DE19504353A1 - Verformungssensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verformungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere auf einen Verformungssensor, der als Sensor zum Steuern der Betätigung eines Stellgliedes eines bspw. Airbags bei einem Seitenaufprall eines Fahrzeugs geeignet ist.

In herkömmlicher Weise wird als Sensor zum Steuern der Betätigung eines Stellgliedes eines Airbags für Seitenaufprall eine Membranschalteranordnung oder ein bandartiges druckempfindliches Element verwendet, und die Betätigung des Stellgliedes wird durch Erfassen der Größe der Durchbiegung gesteuert.

Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Beispiel ergeben sich jedoch Nachteile dahingehend, daß, um die Größe der Durchbiegung und die Durchbiegungsgeschwindigkeit (was alternativ auch Verformungsgröße bzw. Verformungsgeschwindigkeit genannt werden kann) einer ganzen Druckaufnahmefläche, die einen bestimmten Flächeninhalt aufweist, zu erfassen, eine ebene Sensoranordnung erforderlich ist und daß damit eine Signalverarbeitungs- Schaltungsanordnung oder ein Signalverarbeitungs-Programm kompliziert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Verformungssensor zu schaffen, der, ohne daß er die Größe der Verformung und die Verformungsgeschwindigkeit unmittelbar erfaßt, in der Lage ist, eine Wirkung zustande zu bringen, die mit derjenigen gleichwertig ist, die beim Erfassen der vorgenannten Faktoren erhalten werden würde.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verformungssensor der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Unter dem Begriff halbgekapselter bzw. -dichter Zustand des Luft- bzw. Gasbehälters, auf den hier Bezug genommen ist, ist ein derart abgedichteter Zustand des Tankinneren zu verstehen, daß im Falle einer allmählichen Änderung des Innendrucks des Behälters aufgrund normaler Temperaturänderung ein Gleichgewichtszustand zwischen den Drücken innerhalb und außerhalb des Behälters erhalten bleibt, daß jedoch während einer plötzlichen Änderung des Innendrucks, bspw. dann, wenn eine Stoßkraft auf die Druckaufnahmefläche wirkt und der Behälter verformt wird, der Gleichgewichtszustand zwischen den Drücken innerhalb und außerhalb des Behälters zerstört ist, so daß sich dann der Innendruck ändert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn eine Seitenaufprallkraft auf das Außenwandteil der Fahrzeugtür wirkt und dieses verformt bzw. eingedrückt wird, die Stoßbelastung auf die Druckaufnahmefläche des Luft- bzw. Gasbehälters gebracht und der Behälter eingedrückt, so daß dessen Innendruck plötzlich ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt erfaßt der Drucksensor das Ansteigen des Innendrucks und sein Ausgangssignal steigt plötzlich an und ändert sich innerhalb kurzer Zeit.

Dies kann in der Weise betrachtet werden, daß die Anstiegsgeschwindigkeit des Innendrucks zu dieser Zeit (genauer gesagt der relative Druck des Innendrucks gegenüber dem Atmosphärendruck) im wesentlichen proportional zur Verformungs- bzw. Eindrückgeschwindigkeit ist und daß ein Maximalwert des Innendrucks im wesentlichen proportional zur Größe der Verformung bzw. des Eindrückens ist. Somit ergibt sich ein Effekt bzw. eine Auswirkung, die äquivalent zu bzw. gleichwertig mit derjenigen ist, die durch Erfassen der Größe der Verformung und der Verformungsgeschwindigkeit erhalten wird, ohne diese beiden durch Messen einer Änderungszeit des Ausgangssignales vom Drucksensor und Erfassen der Anstiegsgeschwindigkeit des Innendrucks (das Maß der Änderung des Anstiegs des Innendrucks über die Zeit) und eines Maximalwerts des Innendrucks unmittelbar zu erfassen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer, teilweise abgebrochener perspektivischer Darstellung eine Fahrzeugtür, in der ein Verformungssensor gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung eingebaut ist,

Fig. 2 in vergrößerter perspektivischer Darstellung den Verformungssensor nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Beispieles eines Steuersystems, das ein Ausgangssignal eines Drucksensors, der einen Teil des Verformungssensors nach Fig. 1 bildet, verwendet, und

Fig. 4 ein Schaubild zur Erläuterung der Betriebsweise des Ausführungsbeispieles und zur Darstellung der Änderungszeit des Innendrucks einer Verformungsbox während des Verformens.

Im folgenden sei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Fahrzeugtür 100, in welcher ein Verformungs- bzw. Eindrücksensor 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel befestigt ist.

Der Verformungssensor 10 ist zwischen einem Fahrzeugtür- Außenwandteil 102 und einem Türinnenelement 104, die die Fahrzeugtür 100 bilden, angeordnet. Wie in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt, besitzt dieser Verformungssensor 100 eine Verformungsbox bzw. einen verformbaren Kasten 12, der ein im wesentlichen halbzylindrischer Luft- bzw. Gasbehälter ist, dessen beide Enden verschlossen sind, und einen Drucksensor 14, der an einer Seitenwand (die linke Seitenwand in Fig. 2) des verformbaren Kastens 12 befestigt ist.

Der verformbare Kasten 12 besitzt in Draufsicht gesehen rechteckige Form und ist gemäß Fig. 1 derart angeordnet, daß eine Druckaufnahmefläche 12A, die einen bestimmten Flächeninhalt besitzt, dem Fahrzeugtür-Außenwandteil 102 gegenüberliegend angeordnet ist, während eine Gegenfläche 12B (vgl. Fig. 2) zur Druckaufnahmefläche 12A am Türinnenelement 104 angeordnet ist. Ein Rinnen- bzw. Einschnittbereich 16 ist in einem Höhenzwischenbereich der Fläche 12B des verformbaren Kastens 12 in der Weise ausgebildet, daß er sich in Längsrichtung des verformbaren Kastens 12 erstreckt. Desweiteren sind Halter 18A, 18B, 18C und 18D zum Befestigen des verformbaren Kastens 12 am Türinnenelement 104 in der Nähe der vier Ecken der Fläche 12B angeordnet. Der Rinnenbereich 16 übergreift einen Seitenaufprallträger 106, der an der Innenfläche des Türinnenelements 104 der Fahrzeugtür 100 derart angeordnet ist, daß er sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt, und der als Aussteifungselement dient. In diesem Zustand ist der verformbare Kasten am Türinnenelement 104 mit Hilfe der Befestigungshalter 18A, 18B, 18C und 18D befestigt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der verformbare Kasten 12 aus einem Kunststoff oder Metall gebildet, von dem nicht angenommen wird, daß es bricht, wenn es sich bei Anwendung einer äußeren Kraft verbiegt.

Ferner ist, wie Fig. 2 zeigt, eine kleine Öffnung zur Entlüftung der Luft bzw. des Gases in einer Seitenwand des verformbaren Kastens 12 gebildet und ein Kunststoffbauteil 26, das als Entlüftungselement dient und als eine Art Mündung wirkt, ist in dieses kleine Loch eingepaßt. Bevorzugt wird als Kunststoffbauteil 26 ein solches verwendet, bei dem ein hohlzylindrischer Bereich in einer Durchgangsbohrung in einer scheibenartigen Aufnahmeplatte vorgesehen ist und das mit einem Halter versehen ist, der an der Innenumfangsfläche der Durchgangsbohrung in der Aufnahmeplatte gebildet ist, damit auf diese Weise das Kunststoffbauteil 26 in der kleinen Bohrung festgehalten ist.

Wenn solch eine Anordnung vorgesehen ist, ist es in Fällen, in denen der Innendruck des verformbaren Kastens sich aufgrund von Temperaturänderungen allmählich ändert, möglich, die Differenz in den Luftdrücken innerhalb und außerhalb des verformbaren Kastens 12 auszugleichen. Wenn das Gas, d. h. hier die Luft, innerhalb des verformbaren Kastens 12 aufgrund eines plötzlichen Anstiegs des Innendrucks dann, wenn der verformbare Kasten 12 verformt oder verbogen wird, nach außen strömt, wirkt das Kunststoffbauteil 26 als Öffnung, die dem Gasstrom einen Widerstand entgegenbringt, und die es damit ermöglicht, den Innendruck über eine gewisse Zeitdauer auf einem hohen Wert zu halten, wodurch es möglich wird, die Änderung im Innendruck mit Hilfe des Drucksensors 14 zu erfassen. Aufgrund der Entlüftungswirkung des Kunststoffbauteils 26 hält der verformbare Kasten 12 einen Gleichgewichtszustand zwischen dem Innendruck und dem Außendruck im Falle einer allmählichen Änderung im Innendruck aufgrund normaler Temperaturänderung. Während einer plötzlichen Änderung des Innendrucks jedoch, wie bspw. dann, wenn eine Stoßbelastung auf die Druckaufnahmefläche 12A wirkt und der verformbare Kasten 12 verformt wird, wird der Gleichgewichtszustand zwischen dem Innendruck und dem Außendruck aufgehoben und der verformbare Kasten 12 wird in einem im wesentlichen dichten (halbdichten) Zustand gehalten, so daß der Innendruck sich ändern kann. Es sei angemerkt, daß dann, wenn nur eine kleine Entlüftungsöffnung in dem verformbaren Kasten 12 gebildet und der Durchmesser der kleinen Öffnung in geeigneter Weise vorgegeben ist, es möglich ist, den verformbaren Kasten 12 im halbdichten Zustand im oben beschriebenen Sinne zu halten.

Der Drucksensor 14 ist ein Sensor zum Erfassen des Innendrucks des verformbaren Kastens 12, wobei ein Halbleiterdrucksensor, ein kapazitiver Drucksensor, ein Druckschalter o. dgl. als Drucksensor 14 verwendet werden kann. Eine bevorzugte Art eines Drucksensors 14 ist eine, die in der Lage ist, ein lineares elektrisches Signal oder ein Schaltsignal entsprechend dem Druck und der Messung des Relativdruckes gegenüber dem Atmosphärendruck zu erzeugen. Dies gilt deshalb, weil man davon ausgehen kann, daß unter der Bedingung einer konstanten Temperatur die Größe der Verformung, d. h. die Größe der Abnahme im Volumen des verformbaren Kastens 12 im wesentlichen proportional zum Relativdruck des Innendrucks des verformbaren Kastens 12 gegenüber dem Atmosphärendruck ist. Bei diesem Gedankengang ist die Rate der Änderungszeit des Innendrucks P im wesentlichen proportional zur Verformungs- bzw. Eindrückgeschwindigkeit. Da die Größe der Änderung des absoluten Druckes vor und nach dem Auftreten einer Verformung gleich der Größe der Änderung des Relativdruckes ist, ist es jedoch möglich, einen Drucksensor zum Messen des Absolutdruckes zu verwenden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Drucksensor 14 mit einem Tür-Airbag-Steuerglied 20 verbunden, das wiederum mit einem Betätigungsglied 22 zum Betätigen eines Türairbags 24 verbunden ist. Das Tür-Airbag-Steuerglied 20 ist durch einen Mikrocomputer gebildet, der sich in Intervallen sehr kurzer Dauer mit Hilfe eines Taktgebers vom Drucksensor 14 ein Ausgangssignal holt, den Innendruck des verformbaren Kastens 12 mißt und die Änderung des Innendrucks über die Zeit überwacht.

Im folgenden sei nun die Betriebsweise des Biege- bzw. Verformungssensors 10 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben.

Hat sich ein Seitenaufprall ereignet und ist das Fahrzeugtür-Außenwandteil 102 eingedrückt bzw. verformt und ist die Druckaufnahmefläche 12A des verformbaren Kastens 12 eingedrückt bzw. verformt, ändert sich der vom Drucksensor erfaß Innendruck mit der Zeit t, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Zu diesem Zeitpunkt beobachtet man, daß der Tangens tanθ des Anstiegswinkels θ der Innendrucklinie, d. h. die Rate der Änderung des Innendrucks über die Zeit (die Anstiegsgeschwindigkeit des Innendrucks) im wesentlichen proportional zur Verformungsgeschwindigkeit ist und daß der maximale Wert P_MAX des Innendrucks im wesentlichen proportional zur Gesamtgröße der verformten Druckaufnahmefläche 12A ist.

Demgemäß holt sich das Tür-Airbag-Steuerglied 20 das Ausgangssignal aus dem Drucksensor 14 in bestimmten Abtastintervallen, bestimmt den Winkel θ und den Maximalwert P_MAX des Druckes. Für den Fall, daß diese Werte vorbestimmte Schwellenwerte übersteigen, steuert das Tür-Airbag- Steuerglied 20 das Betätigungsglied 22 und bläst den Türairbag 24 auf.

Wie oben beschrieben, werden bei diesem Ausführungsbeispiel durch Überwachen der Änderungszeit des Ausgangs- (Verformungs-) Signals des Drucksensors 14, die Anstiegsgeschwindigkeit des Innendrucks, die im wesentlichen proportional zur Verformungsgeschwindigkeit ist, und des maximalen Wertes des Innendrucks, der im wesentlichen proportional zur Größe der Verformung ist, berechnet und die Betätigung des Türairbags 24 wird auf der Grundlage des Ergebnisses dieser Berechnung gesteuert. Demzufolge ist es möglich, das Betätigungsglied 22 nur dann zu betätigen, wenn die Verformungsgeschwindigkeit und die Größe der Verformung groß sind, d. h. wenn das Aufblasen des Türairbags 24 tatsächlich erforderlich ist.

Wie oben beschrieben, kann gemäß vorliegender Erfindung mit einer einfachen Anordnung eine Wirkung erreicht werden, die gleichwertig mit derjenigen ist, die durch Erfassen der Größe der Verformung und der Verformungsgeschwindigkeit erhalten werden kann, ohne diese unmittelbar erfassen zu müssen.

Claims (14)

1. Verformungssensor (10), gekennzeichnet durch einen Gas-, insbesondere Luftbehälter (12), der zwischen einem Fahrzeugtür-Außenwandteil (102) und einem Türinnenelement (104), welche beide die Fahrzeugtür (100) bilden, derart angeordnet ist, daß eine eine vorgebene Größe aufweisende Druckaufnahmefläche (12A) des Gasbehälters (12) dem Fahrzeugtür-Außenwandteil gegenüberliegt, und welcher Gasbehälter (12) einen halbdichten Zustand aufweist und durch einen Drucksensor (14) zum Erfassen des Innendrucks des Gasbehälters (12) und zum Abgeben eines dem erfaßten Wert proportionalen elektrischen Signals.

2. Verformungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (14) den Relativdruck des Innendrucks des Gasbehälters (12) gegenüber dem Atmosphärendruck mißt.

3. Verformungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (14) den Absolutdruck innerhalb des Gasbehälters (12) mißt.

4. Verformungssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Drucksensor (14) abgegebene elektrische Signal Signalanteile enthält, die der Anstiegsgeschwindigkeit des Innendrucks des Gasbehälters (12) und einem maximalen Wert des Innendrucks des Gasbehälters (12) entsprechen.

5. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (14) in einem die Druckaufnahmefläche ausschließenden Bereich des Gasbehälters (12) angeordnet ist.

6. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter (12) aus einem hohlen, im wesentlichen halbzylindrischen Element gebildet ist, dessen Wölbungsbereich (12A) als Druckaufnahmefläche ausgebildet ist.

7. Verformungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter (12) einen Halter (18A-D) zum Befestigen am Türinnenelement (104) besitzt.

8. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter (12) einen vertieften Bereich (16) besitzt, der sich im wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt, und daß der vertiefte Bereich (16) derart angeordnet ist, daß er ein am Türinnenelement (104) angeordnetes Aussteifungselement (106) aufnimmt.

9. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter (12) aus Kunststoff oder Metall gebildet ist.

10. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch ein Entlüftungsglied (26) zum kompensieren einer sich bei einer Temperaturänderung ergebenden Änderung im Innendruck des Gasbehälters (12) und zum Erhalten des halbdichten Zustandes derart, daß der Innendruck des Gasbehälters (12) sich dann ändert, wenn er eine plötzliche Änderung erfährt.

11. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter ein verformbarer Kasten (12) mit einem vorzugsweise bogenförmigen Querschnitt ist.

12. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (14) ein Halbleiterdrucksensor oder ein kapazitiver Drucksensor oder ein Druckschalter ist.

13. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (14) an einer axialen Endfläche des Gasbehälters (12) angeordnet ist.

14. Verformungssensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungselement (26) einen hohlzylindrischen Bereich aufweist, der sich durch einen Wandbereich des Gasbehälters (12) erstreckt, und daß der hohlzylindrische Bereich als eine Mündungsöffnung für das Gas, vorzugsweise die Luft, innerhalb des Gasbehälters wirkt.