DE29508086U1 - Sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung

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Description

28028/95/04.04.95
R. 27850-1
em 1424/93
15.5.1995 Sf/Kei
ROBERT BOSCH GMBH, D-70442 STUTTGART Sensoranordnung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für die Erfassung der Lage und/oder der Beschleunigung eines beweglichen Körpers und eine bevorzugte Anwendung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Sensoranordnungen der gattungsgemäßen Art werden vorzugsweise in Fahrzeugen als bewegliche Körper angeordnet, bei denen beispielsweise unfallbedingte Lageänderungen oder sonstige die Lagestabilität beeinflussende Situationen erfaßt und entweder zur Erzeugung eines Warnsignals oder zu entsprechenden Steuersignalen für Sicherheitseinrichtungen herangezogen werden. Insbesondere soll hiermit ein Überrollvorgang erkannt und in seinen Auswirkungen vermindert werden.
^#28028/95/A4...04.95., ....
Es ist bereits aus der DE-OS 41 01 060 eine Sensoranordnung bekannt, bei der ein, den sogenannten Halleffekt ausnutzendes Bauteil im Gehäuse der Sensoranordnung angebracht ist, das in Wirkverbindung mit einem Magnetelement im Trägheitskörper steht. Eine Kippbewegung des Trägheitskörpers führt zu einer Relativbewegung zwischen dem Magnetelement und dem Hall-Element, wodurch ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugbar ist. Die Auswertung vertikaler Bewegungen ist hier nicht vorgesehen.
Weiterhin lassen sich auch Quecksilberschalter als beschleunigungsempfindliche Sensoren in Fahrzeugen einsetzen, die bei Lageänderungen des fließenden Quecksilbers elektrische Schaltvorgänge auslösen und damit Sicherheitseinrichtungen aktivieren können. Solche Sensoren sind aus „1141, Ingenieurs de !'Automobile (1982) No.6, S.76" bekannt. Nachteilig ist hierbei, daß die Verwendung von Quecksilber aus Umweltschutzgründen bei unfallgefährdeten Fahrzeugen nur bedingt möglich und der Funktionsbereich auf Temperaturen bis hinunter auf -350C begrenzt ist. Üblicherweise ist jedoch die untere Betriebstemperatur in der Kraftfahrzeugelektronik auf -4O0C spezifiziert.
Aus der E- 01 79 120 Bl ist darüber hinaus eine Sensoranordnung bekannt, die eine fest im Gehäuse installierte Lichtstrahlerzeugung und -detektion vorsieht, wobei der Trägheitskörper bei einer Lageänderung den Lichtstrahl unterbrechen und damit ein Steuersignal initiieren kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung der eingangs beschriebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß mit relativ einfachen Mitteln eine umfassende Detektion aller Lageände-
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rungen des Trägheitskörpers, insbesondere auch in der vertikalen Achse, durchgeführt werden kann. Besonders wenn die Gefahr eines Überrollens des beweglichen Körpers besteht, ist es notwendig, auch vertikale Bewegungs- bzw. Beschleunigungsvorgänge rechtzeitig zu erfassen um entsprechende Sicherheitsvorrichtungen zu aktivieren. Dies kann mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sowohl in qualitativer als auch in quantitativer Weise vorteilhaft durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist in hervorragender Weise geeignet, drei Zustandsgrößen oder -änderungen mit einem Detektor zu erfassen und bei Überschreiten der jeweiligen Auslösekriterien Schalt-, Steuer- oder Warnsignale zu erzeugen. Es kann mit der gleichen Anordnung erstens der Kippwinkel, zweitens die Horizontalbeschleunigung und drittens die Vertikalbeschleunigung des bewegten Körpers erfaßt werden. Bei vielen Unfallsituationen im Straßenverkehr ist es vorteilhaft alle diese drei Zustände gleichzeitig auszuwerten um Sicherheitseinrichtungen zu aktivieren. Hinsichtlich der Vertikalbeschleunigung kann hierbei über eine Zeitfunktion sichergestellt werden, daß beispielsweise Vertikalauslenkungen in einer Zeitspanne von kleiner 300 ms nicht berücksichtigt werden, da es sich hier um ungefährliche Schwankungen (bspw. durch Bodenwellen) handelt. Bei dem Neigungsverhalten des bewegten Körpers, bzw. des Fahrzeugs kann beispielsweise eine Neigung um die Längsachse von größer 55° und um die Querachse von größer 80° als kritisch angesehen werden, wobei hier auch entsprechende Horizontalbeschleunigungen detektiert werden.
Nach Unteranspruch 2 und weiteren Ausführungsformen gemäß Unteransprüchen 7 oder 8 ist die Detektion der Lageänderungen besonders vorteilhaft mit einem elektrischen Schwingkreis, bevorzugt im hochfrequenten Bereich, vorzunehmen. Der ferromagnetische Trägheitskörper verursacht
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hierbei durch eine Lageänderung eine unterschiedliche Bedämpf ung des Schwingkreises, was in ein leicht auswertbares elektrisches Signal analoger oder digitaler Art umgewandelt und in einer Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden kann.
Außerdem sind noch vorteilhafte Ausfuhrungsformen in den weiteren Unteransprüchen angegeben, wobei insbesondere ein thermoplastischer Schutzring am Trägheitskörper einen Verschleiß des Trägheitskörpers vermindert und so zur Betriebssicherheit der Anordnung beiträgt.
Die in den Ansprüchen 10 bis 13 angegebene vorteilhafte Verwendungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ermöglicht eine einfache Kombination einer ohnehin in den meisten Fahrzeugen moderner Bauart vorhandenen elektronischen Auswerteeinheit mit der Sensoranordnung. Hierbei kann auch in bestimmten Testsequenzen die einwandfreie Funktion der Sensoranordnung überprüft werden.
Insbesondere können nach jeder Initialisierung der Sensoranordnung, beispielsweise beim Start des Fahrzeugs, die elektrischen und mechanischen Funktionen der Anordnung getestet werden. Da Überrollvorgänge relativ langsam vor sich gehen (maximale Winkelgeschwindigkeit ca. 3 60°/sek) können diese Testsequenzen während des Betriebs wiederholt werden. Hierbei erfolgt, nach einer geeigneten Fehlerfilterung zwecks Erhöhung der Fehlertoleranz, eine Überwachung der Warn- und Steuersignale und eine eventuelle Fehlermeldung. Es ist hierbei auch möglich entsprechende Fehlercodes auszugeben bzw. in der Auswerteeinheit elektronisch zu speichern. Weiterhin ist es auf einfache Weise möglich geeignete Grenzwerte, die als Auslösekriterien heranzuziehen sind, vorzugeben, wobei diese Beschleunigungs- oder Lageänderungswerte vornehmlich durch Versuchsreihen ermittelt werden.
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Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Sensoranordnung mit einem Trägheitskörper in der Ruhelage;
Figur 2 einen Schnitt durch eine Sensoranordnung mit einer Lageänderung des Trägheitskörpers, beispielsweise in einem Testzustand;
Figur 3 einen Schnitt durch eine Sensoranordnung in der Draufsicht;
Figur 4 einen schematisch dargestellten elektrischen Schwingkreis;
Figur 5 einen weiteren Längsschnitt durch eine Sensoranordnung mit einer Auslenkung des Trägheitskörpers in vertikaler Richtung;
Figur 6 eine Abwandlung der Figur 5 mit einer zusätzlichen Magnetspule im Gehäusedeckel und
Figur 7 eine Darstellung der Sensoranordnung während eines ÜberrollVorgangs.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine Sensoranordnung mit einem zylindrischem Gehäusemantel 1, vorzugsweise aus einem Kunststoff PBT (Polybutylenterephtalat), gezeigt, das im Inneren ein ebenfalls aus Kunststoff hergestelltes Aufnähmeelement 2 für einen weitestgehend ferromagnetischen Trägheitskörper 3 aufweist. Der Trägheitskörper 3 besitzt am unteren, äußeren Rand einen thermoplastischen Schutzring 4, der zur Verschleißverminderung aus einem Kunststoff POM (Polyactal) hergestellt ist. Das Aufnahmeelement 2 ist über eine Feder
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5, aus nichtmagnetischem Material, auf einer ebenfalls nichtmagnetischen Grundplatte 6 gelagert.
Ein Elektromagnet 7 für eine Auslösung einer seitlichen Lageänderungen (kippen), des Trägheitskörpers 3 in einer Testsequenz ist im oberen Bereich des Gehäusemantels 1 angebracht, wobei das magnetische Feld einer Spule 8 den Trägheitskörper 3 beeinflußt. Der Elektromagnet 7 weist außerdem einen E-Kern 9 auf. Alternativ hierzu ist auch die Anbringung einer Spule 8 ohne &Egr;-Kern möglich, die an die Gehäusemantelform angepaßt ist und ca. 1/3 der Mantelfläche überdecken kann.
An der Grundplatte 6 ist eine Spule aus einer mehradrigen Hochfrequenzlitze für einen Detektor 10 zur Erfassung der vertikalen Lageveränderung des Trägheitskörpers 3 in der positiven &zgr;-Richtung vorhanden. Elektrische Anschlüsse 11 dieses Detektors 10 sowie elektrische Anschlüsse 12 der Magnetspule 7 sind auf eine Leiterplatte 13 geführt, an der auch die gesamte Sensoranordnung mechanisch gehalten ist.
Figur 2 zeigt eine seitliche Verkippung des Trägheitskörpers 3 mit einer Anlage an die Wand des Aufnahmeelements 2. Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Magnetspule 7 in einer Testsequenz aktiviert, um die Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung zu testen. Dadurch, daß sich der ferromagnetische Trägheitskörper 3 weiter von der Spule des Detektors 10 wegbewegt hat, ergibt sich eine Änderung der Bedämpfung des elektrischen Schwingkreises {vgl. Figur 4) des Detektors 10, so daß diese Änderung zur Erzeugung eines Signals ausgewertet werden kann.
Mit einer zusätzlichen Auswertung der Änderungsgeschwindigkeiten der Schwingkreisbedämpfung, lassen sich auch die Beschleunigungswerte für die Querbeschleunigung aq sowie für die Vertikalbeschleunigung av ermitteln und zur Auswertung
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heranziehen. Eine hier nicht dargestellte Auswerteeinrichtung kann aus diesen Detektionssignalen Steuersignale für entsprechende Warn- oder Sicherheitseinrichtungen ableiten, die beispielsweise für eine Auslösung der Überrollschutzeinrichtungen bei einem Fahrzeug mit offenem Verdeck oder der Gurtstraffeinrichtung bei Fahrzeugen aller Art herangezogen werden.
Die Form und die Masse des Trägheitskörpers 3 ist so dimensioniert, daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Schräglage des Fahrzeugs bzw. ab einer vorgegebenen Horizontalbeschleunigung der Trägheitskörper 3 aus seiner Ruhelage herausgerissen wird und seitlich kippt sowie gegebenenfalls bei einer Vertikalbeschleunigung von der Grundplatte 6 abhebt. Hierzu weist der Trägheitskörper 3 eine kegelstumpf art ige Verjüngung und der Aufnahmekörper 2 eine entsprechende Erweiterung nach oben auf. Geeignete Auslösekriterien für das Kippen sind hier etwa ein Neigungswinkel des Fahrzeugs zur vertikalen Fahrzeugachse von größer/gleich 55° oder eine entsprechende omnidirektionale Beschleunigung des Fahrzeugs in der Horizontalen von größer/gleich 1,4 g (g = Erdbeschleunigung). Ein Auslösekriterium für das Abheben des Trägheitskörpers 3 von der Grundplatte 6 stellt eine vertikale Beschleunigung av der Sensoranordnung in negativer &zgr;-Richtung von größer/gleich 0,4 g, bzw. ein Bodenkontaktverlust des Fahrzeugs dar.
Alternativ hierzu können als Auslösekriterien auch unterschiedliche Empfindlichkeiten in Abhängigkeit von der Beanspruchungsrichtung des Fahrzeug herangezogen werden. Beispielsweise ein Überschreiten des Neigungswinkels um die Längsachse in Fahrtrichtung, um die das Fahrzeug aufgrund der Längsausdehnung leichter kippt, bei ca. 55°, bzw. eine entsprechende Querbeschleunigung aq von ca. 1,4 g, oder ein Überschreiten des Neigungswinkels um die Querachse bei ca. 80°, bzw. einer Längsbeschleunigung al von ca. 5,7 g. Die
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Empfindlichkeit in Vertikalrichtung wird davon im Prinzip nicht beeinflußt. Diese unterschiedlichen Empfindlichkeiten können z. B. durch eine ovale Gestaltung des Trägheitskörpers 3 und des Aufnahmeelements 2 erreicht werden. Die Sensorempfindlichkeit ist dann bestimmt durch den Abstand vom Grundflächenmittelpunkt zum Grundflächenrand in der Beanspruchungsrichtung. Ein großer Abstand bedeutet hier eine kleine Empfindlichkeit, d.h. in Fahrzeuglängsrichtung müßte die Distanz größer sein als in Querrichtung.
In Figur 3 ist ein Schnitt durch die Sensoranordnung in der Ebene des Elektromagneten 7 gezeigt, bei dem der E-Kern 9 und die Spule 8 mit ihrem magnetischen Feldlinien 14 ersichtlich sind. Weiterhin ist der Detektor 10 an der Grundplatte 6 gestrichelt dargestellt. Hieraus ist die Kraftwirkung des Feldes der Spule 8 auf den Trägheitskörper 3 zur Erzeugung des Kippens im Testfall deutlich erkennbar. Im rechten schematischen Schaubild gemäß Figur 4 ist die Spule des Detektors 10 als Bestandteil eines Schwingkreises mit einem Kondensator 15 und ein integrierter hochfrequenter Schaltkreises 16 gezeigt, wobei die Ausgangssignale dieses Schwingkreises über Anschlüsse 17 der Auswerteeinheit eventuell über ein Fahrzeugbussystem zugeführt werden können.
Aus Figur 5 ist die Lageveränderung des Trägheitskörpers 3 bei einer vertikalen Beschleunigung av der Sensoranordnung in negativer &zgr;-Richtung ersichtlich, wobei sich hier das Aufnahmeelement 2 innerhalb des Gehäuses 1 aufgrund der Federwirkung der Feder 5 in einem Federweg a mitbewegt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Figur 6 weist eine oben am Gehäusedeckel angebrachte zusätzliche Magnetspule 18 mit einem Topfkern auf, die auslösend für die Realisierung vertikaler, von der Feder 5 unterstützter Bewegungen des Trägheitskörpers 3 herangezogen werden kann. Somit kann auch die Spule 18 zur Durchführung der TestSequenzen herangezo-
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gen werden, indem der gesamte Trägheitskörper 3 angehoben wird.
In Figur 7 ist ein Zustand der Sensoranordnung nach einem Überrollvorgang gezeigt. Der Aufnahmekörper 2 und der Trägheitskörper 3 sind von der Schwerkraft an den Gehäusedeckel gedrückt, wobei aufgrund des Überrollvorgangs der Trägheitskörper 3 durch die horizontale Beschleunigung gekippt ist und auf einer kegelförmig abgeflachten Oberseite 19 zu liegen kommt. Die sich hier ergebende extreme Beeinflussung des Schwingkreises im Detektor 10 führt zu einem entsprechenden Ausgangssignal, das in der Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden kann.

Claims (13)

R. 27850-1 em 1424/93 15.5.1995 Sf/Kei ROBERT BOSCH GMBH7 D-70442 STUTTGART
1) Sensoranordnung für die Erfassung der Lage und/oder der Beschleunigung eines beweglichen Körpers, mit
- einem Trägheitskörper (3), der sich in einem geschlossenen, mit dem beweglichen Körper fest verbundenem Gehäuse befindet und
- einem am Gehäuse angeordneten Detektor zur Erfassung einer horizontalen Verlagerung des Trägheitskörpers {3), dadurch gekennzeichnet/ daß
- der Detektor (10) derart an einer Grundplatte (6) des Gehäuses angeordnet ist, daß auch die Erfassung einer vertikalen Verlagerung des Trägheitskörpers (3) durchführbar ist.
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2) Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Trägheitskörper (3) weitestgehend aus ferromagnetischem Material besteht, daß
- das Gehäuse einschließlich der weiteren am oder im Gehäuse angeordneten mechanischen Bauelemente (2,5,6) weitestgehend aus nichtmagnetischem Material besteht und daß
- der Detektor (10) einen elektrischen Schwingkreis enthält, dessen elektromagnetische Feldlinien zumindest teilweise von der Lage des ferromagnetischen Trägheitskörpers (3) beeinflußbar sind.
3) Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Gehäuse einen zylinderförmigen Gehäusemantel (1) mit der festen Grundplatte (6) aufweist, wobei ein inneres Aufnahmeelement (2) für den Trägheitskörper (3) vorhanden ist, das über eine Feder (5) mit vertikalem Federweg auf der Grundplatte (6) aufliegt.
4) Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Trägheitskörper (3) nach oben kegelstumpfförmig verjüngt ist und der Aufnahmekörper (2) in gleicher Richtung kegelhohl stumpf förmig erweitert ist.
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5) Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Trägheitskörper (3) am oberen Ende eine kegelförmige Abflachung (19) aufweist.
6) Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- sich für die Auslenkung des Trägheitssensors (3) zu Testzwecken, seitlich am Gehäusemantel (1) ein Elektromagnet (7) mit zum Trägheitskörper (3) offenem &Egr;-Kern für die horizontale Bewegung des Trägheitssensors (3) befindet.
7) Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- sich für die Auslenkung des Trägheitssensors (3) zu Testzwecken, am oberen Gehäusedeckel ein Elektromagnet (18) mit einem Topfkern zur Erzeugung von vertikalen Bewegungen des Trägheitskörpers (3) befindet.
8) Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Schwingfrequenz des Schwingkreises des Detektors (10) im hochfrequenten Bereich liegt.
9) Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
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- der Trägheitskörper (3) im unten liegenden Randbereich einen thermoplastischen Schutzring (4) aufweist, auf dem der Trägheitskörper (3) insbesondere bei einer Kipplage zu liegen kommt.
10) . Sensoranordnung nach einem der vorgehenden
Ansprüche für die Erfassung der Lage- und /oder Beschleunigungswerte eines Kraftfahrzeuges, insbesondere als Überrollsensor, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Detektor (10) mit einer zentralen Auswerteeinheit verbunden ist, in der die Beeinflussungen des Schwingverhaltens des Schwingkreises aufgrund der unterschiedlichen Bedämpfung durch den Trägheitskörper (3) ausgewertet wird und erforderliche Warn- oder Steuersignale erzeugbar sind.
11) Sensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß
- in vorgegebenen Zeitpunkten eine Kontrolle der Lage des Trägheitskörpers (3) und der im Detektor (10) generierten Signale durch von der Auswerteeinheit generierte Testsequenzen durchführbar ist.
12) Sensoranordnung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Trägheitskörper (3) hinsichtlich Form und Masse so aufgebaut ist, daß als Auslösekriterien für eine seitliche Kip-
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pung oder ein vertikales Abheben des Trägheitskörpers (3) folgende Werte vorgegeben sind:
a) der Neigungswinkel des beweglichen Körpers (Fahrzeug) ist größer/gleich 55° oder die omnidirektionale Beschleunigung (aq) in der Horizontalen ist größer/gleich 1,4g bzw.,
b) die vertikale Beschleunigung {-az) ist größer/gleich 0,4 g,
wobei g die Erdbeschleunigung darstellt.
13) ■ Sensoranordnung nach Anspruch 10, 11 oder
12, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Trägheitskörper (3) hinsichtlich Form und Masse so aufgebaut ist, daß als Auslösekriterien für eine seitliche Kippung oder ein vertikales Abheben des Trägheitskörpers (3) folgende Werte vorgegeben sind:
a) der Neigungswinkel des beweglichen Körpers (Fahrzeug) um seine Längsachse in Fahrtrichtung ist größer/gleich 55° oder die entsprechende Beschleunigung (aq) ist größer/gleich 1,4 g bzw.,
b) der Neigungswinkel des beweglichen Körpers (Fahrzeug) um seine Querachse ist größer/gleich 80° oder die entsprechende Beschleunigung (al) ist größer/gleich 5,7 g bzw. ,
c) die vertikale Beschleunigung (-az) ist größer/gleich 0,4 g,
wobei g die Erdbeschleunigung darstellt.
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DE19547608A DE19547608B4 (de) 1995-02-22 1995-12-20 Sensoranordnung
US08/604,228 US6131456A (en) 1995-02-22 1996-02-22 Sensor arrangement
JP8035010A JPH08248057A (ja) 1995-02-22 1996-02-22 センサ装置及び該センサ装置を使用する方法

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CN106597024A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 浙江大学 一种微加速度振动装置
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Effective date: 19981104

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Effective date: 20030721

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