DE19733172B4

DE19733172B4 - Kollisionserfassungsvorrichtung mit Exzentermasse und Trägheitsmasse

Info

Publication number: DE19733172B4
Application number: DE19733172A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Inoue; Sadayuki Kariya Kuwahara; Seiichi Kariya Narita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: GB2315665A; JPH1097823A; GB2315665B; GB2315665A8; DE19733172B8; DE19733172A1; JP3728876B2; GB9715757D0

Abstract

Kollisionserfassungsvorrichtung für einen sich bewegenden Körper, die aufweist:
ein Gewicht (3), welches an einer bezüglich des Massenschwerpunkts des Gewichts (3) exzentrisch liegenden Position drehbar gelagert ist und das auf eine auf das Gewicht (3) einwirkende Beschleunigung entgegen einer auf das Gewicht ausgeübten Vorspannungskraft in einer bestimmte Richtung (a, b) durch Schwingung anspricht, und
Kontakte (41, 51), deren Leitungszustand durch die Schwingbewegung des Gewichts (3) veränderbar ist, wobei aufgrund der Änderung des Leitungszustands das Auftreten einer Kollision des sich bewegenden Körpers erfaßt wird,
wobei das Gewicht (3) aufweist:
einen Exzenterabschnitt (32), welcher eine in Bezug auf seinen Massenschwerpunkt exzentrisch verlaufende Schwingungsachse aufweist und welcher das Exzentermassenmoment des Gewichts (3) und das Trägheitsmoment des Gewichts (3) beeinflusst; und
einen zusammen mit dem Exzenterabschnitt (32) schwingenden Trägheitsabschnitt (31) im Wesentlichen ohne Exzentermassenmoment, welcher das Trägheitsmoment des Gewichts (3) um eine Schwingungswelle (2) des Gewichts (3) beeinflusst,...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kollisionserfassungsvorrichtung, welche zum Erfassen einer Kollision 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 verwendet, welche Passagiere in dem Fahrzeug beim Auftreten einer Kollision schützt.

Unter den herkömmlichen mechanischen Kollisionserfassungsvorrichtungen, welche zum Aktivieren von Airbags verwendet werden, ist eine Fahrzeugkollisionserfassungsvorrichtung bekannt, welche in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift JP-A 8-264088 beschrieben ist und ein Pendel (hiernach als "Gewicht" bezeichnet) enthält, welches an einer Position exzentrisch bezüglich seines Massenschwerpunkts drehbar gelagert ist, so daß es im Ansprechen auf die Beschleunigung oberhalb eines bestimmten Pegels schwingt, welche in einer bestimmten Richtung auf es einwirkt, und einen Nockenrotor, welcher wiederum mit dem Gewicht zusammenarbeitet, um zugeordnete elektrische Kontakte zu schließen, wodurch ein Kollisionserfassungssignal erzeugt wird.

Diese Kollisionserfassungsvorrichtung ist derart entworfen, daß eine Kraft einer Blattfeder auf das Gewicht gegen die Schwingbewegung ausgeübt wird, welche durch die Wucht der Kollision hervorgerufen wird, wodurch der Schwellenwert der Erfassung errichtet wird und verhindert wird, daß das Gewicht schwingt, wenn das Fahrzeug nicht tatsäch lich kollidiert, wodurch eine fehlerhafte Erfassung verhindert wird. Eine Stoppvorrichtung ist auf dem Pfad der Schwingbewegung des Gewichts derart vorgesehen, daß die Schwingbewegung durch die Wucht der Kollision dadurch begrenzt wird.

Die oben erwähnte mechanische Kollisionserfassungsvorrichtung wird hauptsächlich als Redundanzsicherheitssensor verwendet, um einen aktiven elektronischen Beschleunigungssensor zu sichern, und in diesem Fall ist sie derart entworfen worden, ein zum Schwingen beim Auftreten einer Kollision hinreichendes Gewicht eines großen Exzentermassenmoments und eines kleinen Trägheitsmoments zu besitzen.

Jedoch kann die herkömmliche Kollisionserfassungsvorrichtung der oben erwähnten Struktur in einigen Fällen nicht hinreichend die Anforderungen erfüllen. Wenn beispielsweise in einem Fall die Kollisionserfassungsvorrichtung in der Fahrzeugunfallzone installiert ist oder verwendet wird, um das Auftreten einer Seitenkollision zu erfassen, wird das Gewicht mit einem großen Exzentermassenmoment und einem kleinen Trägheitsmoment eine große Schwinggeschwindigkeit besitzen und somit eine große Aufprallkraft durch das Einwirken der Wucht einer Beschleunigung mit hoher Frequenz und großer Amplitude besitzen, wenn es auf die Stoppvorrichtung trifft. Die sich daraus ergebende reziproke Bewegung des Gewichts induziert das Vibrieren von elektrischen Kontakten und erzeugt ein instabiles pulsierendes Kollisionserfassungssignal.

Insbesondere bei einem Airbagsystem, bei welchem ein Kollisionserfassungssignal der Bildung eines logischen Produkts mit anderen Sensorsignalen zum Auslösen eines Gebläses unterworfen wird, kann es durch das instabile Kollisionserfassungssignal 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 Beschleunigung ändert sich in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps, des Orts der Installierung der Vorrichtung und der Richtung der Kollision. Um ein geeignetes Trägheitsmoment für das Gewicht bereitzustellen, um individuelle Funktionsbedingungen zu erfüllen, wird ein Entwurf auf der Basis von empirischer Annäherung bzw. Versuch und Irrtum erfordert, was zu hohen Herstellungskosten führt.

Das nicht geprüfte Gebrauchsmusterdokument JP-U-5025190 bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor in Form eines elektrischen Schalters. Der Sensor hat einen Exzenternocken und einen Hilfsnocken. Der Hilfsnocken ist vorgesehen, um sowohl eine aufwärts gerichtete als auch eine abwärts gerichtete Beschleunigung zu erfassen. Wenn die aufwärts gerichtete Beschleunigung nicht erfasst werden soll, muss der Hilfsnocken nicht vorgesehen werden.

Das Dokument DE19523786A1 , dem auch das japanische ungeprüfte Dokument JP-A-8-264088 entspricht, bezieht sich auf einen Beschleunigungsdetektor, bei dem sowohl der Rotor als auch das Gewicht ein jeweiliger Exzenterabschnitt sind.

Die EP 0 566 111 A1 offenbart einen Lageveränderungen und Beschleunigungen signalisierenden Schalter, bei dem ein Dauermagnet nach Art eines Pendels an einem Pendelrahmen aufgehängt ist. Der Pendelrahmen ist ein Kunststoffspritzteil.

Die WO88/01433A1 -bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit einer nicht leitenden Scheibe und Metallstreifen am Umfang, wobei ein exzentrisches Gewicht von den Metallstreifen isoliert ist.

In der US 4.362.913 werden Gewichte an unterschiedlichen Positionen einer Achse angebracht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kollisionserfassungsvorrichtung 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 Operationsbedigungen bzw. -zuständen wie verschiedenen Fahrzeugtypen, Orten der Installation der Vorrichtung und Kollisionsabtastrichtungen erzeugt wird, wobei der optimale Entwurf des Gewichts leicht gemacht wird und die Herstellungskosten verringert sind.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Eine derartige Kollisionserfassungsvorrichtung enthält ein Gewicht, welches an einer Position exzentrisch bezüglich seines Masseschwerpunkts drehbar gelagert ist, so daß es im Ansprechen auf eine darauf einwirkende Beschleunigung oberhalb eines bestimmten Pegels schwingt, wobei der Leitungszustand von Kontakten durch die Schwingbewegung verändert wird, wodurch ein Kollisionserfassungssignal erzeugt wird. Die Kollisionserfassungsvorrichtung gründet sich auf dem Schema des Bereitstellens eines beabsichtigten Trägheitsmoments für das Gewicht ohne Ändern des Exzentermassenmoments, wodurch die Schwinggeschwindigkeit und der Frequenzgang des Gewichts beliebig bestimmt werden, während der Schwellenwert der Erfassung gehalten wird.

Die Kollisionserfassungsvorrichtung enthält ein Gewicht, welches aus einem Exzenterabschnitt und einem Trägheitsabschnitt besteht, wobei der Exzenterabschnitt eine Schwingachse exzentrisch bezüglich seines Massenschwerpunkt aufweist und zum Bestimmen des Exzentermassenmoments dient. Der Trägheitsabschnitt, welcher zusammen mit dem Exzenterabschnitt schwingt, dient zum Bestimmen des Trägheitsmoments um die Schwingwelle des Gewichts herum, ohne daß das Exzentermassenmoment des Gewichts 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 beliebig zu bestimmen, während der Erfassungsschwellenwert gehalten wird. Durch Vorsehen eines großen Trägheitsmoments für das Gewicht zur Anpassung bezüglich eines Unfallsensors und zur Erfassung einer Seitenkollision beispielsweise in Fällen, bei welchen die Wucht einer Beschleungigung mit hoher Frequenz und großer Amplitude auf die Vorrichtung einwirkt, kann die Schwinggeschwindigkeit des Gewichts kleiner gemacht werden, kann die Aufprallkraft des Gewichts, welche gebildet wird, wenn es auf das Schwingungsbegrenzungsteil stößt, kleiner gemacht werden und kann die reziproke Bewegung des Gewichts zwischen den Schwingungsbegrenzungsteilen unterdrückt werden, wodurch das Vibrieren von Kontakten verhindert werden kann und ein stabiles Kollisionserfassungssignal erzeugt werden kann. Auf der Grundlage der Änderung lediglich des Trägheitsmoments des Trägheitsabschnitts besitzt das Gewicht ein Trägheitsmoment, welches leicht zu der Zeit der Herstellung eines Prototyps eingestellt werden kann, um verschiedene Betriebsbedingungen bzw. -zustände einschließlich der Verwendung für einen aktiven Unfallsensor oder einen Sicherheitssensor für ein Fahrzeug im Hinblick auf den Vorrichtungsinstallationsort und die Kollisionsempfindlichkeitsrichtung zu erfüllen, anstelle der Notwendigkeit, den Gewichtsentwurf zu ändern, um individuelle Bedingungen bzw. -zustände zu erfüllen, wodurch die Herstellungskosten der Kollisionserfassungsvorrichtung verringert werden können.

Vorzugsweise besitzt der Trägheitsabschnitt des Gewichts ein größeres spezifisches Gewicht als der Exzenterabschnitt, wodurch er als aktiver Unfallsensor gut geeignet ist. Das Gewicht kann einen kleineren Trägheitsabschnitt aufweisen, und eine kompakte Kollisionserfassungsvorrichtung kann geschaffen werden. Vorzugsweise wird der Exzenterabschnitt aus Harz und der Trägheitsabschnitt aus Metall hergestellt.

Vorzugsweise dient das Trägheitsmoment des Trägheitsabschnitts dazu, das Trägheitsmoment des Gewichts zu bestimmen, wodurch das beliebige Festlegen der Frequenzantwort auf die Beschleungigung des Gewicht in Anpassung an jeden Betriebszustand ermöglicht wird. Vorzugsweise dient das Trägheitsmoment des Gewicht dazu, die untere Grenze der Beschleungigungsperiode zu" bestimmen, bei welcher der Leitungszustand der Kontakte geändert wird, wodurch verhindert wird, daß das Gewicht beim Auftreten der Beschleungigung unterhalb einer bestimmten Periode schwingt.

Vorzugsweise ist der Trägheitsabschnitt derart gebildet oder geformt, daß sein Trägheitsmoment um die Schwingungsachse herum bestimmt wird, wodurch es ermöglicht wird, beliebig das Trägheitsmoment des ganzen Gewichts festzulegen. Insbesondere besitzt der Trägheitsabschnitt eine Plattenform, die es mit ihrer Größe, Dicke oder ihrem spezifischen Gewicht ermöglicht, leicht und beliebig das Trägheitsmoment des Gewichts festzulegen. Insbesondere besitzt der Trägheitsabschnitt eine Scheibenform, um das größte Trägheitsmoment bei den kleinsten Dimensionen zu er zielen, wodurch eine kompakte Gestaltung der Kollisionserfassungsvorrichtung ermöglicht wird.

Insbesondere ist der Trägheitsabschnitt durch Einsatzformen bezüglich des aus Harz hergestellten Exzenterabschnitts gebildet, wodurch eine stetige mechanische Verbindung der Exzenter- und Trägheitsabschnitte erreicht wird, um das Gewicht zu vervollständigen.

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

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
1(a) und 1(b) zeigen Querschnittsansichten, welche innere Strukturen einer Kollisionserfassungsvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
2 zeigt eine aufgebrochene Darstellung, welche eine Anordnung von Komponententeilen der Kollisionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
3(a) und 3(b) zeigen Querschnittsansichten der Kollisionserfassungsvorrichtung entsprechend dieser Ausführungsform, welche einen betätigten Zustand darstellen;
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
5 zeigt ein Diagramm, welches das Betätigungsgebiet der Kollisionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform bezüglich der Beziehung zwischen der Amplitude und der Periode der auf die Vorrichtung wirkenden Beschleunigung darstellt.
Im folgenden wird eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erklärt.
1(a) und 1(b) zeigen Vorder- und Seitenquerschnittsansichten einer Kollisionserfassungsvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung, wobei deren Kontakte 41 und 51 in Abwesenheit einer Beschleunigung oberhalb eines bestimmten Pegels geöffnet sind. Die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 besitzt eine durch den Pfeil A angezeigte Kollisionsempfindlichkeitsrichtung 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. 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 Massenschwerpunkts ausgerichtet ist.
Das Gewicht 3 enthält eine Metallplatte (Trägheitsabschnitt) 31, welche aus Al, Cu, W oder dergleichen 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 gebildet 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 Exzentermassenmoments 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 Metallplatte 31 besitzt kein Exzentermassenmoment, da ihre Schwingungsachse bezüglich des Massenschwerpunkts nicht exzentrisch ist. MRT = mr (1) IT = 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 Trägheitsmoment 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. Dementsprechend 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 Kontaktfedern 4 und 5 (wie unten erklärt wird) gebildet sind, verringert, wenn das Gewicht 3 schwingt.
Die Kontaktfedern 4 und 5, welche die jeweiligen Kontakte 41 und 51 aufweisen, sind derart befestigt, daß sie auf dem Sockel 8 stehen. Der Kontakt 41 ist auf einem ebenen Abschnitt der Feder 4 gebildet, während der Kontakt 51 auf einem Abschnitt der Feder 5 gebildet ist, welcher derart gebogen ist, daß er sich auf den Kontakt 41 zu sich erstreckt. 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 Gehäuses 7 befindet und ein Schwingen in die durch den Pfeil b angezeigte Richtung verhindert wird. Auf der Grundlage dieser Anordnung sind das Gewicht 3 und der Rotor 6 darauf beschränkt, 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 einer rauben Straßenoberfläche zeigt.
Die Kontaktfeder 5 besitzt die Ausbildung eines Einschnitts 53, welcher sich in Längsrichtung bezüglich dessen Mitte zu dem Ende 52 erstreckt, wodurch aufgespaltene Endabschnitte gebildet werden. Die Kontaktfeder 5 mit dem Ein schnitt 53 ermöglicht den zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen den Kontakten 41 und 51.
Die Kontaktfedern 4 und 5 sind durch Bilden eines Harzeinsatzes an dem Sockel 8 befestigt, während sie mit äußeren 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 herausgeführt.
Des weiteren ist auf dem Sockel 8 durch Bilden eines Harzeinsatzes ein Befestigungsansatz vorgesehen, durch welchen die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 auf einer (nicht dargestellten) Leiterplatte oder dergleichen angebracht 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 Richtung a folgt, wird daran gehindert, über einen vorbestimmten Schwingungswinkel hinaus zu schwingen.
Als nächstes wird der Betrieb der Kollisionserfassungsvorrichtung 100 beschrieben.
Wenn die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 keiner Beschleunigung 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 1(b) dargestellt zu befinden. D.h. es wird verhindert, daß das Gewicht 3 in die Richtung a durch die Elastizitätskraft 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 Beschleunigung oberhalb eines vorgeschriebenen Pegels in die Richtung 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 Pegels in die Richtung A unterliegt, werden die Kontakte 41 und 51 geschlossen, was unter Bezugnahme auf die 3(a) und 3(b) und der 4(a) und 4(b) erklärt wird. 3(a) und 3(b) zeigen den Zustand der Kollisionserfassungsvorrichtung 100, wobei deren Gewicht 3 durch Auftreten der Beschleunigung in die Richtung a schwingt und in Kontakt mit der Stoppvorrichtung 16 kommt. 4(a) stellt entlang der Zeitachse den Schwingungswinkel des Gewichts 3 in die Richtung a im Ansprechen auf die Beschleunigung dar, und 4(b) stellt den Leitungszustand der Kontakte 41 und 51 entlang der Zeitachse dar. Durch die gestrichelte Linie in 4(a) und 4(b) ist das Verhalten der herkömmlichen Kollisionserfassungsvorrichtung dargestellt.
Wenn die Beschleunigung eines bedeutsamen Pegels auf das Gewicht 3 in die Richtung A infolge des Auftretens einer Seitenkollision oder dergleichen zum Zeitpunkt t0 einwirkt, veranlaßt das Moment, welches auf den Massenschwerpunkt 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 entsprechend 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 vorgeschriebenen Winkel θth zum Zeitpunkt t2 erreicht, schließt der Rotor 6 die Kontakte 41 und 51, und es wird die Stromleitung durch die Ausgangsanschlüsse 12 und 13 als Kollisionserfassungssignal erfaßt. Das Gewicht 3 fährt damit fort, über den Winkel 8th in die Richtung A hinaus zu schwingen, bis es gegen die Stoppvorrichtung 16 bei dem maximalen Schwingungswinkel 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 Kontaktfedern 4 und 5. In diesem Fall erzeugt das Gewicht 3, welches eine geringere Schwingungsgeschwindigkeit im Vergleich 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 4(a)).
Wenn das Gewicht 3 zurück auf den Winkel θth zum Zeitpunkt t6 schwingt, sind die Kontakte 41 und 51 geöffnet, und es schwingt weiter in die ursprüngliche Position zurück, um in Kontakt mit der inneren Wand 73 des Gehäuses 7 zum Zeitpunkt t7 zukommen.
Die Beschleunigung, welche auf die Kollisionserfassungsvorrichtung 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 erfüllt. 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 Kollision, welche auf die Vorrichtung einwirkt, eine hohe Frequenz und eine hohe Amplitude besitzen, und daher muß das Gewicht 3 ein größeres Trägheitsmoment I_T besitzen, um ein stabiles Kollisionserfassungssignal zu erzeugen. Wenn andernfalls 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 aufweist. Daher muß das Gewicht 3 ein Trägheitsmoment I_T besitzen, welches willkürlich bestimmt wird, um individuelle Bedingungen zu erfüllen.
Herkömmlicherweise ist es nötig, das Gewicht durch Bestimmen 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 Bedingungen 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 Trägheitsmoment I wird durch die folgende Formel (3) ausgedrückt, 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 abhängig 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 Trägheitsmoment I_T durch die Formel (2) gegeben wird. Das herkömmliche Gewicht, welches keine Metallplatte aufweist und somit ein kleineres Trägheitsmoment besitzt, verhält sich derart, daß es schneller schwingt (steilere Neigung der Schwingungsratenkurve), und erzeugt eine kürzere Dauer eines geschlossenen Zustands der Kontakte (vom Zeitpunkt t1 bis t4) wie durch die gestrichelte Linie in 4(a) dargestellt. Im Gegensatz dazu kann das Gewicht 3 dieser Ausführungsform, welches die Metallplatte 31 und somit ein größeres Trägheitsmoment I_T aufweist, langsamer schwingen und kann eine längere Zeitdauer einen geschlossenen Zustand der Kontakte 41 und 51 erzeugen (vom Zeitpunkt t2 bis t6). Darüber hinaus erzeugt das schneller schwingende herkömmliche Gewicht eine größere Stoßkraft, wenn es gegen die Stoppvorrichtung stößt, und die sich daraus ergebende reziproke Bewegung zwischen den Stoppvorrichtungen kann das Vibrieren des Kollisionserfassungssignals hervorrufen und ein unstabiles Kollisionserfassungssignal erzeugen. Im Gegensatz dazu kann das Gewicht 3 dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches langsamer schwingt, die Stoßkraft auf die Stoppvorrichtung 16 und die innere Wand 73 verringern, 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 Trägheitsmoments I_T des Gewichts 3 ist es möglich, die Neigung der Schwingungsratenkurve willkürlich wenigstens zwischen der in 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 hergestellt werden.
Es ist möglich, eine beabsichtigte Charakteristik für die Kollisionserfassungsvorrichtung 100 durch geeignetes Festlegen des Trägheitsmoments I_T des Gewichts 3 bereitzustellen. Die von den Kontaktfedern 4 und 5 erzeugte Federkraft ist eine Funktion des Schwingungswinkels θ des Gewichts, d.h. F(θ), und die folgende Gleichung (4) gilt während einer Schwingungsperiode des schwingenden Gewichts 3. d2θ/dt2 = (MRT G – F(θ) rf/IT (4)wobei r_f die Entfernung zwischen der Position der Einwirkung 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 Kollisionerfassungsvorrichtung 100 eine Abhängigkeit bezüglich des Werts von MR_T/I_T vorliegt.
5 zeigt das Betätigungsgebiet (Leitungszustand der Kontakte 41 und 51) der Kollisionserfassungsvorrichtung 100 bezüglich dem Verhältnis zwischen der Amplitude und der Periode (reziprok zu der Frequenz) der Beschleunigung, welche auf die Vorrichtung einwirkt. Der Bereich oberhalb der Amplituden/Perioden-Kurve ist das betriebsfähige Gebiet, und der Bereich unterhalb der Kurve ist das nichtbetriebsfähige Gebiet. Die Amplituden/Perioden-Kurve, welche eine vertikale asymtotische Linie an der Beschleunigungsperiode D0 und eine horizontale asymtotische Linie an der Beschleunigungsamplitude G0 aufweist, stellt die Operationsschwellenwertcharakteristik dar. D0 ist die untere Schranke der Be schleunigungsperiode, welche zum Schließen der Kontakte benötigt wird, und hängt von dem Verhältnis des Exzentermassenmoments 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 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 Operationscharakteristik (Frequenzantwort) des Gewichts 3 willkürlich festzulegen, um die Bedingung der Verwendung durch geeignetes Festlegen des Trägheitsmoments I der Metallplatte 31 zu erfüllen, so daß verhindert wird, daß das Gewicht 3 bei Vorhandensein 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 erfaßt.
Der Punkt G0, welcher die horizontale asymtotische Linie des Diagramms von 5 bestimmt, stellt die Beschleunigung 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 Exzentermassenmoment MR_T und der Federkraft F(θ) ist. Die Beschleunigung G0 des statischen Gleichgewichts bezeichnet den Erfassungsschwellenwert und wird im voraus vor der erforderten 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 Metallplatte 31 derart, daß das beabsichtigte Trägheitsmoment I_T ohne Ändern des Exzentermassenmoments MR_T des Gewichts 3 festgelegt wird, ist es möglich, die beabsichtigte Betriebscharakteristik der Kollisionserfassungsvorrichtung zur Zeit des Herstellens des Prototyps zu erzielen.
Obwohl das Gewicht 3 der obigen Ausführungsform derart entworfen wird, daß die Schwinggeschwindigkeit durch Erhöhen 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 Ausführungsform mit einem willkürlichen Trägheitsmoment I durch Wählen eines entsprechenden spezifischen Gewichts γ, eines Radius R oder einer Dicke T wird eine Anzahl von Metallplatten 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 Metallplatte 31 aus einer bestimmten Anzahl von ringförmigen koaxial zusammengebauten Teilen gebildet, wodurch ein beabsichtigtes 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 kreisförmige 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 Massenschwerpunkts 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 werden.
Obwohl das Gewicht 3 und der Rotor 6 der obigen Ausführungsform 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 Ausführungsform integrale Teile der Kontaktfedern 4 bzw. 5 sind, kön nen bei einer alternativen Struktur die Kontakte getrennt von den Kontaktfedern angeordnet werden, wobei der Leitungszustand der Kontakte durch die Bewegung der Kontaktfedern 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 normalerweise geöffnet sind und im Ansprechen auf eine Beschleunigung 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 Kollisionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Pendel, welches aus einem Exzenterabschnitt mit einem Exzentermassenmoment und einem Trägheitsabschnitt ohne Exzentermassenmoment, die miteinander mechanisch verbunden sind, gebildet ist, wodurch das leichte Festlegen des Trägheitsmoments des Pendels durch das Einstellen des Trägheitsmoments des Trägheitsabschnitts ermöglicht wird, während das Exzentermassenmoment des ganzen Pendels unverändert verbleibt, wodurch eine Anpassung an verschiedene Betriebszustände einschließlich des Fahrzeugtyps, des Orts der Installation der Vorrichtung und der Kollisionsempfindlichkeitsrichtung angepaßt ist, wodurch das Erzeugen eines stabilen Kollisionserfassungssignals und die Reduzierung der Kosten ermöglicht wird.
Obenstehend wurde eine Kollisionserfasungsvorrichtung mit Exzentermasse und Trägheitsmasse offenbart. Die Kollisionserfassungsvorrichtung, welche für eine willkürliche Betriebscharakteristik entworfen wird, besitzt ein Gewicht, welches aus einer Exzentermasse, welche das Exzentermassenmoment des Gewichts bestimmt, und einer Metallplatte besteht, welche das Trägheitsmoment des Gewichts bestimmt, ohne daß das Exzentermassenmoment verändert wird. Das Gewicht ist um eine Welle an einer Position exzentrisch zu dem Massenschwerpunkt drehbar gelagert, um eine vorgeschriebene Schwinggeschwindigkeit und Frequenzantwort aufzuweisen. Ein Rotor, welcher erste und zweite Nocken aufweist, ist an dem Gewicht befestigt, und es sind Blattfedern mit Kontakten vorgesehen, um auf einem Sockel zu stehen, wobei deren Enden eine Elastizitätskraft auf die Nocken ausüben. Das Gewicht wird durch die Federn in die Richtung b gedrückt, um in Kontakt mit der inneren Wand eines Gehäuses zu kommen. Wenn die durch die Wucht einer Kollision 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

Kollisionserfassungsvorrichtung für einen sich bewegenden Körper, die aufweist: ein Gewicht (3), welches an einer bezüglich des Massenschwerpunkts des Gewichts (3) exzentrisch liegenden Position drehbar gelagert ist und das auf eine auf das Gewicht (3) einwirkende Beschleunigung entgegen einer auf das Gewicht ausgeübten Vorspannungskraft in einer bestimmte Richtung (a, b) durch Schwingung anspricht, und Kontakte (41, 51), deren Leitungszustand durch die Schwingbewegung des Gewichts (3) veränderbar ist, wobei aufgrund der Änderung des Leitungszustands das Auftreten einer Kollision des sich bewegenden Körpers erfaßt wird, wobei das Gewicht (3) aufweist: einen Exzenterabschnitt (32), welcher eine in Bezug auf seinen Massenschwerpunkt exzentrisch verlaufende Schwingungsachse aufweist und welcher das Exzentermassenmoment des Gewichts (3) und das Trägheitsmoment des Gewichts (3) beeinflusst; und einen zusammen mit dem Exzenterabschnitt (32) schwingenden Trägheitsabschnitt (31) im Wesentlichen ohne Exzentermassenmoment, welcher das Trägheitsmoment des Gewichts (3) um eine Schwingungswelle (2) des Gewichts (3) beeinflusst, wobei der Trägheitsabschnitt (31) und der Exzenterabschnitt (32) aus verschiedenen Materialien gefertigt sind.
Kollisionserfassungsvorrichtung entsprechend Anspruch 1, wobei der Trägheitsabschnitt (31) des Gewichts (3) ein größeres spezifisches Gewicht als der Exzenterabschnitt (32) aufweist.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Exzenterabschnitt (32) des Gewichts (3) aus Harz und der Trägheitsabschnitt (31) aus Metall gebildet ist.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Trägheitsmoment des Trägheitsabschnitts (31) des Gewichts (3) um die Schwingungswelle (2) so festgelegt ist, dass das Trägheitsmoment des Gewichts (3) beeinflusst wird, wodurch eine beliebige Einstellung des Betriebsverhaltens bei Beschleungigung des Gewichts (3) ermöglicht wird.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Trägheitsmoment des Gewichts (3) so festgelegt ist, dass das Einstellen der unteren Grenze (D0) einer Periode der Beschleunigung, bei welcher der Leitungszustand der Kontakte (41, 51) verändert wird, ermöglicht wird.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Material oder die Form der Trägheitsabschnitt (31) des Gewichts so festgelegt ist, dass sein Trägheitsmoment beeinflusst wird, wodurchein beliebiges Einstellen des Trägheitsmoments des Gewichts (3) ermöglicht wird.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Trägheitsabschnitt (31) des Gewichts (3) Plattenform aufweist, deren Größe, Dicke oder deren spezifisches Gewicht so festgelegt ist, dass das Trägheitsmoment des Gewichts (3) beeinflusst ist, wodurch ein beliebiges Einstellen des Trägheitsmoments des Gewichts (3) ermöglicht wird.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Trägheitsabschnitt (31) des Gewichts die Form einer Scheibe aufweist.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Trägheitsabschnitt (31) durch Einsatzformen an dem Exzenterabschnitts (32) angebracht ist, wodurch das Gewicht (3) vollständig zusammengebaut ist.
Kollisionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Trägheitsabschnitt (31) und der Exzenterabschnitt (32) des Gewichts getrennte Teile sind und wobei der Trägheitsabschnitt (31) an der zusammen mit dem Exzenterabschnitt (32) schwingenden Schwingungswelle (2) befestigt istt.