DE19733172A1 - Kollisionserfassungsvorrichtung mit Exzentermasse und Trägheitsmasse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kolli­ sionserfassungsvorrichtung, welche zum Erfassen einer Kol­ lision eines sich bewegenden Körpers auf der Grundlage der Erfassung einer Beschleunigung oberhalb eines bestimmten Pegels, welche auf die Vorrichtung wirkt, entworfen ist. Diese Kollisionserfassungsvorrichtung wird beispielsweise zum Auslösen der Aktivierungszeitsteuerungsvorrichtung des Airbagsystems oder der Sicherheitsgurtspannvorrichtung ver­ wendet, welche Passagiere in dem Fahrzeug beim Auftreten einer Kollision schützt.

Unter den herkömmlichen mechanischen Kollisionserfas­ sungsvorrichtungen, welche zum Aktivieren von Airbags ver­ wendet werden, ist eine Fahrzeugkollisionserfassungsvor­ richtung bekannt, welche in der japanischen Patentveröf­ fentlichungsschrift JP-A 8-264088 beschrieben ist und ein Pendel (hiernach als "Gewicht" bezeichnet) enthält, welches an einer Position exzentrisch bezüglich seines Massen­ schwerpunkts drehbar gelagert ist, so daß es im Ansprechen auf die Beschleunigung oberhalb eines bestimmten Pegels schwingt, welche in einer bestimmten Richtung auf es ein­ wirkt, und einen Nockenrotor, welcher wiederum mit dem Ge­ wicht zusammenarbeitet, um zugeordnete elektrische Kontakte zu schließen, wodurch ein Kollisionserfassungssignal er­ zeugt wird.

Diese Kollisionserfassungsvorrichtung ist derart ent­ worfen, daß eine Kraft einer Blattfeder auf das Gewicht ge­ gen die Schwingbewegung ausgeübt wird, welche durch die Wucht der Kollision hervorgerufen wird, wodurch der Schwel­ lenwert der Erfassung errichtet wird und verhindert wird, daß das Gewicht schwingt, wenn das Fahrzeug nicht tatsäch­ lich kollidiert, wodurch eine fehlerhafte Erfassung verhin­ dert wird. Eine Stoppvorrichtung ist auf dem Pfad der Schwingbewegung des Gewichts derart vorgesehen, daß die Schwingbewegung durch die Wucht der Kollision dadurch be­ grenzt wird.

Die oben erwähnte mechanische Kollisionserfassungsvor­ richtung wird hauptsächlich als Redundanzsicherheitssensor verwendet, um einen aktiven elektronischen Beschleunigungs­ sensor zu sichern, und in diesem Fall ist sie derart ent­ worfen worden, ein zum Schwingen beim Auftreten einer Kol­ lision hinreichendes Gewicht eines großen Exzentermassenmo­ ments und eines kleinen Trägheitsmoments zu besitzen.

Jedoch kann die herkömmliche Kollisionserfassungsvor­ richtung der oben erwähnten Struktur in einigen Fällen nicht hinreichend die Anforderungen erfüllen. Wenn bei­ spielsweise in einem Fall die Kollisionserfassungsvorrich­ tung in der Fahrzeugunfallzone installiert ist oder verwen­ det wird, um das Auftreten einer Seitenkollision zu erfas­ sen, wird das Gewicht mit einem großen Exzentermassenmoment und einem kleinen Trägheitsmoment eine große Schwingge­ schwindigkeit besitzen und somit eine große Aufprallkraft durch das Einwirken der Wucht einer Beschleunigung mit ho­ her Frequenz und großer Amplitude besitzen, wenn es auf die Stoppvorrichtung trifft. Die sich daraus ergebende rezi­ proke Bewegung des Gewichts induziert das Vibrieren von elektrischen Kontakten und erzeugt ein unstabiles pulsie­ rendes Kollisionserfassungssignal.

Insbesondere bei einem Airbagsystem, bei welchem ein Kollisionserfassungssignal der Bildung eines logischen Pro­ dukts mit anderen Sensorsignalen zum Auslösen eines Geblä­ ses unterworfen wird, kann es durch das unstabile Kollisi­ onserfassungssignal möglicherweise fehlschlagen, daß der Airbag aufgeblasen wird.

Um die reziproke Bewegung des Gewichts zu verhindern, wenn die Wucht einer Beschleunigung mit hoher Frequenz und großer Amplitude auftritt, muß es derart entworfen werden, daß es ein großes Trägheitsmoment aufweist, welches von seiner Form abhängt. Die Amplitude und die Frequenz der durch die Wucht der Kollision hervorgerufenen Beschleuni­ gung ändert sich in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps, des Orts der Installierung der Vorrichtung und der Richtung der Kol­ lision. Um ein geeignetes Trägheitsmoment für das Gewicht bereitzustellen, um individuelle Funktionsbedingungen zu erfüllen, wird ein Entwurf auf der Basis von Versuch und Irrtum erfordert, was zu hohen Herstellungskosten führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolli­ sionserfassungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher leicht das Trägheitsmoment eines Gewichts festgelegt werden kann, ohne daß sich ein Exzentermassenmoment ändert, so daß ein stabiles Kollisionserfassungssignal bei verschiedenen Ope­ rationsbedingungen bzw. -zuständen wie verschiedenen Fahr­ zeugtypen, Orten der Installation der Vorrichtung und Kol­ lisionsabtastrichtungen erzeugt wird, wobei der optimale Entwurf des Gewichts leicht gemacht wird und die Herstel­ lungskosten verringert sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des An­ spruchs 1. Dementsprechend enthält eine Kollisionserfas­ sungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Gewicht, welches an einer Position exzentrisch bezüg­ lich seines Masseschwerpunkts drehbar gelagert ist, so daß es im Ansprechen auf eine darauf einwirkende Beschleunigung oberhalb eines bestimmten Pegels schwingt, wobei der Lei­ tungszustand von Kontakten durch die Schwingbewegung verän­ dert wird, wodurch ein Kollisionserfassungssignal erzeugt wird. Die Kollisionserfassungsvorrichtung gründet sich auf dem Schema des Bereitstellens eines beabsichtigten Träg­ heitsmoments für das Gewicht ohne Ändern des Exzentermas­ senmoments, wodurch die Schwinggeschwindigkeit und die Fre­ quenz im Ansprechen auf das Gewicht willkürlich bestimmt wird, während der Schwellenwert der Erfassung gehalten wird.

Die Kollisionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält ein Gewicht, welches aus einem Exzenter­ abschnitt und einem Trägheitsabschnitt besteht, wobei der Exzenterabschnitt eine Schwingachse exzentrisch bezüglich dessen Massenschwerpunkt aufweist und zum Bestimmen des Ex­ zentermassenmoments arbeitet. Der Trägheitsabschnitt, wel­ cher zusammen mit dem Exzenterabschnitt schwingt, arbeitet zum Bestimmen des Trägheitsmoments um die Schwingwelle des Gewichts herum, ohne daß das Exzentermassenmoment des Ge­ wichts verändert wird. Dementsprechend ist es möglich, ein beabsichtigtes Trägheitsmoment des Gewichts zu bestimmen, ohne daß das Exzentermassenmoment verändert wird, und somit die Schwingcharakteristik des Gewichts willkürlich zu be­ stimmen, während der Erfassungsschwellenwert gehalten wird. Durch Vorsehen eines großen Trägheitsmoments für das Ge­ wicht zur Anpassung bezüglich eines Unfallsensors und zur Erfassung einer Seitenkollision beispielsweise in Fällen, bei welchen die Wucht einer Beschleunigung mit hoher Fre­ quenz und großer Amplitude auf die Vorrichtung einwirkt, kann die Schwinggeschwindigkeit des Gewichts kleiner ge­ macht werden, kann die Aufprallkraft des Gewichts, welche gebildet wird, wenn es auf das Schwingungsbegrenzungsteil stößt, kleiner gemacht werden und kann die reziproke Bewe­ gung des Gewichts zwischen den Schwingungsbegrenzungsteilen unterdrückt werden, wodurch das Vibrieren von Kontakten verhindert werden kann und ein stabiles Kollisionserfas­ sungssignal erzeugt werden kann. Auf der Grundlage der Än­ derung lediglich des Trägheitsmoments des Trägheitsab­ schnitts besitzt das Gewicht ein Trägheitsmoment, welches leicht zu der Zeit der Herstellung eines Prototyps einge­ stellt werden kann, um verschiedene Betriebsbedingungen bzw. -zustände einschließlich der Verwendung für einen ak­ tiven Unfallsensor oder einen Sicherheitssensor für ein Fahrzeug im Hinblick auf den Vorrichtungsinstallationsort und die Kollisionsempfindlichkeitsrichtung zu erfüllen, an­ stelle der Notwendigkeit, den Gewichtsentwurf zu ändern, um individuelle Bedingungen bzw. -zustände zu erfüllen, wo­ durch die Herstellungskosten der Kollisionserfassungsvor­ richtung verringert werden können.

Vorzugsweise besitzt der Trägheitsabschnitt des Ge­ wichts ein größeres spezifisches Gewicht als der Exzenter­ abschnitt, wodurch er als aktiver Unfallsensor gut geeignet ist. Das Gewicht kann einen kleineren Trägheitsabschnitt aufweisen, und eine kompakte Kollisionserfassungsvorrich­ tung kann geschaffen werden. Vorzugsweise wird der Exzen­ terabschnitt aus Harz und der Trägheitsabschnitt aus Metall hergestellt.

Vorzugsweise dient das Trägheitsmoment des Trägheitsab­ schnitts dazu, das Trägheitsmoment des Gewichts zu bestim­ men, wodurch das willkürliche Festlegen der Frequenzantwort auf die Beschleunigung des an jeden Betriebszustand ange­ paßten Gewichts ermöglicht wird. Vorzugsweise dient das Trägheitsmoment des Gewicht dazu, die untere Grenze der Be­ schleunigungsperiode zu bestimmen, bei welcher der Lei­ tungszustand der Kontakte geändert wird, wodurch verhindert wird, daß das Gewicht beim Auftreten der Beschleunigung unterhalb einer bestimmten Periode schwingt.

Vorzugsweise ist der Trägheitsabschnitt derart gebildet oder geformt, daß das Trägheitsmoment davon um die Schwin­ gungsachse herum bestimmt wird, wodurch es ermöglicht wird, willkürlich das Trägheitsmoment des ganzen Gewichts festzu­ legen. Insbesondere besitzt der Trägheitsabschnitt eine Plattenform, die es mit ihrer Spannweite, Dicke oder ihrem spezifischen Gewicht ermöglicht, leicht und willkürlich das Trägheitsmoment des Gewichts festzulegen. Insbesondere be­ sitzt der Trägheitsabschnitt eine Scheibenform, um das größte Trägheitsmoment bei den kleinsten Dimensionen zu er­ zielen, wodurch ein kompakter Entwurf der Kollisionserfas­ sungsvorrichtung ermöglicht wird.

Insbesondere ist der Trägheitsabschnitt durch Einsetzen bezüglich des aus Harz hergestellten Exzenterabschnitts ge­ bildet, wodurch eine stetige mechanische Verbindung der Ex­ zenter- und Trägheitsabschnitte erreicht wird, um das Ge­ wicht zu vervollständigen.

Insbesondere sind der Trägheitsabschnitt und der Exzen­ terabschnitt getrennte Teile, und der Trägheitsabschnitt ist an einer Schwingungswelle befestigt, welche zusammen mit dem Exzenterabschnitt schwingt, so daß der Trägheitsab­ schnitt zusammen mit dem Exzenterabschnitt schwingt.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1(a) und 1(b) zeigen Querschnittsansichten, welche innere Strukturen einer Kollisionserfassungsvorrich­ tung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;

Fig. 2 zeigt eine aufgebrochene Darstellung, welche ei­ ne Anordnung von Komponententeilen der Kollisionserfas­ sungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform dar­ stellt;

Fig. 3(a) und 3(b) zeigen Querschnittsansichten der Kollisionserfassungsvorrichtung entsprechend dieser Ausfüh­ rungsform, welche einen betätigten Zustand darstellen;

Fig. 4(a) und 4(b) zeigen Diagramme, welche entlang der Zeitachse den Schwingungswinkel eines Gewichts und den Kontaktleitungszustand der Kollisionserfassungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform darstellen; und

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, welches das Betätigungsge­ biet der Kollisionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform bezüglich der Beziehung zwischen der Ampli­ tude und der Periode der auf die Vorrichtung wirkenden Be­ schleunigung darstellt.

Im folgenden wird eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren er­ klärt.

Fig. 1(a) und 1(b) zeigen Vorder- und Seitenquer­ schnittsansichten einer Kollisionserfassungsvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung, wobei deren Kontakte 41 und 51 in Abwesenheit einer Beschleunigung oberhalb eines bestimm­ ten Pegels geöffnet sind. Die Kollisionserfassungsvorrich­ tung 100 besitzt eine durch den Pfeil A angezeigte Kollisi­ onsempfindlichkeitsrichtung und ein Gewicht 3, welches um eine Schwingungsachse (Schwingungswelle) 2 in die durch den Pfeil angezeigte Richtung im Ansprechen auf die Wucht einer Kollision schwingen kann. Fig. 2 stellt die Anordnung der Komponententeile der Kollisionserfassungsvorrichtung 100 dar.

Die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 besitzt eine aus Harz gebildete Abdeckung 9, einen ebenen Sockel 8 und ein Gehäuse 7. Der Sockel 8 ist in das Gehäuse 7 durch Druck eingepaßt, und das Gehäuse 7 ist durch Druck in die Abdeckung 9 eingepaßt. Ein Haftmittel 11 ist auf den Boden des Sockels 8 aufgebracht, um die hermetische Versiegelung der Kollisionserfassungsvorrichtung 100 bereitzustellen.

Das Gehäuse 7 besitzt einen Sockelabschnitt 72 und ein Paar von gegenüber angeordneten Stammabschnitten 70a und 70b, an deren Spitze jeweils ein Einschnitt 71a bzw. 71b gebildet ist. Die Welle 2 ist an ihren beiden Enden an den Einschnitten 71a und 71b der Stämme 70a und 70b befestigt und zum schwingenden Halten des Gewichts um die Achse herum angepaßt, welche exzentrisch bezüglich des Massenschwer­ punkts ausgerichtet ist.

Das Gewicht 3 enthält eine Metallplatte (Trägheitsabschnitt) 31, welche aus Al, Cu, W oder derglei­ chen hergestellt und derart maschinell gebildet ist, so daß sie eine Scheibenform aufweist und um den Massenschwerpunkt mittig ausgerichtet ist, und es enthält des weiteren eine Exzentermasse (Exzenterabschnitt) 32, welche aus Harz ge­ bildet ist. Diese Abschnitte sind mechanisch miteinander auf der Grundlage eines Bildens eines Harzeinsatzes (resin insert molding) verbunden. Die Exzentermasse 32 besitzt an beiden Seiten davon die Ausbildung von Aussparungen 33, durch welche ein vorgeschriebener Wert eines Exzentermas­ senmoments bezüglich des Gewichts 3 bereitgestellt wird.

Das Gewicht 3 besitzt ein Exzentermassenmoment MR_T und ein Trägheitsmoment I_T, welche durch die Formeln (1) und (2) ausgedrückt werden, wobei mr das Exzentermassenmoment und i das Trägheitsmoment der Exzentermasse 32 und I das Trägheitsmoment der Metallplatte 31 bezeichnen. Die Metall­ platte 31 besitzt kein Exzentermassenmoment, da ihre Schwingungsachse bezüglich des Massenschwerpunkts nicht ex­ zentrisch ist.

MR_T = mr (1)
I_T = i+I (2)

entsprechend den Formeln (1) und (2) ist es dem Gewicht 3 mit der Metallplatte 31 möglich, ein um den Betrag des Trägheitsmoments I der Metallplatte 31 erhöhtes Trägheits­ moment I_T zu besitzen, ohne daß das Exzentermassenmoment MR_T verändert wird.

Auf dem Gewicht 3 ist ein Rotor 6 aus Harz gebildet, welcher eine erste Nocke 61 und eine zweite Nocke 62 auf­ weist und die Welle 2 mit dem Gewicht 3 teilt. Dementspre­ chend schwingt der Rotor 6 zusammen mit dem Gewicht 3 um die Welle 2. Die erste und zweite Nocke 61 bzw. 62 besitzen Profile 42 und 52, die derart geformt sind, daß sich der Abstand der Kontakte 41 und 52, welche auf den ebenen Kon­ taktfedern 4 und 5 (wie unten erklärt wird) gebildet sind, verringert, wenn das Gewicht 3 schwingt.

Die Kontaktfedern 4 und 5, welche die jeweiligen Kon­ takte 41 und 51 aufweisen, sind derart befestigt, daß sie auf dem Sockel 8 stehen. Der Kontakt 41 ist auf einem ebe­ nen Abschnitt der Feder 4 gebildet, während der Kontakt 51 auf einem Abschnitt der Feder 5 gebildet ist, welcher der­ art gebogen ist, daß er sich auf den Kontakt 41 zu sich er­ streckt. Die Kontaktfedern 4 und 5 üben eine elastische Kraft auf den Rotor 6 in die Richtung entgegengesetzt zu der Aktion der Beschleunigung aus, d. h. in die Richtung, welche durch den Pfeil B angezeigt ist, so daß deren Enden 42 und 52 sich in Kontakt mit dem Profil der ersten und zweiten Nocken 61 bzw. 62 befinden.

Die Elastizitätskraft der Kontaktfedern 4 und 5 auf den Rotor 6 wirkt indirekt auf das Gewicht 3, so daß es sich normalerweise in Kontakt mit der inneren Wand 73 des Gehäu­ ses 7 befindet und ein Schwingen in die durch den Pfeil b angezeigte Richtung verhindert wird. Auf der Grundlage die­ ser Anordnung sind das Gewicht 3 und der Rotor 6 darauf be­ schränkt, in die durch den Pfeil a angezeigte Richtung beim Auftreten der Beschleunigung zu schwingen, welche sich bei einem starken Bremsen des Fahrzeugs oder beim Lauf auf ei­ ner rauhen Straßenoberfläche zeigt.

Die Kontaktfeder 5 besitzt die Ausbildung eines Ein­ schnitts 53, welcher sich in Längsrichtung bezüglich dessen Mitte zu dem Ende 52 erstreckt, wodurch aufgespaltene End­ abschnitte gebildet werden. Die Kontaktfeder 5 mit dem Ein­ schnitt 53 ermöglicht den zuverlässigen elektrischen Kon­ takt zwischen den Kontakten 41 und 51.

Die Kontaktfedern 4 und 5 sind durch Bilden eines Harz­ einsatzes an dem Sockel 8 befestigt, während sie mit äuße­ ren Ausgangsanschlüssen 12 bzw. 13 elektrisch verbunden sind. Die äußeren Anschlüsse 12 und 13 ragen nach außen von dem Boden des Sockels 8 heraus, und der Leitungszustand der Kontakte 41 und 51 wird als Kollisionserfassungssignal heraus geführt.

Des weiteren ist auf dem Sockel 8 durch Bilden eines Harzeinsatzes ein Befestigungsansatz vorgesehen, durch wel­ chen die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 auf einer (nicht dargestellten) Leiterplatte oder dergleichen ange­ bracht wird.

Auf dem Pfad einer Schwingbewegung des Gewichts 3 ist eine Stoppvorrichtung 16 an der inneren Wand der Abdeckung 9 durch Druck eingepaßt. Das Gewicht 3, welches gegen die Stoppvorrichtung 16 stößt und einer Schwingung in die Rich­ tung a folgt, wird daran gehindert, über einen vorbestimm­ ten Schwingungswinkel hinaus zu schwingen.

Als nächstes wird der Betrieb der Kollisionserfassungs­ vorrichtung 100 beschrieben.

Wenn die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 keiner Be­ schleunigung über einen vorbestimmten Pegel in die Richtung A hinaus unterliegt, üben die Kontaktfedern 4 und 5 die Elastizitätskraft auf den Rotor 6 in die Richtung B aus, wodurch das Gewicht 3, welches mit dem Rotor 6 integriert ist, dazu veranlaßt wird, sich in Kontakt mit der inneren Wand 73 des Gehäuses 7 durch einen Druck in die Richtung b wie in Fig. 1(b) dargestellt zu befinden. D.h. es wird ver­ hindert, daß das Gewicht 3 in die Richtung a durch die Ela­ stizitätskraft der Kontaktfedern 4 und 5 und ebenfalls in die Richtung b durch die innere Wand 73 des Gehäuses 7 schwingt.

Dementsprechend werden bei Abwesenheit einer Beschleu­ nigung oberhalb eines vorgeschriebenen Pegels in die Rich­ tung A sowohl das Gewicht 3 als auch der Rotor 6 nicht schwingen, wodurch die Kontakte 41 und 51 dazu veranlaßt werden, den geöffneten Zustand zu halten. Folglich werden die Kontakte 41 und 51 bei Vorliegen einer durch ein hartes Bremsen oder die Vibration des Fahrzeugs während eines Laufs hervorgerufenen Beschleunigung nicht geschlossen, und die Zuverlässigkeit der Kollisionserfassungsvorrichtung 100 ist sichergestellt.

Wenn andererseits die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 einer Beschleunigung oberhalb des vorgeschriebenen Pe­ gels in die Richtung A unterliegt, werden die Kontakte 41 und 51 geschlossen, was unter Bezugnahme auf die Fig. 3(a) und 3(b) und der Fig. 4(a) und 4(b) erklärt wird. Fig. 3(a) und 3(b) zeigen den Zustand der Kollisionser­ fassungsvorrichtung 100, wobei deren Gewicht 3 durch Auf­ treten der Beschleunigung in die Richtung a schwingt und in Kontakt mit der Stoppvorrichtung 16 kommt. Fig. 4(a) stellt entlang der Zeitachse den Schwingungswinkel des Gewichts 3 in die Richtung a im Ansprechen auf die Beschleunigung dar, und Fig. 4(b) stellt den Leitungszustand der Kontakte 41 und 51 entlang der Zeitachse dar. Durch die gestrichelte Linie in Fig. 4(a) und 4(b) ist das Verhalten der her­ kömmlichen Kollisionserfassungsvorrichtung dargestellt.

Wenn die Beschleunigung eines bedeutsamen Pegels auf das Gewicht 3 in die Richtung A infolge des Auftretens ei­ ner Seitenkollision oder dergleichen zum Zeitpunkt t0 ein­ wirkt, veranlaßt das Moment, welches auf den Massenschwer­ punkt des Gewichts 3 einwirkt, das Gewicht 3 und den Rotor 6 dazu, mit dem Schwingen in die Richtung a um die Welle 2 gegen die Elastizitätskraft der Kontaktfedern 4 und 5 zu beginnen. Das Gewicht 3 besitzt das größere Trägheitsmoment I_T im Vergleich mit dem herkömmlichen Gegenstück, und daher schwingt es langsamer als bei dem herkömmlichen Fall (weniger steile Neigung der Schwingungsratenkurve entspre­ chend Fig. 4(a)).

Der Rotor 6, welcher zusammen mit dem Gewicht 3 schwingt, veranlaßt seine ersten und zweiten Nocken 61 und 62 dazu, die Kontaktfedern 4 und 5 zu verdrehen, wodurch der Abstand der Kontakte 41 und 51 verringert wird.

Wenn die Schwingung des Gewichts 3 einen vorgeschriebe­ nen Winkel θth zum Zeitpunkt t2 erreicht, schließt der Ro­ tor 6 die Kontakte 41 und 51, und es wird die Stromleitung durch die Ausgangsanschlüsse 12 und 13 als Kollisionserfas­ sungssignal erfaßt. Das Gewicht 3 fährt damit fort, über den Winkel θth in die Richtung A hinaus zu schwingen, bis es gegen die Stoppvorrichtung 16 bei dem maximalen Schwin­ gungswinkel θmax zu dem Zeitpunkt t5 stößt.

Das Gewicht 3 stößt an die Stoppvorrichtung 16 und schwingt in die Richtung b auf die ursprüngliche Position zu zurück unterstützt durch die Elastizitätkraft der Kon­ taktfedern 4 und 5. In diesem Fall erzeugt das Gewicht 3, welches eine geringere Schwingungsgeschwindigkeit im Ver­ gleich mit dem herkömmlichen Fall aufweist, eine kleinere Stoßkraft, wenn es gegen die Stoppvorrichtung 16 stößt, und daher schwingt es langsamer als bei dem herkömmlichen Fall in die Richtung b zurück (weniger steile Neigung der Schwingungsratenkurve von Fig. 4(a)).

Wenn das Gewicht 3 zurück auf den Winkel θth zum Zeit­ punkt t6 schwingt, sind die Kontakte 41 und 51 geöffnet, und es schwingt weiter in die ursprüngliche Position zu­ rück, um in Kontakt mit der inneren Wand 73 des Gehäuses 7 zum Zeitpunkt t7 zu kommen.

Die Beschleunigung, welche auf die Kollisionserfas­ sungsvorrichtung 100 einwirkt, ändert ihre Amplitude und Frequenz in Abhängigkeit des Orts der Installation und der Richtung der Kollision, und daher muß das Gewicht 3 eine Charakteristik aufweisen, welche einzelne Bedingungen er­ füllt. Beispielsweise wird in einem Fall, bei welchem die Kollisionserfassungsvorrichtung in der Fahrzeugunfallzone installiert ist oder verwendet wird, um das Auftreten einer Seitenkollision zu erfassen, die Beschleunigung der Kolli­ sion, welche auf die Vorrichtung einwirkt, eine hohe Fre­ quenz und eine hohe Amplitude besitzen, und daher muß das Gewicht 3 ein größeres Trägheitsmoment I_T besitzen, um ein stabiles Kollisionserfassungssignal zu erzeugen. Wenn an­ dernfalls die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 an einem anderen Ort als der Fahrzeugunfallzone installiert ist, wird die Beschleunigung einer Kollision, welche auf die Vorrichtung einwirkt, relativ klein sein, und es genügt, daß das Gewicht 3 ein kleineres Trägheitsmoment I_T auf­ weist. Daher muß das Gewicht 3 ein Trägheitsmoment I_T be­ sitzen, welches willkürlich bestimmt wird, um individuelle Bedingungen zu erfüllen.

Herkömmlicherweise ist es nötig, das Gewicht durch Be­ stimmen des Trägheitsmoments zum Erfüllen jeder Bedingung zu entwerfen, wohingegen das Gewicht 3 entsprechend dieser Ausführungsform ein einfaches und willkürliches Festlegen des Trägheitsmoments I_T zur Erfüllung von individuellen Be­ dingungen ermöglicht, ohne daß das Exzentermassenmoment MR_T verändert wird, auf der Grundlage des Bereitstellens der Metallplatte (Trägheitsabschnitt) 31. Die Metallplatte 31 dieser Ausführungsform ist eine Scheibe, und deren Träg­ heitsmoment I wird durch die folgende Formel (3) ausge­ drückt, wobei γ das spezifische Gewicht, r den Radius und T die Plattendicke bezeichnen.

I = (1/2) (πr⁴Tγ) (3)

D.h. das Trägheitsmoment I der Metallplatte 31 ist ab­ hängig von dem spezifischen Gewicht γ, dem Radius r und der Dicke T, und durch Entwerfen lediglich der Metallplatte 31 durch geeignetes Wählen dieser Werte ist es leicht möglich, ein Gewicht 3 zu erzielen, dessen beabsichtigtes Trägheits­ moment I_T durch die Formel (2) gegeben wird. Das herkömmli­ che Gewicht, welches keine Metallplatte aufweist und somit ein kleineres Trägheitsmoment besitzt, verhält sich derart, daß es schneller schwingt (steilere Neigung der Schwin­ gungsratenkurve), und erzeugt eine kürzere Dauer eines ge­ schlossenen Zustands der Kontakte (vom Zeitpunkt t1 bis t4) wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 4(a) dargestellt. Im Gegensatz dazu kann das Gewicht 3 dieser Ausführungs­ form, welches die Metallplatte 31 und somit ein größeres Trägheitsmoment I_T aufweist, langsamer schwingen und kann eine längere Zeitdauer einen geschlossenen Zustand der Kon­ takte 41 und 51 erzeugen (vom Zeitpunkt t2 bis t6). Darüber hinaus erzeugt das schneller schwingende herkömmliche Ge­ wicht eine größere Stoßkraft, wenn es gegen die Stoppvor­ richtung stößt, und die sich daraus ergebende reziproke Be­ wegung zwischen den Stoppvorrichtungen kann das Vibrieren des Kollisionserfassungssignals hervorrufen und ein unsta­ biles Kollisionserfassungssignal erzeugen. Im Gegensatz da­ zu kann das Gewicht 3 dieser Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung, welches langsamer schwingt, die Stoßkraft auf die Stoppvorrichtung 16 und die innere Wand 73 verrin­ gern, die reziproke Bewegung zwischen der Stoppvorrichtung 16 und der inneren Wand 73 unterdrücken, das Vibrieren des Kollisionserfassungssignals reduzieren und ein stabiles Kollisionserfassungssignal erzeugen. Durch Ändern des Träg­ heitsmoments I_T des Gewichts 3 ist es möglich, die Neigung der Schwingungsratenkurve willkürlich wenigstens zwischen der in Fig. 4(a) dargestellten durchgezogenen Kurve und der gestrichelten Kurve zu ändern. Es ist nicht nötig, das ganze Gewicht 3 bei jeder Änderung des Trägheitsmoments zu entwerfen und herzustellen, und folglich kann die Kollisi­ onserfassungsvorrichtung 100 mit geringen Kosten herge­ stellt werden.

Es ist möglich, eine beabsichtigte Charakteristik für die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 durch geeignetes Festlegen des Trägheitsmoments I_T des Gewichts 3 bereitzu­ stellen. Die von den Kontaktfedern 4 und 5 erzeugte Feder­ kraft ist eine Funktion des Schwingungswinkels θ des Ge­ wichts, d. h. F(θ), und die folgende Gleichung (4) gilt wäh­ rend einer Schwingungsperiode des schwingenden Gewichts 3.

d²θ/dt² = (MR_T G - F(θ)r_f/IT (4)

wobei r_f die Entfernung zwischen der Position der Ein­ wirkung der Federkraft F(θ) und der Schwingungsachse des Gewichts 3 und G die Beschleunigung bezeichnen, welche auf das Gewicht 3 einwirkt.

Die Gleichung (4) zeigt, daß die Winkelbeschleunigung d²θ/dt² des Gewichts 3 eine Funktion des Verhältnisses des Exzentermassenmoments MR_T zu dem Trägheitsmoment I_T ist, und daß entsprechend der Betriebscharakteristik der Kolli­ sionserfassungsvorrichtung 100 eine Abhängigkeit bezüglich des Werts von MR_T/I_T vorliegt.

Fig. 5 zeigt das Betätigungsgebiet (Leitungszustand der Kontakte 41 und 51) der Kollisionserfassungsvorrichtung 100 bezüglich dem Verhältnis zwischen der Amplitude und der Pe­ riode (reziprok zu der Frequenz) der Beschleunigung, welche auf die Vorrichtung einwirkt. Der Bereich oberhalb der Am­ plituden/Perioden-Kurve ist das betriebsfähige Gebiet, und der Bereich unterhalb der Kurve ist das nichtbetriebsfähige Gebiet. Die Amplituden/Perioden-Kurve, welche eine verti­ kale asymtotische Linie an der Beschleunigungsperiode D0 und eine horizontale asymtotische Linie an der Beschleuni­ gungsamplitude G0 aufweist, stellt die Operationsschwellen­ wertcharakteristik dar. D0 ist die untere Schranke der Be­ schleunigungsperiode, welche zum Schließen der Kontakte be­ nötigt wird, und hängt von dem Verhältnis des Exzentermas­ senmoments MR_T zu dem Trägheitsmoment I_T (d. h. MR_T/I_T) des Gewichts 3 ab.

Der Punkt D0 bewegt sich nach links, wenn der Wert von MR_T/I_T entsprechend dem Diagramm von Fig. 5 ansteigt. Da sich das Exzentermassenmoment MR_T des Gewichts 3 unabhängig von dem Hinzufügen der Metallplatte 31 nicht ändert, ist der Wert von D0 lediglich von dem Trägheitsmoment I_T des Gewichts 3 abhängig. D.h. D0 bewegt sich nach links, wenn sich das Trägheitsmoment I_T verringert, und bewegt sich nach rechts, wenn I_T sich erhöht.

Dementsprechend ist es möglich, die Operationscharakte­ ristik (Frequenzantwort) des Gewichts 3 willkürlich festzu­ legen, um die Bedingung der Verwendung durch geeignetes Festlegen des Trägheitsmoments I der Metallplatte 31 zu er­ füllen, so daß verhindert wird, daß das Gewicht 3 bei Vor­ handensein einer Beschleunigung unter der vorgeschriebenen Periode schwingt. Insbesondere wird es durch Versehen des Gewichts 3 mit einem relativ großen Trägheitsmoment I_T und einem relativ kleinen Exzentermassenmoment MR_T möglich, die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 als Unfallsensor zu verwenden, welcher das Auftreten einer Kollision direkt er­ faßt.

Der Punkt G0, welcher die horizontale asymtotische Li­ nie des Diagramms von Fig. 5 bestimmt, stellt die Beschleu­ nigung in einem statischen Gleichgewicht dar. Ein Festlegen von d²θ/dt² = 0 in Gleichung (4) ergibt G0 = F(θ)r_f/MR_T, und dementsprechend wird gezeigt, daß G0 abhängig von dem Ex­ zentermassenmoment MR_T und der Federkraft F(θ) ist. Die Be­ schleunigung G0 des statischen Gleichgewichts bezeichnet den Erfassungsschwellenwert und wird im voraus vor der er­ forderten Arbeit der Kollisionserfassungsvorrichtung 100 bestimmt. Die Beschleunigung G0 des statischen Gleichge­ wichts wird unabhängig von dem Wert des Trägheitsmoments I der Metallplatte 31 nicht verändert, und es ist für die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 dieser Ausführungsform möglich, daß ihre Betriebscharakteristik geändert wird, während ein konstanter Erfassungsschwellenwert gehalten wird. D.h. durch Einstellen des Trägheitsmoments I der Me­ tallplatte 31 derart, daß das beabsichtigte Trägheitsmoment I_T ohne Ändern des Exzentermassenmoments MR_T des Gewichts 3 festgelegt wird, ist es möglich, die beabsichtigte Be­ triebscharakteristik der Kollisionserfassungsvorrichtung zur Zeit des Herstellens des Prototyps zu erzielen.

Obwohl das Gewicht 3 der obigen Ausführungsform derart entworfen wird, daß die Schwinggeschwindigkeit durch Erhö­ hen des Trägheitsmoments I der Metallplatte 31 verringert wird, können die Erfordernisse eines schnellen Ansprechens durch Verringern des Trägheitsmoments I der Metallplatte 31 erfüllt werden, um ein kleineres Trägheitsmoment I_T für das Gewicht 3 bereitzustellen.

Beim Versehen der Metallplatte 31 der obigen Ausfüh­ rungsform mit einem willkürlichen Trägheitsmoment I durch Wählen eines entsprechenden spezifischen Gewichts γ, eines Radius R oder einer Dicke T wird eine Anzahl von Metall­ platten derselben Form (Radius R und Dicke T) verwendet, es können jedoch unterschiedliche Materialien (unterschiedliches spezifisches Gewicht) verwendet werden, wodurch die selektive Verwendung für individuelle Zwecke ermöglicht wird.

Obwohl die Metallplatte 31 der obigen Ausführungsform als einheitliches Teil gebildet ist, kann sie aus vielen abtrennbaren Teilen bestehen. Beispielsweise ist die Me­ tallplatte 31 aus einer bestimmten Anzahl von ringförmigen axial zusammengebauten Teilen gebildet, wodurch ein beab­ sichtigtes Trägheitsmoment I erzielt wird.

Obwohl die Metallplatte 31 der obigen Ausführungsform aus Metall gebildet ist, kann sie aus anderen Materialien wie Harz gebildet werden.

Obwohl die Metallplatte 31 der obigen Ausführungsform eine scheibenförmige Platte ist, kann sie eine quadratische Platte, eine rechteckige Platte oder eine gedehnte kreis­ förmige Platte sein, die derart gebildet ist, daß ihre Schwingungsachse mit dem Massenschwerpunkt übereinstimmt.

Obwohl die Exzentermasse 32 der obigen Ausführungsform aus Harz gebildet ist, kann sie aus einem anderen Material gebildet sein, und sie kann derart ausgebildet sein, daß ihre Schwingungsachse exzentrisch bezüglich des Massen­ schwerpunkts ausgerichtet ist.

Obwohl die Metallplatte 31 und die Exzentermasse 32 der obigen Ausführungsform durch Bilden eines Harzeinsatzes miteinander verbunden sind, können diese Teile auf andere Weise wie Verstemmen (calking) oder Bonden verbunden wer­ den.

Obwohl das Gewicht 3 und der Rotor 6 der obigen Ausfüh­ rungsform gehalten werden, um frei um die Welle 2 zu schwingen, sind bei einer alternativen Struktur das Gewicht 3 und der Rotor 6 an der Welle befestigt, welche drehbar durch an dem Gehäuse 7 vorgesehene Lager gehalten wird.

Obwohl die Metallplatte 31 und die Exzentermasse 32 der obigen Ausführungsformen durch Bilden eines Harzeinsatzes miteinander verbunden sind, können bei einer alternativen Struktur diese Teile getrennt von der Welle 2 befestigt werden, welche drehbar durch an dem Gehäuse 7 vorgesehene Lager gehalten wird.

Obwohl die Kontakte 41 und 51 der obigen Ausführungs­ form integrale Teile der Kontaktfedern 4 bzw. 5 sind, kön­ nen bei einer alternativen Struktur die Kontakte getrennt von den Kontaktfedern angeordnet werden, wobei der Lei­ tungszustand der Kontakte durch die Bewegung der Kontaktfe­ dern verändert wird.

Obwohl das Gewicht 3 der obigen Ausführungsform derart ausgebildet ist, daß die Elastizitätskraft der Blattfedern 4 und 5 ausgeübt wird, wird bei einer alternativen Struktur eine Elastizitätskraft einer Spulenfeder oder dergleichen auf das Gewicht 3 gegen die durch die Wucht der Kollision hervorgerufene Schwingbewegung ausgeübt, wobei ein Kontakt auf der Oberfläche des Gewichts 3 gegen einen festgelegten Kontakt gebildet wird, so daß diese Kontakte die Leitung durch Gleiten herstellen oder unterbrechen.

Obwohl die Kontakte der obigen Ausführungsform norma­ lerweise geöffnet sind und im Ansprechen auf eine Beschleu­ nigung oberhalb eines bestimmten Pegels geschlossen werden, können die Kontakte von einem normalerweise geschlossenen Typ sein, so daß sie im Ansprechen auf eine Beschleunigung oberhalb eines bestimmten Pegels sich öffnen.

Wie oben beschrieben besitzt die Kollisionserfassungs­ vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Pendel, welches aus einem Exzenterabschnitt mit einem Exzentermassenmoment und einem Trägheitsabschnitt ohne Exzentermassenmoment, die miteinander mechanisch verbunden sind, gebildet ist, wo­ durch das leichte Festlegen des Trägheitsmoments des Pen­ dels durch das Einstellen des Trägheitsmoments des Träg­ heitsabschnitts ermöglicht wird, während das Exzentermas­ senmoment des ganzen Pendels unverändert verbleibt, wodurch eine Anpassung an verschiedene Betriebszustände einschließ­ lich des Fahrzeugtyps, des Orts der Installation der Vor­ richtung und der Kollisionsempfindlichkeitsrichtung ange­ paßt ist, wodurch das Erzeugen eines stabilen Kollisionser­ fassungssignals und die Reduzierung der Kosten ermöglicht wird.

Obenstehend wurde eine Kollisionserfassungsvorrichtung mit Exzentermasse und Trägheitsmasse offenbart. Die Kolli­ sionserfassungsvorrichtung, welche für eine willkürliche Betriebscharakteristik entworfen wird, besitzt ein Gewicht, welches aus einer Exzentermasse, welche das Exzentermassen­ moment des Gewichts bestimmt, und einer Metallplatte be­ steht, welche das Trägheitsmoment des Gewichts bestimmt, ohne daß das Exzentermassenmoment verändert wird. Das Ge­ wicht ist um eine Welle an einer Position exzentrisch zu dem Massenschwerpunkt drehbar gelagert, um eine vorge­ schriebene Schwinggeschwindigkeit und Frequenzantwort auf­ zuweisen. Ein Rotor, welcher erste und zweite Nocken auf­ weist, ist an dem Gewicht befestigt, und es sind Blattfe­ dern mit Kontakten vorgesehen, um auf einem Sockel zu ste­ hen, wobei deren Enden eine Elastizitätskraft auf die Nocken ausüben. Das Gewicht wird durch die Federn in die Rich­ tung b gedrückt, um in Kontakt mit der inneren Wand eines Gehäuses zu kommen. Wenn die durch die Wucht einer Kolli­ sion hervorgerufene Beschleunigung auf das Gewicht in die Richtung A wirkt, schwingt es in die Richtung a gegen die Federkraft und stößt an eine Stoppvorrichtung, um in die Richtung b zurückzuschwingen. Der Rotor, welcher zusammen mit dem Gewicht schwingt, veranlaßt, daß sich die Kontakte auf den Federn bei einem bestimmten Schwingungswinkel schließen, wodurch ein Kollisionserfassungssignal erzeugt wird.

Claims (10)

1. Kollisionserfassungsvorrichtung für einen sich bewe­ genden Körper mit einem Gewicht (3), welches an einer Posi­ tion exzentrisch bezüglich eines Massenschwerpunkts davon drehbar gelagert ist und angepaßt ist, in einer bestimmten Richtung (a, b) im Ansprechen auf eine darauf einwirkende Beschleunigung gegen eine darauf ausgeübte Vorspannungs­ kraft zu schwingen, und Kontakten (41, 51), deren Leitungs­ zustand durch die Schwingbewegung des Gewichts (3) verän­ dert wird, wodurch das Auftreten einer Kollision des sich bewegenden Körpers erfaßt wird, wobei das Gewicht (3):
einen Exzenterabschnitt (32), welcher eine Schwin­ gungsachse exzentrisch zu dem Massenschwerpunkt davon auf­ weist und das Exzentermassenmoment des Gewichts (3) be­ stimmt; und
einen Trägheitsabschnitt (31) aufweist, welcher zusam­ men mit dem Exzenterabschnitt (32) schwingt und das Träg­ heitsmoment des Gewichts (3) um eine Schwingungswelle (2) davon bestimmt.

2. Kollisionserfassungsvorrichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsabschnitt (31) des Gewichts (3) ein größeres spezifisches Gewicht als der Exzenterabschnitt (32) aufweist.

3. Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Exzenterabschnitt (32) des Gewichts (3) aus Harz und der Trägheitsabschnitt (31) aus Metall gebildet ist.

4. Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsab­ schnitt (31) des Gewichts (3) ein bestimmtes Trägheitsmo­ ment um die Schwingungswelle (2) aufweist, um dadurch das Trägheitsmoment des Gewichts (3) zu bestimmen, wodurch das willkürliche Festlegen der Frequenzantwort auf eine Be­ schleunigung des Gewichts (3) ermöglicht wird.

5. Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gewicht (3) ein bestimmtes Trägheitsmoment aufweist, wodurch das Festlegen der unteren Grenze einer Periode der Beschleunigung ermöglicht wird, bei welcher der Leitungszustand der Kontakte (41, 51) ver­ ändert wird.

6. Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsab­ schnitt (31) des Gewichts ein bestimmtem Material oder Form aufweist, wodurch dessen Trägheitsmoment bestimmt und das willkürliche Festlegen des Trägheitsmoments des Gewichts (3) ermöglicht wird.

7. Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Trägheitsabschnitt (31) des Gewichts (3) eine Plattenform mit einer bestimmten Spann­ weite, Dicke oder spezifischem Gewicht aufweist, wodurch das Trägheitsmoment davon bestimmt und das willkürliche Festlegen des Trägheitsmoments des Gewichts (3) ermöglicht wird.

8. Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Trägheitsabschnitt (31) des Gewichts die Form einer Scheibe aufweist.

9. Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsab­ schnitt (31) durch Bilden eines Einsatzes bezüglich des Ex­ zenterabschnitts (32) eingepaßt wird, wodurch das Gewicht (3) fertiggestellt wird.

10. Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsab­ schnitt (31) und der Exzenterabschnitt (32) des Gewichts als getrennte Teile ausgebildet sind, wobei der Trägheits­ abschnitt (31) an der Schwingungswelle (2) befestigt ist, welche zusammen mit dem Exzenterabschnitt (32) schwingt.