DE2207831A1

DE2207831A1 - Elektronischer sensor zum ausloesen von sicherheitseinrichtungen beim aufprall von fahrzeugen

Info

Publication number: DE2207831A1
Application number: DE2207831A
Authority: DE
Inventors: Uwe Brede; Egon Dr Flach; Heinz Dr Gawlick; Guenter Hirschmann; Walter Kreibich
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1972-02-19
Filing date: 1972-02-19
Publication date: 1973-08-23
Also published as: IT977391B; FR2172721A5; SE398082B; JPS4893042A; US3870894A; GB1368915A

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 Köln 51, Oberländer Ufer 9o 2207831

Köln, den 18. Februar 1972 Eg/pz/2o2

Dynamit Nobel AG, 521 Troisdorf, Postfach 12o9

Elektronischer Sensor zum Auslösen von Sicherheitseinrichtungen beim Aufprall von Fahrzeugen

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Sensor zum Auslösen von Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen aller Art, wenn diese auf ein Hindernis auffahren oder mit einem anderen Fahrzeug zusammenstoßen.

Auslösevorrichtungen zum Inbetriebsetzen von Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen zum Schutz der Insassen beim Auffahren auf Hindernisse sind bereits bekannt. Sie besitzen jedoch Auslösesensoren, die aus einem beschleunigungsabhängigen, mechanischen Schaltmechanismus gebildet werden, der in Verbindung mit einem elektrischen Zündkreis ein oder mehrere elektrische Zündelemente zündet. Wesentliche Nachteile dieser mechanischen Schalter sind selbst in Verbindung mit einer überwachungs- und Steuerungselektronik einerseits die große Ansprechverzögerungszeit im sogenannten "Crash-Fall" zwischen Beginn der Verzögerung beim Auffahren und dem eigentlichen Auslösen und andererseits die hohe Schlagempfindlichkeit und die damit verbundene Möglichkeit zum Fehlauslösen.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Auslösesensor zu schaffen, der einerseits beim Auftreten einer echten "Crash-Situation" sehr empfindlich und kurzzeitig arbeitet, andererseits bei einer ungefährlichen stoßartigen Beanspruchung, Vibrationen oder dergleichen in keinem Fall zur Auslösung führt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein elektronischer Sensor zum Auslösen von Sicherheitseinrichtungen beim Aufprall von Fahrzeugen, der durch einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer, einen dem dynamischen Verformungsverhalten des Fahrzeuges angepassten Auswerte- und Sicherheitsschaltkreis sowie einen aufgrund der erzeugten Piezo-Spannung auslösbaren Zündkreis gekennzeichnet ist.

Der Auswerte- und Sicherheitsschaltkreis gewährleistet dabei, daß der Sensor tatsächlich nur in einer Crash-Situation anspricht. Wie nämlich festgestellt wurde, ändert sich im Crash-Fall die Richtung bzw. Polarität der Beschleunigung bzw. Verzögerung über einen Zeitraum von wenigstens annähernd Io Millisekunden (ms) nicht. Trägt man die in der Crash-Situation gemessene Größe der Verzögerung in Abhängigkeit von der Zeit auf, so weist diese Kurve - die auch als Verzögerung-Zeit-Charakteristik bezeichnet wird - zumindest während der ersten etwa Io ms keinen Nulldurchgang auf. Der tatsächliche Verlauf der Verzögerung-Zeit-Charakteristik im Einzelfall hängt von der Fahrgeschwindigkeit beim Aufprall, der Masse des Fahrzeuges, dem in Verformungsarbeit umgesetzten Anteil der kinetischen Energie usw. ab. In jedem Falle hat es sich aber

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als kennzeichnend erwiesen, daß die Verzögerung ihre Polarität über einen längeren anfänglichen Zeitraum nicht ändert.

Im Unterschied dazu wurde bei kurzzeitigen Störungen durch Schlagbeanspruchungen, wie sie beispielsweise im Fahrbetrieb durch Steinschlag oder in Reparaturwerkstätten durch Einwirkung mit Schlagwerkzeugen vorkommen, oder bei Vibrationen der Karrosserie festgestellt, daß hier die Verzögerung innerhalb eines Zeitraums von beispielsweise 1 bis 3 ms bereits mehrfach ihre Polarität geändert hat, in der zugehörigen Verzögerung-Zeit-Charakteristik die Kurve also dementsprechend viele Nulldurchgänge aufweist.

Dieser grundlegende Unterschied in der Verzögerung-Zeit-Charakteristik kanryln zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung mit einer im Auswerte- und Sicherheitsschaltkreis vorgesehenen Verzögerungsstufe erfaßt werden und zur definierten Auslösung des Sensors benutzt werden. Wird die Verzögerungsstufe in Abhängigkeit von den Verzögerungs-Zeit-Charakteristiken des jeweiligen Fahrzeugtyps auf eine Verzögerungszeit zwischen etwa 1 und 5o ms, beispielsweise Io ms fest eingestellt, so hat das zur Folge, daß die Verzögerungsstufe das Zündsignal an den nachgeschalteten Zündkreis erst dann weitergibt, wenn die Verzögerungskurve während dieser Io ms keinen Nulldurchgang aufwies. Je größer die Verzögerungszeit eingestellt wird, desto sicherer wird einerseits der Sensor gegen ungefährliche Schlag- und Vibrationsbeanspruchungen, während er

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andererseits aber auch unempfindlicher gegenüber bereits gefährlichen Crash-Fällen wird. Für die üblichen Fahrzeugtypen und Fahrbedingungen wurden als Optimum für die Verzögerungszeit Werte im Bereich zwischen 3 und 6 ms festgestellt.

Da-mit der Sensor nicht bereits bei jedem normalen Bremsvorgang anspricht, wird gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung in den Auswerte- und Sicherheitsschaltkreis ein elektrisches Bauteil eingefügt, das einen unteren Schwellwert für die Verzögerung festlegt. Dieser Schwellwert kann im Prinzip zwischen 2 und 5o g oder darüber liegen, jedoch ist es zweckmäßig, ihn im Bereich von 2 bis Io g einzustellen. Der Schwellwert ist dem Verformungsverhalten des Fahrzeuges anzupassen. Er bewirkt, daß die Auslösung erst dann erfolgt, wenn die Verzögerungskurve nach überschreiten des Beschleunigungsschwellwertes noch mindestens für die fest eingestellte Verzögerungszeit oberhalb dieses Wertes verläuft.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Auswerte- und Sicherheitskreis einen Filterteil besitzt, höherfrequente Schwingungen, die der Verzögerung-Zeit-Kurve im Crash-Falle überlagert sind, werden dadurch herausgefiltert. Um den Sensor auszulösen, kann man das vom Beschleunigungsaufnehmer erzeugte und verstärkte Signal dazu benutzen, einen Trigger anzusteuern, dessen Ausgangssignal zum Zeitglied der Verzögerungsstufe führt. Der Zündkreis läßt sich aber gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch durch einen Integrator auslösen, wobei eine dem

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Integral der Verzögerung-Zeit-Kurve proportionale Spannung erzeugt wird. Diese Spannung ist dann in der Lage, die
Auslösung des Zündkreises zu bewirken, wenn sie oberhalb
der im Integrator fest eingestellten Auslöseschwelle
liegt, die entsprechend der Verformungscharakteristik des jeweiligen Fahrzeugtyps und den anderen Einflußgrößen bestimmt ist. Dieser festen Auslöseschwelle entspricht ein fester Integralwert, so daß die tatsächliche Auslösung
bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten auch nach unterschiedlichen Verzögerungszeiten erfolgt. DieVerzögerungszeit ist hierbei also geschwindigkeitsabhängig. Bei
dieser Ausfuhrungsform ist der Integrator dann zugleich
auch Filter und Verzögerungsstufe. Er kann vorteilhafterweise durch entsprechende Wahl der Bauelemente aus dem
Trigger entstehen.

Die Eigenfrequenz des Piezoaufnehmers wird sehr hoch gewählt, vorzugsweise zwischen Io und loo kHz, so daß jedes Signal, auch ein hochfrequentes, wie es durch Schläge oder Vibrationen der Karosserie eines Kraftfahrzeuges auftreten kann, weitergegeben wird. Um die Empfindlichkeit des Piezoaufnehmers zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Piezotablette des Aufnehmers vorzuspannen.

Außerdem ist eine Reserveenergiequelle, beispielsweise in Form eines Kondensators, zweckmäßigerweise vorgesehen,die nach einem eventuellen Ausfall des Bordnetzes garantiert, daß der Sensor noch eine bestimmte Zeit, beispielsweise
3o Sekunden bis 5 Minuten, funktionsfähig bleibt.

Um die Funktionsbereitschaft des Sensors zu kontrollieren und um Fehlauslösungen zu vermeiden, wird vorteilhafterweise ein Kontrollorgan vorgesehen, das beim Aus-fall irgendeines Bauelementes eine Störmeldung abgibt und

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gleichzeitig verhindert, daß durch diesen Ausfall eine Fehlauslösung möglich wird.

Weitere zweckmäßige Ausführungsformen sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, die anhand der in den Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausbildungen näher erläutert wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für den erfindüngsgemäßen Sensor mit diskret einstellbarer beschleunigungs^

abhängiger Schaltschwelle in Verbindung mit diskret einstellbarer Auslöseverzogerungszeit.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sensors mit geschwindigkeitsabhängigem Auslöseverhalten.

Fig. 3 und 4 zeigen die Verzögerung-Zeit-Kurve bei verschiedenen Aufprallgeschwindigkeiten sowie den Einsatz des Sensors gemäß Fig. 1.

Fig. 5 und 6 zeigen die gleichen Darstellungen Wie Fig. 3 und 4 für den in Fig. 2 dargestellten Sensor.

Fig. 7 zeigt den Schaltplan für einen Sensor gemäß den Blockschaltbildern aus Fig. 1 Oder 2.

Fig. 8 zeigt den piezoelektrischen Beschleunigüngsaufnehmer im Schnitt.

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Der in Fig. 1 dargestellte Sensor besteht aus einem Piezoaufnehmer 1, der ein Signal an den Auswerte- und Sicherheitsschaltkreis X abgibt. Letzterer besteht aus einem Verstärker 2, einem Filter 3 und einem Trigger 5, an den sich ein Verzögerungsglied 6 anschließt, und einen Sicherheitsschaltkreis 4. Durch die Verzögerungseinheit 6 wird bei einem Signal, das den fest voreingestellten Schwellwert der Verzögerung-Zeit-Charakteristik für ein gleichfalls fest eingestelltes Zeitintervall überschreitet, ein Zündkreis 7 gezündet, falls keine Störungsmeldung von dem Sicherheitsschaltkreis 4 erfolgt.

Aus Gründen der Sicherheit hinsichtlich der Betriebs- und Funktionskontrolle ist ein Kontrollorgan 8 vorgesehen, welches einerseits die Energiequelle Io kontrolliert und andererseits über den Energiebedarf der Gesamtschaltung die Funktionsteile des aktiven Schaltkreises, bestehend aus den Bausteinen 2, 3, 5, 6 und 7, kontrolliert. Außerdem ist eine Reserve-Energiequelle 9 vorgesehen, die nach Ausfall des Bordnetzes Io für eine bestimmte Zeit den Betrieb des Sensors sicherstellt.

In Fig. 3 ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen, während auf der Ordinate die Verzögerung b, die normalerweise in g = Erdbeschleunigung gemessen wird, angegeben ist. Die Verzögerung-Zeit-Kurve 3o dieser Figur zeigt den typischen Verlauf für einen Aufprall eines Fahrzeuges mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges mit 7o km/h. Nach Erreichen eines bestimmten Schwellwertes 31 für die Verzögerung, beispielsweise 7 g, zeigt der Trigger 5 Kippvechalten und startet damit die

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Verzögerungsstufe 6. Nach einem Zeitabschnitt 33, der fest eingestellten Verzögerungszeit, die beispielsweise bei 3 ms liegt und vom Zeitpunkt 32 an läuft, an dem der Trigger kippt, wird im Zeitpunkt 34 der Zündkreis 7 gezündet, indem entsprechend der Kurve 35 eine Zündspannung U an den Zünderausgang 52 des Zündkreises 7 angelegt wird.

In Fig. 4 ist die Auftreffgeschwindigkeit des Fahrzeuges geringer, etwa 2o oder 3o km/h, so daß die Verzögerung-Zeit-Kurve 36 flacher verläuft, wodurch der Trigger 5 die Verzögerungsstufe 6 erst an einem späteren Zeitpunkt 32 startet.

In der Regel sind die Kurven mit höherfrequenten Schwingungen überlagert, die jedoch bereits im Verstärker oder durch spezielle Einrichtungen, wie den Filter 3, der nach dem Verstärker 2 angeordnet ist, herausgefiltert werden. Die Kurven sind eindeutig von Null verschieden und besitzen eine bestimmte Polarität. Ein Stoss bzw. eine Vibrationsbeanspruchung erzeugt dagegen eine Beschleunigung-Zeit-Kurve, die von den Crash-Kurven eindeutig abweicht, da ihr Verlauf dem einer gedämpften Schwingung, um den Nullpunkt gleicht, d.h. es existieren Nulldurchgänge und damit keine Polarität. Weiterhin besitzt diese Kurve steile Anstiegsflanken, die Frequenz ist sehr hoch, so daß die Möglichkeit gegeben ist, die Auslösung des Zündkreises durch diese Schwingungen zu sperren. Durch Messungen der Verzögerung-Zeit-Charakteristik beim Aufschlag der verschiedensten Kraftfahrzeug-

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typen auf Hindernisse im Geschwindigkeitsbereich von bis 75 km/h wurde ermittelt, daß selbst bei hoher Geschwindigkeit mit sehr steifer Knautschzone des Fahrzeuges immer noch Verzögerung=zeiten über 1 bis 2 ms gefordert werden müssen- Die einer Zeit von ca, 1 ms zugeordnete Frequenz beträgt, ledocii bereits I kHz _c d.h. schlagförmige Beanspruchungen liegen Eii\: -Sicherheit im Frequenzbereich und iiu Änatiegsverhalten über äieseia Wert.

Tritt nach dem 7etstäri,;er 2 ?.!?; Störsignal miz _c das in jedem Falle in einer kieit von ca.-, Ί. ras negative Amplituden besitzt, so tritt di.e i;ie^arhsitg=ini\lehtung 4< in Funktion und set^:t c^n et-i:uerkri.is ia Zündkreis auf ' Kurzschluss, so da.S ei;· _-Ig^7:1 -^i:.s c-eia 7srsüysrungsglied 6 den Zündkreis 7 rächt aus".Ic£:-.;:·. jir.^n-

Der in Fig. 2 dar ge sie "..its i.än^or :--:^sit Iiinsiolitlish dsr Verzögerungszeit: 33 variabel. :--h, iaß Ci,s·. £ünci"rig dss Zündkreises 7 ia Abhangilc-kei;" "-/^n c^r Gscch&indigksit erfolgt. Die Auslösung a«s i":.:c.KreIrss ^T-7irc^; hier awreh Integrierung der Verzögerung-i5ait-I";r-/e bis su sinsin vorbestimmten Wert bewirkt, ZLf- Msstricheite:! Flächen unterhalb der Kurven. Sc ^v'i Z-S in ^ig» 5 wad. 6 sind daher für einen bestiamvter;. S^*\s m: 'CihiyLcli_f viälireiiS di3 Verzögerungszeiten 33 aufgrund öes i^rsc-iiedansii Verlaufs der Crash-Kurven untersciiie-ällch sind»

Bei dieser Ausführungsform wird cias beispielsweise bei einem Auffahrunfall am Piezeaiifnehins" 1 erzeugte Signal über einen Verstärker 2 an den Integrator II weiterge-

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Io -

geben, worauf entsprechend dem im Integrator eingegebenen Schwellwert das Zündsignal an den Zündkreis 7 weitergeleitet wird, falls von der Sicherheitseinrichtung 4 keine Störungsmeldung erfolgt. Die im Integrator 11 eingestellte Auslöseschwelle entspricht einem gezielten und nach der jeweiligen Fahrzeugcharakteristik abgestimmten Integralwert. Die Stromversorgung sowie die Betriebs- und Funktionskontrolle wird wie in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform vorgenommen. Der Auswerte- und. Sicherheitsschaltkreis X wird hier durch den Verstärker 2, den Integrator 11 und die Sicherheitseinrichtung 4 gebildet.

In Fig. 7 ist ein Schaltplan mit einer besonders bevorzugten Schaltung für den erfindungsgemäßen Sensor nach den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 dargestellt im Zusammenhang mit dem Air Bag-System eines Kraftfahrzeugs. Jedoch lassen sich hierbei alle Bauelemente durch äquivalente ersetzen. Das Signal wird an dem Piezoaufnehmer 1 erzeugt und über den Widerstand R, zum Aufsteuern des Transistors T, benutzt, der seinerseits den weiter in Kaskade geschalteten Transistor T₂ aufsteuert. Der Ausgang des Transistors T₂ ist mit einem Potentiometer P verbunden, das auch durch eine Spannungsteilerschaltung ersetzt werden kann. Weiterhin ist der Ausgang des Transistors T₂ mit dem Transistor T, über den Kondensator C, und den Widerstand R₃ rückgekoppelt. Dieser Impedanzwandler 2, der aus den Widerständen R₁, R₂, R₃, R₄, Rr/ den Transistoren T., T„, dem Kondensator C. und dem Potentiometer P besteht, dient dazu, aus der am Piezoaufnehmer 1 erzeugten Spannung einen Strom temperaturunabhängig herzustellen, um die Ansprechtoleranzen des

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ii.

Sensors möglichst klein zu halten«

Die am mittleren Abgriff des Potentiometers ? abgegriffene Spannung wird in der Vsrsterkerstufe Ξ verstärkt, die aus einem integrierten Verstärkerbaustein 5ο, hier T£ä 522, den Kondensatoren C,/ £3» C., Sen Widerständen Rg* S^ und Rg besteht.

An diese Verstärkerstufe E schließt sich ein Nachlaufverstärker an, der aus den Transistoren T_n und T_ß soxfie den Widerständen R₀, R, und R₁₁ bestallt. Dieser Teil zeigt beim Erreichen eines bestimmten Beschleunigungswertes am Piezoaufnehmer 1 Kippverhalten. Der nachfolgende Transistor Tr ist normalerweise stromdurchflossen, so daß sich der Kondensator C. des nachfolgenden Zeitgliedes bestehend aus diesem Kondensator sowie dem Widerstand R., nicht aufladen kann. Wenn jedoch der Trigger 5, hier dargestellt durch den Schaltkreis D, kippt, wird dar Transistor T„ gesperrt, wodurch das Zeitglied R.. C. der Vsrsögerungsstufe 6, welche noch die. Widerstände R₁₂ ^uri<2· *■■<■-, -3 aufweist, anläuft« Wird nun durch den Sicherheitsschaltkreis 4 keine Störung registriert, so kann das Zeitglied bis zur Zündspannung des Zündkreises 7 hochlaufen, worauf dann der Zünderausgang 52 freigegeben wird.

Der Sicherheitsschaltkreis 4 ist in Fig=, I separat gezeichnet, wird jedoch in Fig. 7 diircli den Gesamtschaltkreis dargestellt. Durch eine Störschwingung, wie sie bei Steinschlag usw. auftreten, wird der Transistor T₁- durch sämtliche Vorschaltglieder derart angesteuert, daß das Zeitglied R_fcC. immer wieder auf Null gssetst wird, da derartige Schwingungen in der durch das Zeitglied eingestellten festen Verzögerungszeit mehrers Hulldurehgänge besitzen.

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Der in Fig. 1 dargestellte Filter 3 wird durch die Kondensatoren C., C₂ sowie C₃ und C₄ gebildet. Dieser Teil kann aber auch durch den Verstärker 5ο und den Kondensator C-gebildet sein. Der Zündkreis 7 wird durch den Widerstand R.., den Schaltmodul 51, und den Kondensator C₅ gebildet. Der Schaltmodul 51 besitzt das Verhalten eines Thyristors in der Anoden-Kathoden-Strecke und das Verhalten einer exakt schaltenden Trigger-Diode im Steuerkreis. Er ist vorzugsweise so bemessen, daß er einen maximalen Steuerstrom von Io 11A, einen Anodenspannungsbereich von 5 V bis 80 V und einen Stoßstrom von Io A besitzt. Dadurch ist er in der Lage, bei einem fest vorgegebenen Spannungswert mit nur sehr geringfügigen Toleranzen zu schalten. Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen integrierten Schaltkreis, der jedoch auch durch äquivalente Bauelemente ersetzt werden kann. Er wird daher bei Erreichen einer bestimmten Spannung am Kondensator C. aufgesteuert, so daß die Energie des Kondensators C₅ auf den Zünderausgang 52 geschaltet wird.

Der gesamte Schaltkreis wird durch die elektrische Stromversorgung des Fahrzeugs, beispielsweise im Spannungsbereich von Io bis 14,5 V gespeist. Die Diode D,, die Zenerdiode ZD₂» die Widerstände R₁₆, R-, 7/ R,g₍ R, g und der Kondensator C_fi stellen den Stromversorgungsteil Io dar, wobei der Plus-Pol 55 über den Widerstand R,_o und den Kondensator C, mit der Erde 59 verbunden ist. Dieser Tei^öient außerdem zur Stabilisierung und zur Aufbereitung von verschiedenen Spannungen für den Folgeschaltkreis. Als Reserve-Energiequelle 9 dient der Kondensator C₇, der beim Einschalten des Stromversorgungsteils Io aufgeladen wird. Das Kontrollorgan oder die Diagnoseschaltung 8 wird im wesentlichen aus einem logischen integrierten Baustein,einem

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4-fach-Nandgatter 58 gebildet. Zwei Nandgatter dienen dabei der Signalinvertierung, wobei auf beide Eingänge dasselbe Signal gelegt ist, während ihre Ausgänge auf die Eingäge- eines weiteren Nandgatters geführt sind. Die Benutzung eines 4-fach-Nandgatters 58._r das beispielsweise vom Typ SN 54oo ist, hat den Vorteil,daß nicht mehrere verschiedene logische Elemente benötigt werden. Die Zenerdiode ZD,, und der Widerstand R-₅ dienen zur Signalaufbereitung zur Kontrolle des gesamten elektrischen Spannungsniveaus der Gesanvtschaltung« Hierüber werden praktisch sämtliche Schaltkreise kontrolliert, da bei der Störung irgend eines Bauelements sich das Spannungsniveau in der Zenerdiode SD, änderte Diese wird normalerweise von einem kleinen Strom durchflossen, der über den Vorwiderstand R_n, den Transistor T- aufsteuert, so daß am Nandgatter ein Signal erscheint, Bei einem Absinken der Spannung unter das Durehlassnives/2 der Zanerdiode ZD, erscheint dagegen am Sandgatter kein Signal mehr, wodurch eine Fehlermeldung ausgelöst wird.

Der Zünderausgang ist über den Widerstand R₀~ mit den beiden Eingängen des weiteren invertierenden Nandgattsrs verbunden, wodurch festgestellt wird, ob das Zündmittel einen Masseschluss, einen unendlichen Widerstand besitzt oder ob Kabelfehler in der Zuleitung dss Mr Bag-Systems vorhanden sind, für das sich eier erfindungsgemäße Sensor beispielsweise eignet.

Der Druck der für das Air Bag-System notwendigen Druckluftflaschen wird mittels eines Druckschalters 53 kontrolliert, der sich bei zu geringem Druck öffnet. Die

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Die Widerstände R₅ und R _g dienen zur Signalaufbereitung für die Flaschendruckkontrolle, die ebenfalls über eines der Nandgatter kontrolliert wird, so daß bei zu geringem Druck eine Fehlermeldung erfolgt.

Die Fehleranzeige erfolgt über die Dioden D2 und D₃ in Verbindung mit den Widerständen R- und R₃₁ sowie dem Transistor T_fi, durch den eine Warnlampe 57 am Amaturenbrett des Fahrzeugs eingeschaltet und damit einFehler im System angezeigt wird.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform werden der Verstärker E und der Folgeverstärker D derart justiert, daß der Transistor T₅ proportional dem Verlauf der Verzögerung-Zeit-Kurve auf und zu gemacht wird. Das Zeitglied R.C arbeitet dann als Integrator. Falls die Kurve Nulldurchgänge besitzt, erreicht das Integral nicht den voreingestellten Schwellwert, so daß der Zündkreis 7 nicht ausgelöst werden kann. Der in Fig. 2 dargestellte Sicherheitsschaltkreis 4 wird hier ebenfalls durch den Gesamtschaltkreis gebildet.

Wenn die Diagnoseschaltung 8 keinen Fehler anzeigt, ist der Sensor betriebsbereit. Beim Auftreten einer Verzögerung des Fahrzeugs, beispielsweise verursacht durch einen Aufprall auf ein Hindernis, wird am Piezoaufnehmer 1 über den Impedanzverstärker 2 an den Verstärker E ein elektrisches, der Verzögerung proportionales Signal gegeben. Je nach Justierung der Folgeschaltkreise arbeiten die nachfolgenden Schaltkreise D und C als Integrator oder als Trigger.

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Im Falle der Triggerfunktion kippt der Verstärker D bereits bei dem mit dem Potentiometer vorjustierten Schwellwert, der z.B. auf 8 g eingestellt ist, Am Widerstand Rq tritt spontan ein Spannungssprung auf, die Transistoren T₃ und T₄ arbeiten als Trigger und betätigen den Verzögerungsteil S, Nach Ablauf der voreingestellten Verzögerungszeit schaltet der Zündkreis die Energie des Kondensators C_R auf den Sünderausgang. Im Falle seiner Funktion als Integraticnsverstärker arbeitet der Verstärker D nicht als Schwellwertkippsfcufe, sondern als Proportionalverstärker. Am Widerstand R_c entsteht eine dem an dem Piezoaufnehmer I entstandenen Signal proportionale Spannung. Die Transistoren T.,, T^ und T₅ arbeiten in diesem Falle als Folgeverstärker« Der Transistor T₅ wird proportional zum Signal am Piezoaufnehmer 1 auf und zu gemacht.

Der Sicherheitsschaltkreis 4 wird im wesentlichen durch den Impedanzwandler 2, den Verstärker S, den Trigger D und dem Verzögerungsschaltkreis 6 automatisch mit dargestellt. Treten innerhalb einer durch das Seitqlied Ra_C. sowie den Elementen R. ~ und R,, und τ_Γ festgelegten Verzögerungszeit durch Schlag- und Stossbeanspruchung verursachte Spannungsspitzen auf ^ die auf jeden Fall hochfrequenter Natur sind, so schaltet der Transistor Tc im Zusammenhang mit den Nulldurchgängen der fehlerhaften Schwingung die Steuerelektrode des Moduls 51 auf Nullpotential, d.h. es kann sich keine Steuerspannung zum Zünden des Moduls 51 am Zeitglied R= C. aufbauen. Die Wahl der Arbeitspunkte der Transistoren T-y ΐ« und Tr gestattet, daß sowohl bei den Arbeitsweisen als Trigger als auch als Integrator diese Sicherheitsftanktion gewährleistet wird.

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Der Piezoaufnehmer 1 ist in Fig. 8 dargestellt und besteht aus einem Gehäuse lol, das an der Vorderseite mit einer Schraube Io8, beispielsweise einer Madenschraube mit Innensechskant ■, versehen ist. Diese Schraube Io8 dient dazu, eine Piezotablette Io3, die innerhalb des Gehäuses lol angeordnet ist, über Tellerfedern Io7 und eine Schlagmasse Io2 vorzuspannen. Die Piezotablette Io3 ist über ein Kontaktstück Io4, das gegenüber dem Gehäuse lol durch eine Isolation Io5 abgeschirmt äst, mit dem Pol Io9, der isoliert durch das Gehäuse lol geführt ist, verbunden. Das Gehäuse lol ist durch eine Abdeckplatte Io6 verschlossen. Die Vorspannung der Piezotablette Io3 ist notwendig, um möglichst eine gleichbleibende Empfindlichkeit zu bewirken und damit beispielsweise Temperatureinflüsse auszuschliessen. Die Vorspannung kann beispielsweise durch Anziehen der Schraube Io8 mittels eines DrehmomentSchlusseis vorgenommen werden.

Der gesamte Schaltkreis, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, kann erforderlichenfalls einschließlich des Piezoaufnehmers 1 als integriertes Bauelement ausgeführt werden, so daß der Sensor praktisch keinen Platz beansprucht und sehr robust, d.h. wenig störanfällig ausführbar ist. Die Abmessungen des Piezoaufnehmers 1 liegen etwa in der Grössenordnung von etwa 4 cm Höhe und 1,5 cm äußeren Durchmesser.

Der erfindungsgemäße Sensor kann selbstverständlich nicht nur im Zusammenhang mit dem Air-Bag-System vorteilhaft verwendet werden, sondern beispielsweise auch zusammen mit Sicherheitsfangnetzen, im Crash-Falle anspannbaren Sicherheitsgurten oder vergleichbaren Einrichtungen.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektronischer Sensor zum Auslösen von Sicherheitsein- ^y richtungen beim Aufprall von Fahrzeugen, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer (1), einen dem dynamischen Verformungsverhalten des Fahrzeugs angepassten Auswerte- und Sicherheitsschaltkreis (X) sowie einen aufgrund der erzeugten Piezospannung auslösbaren Zündkreis (7).

2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verzügerungsstufe (6_P U) vor dem Zündkreis (7).

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerte- und Sicherheitsschaltkreis (X) ein den Schwellwert für die Verzögerung festlegendes elektrisches Bauteil (P) besitzt.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerte- und Sicherheitskreis (X) einen Filter (3, 11) besitzt,

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4_e dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Filter (3) und Verzögerungsstufe (6) ein Trigger (5) angeordnet ist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstufe (6) auf eine Verzögerungszeit im Bereich von 1 bis 5o ms, vorzugsweise 3 bis 6 ms, fest einstellbar ist.

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7. Sensor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (7) durch einen Integrator (11) auslösbar ist.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet/ daß der Integrator (11) durch entsprechende Wahl der Bauteile des Triggers (5) entsteht.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers (1) zwischen Io und loo kHz liegt.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoaufnehmer (1) eine Piezotablette (Io3) aufweist, die mit Mitteln zum Vorspannen (Io7, Io8) über eine Schlagmasse (Io2) vorspannbar ist.

11. Sensor nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vorspannen (Io7, Io8)aus einer Madenschraube und Tellerfedern bestehen.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reserveenergiequelle (9) für den Sensor vorgesehen ist.

13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reserveenergiequelle (9) ein Kondensator ist.

14. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Kontrollorgan (8) für die Funktionsbereitschaft des Sensors.

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15. Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollorgan (8) im wesentlichen aus logischen Schaltkreisen (58) besteht.

16. Sensor n^ch Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Schaltkreise (58) aus einem 4-fach-Nandgatt.er bestehen.

17. Sensor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollorgan (8) Mittel zum Kontrollieren des Spannungsniveaus, insbesondere in Form einer Zenerdiode (ZD ) besitzt.

18. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (7) aus einem Schaltmodul (51), einem Kondensator (Cj-) und einem Widerstand (R, «) besteht, wobei der Schaltmodul (51) über eine Steuerungselektrode die Energie des Kondensators (C₅) auf den Zünderausgang (52) schalten kann.

19. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmodul (51) aus einem elektronischen integrierten Baustein mit dem Verhalten eines Thyristors in der Anoden-Kathoden —Strecke und dem Verhalten einer exakten Triggerdiode im Steuerkreis besteht.

20. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (2) als Impedanzverstärker ausgeführt ist.

21. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß er als integriertes Bauelement ausgeführt ist.

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