DE3540948C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsaufnehmer gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Beschleunigungsaufnehmer ist aus der DE-Gbm 84 01 991 be­ kannt. Dort wird eine kugelförmige seismische Masse in Ruhelage von einem Magnetsystem im Mittelpunkt einer Pfanne mit ansteigender Flanke gehalten. Ferner ist diese seismische Masse im optischen Strahlengang zwischen einer optischen Strahlungsquelle und einem optischen Empfän­ ger angeordnet. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigungs­ amplitude wird die seismische Masse aus ihrer Ruhelage ausgelenkt und ein Steuersignal abgegeben. Da die seismische Masse aus magnetischem Material besteht, ist der Strahlengang in Ruhestellung gesperrt. Ohne vorherige Auslenkung der seismischen Masse kann deshalb die Betriebs­ sicherheit des Beschleunigungssensors nicht kontrolliert werden. Somit sind zusätzliche Notvorrichtungen notwendig.

Ferner wird in der Druckschrift DE 34 12 780 A1 als seismische Masse ein Metallzylinder verwendet, der von einer Feder gegen einen ebenen Gehäuseboden gedrückt wird. Dabei kippt bei einer bestimmten, vorge­ gebenen Beschleunigungsschwelle der Metallzylinder aus seiner Ruhe­ lage gegen das ihn umgebende Gehäuse und löst dabei mittels eines elektrischen Kontaktes ein Steuersignal aus. Auch hier ist eine Über­ prüfung der Funktionsfähigkeit des Beschleunigungsaufnehmers nur durch eine zusätzliche Auslenkung in Ruhelage möglich.

In der DE 27 48 173 B2 wird ein Beschleunigungsmesser mit einerr seis­ mischen Masse beschrieben, die eine Licht reflektierende Oberfläche aufweist. Abhängig von der Auslenkung der kugelförmigen Masse wird das eingespeiste Licht an dessen Oberfläche reflektiert und zu einem Emp­ fänger geleitet. über die am Empfänger auftreffende Lichtintensität kann auf die angreifende Beschleunigung rückgeschlossen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleunigungssensor zu schaffen, dessen Funktionsfähigkeit bereits in Ruhelage ohne zu­ sätzliche Auslenkung überprüfbar ist. Bereits kleinste Auslenkungen der seismischen Masse sollen relativ genau gemessen werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine ständige Überprüfung des Beschleunigungsaufnehmers auch be­ reits im Ruhezustand möglich ist. Ohne Auslenkung kann die Funktions­ sicherheit des Beschleunigungssensors kontrolliert werden. Auf zusätz­ liche Notvorrichtungen kann verzichtet werden. Aufgrund der Abbil­ dungseigenschaften der als Kugel ausgebildeten seismischen Masse sind mehrere Schaltstufen möglich. Da seine Funktionsfähigkeit im Ruhezu­ stand ständig überprüfbar ist, ist seine Störanfälligkeit und Ausfall­ wahrscheinlichkeit gering. Ebenfalls arbeitet der Beschleunigungsauf­ nehmer weitgehend verschleißfrei. Insbesondere ist die Empfindlichkeit des dargestellten Beschleunigungsaufnehmers groß, da wegen der durch die Kugeloptik bedingten geometrischen Verhältnisse bereits kleine Auslenkungen zu großen und klaren Impulsen führen. Durch die Variation der Ansprechgeschwindigkeit ist der Beschleunigungsaufnehmer besonders für eine Serienfertigung geeignet. Außerdem läßt er sich mit hoher Lebensdauer, Funktionssicherheit und Fertigungssicherheit preiswert herstellen und relativ klein bauen.

Insbesondere durch die Ansprüche ab Anspruch 6 ist es möglich, mit ei­ nem einzigen Sensor gleichzeitig die Sicherheitsvorrichtungen für alle Fahrzeuginsassen auszulösen. Ferner kann der Beschleunigungsaufnehmer auch so ausgestaltet sein, daß unterschiedliche Sicherheitseinrichtun­ gen nacheinander vom selben Beschleunigungsaufnehmer ausgelöst werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längs­ schnitt durch einen Beschleunigungsaufnehmer,

Fig. 2 eine Darstellung der geometrischen Abbildungseigenschaften und

Fig. 3 eine Teilskizze mit verschiedenen Flankenwinkeln.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei Beschleunigungsaufnehmern für Sicherheitseinrichtun­ gen von Kraftfahrzeugen ist es notwendig, daß sie bei Überschreiten einer Beschleunigungsschwelle von 0,4 g (g = Erdbeschleunigung) in beliebiger horizontaler Fahr­ zeugrichtung ansprechen sollen. Dabei soll ein Signal er­ zeugt werden, das z. B. zur Steuerung einer automatischen Gurtblockiereinrichtung verwendet wird. Auch soll der Be­ schleunigungsaufnehmer die Gefahr eines bevorstehenden Fahrzeugsüberschlags erkennen und rechtzeitig, z. B. bei Cabrio-Fahrzeugen, den Überrollbügel ausklappen. Dazu wird vom Beschleunigungsaufnehmer ein extrem schnelles Ansprechen erwartet. Dieses schnelle Ansprechen ist gleich­ zusetzen mit einem sehr kleinen Verschieben des Massen­ schwerpunktes der seismischen Masse. Aus konstruktiven Überlegungen sollte diese Verschiebung auf etwa 0,5 mm be­ grenzt sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist im Gehäuse 20 a des Beschleunigungsaufnehmers 11 a ein etwa mittiger In­ nenraum 21 a ausgebildet, dessen Ober- und Unterseite kon­ stant ansteigende Flanken 22 aufweisen. Der Flankenwin­ kel α der Bodenseite ist auf die herrschenden Beschleu­ nigungen und gewünschten Schwellwerte abzustimmen. Die Bodenseite des Innenraums 21 a ist ferner als Pfanne 23 ausgebildet, in deren Mittelpunkt eine Kugel 24 a ange­ ordnet ist.

Den Innenraum 21 a schneidet eine durchgehende, mehrfach abgesetzte Längsbohrung 25 a. Dabei sind die Durchmesser der Öffnung der Längsbohrung 25 a in den Innenraum 21 a und der Durchmesser der Kugel 24 a so aufeinander abge­ stimmt, daß die Kugel 24 a in der Öffnung aufsitzt.

In der Längsbohrung 25 a ist unterhalb des Bodens des In­ nenraums 21 a eine Strahlungsquelle 26 a, z. B. ein LED mit einem HL-Kristall 31 (HL = Halbleiter; z. B. Gallium- Arsenid) angeordnet. Gegenüberliegend ist oberhalb des Innenraums (21 a) in der Längsbohrung 25 a der Empfänger 27 a mit einem HL-Kristall 32 angeordnet. Die beiden HL- Kristalle 31, 32 liegen genau diametral gegenüber. Die Kugel 24 a besteht aus durchsichtigem Material, das Lin­ sencharakter aufweist. Das Meßprinzip beruht auf der Veränderung der geometrischen Abbildungseigenschaften einer Kugeloptik.

Befindet sich die Kugel 24 a in Ruhelage, so liegt sie auf der Öffnung der Längsbohrung 25 a auf. Der Mittelpunkt der Kugel 24 a liegt dabei genau in der Mitte zwischen den bei­ den HL-Kristallen 31, 32. In Ruhelage der Kugel 24 a wird die Quelle 26 a auf dem HL-Kristall 32 des Empfängers 27 a abgebildet. Die Kugel 24 a dient dabei zugleich als Abbil­ dungsoptik und als seismische Masse. Die Abstände zwischen Strahlungsquelle 26 a, Kugel 24 a und Empfänger 27 a sind da­ bei so zu wählen, daß das Bild der Strahlungsquelle 26 a in Ruhelage der Kugel genau im Empfänger 27 a abgebildet wird. Da im Ruhezustand stets ein Fotostrom fließt, ist es auch möglich, die Funktionsfähigkeit des Beschleunigungsaufneh­ mers in Ruhelage ständig zu überprüfen.

Wird nun die Kugel 24 a durch eine Beschleunigung aus ihrer Ruhelage ausgelenkt, so verschiebt sich auch die Linsen­ ebene 33 der Abbildungsoptik, d. h. der Kugel 24 a. Die Ab­ bildung der Strahlungsquelle 26 a wandert aus der Abbil­ dungsachse der Ruhelage heraus. Dies hat zur Folge, daß keine oder nur noch eine geringe optische Strahlung der Quelle 26 a auf dem Empfänger 27 a auftrifft. In Fig. 2 sind die entsprechenden geometrischen Verhältnisse darge­ stellt. Hier ist mit 24 b die Kugel in Ruhelage bezeichnet und mit 24 c die Kugel in ausgelenkter Position. Entspre­ chend sind die Abbildungsachsen mit 34 b bzw. mit 34 c be­ ziffert. Es ist ersichtlich, daß sich aufgrund der geo­ metrischen Verhältnisse und der Abbildungseigenschaften (Maßstab 1 : 1) der als Linse dienenden Kugel 24 a bei einer nur geringen Hubbewegung des Schwerpunktes der Ku­ gel 24 a bzw. deren Linsenebene 33 die Abbildung der Strah­ lungsquelle 26 a den doppelten Weg zurücklegt. Die Abbil­ dung der Quelle 26 a wandert dabei vom Sensor 27 a zum mit 27 c bezeichneten Punkt. Aufgrund dieser geometrischen Ver­ hältnisse ist der Beschleunigungsaufnehmer sehr empfind­ lich. Bereits kleinste Auslenkungen der Kugel können re­ lativ genau gemessen werden. Eine Kugel erweist sich dabei als besonders günstig, da sich ihre Abbildungseigenschaf­ ten durch Rotation nicht verändern.

Alle in der Anmeldung vorgeschlagenen Beschleunigungs­ aufnehmer können derart zentral im Kraftfahrzeug ange­ ordnet sein, daß gleichzeitig z. B. alle Gurtblockier­ vorrichtungen für alle Kraftfahrzeuginsassen ansprechen. Ferner ist es auch möglich, die Flanken der Aufnehmer- Innenräume - wie in Fig. 3 dargestellt - mit mehreren verschiedenen ansteigenden Flankenwinkeln α, β auszu­ bilden, um mehrere verschiedene Beschleunigungsmessun­ gen mit einem einzigen Beschleunigungsaufnehmer nachein­ ander ausführen zu können. Die verschiedenen Stufen die­ nen dabei als Auslöseschwellen, an denen der Beschleuni­ gungsaufnehmer auslösen soll. Auf diese Art ist es z. B. möglich, mit Hilfe eines einzigen Beschleunigungsaufneh­ mers Gurtblockiereinrichtungen bei einer Beschleunigung von 0,4 g, eine Betätigung der Warnblinkanlage, der Zen­ tralverriegelung und der Sicherheitseinrichtung erst bei einer Beschleunigung von etwa 4 g auszulösen. Es wäre auch eine Kombination eines optischen und eines mecha­ nischen Verfahrens denkbar. Dabei wäre die erste Stufe optisch und die zweite Stufe mechanisch abzutasten.

Claims (7)

1. Beschleunigungsaufnehmer (11 a), insbesondere zum selbsttätigen Aus­ lösen von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen bei einem Un­ fall, mit einem Gehäuse (20 a) und einer als seismische Masse dienenden Kugel (24 a), die in Ruhelage im Mittelpunkt einer als Pfanne (23) mit ansteigender Flanke (22) ausgebildeten Innenwand einer Gehäuseausneh­ mung (21 a) liegt und bei Überschreiten einer vorgegebenen Beschleuni­ gungsamplitude ein Steuersignal abgibt, wobei im Gehäuse (20 a) eine optische Strahlungsquelle (26 a) angeordnet ist und sich dieser achs­ gleich gegenüberliegend ein optischer Empfänger (27 a) befindet und die Kugel (24 a) zwischen der Strahlungsquelle (26 a) und dem Empfänger (27 a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (24 a) aus unmagnetischem, strahlungsdurchlässigem und Linsencharakter aufweisen­ dem Material besteht, und daß der Mittelpunkt der Kugel (24 a) auf der Verbindungslinie zwischen der Strahlungsquelle (26 a) und dem Empfänger (27 a) liegt.

2. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (27 a) und die Strahlungsquelle (26 a) einen HL-Kri­ stall (31, 32) aufweisen.

3. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kugel (24 a) in einer Kalotte mit Absatz aufliegt.

4. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (24 a) zusätzlich in Ruhelage an anstei­ genden Flanken der Innenwand der Gehäuseausnehmung (21 a) anliegt.

5. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ansteigenden Flanken (22) Bereiche mit ver­ schiedenen Neigungswinkeln (α, β) aufweisen.

6. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (11 a) die Insassenschutzvorrichtungen einer Art für alle Fahrzeuginsassen gleichzeitig betätigt.

7. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (11 a) mehrere Aus­ lösestufen aufweist und dadurch mehrere verschiedene Insassenschutz­ vorrichtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten auslöst.