine elektromagnetischen Impedanzsensors;
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2 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule oder Detektionswicklung in
dem Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
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3 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in dem Sensor gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in einem Sensor gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
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5 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in dem Sensor gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in ein einem Sensor gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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7 eine
Teil-Querschnittsansicht, die eine Innenseite einer Tür
eines Fahrzeugs darstellt;
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8A bis 8D Draufsichten,
welche Detektionsspulen oder Detektionswicklungen als ein Objekt
wiedergeben,
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9 einen
Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Position und einer Sensorempfindlichkeit
darstellt;
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10 ein
Blockschaltbild, welches ein Passagierschutzsystem zeigt; und
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11 eine
Draufsicht, die ein Beispiel einer Detektionsspule veranschaulicht.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
elektromagnetischer Impedanzsensor gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
den 1 und 2 gezeigt. Der Sensor besteht
beispielsweise aus einem Wirbelstrom-Detektionssensor zum Detektieren
eines Leiters.
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1 zeigt
eine Schaltung des Sensors. Der Sensor enthält eine Detektionsschaltung 2 und
eine Detektionswicklung 4. Die Detektionsschaltung 2 erregt
die Detektionswicklung, um einen hochfrequenten Strom mit einer
hohen Frequenz in einem Bereich zwischen ein paar kHz und ein paar
MHz zuzuführen. Ferner detektiert die Detektionsschaltung 2 eine
Versorgungsstromänderung in Einklang mit der Impedanzänderung
der Wicklung 4. Die Wicklungsfläche oder Spulenfläche,
das heißt die Wicklungs- oder Spulen-Öffnungsfläche
der Wicklung 4 ist so angeordnet, dass sie einem Detektionsraum
(nicht gezeigt) gegenüberliegt.
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Die
Versorgungsstromänderung wird durch Messen eines Spannungsabfalls
eines Strom-Detektionswiderstandes detektiert. Alternativ kann die
Induktivität der Wicklung 4 und die Kapazität
eines Kondensators, der an die Wicklung 4 angeschlossen ist,
eine Eigenresonanzschaltung wie beispielsweise eine Colpitts-Schaltung
bilden und es wird dann die Versorgungsstromänderung durch
Messen der Frequenzänderung der Eigenresonanzschaltung
detektiert. Ein Kondensator kann parallel oder auch in Reihe mit
der Wicklung 4 geschaltet sein, sodass die Spannungsänderung
und/oder die Stromänderung in der Wicklung 4 zunimmt.
Ferner kann eine Treiberwicklung zur Ausbildung eines alternierenden
elektromagnetischen Feldes in dem Detektionsraum angeordnet sein
und zwar zusätzlich zu der Detektionswicklung 4.
Die Detektionswicklung 4 kann eine Wechselspannung detektieren,
die durch elektromagnetische Induktion des alternierenden elektromagnetischen
Feldes erzeugt wird.
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Die
empfangene Wechselspannung wird detektiert und wird geglättet,
um die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung abzuleiten,
sodass die Änderung der elektromagnetischen Impedanz der
Detektionswicklung 4 detektiert wird. Wenn sich der Leiter
der Detektionswicklung 4 annähert, erfährt
die elektromagnetische Impedanz eine Änderung (zum Beispiel
eine Reduzierung) und zwar aufgrund eines Wirbelstromverlustes.
Wenn das weichmagnetische Material sich der Detektionswicklung 4 annähert,
wird die elektromagnetische Impedanz ebenfalls geändert
(zum Beispiel erhöht).
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Die
Detektionsschaltung 2 für den elektromagnetischen
Impedanzsensor kann aus einer herkömmlichen Schaltung bestehen.
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Die
Detektionswicklung 4 ist in 2 gezeigt.
Die Wicklung 4 enthält einen Leiterdraht 1 mit einer
Isolationsbeschichtung, um die Wicklung oder Spule 4 zu
bilden. Der Leiterdraht 1 besitzt ein erstes Ende als ein
Anfangsanschluss oder Anfangspunkt 30 der Wicklung 4,
und besitzt ein zweites Ende als Endanschluss oder Endpunkt 40.
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Die
Wicklung 4 enthält longitudinale Seiten 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 und
laterale Seiten 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26,
die eine Figur gemäß einer Acht bilden. Spezifischer
gesagt erstreckt sich jede longitudinale Seite 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 entlang
einer Y-Richtung, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der 8 ist. Jede laterale Seite 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 erstreckt
sich entlang einer X-Richtung, die parallel zu der Anordnungsrichtung der
Figur Acht verläuft. Die longitudinalen Seiten 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 und
die lateralen Seiten 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 sind
jeweils abwechselnd angeordnet. Der Endanschluss 40 ist
benachbart dem Anfangsan schluss 30 angeordnet. Hierbei
gibt die X-Richtung die Anordnungsrichtung an und auch die laterale
Richtung und die Y-Richtung gibt die longitudinale Richtung. In 2 repräsentiert
i einen Strom, der zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer bestimmten
Halbwellenperiode in einer Richtung fließt.
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Somit
umfasst die Wicklung 4 erste und zweite Abschnitt 5, 6,
von denen jeder eine Zweiwindungs-Wicklung umfasst. Der erste Abschnitt 5 enthält
longitudinale Seiten 11, 19, 13, 21 und
die lateralen Seiten 12, 20, 18, 26,
und der zweite Abschnitt 6 enthält die longitudinalen
Seiten 15, 23, 17, 25 und die
lateralen Seiten 16, 24, 14, 22.
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Da
der erste und der zweite Abschnitt 5, 6 benachbart
zueinander angeordnet sind, überlappen sich die longitudinalen
Seiten 13, 21, 17, 25 nahezu miteinander
oder benachbart zueinander, sodass diese Seiten 13, 21, 17, 25 parallel
zueinander angeordnet sind. Demzufolge bilden die longitudinalen Seiten 13, 21, 17, 25 auch
aufeinanderfolgende Seiten. Bei der vorliegenden Ausführungsform
bildet ein leitender Draht 1 die Detektionswicklung 4 mit
einer rechteckförmigen Gestalt mit einer Länge
L und einer Weite oder Breite W. An dem Zentrum der rechteckförmigen
Gestalt sind vier Seiten 13, 17, 21, 25 angeordnet
und die vier Seiten 13, 17, 21, 25 verlaufen
nahezu parallel zueinander und besitzen die gleiche Stromflussrichtung.
Es wird demzufolge verhindert, dass die Empfindlichkeit an dem zentralen
Abschnitt der Detektionswicklung 4 reduziert wird und zwar
verglichen mit einer herkömmlichen Konstruktion. Hierbei
bildet der Zentrumsabschnitt der Detektionswicklung 4 einen
zentralen Abschnitt einer offenen Fläche der Wicklung 4 und
die Empfindlichkeit entlang einer Achse der Wicklung 4 wird
an einem Abfallen gehindert. Die Achse der Wicklung 4 verläuft
senkrecht zur Öffnungsfläche der Wicklung 4.
Daher schwankt die Empfindlichkeit des Sensors nicht, sodass der
Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit besitzt.
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Bei
der herkömmlichen Konstruktion wird die Empfindlichkeit
an dem zentralen Abschnitt einer Detektionswicklung reduziert, da
der magnetische Fluss an dem Zentrumsabschnitt kleiner ist als derjenige
an einem peripheren Abschnitt. Spezifischer gesagt wird in einem
präzisen Sinn das elektromagnetische Feld, welches durch
die De tektionswicklung 4 erzeugt wird, durch eine Vektorsumme
des elektromagnetischen Feldes, welches durch jede Seite gebildet wird.
Jede Seite eines Leiters erzeugt das elektromagnetische Feld um
die Seite herum. Das elektromagnetische Feld nahe dem Leiter ist
stärker als dasjenige entfernt von dem Leiter. Eine Ebene,
auf welcher ein Detektionsobjekt angeordnet ist, ist von der Öffnungsfläche
der Wicklung 4 um eine Strecke beabstandet und zwar einer
Strecke zwischen der Ebene und der Öffnungsfläche
entlang der Wicklungsachse der Wicklung 4. Es wird daher
das elektromagnetische Feld entlang der Wicklungsachse, welches durch
jede Seite erzeugt wird, nicht reduziert und zwar verglichen mit
dem elektromagnetischen Feld entlang der Ebene parallel zu der Öffnungsfläche.
Da jedoch bei der herkömmlichen Konstruktion der Durchmesser
der Wicklung zunimmt, wird die Empfindlichkeit an dem mittleren
Abschnitt stark reduziert. Diese Schwierigkeit wird durch die Konstruktion der
Detektionswicklung 4 beseitigt, die in 2 gezeigt
ist. Ferner kann die Wicklung 4 in der Figur einer Acht
einfach hergestellt werden, das heißt in einem Wicklungsschritt
zur Bildung der Wicklung 4, was in einfacher Weise erfolgen
kann.
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Obwohl
die in 2 gezeigte Wicklung 4 aus einer Zweiwindungs-Wicklung
besteht, kann die Zahl der Windungen in jeder Wicklung 4 auch
verschieden von zwei sein.
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In 2 schneiden
sich aufeinanderfolgende Seiten 13, 21 und die
anderen aufeinanderfolgenden Seiten 17, 25 miteinander
und zwar in einem vorbestimmten Winkel. Es wird daher das elektromagnetische
Feld nahe den aufeinanderfolgenden Seiten 13, 17, 21, 25,
welches durch die Stromsumme gebildet wird, die größer
ist als die Stromsumme an anderen Abschnitten, eingeschränkt.
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(Zweite Ausführungsform)
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3 zeigt
eine andere Detektionswicklung 4 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Wicklung 4 enthält ferner dritte bis sechste Abschnitte 7 bis 10.
Der dritte Abschnitt 7 befindet sich benachbart zu dem
zweiten Ab schnitt 6 in der X-Richtung. Der vierte Abschnitt 8 befindet
sich benachbart zu dem ersten Abschnitt 5 in der Y-Richtung.
Hierbei bildet die X-Richtung eine erste Anordnungsrichtung, und
die Y-Richtung bildet eine zweite Anordnungsrichtung. Der fünfte
Abschnitt 9 befindet sich benachbart zu dem zweiten Abschnitt 6 in
der Y-Richtung, und der sechste Abschnitt 10 ist benachbart
dem dritten Abschnitt 7 in der Y-Richtung angeordnet. Die
vierten bis sechsten Abschnitte 8 bis 10 sind
linien-symmetrisch zu den ersten bis dritten Abschnitten 5 bis 8 angeordnet.
Die Wicklung 4 ist aus den ersten bis sechsten Abschnitten 5 bis 10 zusammengesetzt
und ist aus einem Draht 1 gebildet.
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Die
Wicklung 4 ist in solcher Weise ausgebildet, dass der erste
bis dritte Abschnitt 5 bis 7 in der X-Richtung
angeordnet ist und dann der vierte bis sechste Abschnitt 8 bis 10 in
der X-Richtung angeordnet wird, die benachbart zu den ersten bis
dritten Abschnitten 5 bis 7 entlang der Y-Richtung
liegen. Es wird somit eine Detektionswicklung 4 mit einer
nahezu rechteckförmigen Gestalt und mit einer Länge
L und einer Weite oder Breite von 2W ausgebildet. In den sechs Abschnitten 5 bis 10 der
Wicklung 4 besitzen die zwei aufeinanderfolgenden Seiten
die gleiche Stromflussrichtung und befinden sich benachbart zueinander.
Die Empfindlichkeitsreduzierung am Zentrum der Wicklung 4 wird
somit stark eingeschränkt. Daher schwankt die Empfindlichkeit
des Sensors nicht, sodass der Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit
aufweist.
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(Dritte Ausführungsform)
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4 zeigt
die Detektionswicklung 4 gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Wicklung 4 ist aus einem Draht 1 gebildet. Spezifischer
gesagt ist die Drahtanordnung, das heißt die Wicklungsanordnung
in 4 verschieden von derjenigen in 3.
Jedoch besitzt die Wicklung 4 eine ähnliche Anordnung
der Abschnitte 5 bis 10. Somit wird die Empfindlichkeitsreduktion
am Zentrum der Wicklung 4 stark eingeschränkt.
Somit schwankt die Empfindlichkeit des Sensors nicht, sodass der Sensor
eine hohe Detektionsgenauigkeit erreicht.
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(Vierte Ausführungsform)
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5 zeigt
die Detektionswicklung 4 gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Wicklung 4 ist in solcher Weise ausgebildet, dass ein erster
Abschnitt 5 durch Wickeln des Drahtes 1 gemäß vielen
Windungen ausgebildet wird, um eine Vielfachwindungs-Wicklung zu
bilden, und indem dann der zweite Abschnitt 6 durch Wickeln des
Drahtes 1 gemäß vielfachen Windungen
und so weiter ausgebildet wird. Wenn ein Abschnitt beendet worden
ist, wird der Draht 1 in einem rechten Winkel umgebogen
und es wird dann der nächste Abschnitt ausgebildet. Somit
besitzen zwei aufeinanderfolgende Seiten in zwei Abschnitten die
gleiche Stromflussrichtung und sind auch benachbart zueinander gelegen.
Daher schwankt die Empfindlichkeit des Sensors nicht, sodass der
Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit erreicht.
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(Fünfte Ausführungsform)
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6 zeigt
die Detektionswicklung 4 gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Wicklung 4 besitzt viele Abschnitte, von denen jeder
eine dreieckförmige Wicklungsöffnungsfläche
aufweist. Die Wicklung 4 ist durch einen Draht 1 gebildet
und zwei aufeinanderfolgende Seiten in zwei Abschnitten besitzen
die gleiche Stromflussrichtung. Somit wird die Empfindlichkeit des
Sensors keiner Schwankung unterworfen, sodass der Sensor eine hohe
Detektionsgenauigkeit aufweist.
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(Modifizierte Ausführungsformen)
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In 2 kann
zur Reduzierung des Magnetfeldes, welches durch die aufeinanderfolgenden
Seiten 13, 21, 17, 25 erzeugt
wird, ein Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Seiten erhöht
werden. Spezifischer gesagt können die aufeinanderfolgenden
Seiten 13, 21, 17, 25 so angeordnet
werden, dass der Abstand dazwischen in der X-Richtung verbreitert
wird. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Seiten wird
in geeigneter Weise festgelegt.
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Obwohl
jeder Abschnitt 5 bis 10 der Wicklung 4 eine
quadratische Gestalt oder eine dreieckförmige Gestalt aufweist,
kann auch jeder Abschnitt eine andere Gestalt aufweisen wie beispielsweise
eine trapezförmige Gestalt, eine polygonale Gestalt und auch
eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt. Wenn beispielsweise
jeder Abschnitt eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt
aufweist, können sich benachbarte zwei Abschnitte teilweise überlappen oder
sich auch teilweise überschneiden. Ferner kann jeder Abschnitt
vollständig benachbart zu jedem anderen angeordnet sein
oder kann sich mit jedem anderen überlappen.
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(Sechste Ausführungsform)
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Ein
elektromagnetischer Impedanzsensor kann für einen lateralen
Kollisionsdetektor für ein Fahrzeug verwendet werden. 7 zeigt
eine Innenseite einer Tür 100 eines Fahrzeugs.
Die Tür 100 enthält eine Außenplatte 101 und
eine Innenplatte 102. Die Außenplatte 101 ist
an einer Außenseite des Fahrzeugs angeordnet, und die Innenplatte 102 ist
an einer Innenseite des Fahrzeugs angeordnet. Die Innenplatte 102 liegt
der Außenplatte 101 gegenüber und ist
von der Außenplatte 101 beabstandet. Die Detektionswicklung 4 ist
an einer Seite der Innenplatte 102 montiert und zwar der
Seite, die der Außenplatte 101 gegenüberliegt.
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Ein
Pfahl oder Stange kollidiert seitlich mit der Tür 100.
Bei einer lateralen Kollisionsbedingung, die in US FMVSS214 definiert
ist, bildet ein Pfahl oder Säule eine zylinderförmige
Säule mit einem Durchmesser von 10 Inch (entsprechend 255
mm). Der Pfahl schlägt auf die Tür 100 auf
und zwar mit einer Kollisionsgeschwindigkeit von 20 mph entsprechend
(32 km/Stunde). Nach zehn Millisekunden von der Kollision an gerechnet
wird die Rate der Impedanzänderung der Detektionswicklung 4 analysiert. Hierbei
ist es erforderlich, dass der Sensor die Kollision innerhalb von
10 Millisekunden im Hinblick auf einen Passagierschutz detektiert.
Wenn der Pfahl mit der Kollisionsgeschwindigkeit von 20 mph kollidiert, wird
die Außenplatte 101 deformiert und zwar in eine Gestalt,
die in 7 mit gestrichelter Linie dargestellt ist und
zwar nach 10 Millisekunden von der Kollision an gerechnet. Es wird
somit die Außenplatte 101 deformiert und zwar
in eine kreisförmige Gestalt entsprechend dem Pfahl. Eine
Weite W1 eines konkaven Hohlraumes entspricht der Deformation der
Außenplatte 101 und liegt bei 240 mm.
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Hierbei
besteht die Detektionswicklung 4 aus einer von vier Typen,
die in den 8A bis 8D gezeigt
sind. Die erste Wicklung 121, die in 8A gezeigt
ist, besitzt eine rechteckförmige Gestalt mit einer longitudinalen
Seite von 1440 mm, die parallel zur Fahrzeuglängsrichtung
verläuft, das heißt einer Fahrzeug-Horizontalrichtung.
Die erste Wicklung 121 besitzt keine Teilwicklung. Die
zweite Wicklung 122, die in 8B gezeigt
ist, besitzt eine longitudinale Seite der zweiten Wicklung 122 mit
1440 mm, und die Wicklung 122 umfasst zwei Teilwicklungen 122a, 122b.
Somit entspricht die zweite Wicklung 122 der in 2 gezeigten
Wicklung. Die Länge von jeder Teilwicklung 122a, 122b in
der Fahrzeuglängsrichtung beträgt 720 mm. Die
dritte Wicklung 123, die in 8C gezeigt
ist, hat eine Länge einer longitudinalen Seite von 1440
mm, und die Wicklung 123 umfasst vier Teilwicklungen 123a bis 123d.
Die Länge von jeder Teilwicklung 123a bis 123d verläuft
in der Fahrzeuglängsrichtung und liegt bei 360 mm. Die vierte
Wicklung 124, die in 8D gezeigt
ist, hat eine Länge der longitudinalen Seite von 1440 mm und
die Wicklung 124 umfasst sechs Teilwicklungen 124a bis 124f.
Die Länge von jeder Teilwicklung 124a bis 124f in
der Fahrzeuglängsrichtung beträgt 240 mm.
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Jede
Wicklung 121 bis 124 wird unter einer Bedingung
getestet, dass eine Kollisionsposition des Pfahles oder der Säule
an der Tür 100 verschoben wird. Spezifischer gesagt
wird das Zentrum der Kollisionsposition von dem Zentrum der Wicklung 121 bis 124 zu
einem Ende der Detektionswicklung 4 hin verschoben.
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Die
Testergebnisse sind in 9 gezeigt. Dabei repräsentiert
VIIIA das Ergebnis der ersten Wicklung 121, VIIIB repräsentiert
das Ergebnis der zweiten Wicklung 122, VIIIC repräsentiert
das Ergebnis der dritten Wicklung 123 und VIIID repräsentiert das
Ergebnis der vierten Wicklung 124. Null in der horizontalen
Achse zeigt eine Position an und zwar von dem Kollisionszentrum
aus und bedeutet, dass die Zentrumsposition des Pfahles oder der
Säule am Zentrum der Wicklung 121 bis 124 angeordnet
ist, das heißt einem Krümmungszentrum der deformierten
Außenplatte 101, welches am Zentrum der Wicklung 121 bis 124 angeordnet
ist. Die vertikale Achse zeigt die Sensordetektionsempfindlichkeit
an, das heißt die Rate der Impedanzänderung der
Detektionswicklung 4. Minus bedeutet, dass die Impedanz reduziert
wird. Die Änderungsrate der Impedanz wird dadurch berechnet,
indem die Impedanz nach der Kollision durch die Impedanz vor der
Kollision geteilt wird.
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Wie
in 9 gezeigt ist, liegt dann, wenn die Detektionswicklung 4 aus
der ersten Wicklung 121 besteht, die aus einer großen
einen Wicklung besteht, der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung
bei circa 0,046 in einem Bereich zwischen Null und 550 mm.
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Wenn
die Detektionswicklung 4 aus der zweiten Wicklung 122 besteht,
wird der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung maximiert,
wenn das Kollisionszentrum sich nahe bei dem Zentrum der Detektionswicklung 122 befindet,
sodass die Empfindlichkeit der Wicklung 122 hoch ist. Wenn
jedoch das Kollisionszentrum von dem Zentrum der Detektionswicklung 122 aus
versetzt wird, wird die Detektionsempfindlichkeit reduziert.
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Wenn
die Wicklungswicklung 4 aus der dritten Wicklung 123 besteht, ändert
sich der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung mit
einem Wellenmuster. An einer bestimmten Position ist der Absolutwert
der Rate der Impedanzänderung in der Kurve VIIIC größer
als derjenige in der Kurve VIIIA entsprechend der ersten Wicklung 121.
An einer anderen bestimmten Position ist der Absolutwert der Rate der
Impedanzänderung in der Kurve VIIIC kleiner als in der
Kurve VIIIA. Somit wird die Detektionsempfindlichkeit verschoben
und es entsteht ein gewisser Bereich, in welchem die Empfindlichkeit
kleiner ist als diejenige der ersten Wicklung 121.
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Wenn
die Detektionswicklung 4 aus der vierten Wicklung 124 besteht,
bleibt der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung nahezu
konstant, das heißt es liegt bei 0,055. Spezifischer gesagt
wird der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung stabilisiert
ohne dabei von der Position des Kollisionszentrums abhängig
zu sein. Ferner ist der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung
in der Kurve VIIID immer höher als derjenige in der Kurve
VIIIA.
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Somit
wird die Weite der Teilwicklung in der horizontalen Richtung des
Fahrzeugs so eingestellt, dass sie kleiner ist als die Weite der
Deformation der Außenplatte 101, die durch eine
Kollision mit dem Pfahl oder Säule verursacht wird, sodass
die Detektionsempfindlichkeit erhöht wird. Ferner wird
die Abweichung der Empfindlichkeit in Bezug auf die Kollisionsposition
reduziert.
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Wenn
somit die Weite der Teilwicklung in der horizontalen Richtung des
Fahrzeugs so eingestellt wird, dass sie kleiner ist als 240 mm,
kann das System die Kollision mit dem Pfahl innerhalb von 10 Millisekunden
detektieren. Wenn ferner die Weite der Teilwicklung in der horizontalen
Richtung des Fahrzeugs so eingestellt wird, dass sie kleiner ist
als 200 mm, kann das System die Kollision mit dem Pfahl innerhalb
von 6 Millisekunden detektieren.
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(Siebente Ausführungsform)
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Durch
die Verwendung des oben erläuterten elektromagnetischen
Impedanzsensors kann ein Passagierschutzsystem für ein
Fahrzeug ausgebildet werden. 10 zeigt
das Passagierschutzsystem.
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Das
System enthält einen elektromagnetischen Impedanzsensor 200,
eine Kollision-Bestimmungsvorrichtung 300 und eine Passagierschutzvorrichtung 400.
Der Sensor 200 enthält einen von Sensoren, die
in den 1 bis 9 gezeigt sind. Die Kollision-Bestimmungsvorrichtung 300 bestimmt eine
Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt auf der Grundlage
der Ausgangsgröße des Sensors 200. Wenn
beispielsweise der Sensor 200 an der Tür 1 montiert
ist, bestimmt die Kollision-Bestimmungsvorrichtung 300,
ob das Objekt mit der Tür 1 kollidiert. Diese
Bestimmung wird basie rend auf einer Impedanzänderung durchgeführt.
Die Schutzvorrichtung 4 besteht beispielsweise aus einem
Airbagsystem. Basierend auf der Bestimmung der Bestimmungsvorrichtung 300 arbeitet
dann die Schutzvorrichtung 400.
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Hierbei
kann eine Teilwicklung aus einer kreisförmigen Wicklung
bestehen, die in 11 gezeigt ist. Die Wicklung 4 enthält
einen mittleren Abschnitt 50, der nahezu den mittleren
Punkt der Wicklungs- oder Spulenlänge darstellt. Die Wicklung 4 enthält
eine äußere Wicklung 51 als erste Wicklung und
eine innere oder Heim-Wicklung 52 als zweite Wicklung.
Die äußere Wicklung 51 ist von dem Startanschluss 30 des
mittleren Abschnitts 50 aus angeordnet und die innere oder
Heim-Wicklung 52 ist von dem mittleren Abschnitt 50 zum
Endanschluss 40 hin angeordnet. Somit bildet ein Teil der äußeren
Wicklung 51 und ein Teil der Heimwicklung 52 eine
Teilwicklung und der andere Teil der äußeren Wicklung 51 und
der andere Teil der Heimwicklung 52 bilden eine andere
Teilwicklung. Die äußere Wicklung 51 umfasst
zwei Halbweg-Windungen, die miteinander verbunden sind. Die Heim-
oder Heimwärtswicklung 52 umfasst ebenfalls zwei
Halbweg-Windungen, die miteinander verbunden sind.
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Die
obige Erläuterung umfasst die folgenden Aspekte.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung detektiert ein elektromagnetischer
Impedanzsensor ein Objekt berührungsfrei. Das Objekt besteht
aus einem leitenden Material oder einem weichmagnetischen Material.
Der Sensor enthält folgendes: eine Detektionswicklung mit
einer Wicklungs- oder Spulenfläche, die einem Detektionsbereich
gegenüberliegt, in welchem das Objekt angeordnet ist; und
eine Detektionsschaltung zum Zuführen einer Wechselstromenergie
zu der Detektionswicklung und zum Detektieren des Objektes durch Messen
der Änderung in der elektromagnetischen Impedanz in der
Detektionswicklung. Die Detektionswicklung enthält eine
Vielzahl von Wicklungsabschnitten, die durch einen Draht vorgesehen
sind. Jeder Wicklungsabschnitt ist an der Wicklungsfläche angeordnet
und besitzt eine vorbestimmte Anordnung. Die Vielzahl der Wicklungsabschnitte
ist sequenziell entlang einer ersten Richtung angeordnet.
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Da
bei dem oben erläuterten Sensor die Wicklungsabschnitte
in Reihe miteinander gekoppelt sind, führt die Detektionswicklung
gemeinsam Elektrizität zu und misst gemeinsam die Impedanzänderung
der Detektionswicklung. Somit kann die Schaltungskonstruktion vereinfacht.
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Ferner
bildet ein Draht eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten, sodass
eine Schwankung der Magnetflussdichte reduziert wird und die Detektionsgenauigkeit
des Sensors verbessert wird.
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Alternativ
können eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten einen Wicklungsabschnitt
enthalten, der benachbart zu einem anderen Wicklungsabschnitt angeordnet
ist. Der eine Wicklungsabschnitt besitzt eine Seite, die benachbart
zu einer entsprechenden Seite des anderen Wicklungsabschnitts gelegen
ist. Die Seite des einen Wicklungsabschnitts erstreckt sich entlang
einer vorbestimmten Richtung und die entsprechende Seite des anderen
Wicklungsabschnitts erstreckt sich ebenfalls entlang der vorbestimmten
Richtung. Die Seite des einen Wicklungsabschnitts weist eine Stromflussrichtung
auf, welche die gleiche ist wie die Stromflussrichtung der entsprechenden
Seite des anderen Wicklungsabschnitts. Die Stromflussrichtung der
einen Seite des einen Wicklungsabschnitts ist parallel zu der entsprechenden
Seite des anderen Wicklungsabschnitts. Daher verstärken
sich der Magnetfluss, der durch die eine Seite erzeugt wird, und
der Magnetfluss, der durch die entsprechende Seite erzeugt wird,
gegenseitig. Daher wird verhindert, dass die Detektionsempfindlichkeit
an jedem Abschnitt des Detektionsbereiches Schwankungen unterworfen
wird, sodass der Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit aufweist.
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Alternativ
verläuft die erste Richtung verläuft senkrecht
zu der zweiten Richtung. Jeder Wicklungsabschnitt enthält
eine erste Seite und eine zweite Seite. Die erste Seite erstreckt
sich entlang der ersten Richtung und die zweite Seite erstreckt
sich entlang der zweiten Richtung. Die Vielzahl der Wicklungsabschnitte
ist entlang der ersten Richtung angeordnet. Ferner kann die Detektionswicklung
eine äußere Wicklung und eine innere Wicklung
oder Heimwicklung enthalten. Die äußere Wicklung
liefert eine Vielzahl von ersten Halbweg-Windungen, die sequenziell miteinander
verbunden sind. Die Heimwicklung umfasst eine Vielzahl von zweiten
Halbweg-Windungen, die sequenziell miteinander verbunden sind. Eine
der Vielzahl der ersten Halbweg-Windungen (halfway turns) und eine
entsprechende eine der Vielzahl der zweiten Halbweg-Windungen liefern
einen der Wicklungsabschnitte.
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Obwohl
bei den oben erläuterten Fällen die Detektionswicklung
eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten enthält, die entlang
der ersten Richtung angeordnet sind, wird der Herstellungsprozess
für die Detektionswicklung oder Detektionsspule vereinfacht.
Ferner wird auch die Zahl der Verbindungen der Detektionswicklung
reduziert. Somit wird die Zuverlässigkeit des Sensors ebenfalls
verbessert.
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Ferner
kann die Detektionswicklung eine Doppelwindungsfigur gemäß der
Gestalt einer Acht aufweisen und die zweite Seite des einen Wicklungsabschnitts
schneidet sich mit der zweiten Seite des anderen Wicklungsabschnitts.
Ferner kann die Vielzahl der Wicklungsabschnitte erste bis sechste
Wicklungsabschnitte enthalten. Die ersten bis dritten Wicklungsabschnitte
sind entlang der ersten Richtung angeordnet, und die vierten bis
sechsten Wicklungsabschnitte sind entlang der ersten Richtung angeordnet,
und die ersten bis dritten Wicklungsabschnitte und die vierten bis
sechsten Wicklungsabschnitte sind entlang der zweiten Richtung angeordnet.
Jeder Wicklungsabschnitt bildet wenigstens eine Zweiwindungs-Wicklung.
Ferner kann jeder Wicklungsabschnitt auch eine Vielfachwindungs-Wicklung aufweisen.
Der eine Draht besitzt ein erstes Ende und ein zweites Ende. Das
erste Ende ist benachbart dem zweiten Ende gelegen. Der eine Wicklungsabschnitt
und der andere Wicklungsabschnitt sind mit dem einen Draht in einer
solchen Weise verbunden, dass der eine Draht in einem geraden Winkel
oder rechten Winkel an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem einen
Wicklungsabschnitt und dem anderen Wicklungsabschnitt umgebogen
werden kann. Ferner kann jeder Wicklungsabschnitt eine quadratische
Gestalt aufweisen. Der zweite Wicklungsabschnitt ist benachbart
dem ersten Wicklungsabschnitt gelegen und zwar entlang der ersten
Richtung, sodass die zweite Seite des ersten Wicklungsabschnitts
benachbart zur zweiten Seite des zweiten Wicklungsabschnittes ist.
Die zweite Seite des ersten Wicklungsabschnitts besitzt eine Stromflussrichtung, welche
die gleiche ist wie die Stromflussrichtung der zweiten Seite des
zweiten Wicklungsabschnitts, wobei die Stromflussrichtung parallel
zu der zweiten Richtung verläuft. Der vierte Wicklungsabschnitt
ist benachbart zu dem ersten Wicklungsabschnitt entlang der zweiten
Richtung angeordnet, sodass die erste Seite des ersten Wicklungsabschnitts
benachbart zur ersten Seite des vierten Wicklungsabschnitts liegt.
Die erste Seite des ersten Wicklungsabschnitts besitzt eine andere
Stromflussrichtung, welche die gleiche ist wie die Stromflussrichtung
der ersten Seite des vierten Wicklungsabschnitts, wobei die andere Stromflussrichtung
parallel zur ersten Richtung verläuft.
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Alternativ
kann das Objekt eine Außenplatte einer Tür eines
Fahrzeugs sein. Die Detektionswicklung ist an einer Seite der Innenplatte
der Tür angeordnet, wobei die Seitenfläche zur
Außenplatte hinweist. Die Innenplatte ist von der Außenplatte
beabstandet. Jeder Wicklungsabschnitt besitzt eine Weite in einer
horizontalen Richtung des Fahrzeugs. Die Weite ist gleich mit oder
kleiner als 240 mm. In diesem Fall wird die Detektionsempfindlichkeit
erhöht. Ferner wird auch die Abweichung der Empfindlichkeit in
Bezug auf die Kollisionsposition reduziert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Passagierschutzsystem
folgendes: den elektromagnetischen Impedanzsensor gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; ein Kollision-Bestimmungselement
zum Bestimmen einer Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem externen
Körper basierend auf einer Ausgangsgröße
des Sensors; und ein Passagierschutzelement zum Schützen
eines Passagiers eines Fahrzeugs. Das Passagierschutzelement funktioniert
basierend auf der Bestimmung des Kollision-Bestimmungselements.
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Bei
dem oben erläuterten System funktioniert das Passagierschutzelement
basierend auf dem Signal von dem elektromagnetischen Impedanzsensor,
der die angegebene Detektionsgenauigkeit besitzt.
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Obwohl
die Erfindung unter Hinweis auf bevorzugte Ausführungsformen
derselben beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht
auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen
beschränkt ist. Durch die Erfindung sollen vielfältige
Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit erfasst
werden. Obwohl darüber hinaus vielfältige Kombinationen
und Konfigurationen angegeben wurden, die bevorzugt werden, können auch
andere Kombinationen und Konfigurationen mehr oder weniger oder
lediglich ein einzelnes Element realisiert werden, ohne jedoch dadurch
in den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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