DE3609841A1 - Sensor zum selbsttaetigen ausloesen von insassenschutzvorrichtungen in fahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttäti­ gen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Fahrzeu­ gen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, einen als seismische Masse dienenden Körper elastisch außerhalb des Massemittelpunktes aufzuhängen, so daß die­ ses Feder-Masse-System eine Resonanzfrequenz besitzt, die oberhalb des Meßbereichs liegt. Die Auslenkung der Masse ist ein Maß für die auftretenden translatorischen Beschleunigungen. Damit lassen sich mit Hilfe einer Aus­ werteschaltung die Insassenschutzvorrichtungen in Fahr­ zeugen aktivieren.

Ferner ist es bekannt, bei Sensoren mit Hilfe eines opti­ schen Verfahrens die Änderung eines Neigungswinkels von Fahrzeugen zu bestimmen. Beide genannten Sensoren haben aber den Nachteil, daß jeweils nur entweder der Neigungs­ winkel oder die Beschleunigung gemessen werden kann.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor­ teil, daß er die Eigenschaften der oben genannten Sen­ soren in einer einfachen Weise miteinander vereint. Beide bisher getrennt gewonnenen Meßsignale können mit einem einzigen Sensor erzeugt werden. Der Sensor kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Der Sen­ sor ist sowohl zur Überwachung eines Grenzwertes als auch zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Ermittlung des Neigungswinkels und/oder des Beschleu­ nigungswertes einsetzbar. Wird ein transparenter Hohl­ körper als Sensorgehäuse verwendet, so kann der Sensor auch direkt den Grenzwert an einer aufgebrachten Skala anzeigen.

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

Zeichnung

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Sensor und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei Auslösevorrichtungen für Insassenschutzvorrichtungen, z.B. bei Überrollbügeln für Kraftfahrzeuge, ist es not­ wendig, den Lagewinkel des Fahrzeugs zum Scheinlot und die Winkelgeschwindigkeit um seine Längs- und Querachse zu bestimmen. Aus Kostengründen sollen beide Meßgrößen von nur einem Sensor geliefert werden.

In Fig. 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Sensors 11 be­ zeichnet, das mit Hilfe einer Grundplatte 12 in ein Fahrzeug einbaubar ist. Die Grundplatte 12 ist in der Fahrzeugebene ausgerichtet. Das Gehäuse 10 ist als Hohl­ körper in der Form einer Pyramide oder eines Kegels aus­ gebildet. Der Innenraum 13 des Gehäuses 10 ist mit ei­ ner Flüssigkeit 14 und mit einem Gas 15 vollständig ge­ füllt, so daß ein abgeschlossenes System vorliegt. Die seismische Masse des Sensors 11 wird durch die Masse des Gases 15 und der Flüssigkeit 14 gebildet. Da die Flüssig­ keit 14 fast 100% des Gewichtsanteils des Innenraums 13 einnimmt, kann man sagen, daß der Massenmittelpunkt der seismischen Masse außerhalb des Massenmittelpunktes ela­ stisch verankert ist. Die Flüssigkeit 14 und das Gas 15 dürfen nicht miteinander chemisch reagieren oder sich in­ einander lösen. Es ist darauf zu achten, daß sich zwischen der Flüssigkeit 14 und dem Gas 15 eine scharfe und genaue Grenzfläche bildet, die bei Verwendung eines optischen Meß­ verfahrens eine gute Reflexionsfläche erzeugt bzw. eine Än­ derung des Strahlengangs (Brechung) hervorruft. Bei der Auswahl der Flüssigkeit 14 ist eine Temperaturkonstanz über den Funktionstemperaturbereich und ein kleiner Tempe­ raturkoeffizient zu beachten, so daß sich sein Volumen mög­ lichst nicht ändert. Um ein Verflüchtigen der Flüssigkeit und eine Verschiebung der Volumenanteile zwischen Gas und Flüssigkeit im Innenraum 13 zu verhindern, muß die Flüs­ sigkeit einen hohen Dampfdruck haben. Das Gas 15 sollte fer­ ner große Moleküle bzw. Atome aufweisen, um eine eventuelle Diffusion durch das Gehäuse ins Freie zu verhindern. Dies würde wiederum eine Verringerung des Volumenanteils des Gases bedeuten. Das spezifische Gewicht des Gases 15 ist kleiner als das spezifische Gewicht der Flüssigkeit 14. In der Praxis wurde bisher eine Kombination zwischen Luft und Spiritus bzw. Stickstoff und Silikonöl verwendet.

In der Spitze des Gehäuses 10 ist ein Durchgang 18 aus lichtdurchlässigem Material ausgebildet. Dieser Durch­ gang 18 ist nur notwendig, falls das Gehäuse 10 aus lichtundurchlässigem Material hergestellt ist. Der Durchgang 18 ist so auszubilden, daß eine Überwachung der Grenzfläche zwischen dem Gas 15 und der Flüssigkeit 14 möglich ist. Dem Durchgang 18 zugeordnet ist eine herkömmlich bekannte sogenannte Reflexlichtschranke 19, in der sowohl Sender als auch Empfänger einer optischen Strahlung angeordnet sind. Es ist aber auch bei einem zweiten lichtdurchlässigen Durchgang im Gehäuse eine ge­ trennte Anordnung eines optischen Sensors und eines op­ tischen Empfängers möglich. Bei Verwendung eines opti­ schen Verfahrens kann in Grundstellung die Funktionsfä­ higkeit des Sensors überwacht werden, da nur in dieser Grundstellung die optische Strahlung vollständig auf den Empfänger treffen soll.

Der Steigungswinkel α der Wandung des Gehäuses 10 und so­ mit der Pyramide bzw. des Kegels ist auf den gewünschten, zu bestimmenden Kippwinkel abzustimmen. Der Bezugspunkt 20 für die Drehung bzw. das Kippen des Sensors 11 ist der Schnittpunkt der Achse des Gehäuses 10 mit der Grundplat­ te 12.

In Grundstellung des Sensors 11 wird die vom Sender der Reflexlichtschranke 19 ausgestrahlte optische Strahlung an der Grenzschicht zwischen dem Gas und der Flüssigkeit reflektiert und trifft auf dem Empfänger auf. Wird nun der Sensor 11 um den Bezugspunkt 20 gedreht oder gekippt, so wandert das Gas 15 und die Flüssigkeit 14 bei Er­ reichen des Steigungswinkels α zur Seite weg. Die Re­ flexschicht zwischen dem Gas 15 und der Flüssigkeit 14 wird somit verschoben, so daß sich das Reflexionsver­ halten der optischen Strahlung an der Grenzschicht zwi­ schen Gas und Flüssigkeit verändert. Die optische Strah­ lung wird somit im Unterschied zur Grundstellung anders reflektiert. Sobald keine optische Strahlung mehr auf den Empfänger trifft, bzw. in die Reflexlichtschranke 19 reflektiert wird, ist der Steigungswinkel bzw. der Kipp­ winkel erreicht. An den Sensor 11 angeschlossene Insas­ senschutzvorrichtungen werden nun ausgelöst.

Wird eine seitliche Beschleunigung auf das Kraftfahrzeug und somit auch auf den Sensor 11 ausgeübt, so verdrängt die Flüssigkeit 14 aufgrund ihrer Massenträgheit das Gas 15 zur Seite. Je kleiner dabei der Steigungswinkel α ge­ wählt wird, desto kleinere Beschleunigungswerte können erfaßt werden. Der Sensor 11 kann somit sowohl den Kipp­ winkel als auch die Querbeschleunigung erfassen, falls beide Werte getrennt auftreten. Treten beide Werte gleichzeitig auf, so bildet der Sensor 11 die Summe aus beiden Komponenten. Diese Vermischung der Komponenten in einem einzigen Signalwert ist deshalb erwünscht, da bei einer bereits vorhandenen Seitenneigung des Fahrzeugs nur noch eine geringe Beschleunigung erforderlich ist, um das Fahrzeug zum Kippen zu bringen. Über eine in der Zeich­ nung nicht dargestellte Auswerteschaltung können dann ent­ sprechende Insassenschutzvorrichtungen, wie z.B. Gurt­ straffer, Airbag, Warnblinkanlage, Überrollbügel usw., rechtzeitig ausgelöst werden. Abhängig vom Aufbau der Auswerteschaltung können die Insassenschutzvorrichtungen auch zeitlich gestaffelt ausgelöst werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Gehäuse 10 a des Sensors 11 a als Hohlkugel ausgebildet, deren Innen­ raum 13 a wiederum vollständig mit dem Gas 15 und der Flüssigkeit 14 gefüllt ist. Für die Auswahl des Gases 15 und der Flüssigkeit 14 gelten die bereits oben aufgeführ­ ten Kriterien. Während es beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur möglich war, einen Grenzwert zu erfassen, kann bei einer Kugel der Neigungs- bzw. Beschleunigungswert kon­ tinuierlich oder quasikontinuierlich überwacht werden. Da­ zu sind auf einer gedachten Linie um die Kugel eine ent­ sprechende Anzahl von Reflexlichtschranken 19 a angeordnet, deren Anzahl der Genauigkeit des Meßverfahrens entspricht. Sollten die Reflexlichtschranken 19 a nicht nahe genug an der Kugeloberfläche angeordnet werden können, so können auch optische Lichtleiter 22 zur Übermittlung der opti­ schen Strahlung verwendet werden.

Wird das Gehäuse 10 a um den Bezugspunkt 20 a gedreht, oder wird eine Querbeschleunigung auf das Gehäuse 10 a aus­ geübt, so bewegt sich die Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit stets senkrecht zur Richtung der resultie­ renden Beschleunigung, die auf die Kugel ausgeübt wird. Dadurch wandert immer die Grenzschicht von einer Reflex­ lichtschranke 19 a zur nächsten. Wird eine zusätzliche Licht­ quelle 23 dezentral oder im Innern des Gehäuses 10 a angeord­ net, so wird jedes Passieren der Grenzfläche an einer Re­ flexlichtschranke 19 a wegen des unterschiedlichen Refle­ xionsverhaltens des Gases und der Flüssigkeit eindeutig er­ kannt. Das unterschiedliche Reflexionsverhalten wird durch die unterschiedlichen Brechzahlen von Gas und Flüssigkeit hervorgerufen.

Der Sensor 11 kann bei Kraftfahrzeugen und auch bei z.B. Flugzeugen eingesetzt werden. Er ist überall dort ver­ wendbar, wo eine Verkippung bzw. Beschleunigung einfach und kostengünstig ermittelt werden soll.

Claims (9)

1. Sensor (11) zum selbsttätigen Auslösen von Insassen­ schutzvorrichtungen in Fahrzeugen, der bei Abweichung von einer vorgeschriebenen Fahrsituation des Fahrzeugs ein Steuersignal abgibt und eine außerhalb des Massemit­ telpunktes elastisch verankerte seismische Masse (14, 15) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) aus ei­ nem mit zwei als seismische Masse dienenden Medien (14, 15) vollständig gefüllten Hohlkörper (10) besteht, deren spezifische Gewichte unterschiedlich groß sind und die weder miteinander chemisch reagieren noch sich ineinander lösen, und daß mit Hilfe eines auf der Brechung oder Re­ flexion arbeitenden optischen Verfahrens ein Steuersignal gewonnen wird, das wenigstens dem Lagewinkel zum Schein­ lot und/oder der Winkelbeschleunigung des Fahrzeugs ent­ spricht.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Medium eine Flüssigkeit (14) und das andere Medium ein Gas (15) ist.

3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Volumenanteile der beiden Medien unterschied­ lich groß sind.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlkörper eine Kugel (10 a) ist.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlkörper ein Kegel (10) ist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlkörper eine Pyramide ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlkörper aus einem lichtdurchlässigen Material besteht.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit Hilfe des Steuersignals zusätzliche Insas­ senschutzeinrichtungen, wie Airbag, Gurtstraffer, Zentral­ verriegelung und Gurtverriegelung usw., ausgelöst werden können.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit Hilfe mehrerer Auslösestufen verschiedene Insassenschutzeinrichtungen zu unterschiedlichen Zeitpunk­ ten ausgelöst werden.