DE3604216C2

DE3604216C2 - Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen bei einem Unfall

Info

Publication number: DE3604216C2
Application number: DE3604216A
Authority: DE
Inventors: Claus Dipl Ing Condne; Bernhard Dipl Ing Mattes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-02-11
Filing date: 1986-02-11
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2006-02-12
Also published as: GB2186369B; US4831879A; GB8700648D0; JPS62249070A; GB2186369A; DE3604216A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen bei einem Unfall nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, als Sensor ein ungedämpftes Pendel zur Bestimmung des Schein lots und der translatorischen Beschleunigung zu verwenden. Im Kraftfahrzeug treten bei normalem Fahrbetrieb nur trans latorische Beschleunigungen auf, die kleiner als die Erd beschleunigung sind (z.B. Haftreibung der Reifen). Somit kann das Pendel maximal ein Scheinlot von 45° anzeigen. Fahrzustände des Kraftfahrzeugs, die ohne Rotation zu ei ner größeren Auslenkung führen (z.B. Aufprall oder Kurvenfahrt, bei der das Fahrzeug von einer Leitplanke ge führt wird), sollen bereits die Insassenschutzvorrichtun gen auslösen, ohne daß ein Überschlag eintreten muß. Das ungedämpfte Pendel stellt aber bezüglich einer paramet rischen Erregung der Aufhängung ein schwingungsfähiges Sy stem dar. Dadurch kann der Sensor bereits bei unkritischen Fahrzuständen (z.B. Slalomfahrt) die Insassenschutzvorrich tungen auslösen.

Ferner kann das Pendel auch in einem mit einer Dämpfungs flüssigkeit gefüllten abgeschlossenen Raum aufgehängt werden. Es ist so möglich, das Pendel kritisch zu dämpfen. Aber dadurch wird auch insbesondere dessen obere Grenz frequenz bezüglich der Rotation und Translation verringert, so daß der Sensor bei einer in der Praxis technisch mög lichen Pendellänge eine zu lange Ansprechzeit besitzt. Dies ist aber bei Insassenschutzvorrichtungen ein entscheidendes Auswahlkriterium. Es ist nämlich notwendig, daß der Sensor möglichst schnell und verzögerungsfrei anspricht und die Insassenschutzvorrichtungen rechtzeitig während des Unfalls aus löst.

In der US 27 73 953 und der US 33 63 470 werden Sensoren beschrieben, die einen nach Art eines Pendels aufgehängten und als seismische Masse dienenden Körper aufweisen. Dieser Körper befindet sich in einem Gehäuse, das vollständig mit einem als Dämpfungsflüssigkeit dienenden Fluid ausgefüllt ist. Die spezifischen Gewichte der Dämpfungsflüssigkeit und des Körpers unterscheiden sich dabei. Aufgrund der baulichen Gestaltung wird bei beiden Sensoren eine signifikante Dämpfung bei jeder Änderung des Bewegungszustands bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Sensor zur Erfassung von Bewegungszustandsänderungen eine Dämpfung des translatorischen Ansprechverhaltens vorzusehen und gleichzeitig eine Dämpfung des rotatorischen Ansprechverhaltens zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gewährleistet, daß die Dämpfung durch die Flüssigkeit nur bei translatorischer Bewegung der Pendelaufhängung und der seismischen Masse und nicht bei deren Rotation wirksam ist. Die Gefahr des Aufschaukelns des Pendels wird verhindert, so daß man einen resonanzfreien Sensor erhält, der bezüglich der Rotation um die Pendelaufhängung nicht gedämpft ist. Er kann damit verzögerungsfrei die Lage des Kraftfahrzeugs anzeigen. Eine mögliche Verfälschung der absoluten Lagemessung durch trans latorische Beschleunigungen ist dabei erwünscht, da eine entsprechend kritische Fahrsituation zusätzlich zur Lage des Kraftfahrzeugs richtig bewertet wird. Die bei Einsatz des Sensors als Überrollsensor zusätzlich zur Lage noch be nötigte Rotationsgeschwindigkeit läßt sich leicht aus der Lageänderung des Pendels mit Hilfe einer elektrischen Aus werteschaltung ableiten. Es ist somit möglich, mit einem einfach aufgebauten und preisgünstigen Sensor, der nur ein einziges, resonanzfreies Ausgangssignal liefert, in Kombination mit einer elektrischen Auswerteschaltung die Winkelgeschwindig keit und die Lage des Kraftfahrzeugs, insbesondere zu den beiden Fahrzeugachsen, zu bewerten. Es ist ein Auslösen der Insassenschutzvorrichtungen rechtzeitig vor einem Überschlag sowohl um die Längsachse als auch um die Querachse des Kraft fahrzeugs möglich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebe nen Sensors möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ei nen Sensor in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Sensor zur Messung in einer ein zigen Achse,

Fig. 2A einen Schnitt in Richtung II-II und

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Bestimmung der Rotations geschwindigkeit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Sensors 11 bezeich net, das einen abgeschlossenen Innenraum 12 aufweist. Dieser Innenraum 12 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Im Mittel punkt des Innenraums 12 ist an einer Befestigung 13 mit ei nem Faden 14 eine Kugel 15, die als seismische Masse dient, aufgehängt. Der Faden 14 und die Kugel 15 bilden zusammen ein Pendel mit der Länge l. Der Aufhängepunkt der Kugel 15 und der Mittelpunkt des Innenraums 12 sollen etwa zusammen fallen. Ferner ist der Innenraum 12 vollständig mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Das spezifische Gewicht der Dämpfungsflüssigkeit muß sich vom spezifischen Gewicht des Materials der Kugel 15 unterscheiden. Zur Dämpfung kann auch ein Gas verwendet werden, das obige Bedingung erfüllt.

Der Innenraum 12 kann ebenfalls als Quader oder in einer sonstigen Form ausgebildet sein. Wichtig ist, daß der In nenraum derart gestaltet ist, daß bei einer Rotation des Gehäuses um den Aufhängepunkt des Pendels die Dämpfungs flüssigkeit um das Pendel praktisch absolut in Ruhe bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Radius des Innen raums 12 des Gehäuses 10 in jeder Richtung vom Aufhängepunkt aus gesehen größer ist als die Summe aus der Länge l des Pendels und der sich an der Sensor wand ausbildenden Grenzschicht der Dämpfungsflüssigkeit. Bei der Dimensionierung des Gehäuses 10 des Sensors 11 ist man bestrebt, möglichst klein zu bauen. Dabei wird aber der Länge l des Pendels dadurch eine untere Grenze gesetzt, daß dieses nicht als Biegebalken wirken darf, da die Reibung des Lagers klein sein muß. Auf diese Forderung ist auch die seismische Masse abzustimmen. Sie kann sowohl als Kugel als auch in jeder beliebigen anderen Gestaltungsform ausgebil det sein. Die Befestigung 13 des Pendels soll die Strömung der Flüssigkeit möglichst wenig stören. Die Länge des Pen dels, die Form und das Gewicht der seismischen Masse be stimmen in Verbindung mit der gewünschten Dämpfung die Aus wahl eines Fluids, entweder Flüssigkeit oder Gas, mit ge eigneter Viskosität und Dichte. Sofern man nicht durch eine besondere Gestaltung der seismischen Masse zusätzlich die Dämpfung beeinflussen will, wird man als Masse eine Kugel bevorzugen.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sen sors dargestellt, das sich nur zur Messung in einer be stimmten Ebene eignet. Will man also bei einem Kraftfahr zeug eine Drehung sowohl um die Längs- als auch um die Querachse messen, so muß man zwei solche Sensoren senk recht zueinander anordnen. Dies scheint zwar nachteilig zu sein, aber durch die feste Lagerung des Pendels ist seine Form frei wählbar und die Lagemessung besonders einfach.

Der Sensor 11a hat ein Gehäuse 10a mit einem Innenraum 12a, der wiederum nach den oben beschriebenen Kriterien ausgestaltet ist. Selbstverständlich sind dabei die Aus wahlkriterien auf eine zweidimensionale Darstellung zu reduzieren. Etwa in der Mitte des Innenraums 12a befin det sich eine Halterung 23 mit einer Achse 24. Auf der Achse 24 ist ein Pendel 25 als seismische Masse gela gert. Am Pendel 25 können noch zusätzlich Flächen 26 befestigt sein, um die Dämpfung in der Flüssigkeit zu erhöhen. In der Halterung 23 ist ferner eine Reflex lichtschranke 27 angeordnet, mit deren Hilfe durch Ab standsmessung zum in diesem Bereich nockenförmig ausge bildeten Pendel 25 dessen Lage bestimmt wird. Es kann aber auch diese Lageänderung mit Hilfe eines indukti ven oder anderen optischen Verfahrens bestimmt werden. Auch ist eine Leitfähigkeitsmessung möglich.

Bei Verwendung des Sensors bei mit Überrollbügeln aus gerüsteten Cabrio-Fahrzeugen ist - wie bereits oben er wähnt - noch zusätzlich die Rotationsgeschwindigkeit notwendig. Damit der Sensor bei einer bestimmten Nei gung α des Kraftfahrzeugs den Überrollbügel ausfahren bzw. auslösen kann, muß auch die Rotationsgeschwindigkeit bekannt sein. Dies läßt sich, wie in Fig. 3 dargestellt, aus der gemessenen Lageänderung ableiten. In - wie aus der Physik bekannter Weise - wird dazu die Lage nach der Zeit differenziert.

Dazu ist in Fig. 3 ein Blockschaltbild dargestellt. Mit einem Sensor entsprechend der oben beschriebenen konstruk tiven Ausbildung wird eine Lageänderung ϕ gemessen. Durch eine elektronische Schaltung 30 wird von dieser Lage ϕ durch Differentation nach der Zeit die Rotationsgeschwindig keit bestimmt. Abhängig von der Fahrzeuggeometrie werden beide Signale ϕ und gewichtet und addiert. Bei Über schreiten einer bestimmten vorgegebenen Schwelle 31 kann dann in einer sogenannten Endstufe 32 eine bestimmte Insassen schutzvorrichtung, z. B. der Überrollbügel, rechtzeitig ausge löst werden, so daß er in der Gefahrensituation als Schutz zur Verfügung steht.

Da der Sensor aber auch translatorische Beschleunigungen an zeigt, ist er auch geeignet, zusätzliche Insassenschutzvor richtungen wie z.B. Gurtstraffer, Warnblinkanlage oder die Zentralentriegelung zu aktivieren. Somit kann der Sensor nacheinander verschiedene Sicherheitsvorrichtungen auslösen, wozu eine entsprechende elektronische Frequenzbewertung und verschiedene Auslöseschwellen notwendig sind. Ferner kann der Sensor aber auch so verwendet werden, daß er zugleich alle Sicherheitseinrichtungen einer Art für alle Fahrzeugin sassen gleichzeitig auslöst.

Der erfindungsgemäße Sensor liefert somit bei einer ein fachen und preisgünstigen Bauweise ein resonanzfreies Aus gangssignal, aus dem mit Hilfe einer elektronischen Auswerte schaltung die Winkelgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeu ges und die Lage zum Scheinlot abgeleitet werden können.

Claims

1. Sensor, insbesondere zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen bei einem Unfall, mit einem von einem Gehäuse (10) abgeschlossenen, völlig mit einem Fluid gefüllten Raum, in dem sich als seismische Masse ein nach Art eines Pendels aufgehängter Körper befindet, dessen spezifisches Gewicht sich von demjenigen des Fluids unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (12) in allen Schwingungsrichtungen des Pendels (14, 15) einen Radius um dessen Aufhängepunkt hat, der größer ist als die Summe aus der Pendellänge (1) und der Dicke der sich an der Wand des Raums (12) bei einer Rotation des Gehäuses (10) um den Aufhängepunkt des Pendels (14, 15) ausbildenden Grenzschicht des Fluids, und daß die Reibung bei einer Bewegung des Pendels (14, 15) relativ zum Fluid zu einer aperiodischen Dämpfung des Pendels (14, 15) führt.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (12) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (15) als Kugel ausgebildet ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageänderung des Körpers (15) mit Hilfe eines induktiven Verfahrens bestimmt wird.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageänderung des Körpers (15) mit Hilfe eines optischen Verfahrens bestimmt wird.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageänderung des Körpers (15) mit Hilfe von Leitfähigkeitsmessungen bestimmt wird.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Rückstellkraft (Feder, Magnet), die auf das Pendel (25) wirkt, vorhanden ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (25) in einer Achse (24) gelagert ist.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Pendel (25) senkrecht zueinander angeordnet sind und daß die Pendel (25) jeweils nur in einer Ebene schwingen können.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Pendel (25) in einem gemeinsamen Raum (12) angeordnet sind.

11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor alle Insassenschutzvorrichtungen einer Art für alle Fahrzeuginsassen gleichzeitig auslöst.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mehrere Auslösestufen aufweist und dadurch mehrere verschiedene Insassenschutzvorrichtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten auslöst.

13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Sensors (10) mit Hilfe einer elektronischen Auswerteschaltung (30) zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugs nach der Zeit differenziert wird.

14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für die Rotationsgeschwindigkeit und für die Lage mit unterschiedlicher Gewichtung ausgewertet und zueinander addiert werden.