DE3938651A1 - Bewegungszustands-sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Sensor ist aus der DE-OS 36 09 841 bekannt. Innerhalb eines z. B. pyramiden- oder kegel­ förmigen Gehäuses ist ein Gas als Anzeigemedium angeordnet, das im Ruhezustand über der Flüssigkeit sitzt. Beschleunigungen werden mit Hilfe einer Sender-Empfänger-Strecke bestimmt, die über den Flüssigkeitsspiegel führt und bei der der Sender am geodätisch höchsten Punkt des Gehäuses angeordnet ist. Die Empfänger sitzen seitlich am Gehäuse und empfangen die an der Oberfläche der Flüssigkeit reflektierte bzw. durch diese gebrochene Strahlung.

Ein derartiger Sensor ist in mehrfacher Hinsicht problematisch. Aufgrund der relativ großen Masse der bewegten Flüssigkeit und der vielfältigen Wechsel­ wirkungen zwischen dieser und dem Gehäuse ist der Spiegel in der Regel ständigen, völlig uneinheit­ lichen und nicht vorhersehbaren Bewegungen unterwor­ fen. Die Folge davon ist, daß durch die Überlagerung der vielfältigen, in der Regel relativ ungedämpften Bewegungen die Empfänger häufig kurzzeitig bereits mit Sendeleistung bestrahlt werden, obwohl die zu detektierende Beschleunigung weit unterhalb eines kritischen Grenzwertes liegt. Damit dürfte ein derartiger Sensor nur beschränkt einsatzfähig sein. Dies gilt z. B. für das Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen wie z. B. Airbag oder Überrollbügel, die nur bei tatsächlichem Vorliegen eines kritischen Beschleunigungswertes ausgelöst werden dürfen.

Der bekannte Sensor erfordert für eine hinreichende Wirksamkeit zusätzliche elektronische Mittel, die die genannten Störeinflüsse eliminieren. Dies ist in der Regel jedoch nur mit Hilfe von Filtern und Integra­ tionsgliedern möglich. Beides erfordert einen ge­ wissen zeitlichen Aufwand mit der Folge, daß ein derartiger Sensor hinsichtlich seiner zeitlichen Ansprechbarkeit nicht unkritisch ist.

Weitgehend unwirksam ist der bekannte Sensor gerade dann, wenn das Kraftfahrzeug den Kontakt zur Fahrbahn verliert, es also abstürzt. Auftriebskräfte, die ansonsten für die Funktion des Sensor maßgeblich sind, fallen dann völlig weg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist und ein sicheres und schnelles Erkennen einer zu detektierenden kritischen Bewegung ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäße Sensor besitzt zwei Wirkmecha­ nismen. Der eine liegt dann vor, wenn das Kraftfahr­ zeug Kontakt zur Fahrbahn besitzt. Dann ist in der Regel die Auftriebskraft für das Anzeigemedium wirksam. Das Anzeigemedium bewegt sich dann innerhalb der Flüssigkeit beschleunigungsabhängig. Schwin­ gungen, soweit sie überhaupt auftreten können, in der Flüssigkeit haben keinen Einfluß auf die Bewegung und die Stellung des Anzeigemediums, da die Flüssigkeit diese Schwingungen in sich selbst kompensiert. Die Stellung des Anzeigemediums liefert somit eine präzise Anzeige der zu detektierenden Beschleunigung. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Dichteunter­ schied zwischen Flüssigkeit und Anzeigemedium hin­ reichend groß ist. Die Einstellung des Anzeigemediums wird bestimmt durch die resultierende Beschleunigung der Flüssigkeit. Diese Beschleunigung setzt sich zusammen aus der Gravitation und der ggf. vorhandenen Beschleunigungskomponente der Flüssigkeit in der Ebene, in der die Libelle liegt und liefert den Auftrieb für das Anzeigemedium. Die Beschleunigung kann dabei wie im Falle einer konstanten Neigung des Fahrzeugs statisch oder wie im Falle einer Transver­ sal- oder Longitudinalbeschleunigung dynamisch sein.

lm anderen Fall, d h. wenn das Kraftfahrzeug sich im Zustand des freien Falls befindet, ist eine Auf­ triebskraft nicht mehr wirksam. Die Flüssigkeit und das Anzeigemedium unterliegen dann lediglich dem Einfluß von Massenträgheitskräften. Dies bedeutet, daß bei einer Rotation des Sensors, die sich bei­ spielsweise bei einem Abtauchen des Kraftfahrzeugs abspielt, das Anzeigemedium seine Stellung innerhalb der Flüssigkeit beibehält. Nur das Gehäuse des Sensors führt die Bewegung des Kraftfahrzeugs aus.

Dadurch kommt es zur einer Relativbewegung des Anzeigemediums und der Flüssigkeit bezüglich des Gehäuses. Der Sensor wirkt als Neigungssensor.

Die Ausbildung des Sensors ist auf verschiedene Weise möglich. So kann es sich um einen Leitfähigkeits- Sensor handeln, der in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit eintaucht. Das Anzeigemedium ist in seiner Leitfähigkeit von der der Flüssigkeit ver­ schieden und besitzt beispielsweise keine Leitfähig­ keit. Der Sensor ist dann so angeordnet, daß das Anzeigemedium sich beim zu detektierenden Bewegungs­ wert am Ort des Sensors befindet. Damit wird durch den Leitfähigkeitssprung in diesem Fall der Wert der Bewegung erkannt.

Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausbildung des Sensors besteht in einer Sen­ der-/Empfänger-Strecke für elektromagnetische oder akustische Wellen, die so ausgerichtet ist, daß sich das Anzeigemedium beim zu detektierenden Bewegungs­ wert darin befindet (vgl. Patentanspruch 2). Damit kommt es in diesem Fall zu einer Änderung der Bedämpfung der Sender-/Empfänger-Strecke. In der Regel vergrößert sich dann die Bedämpfung. Dies ist durch den zweimaligen Durchlauf der Strahlung durch die Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Anzeigeme­ dium bedingt.

Aufgrund des konstruktiv einfachen Aufbaus ist es auch möglich, mehrere verschieden gerichtete Bewe­ gungekomponenten mit Hilfe entsprechend mehrerer derartiger Sensoren zu bestimmen. Eine Ausführungs­ form hierzu ist im Patentanspruch 4 angegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Eine in sich geschlossene kreisförmige Röhren-Libelle 1 dient als Beschleunigungs- und als Neigungssensor eines Fahrzeugs. Der Einsatz des Sensors ist z. B. in Verbindung mit einer Einrichtung zur Wank- oder Niveaustabilisierung zum Erkennen der Längs- oder Querkraft oder in Verbindung mit einer Sicherheits­ einrichtung wie z. B. Airbag oder Überrollbügel zum Erkennen eines kritischen Bewegungszustandes möglich.

Die Libelle 1 liegt wie dargestellt in der durch die Fahrzeuglängs- und -hochachse bestimmten Ebene. Sie besteht im wesentlichen aus einem torusförmigen Gehäuse 2 mit darin angeordneter Flüssigkeit 3. Bei der Flüssigkeit 3 handelt es sich beispielsweise um Wasser oder Alkohol, die unter den üblichen Einsatz­ bedingungen des Kraftfahrzeugs, ggf. entsprechend präpariert, flüssig bleiben. In der Flüssigkeit 3 befindet sich ein Anzeigemedium 4, das gegenüber der Flüssigkeit 3 eine geringere spezifische Dichte und ein wesentlich geringeres Volumen aufweist und mit dieser chemisch oder physikalisch nicht reagiert.

Das Anzeigemedium 4, bei dem es sich landläufig um die sog. Luftblase handelt, nimmt im Normalfall beschleunigungsabhängig die höchste Stelle ein. Ohne dynamische Beschleunigungen ist dies die geodätisch höchste Stelle. Bei einer statischen Längsneigung des Fahrzeugs, d. h. einer Torsion um die Fahrzeugquer­ achse nimmt das Anzeigemedium die Lage ein, die gegenüber der Fahrzeughochachse um den Neigungswinkel verändert ist.

Kommt eine dynamische Transversal-Beschleunigungs­ komponente in Richtung der Libelle 1 hinzu, hier in Richtung der Fahrzeuglängsache, so ergibt sich die Einstellung des Anzeigemediums 4 ohne Berücksichti­ gung einer statischen Neigung eines Fahrzeugs aus der vektoriellen Addition von Gravitation und dieser Be­ schleunigungskomponente der Flüssigkeit 3.

Die Stellung des Anzeigemediums 4 wird mit Hilfe einer Sender-/Empfängerstrecke 5 bzw. 6 mit jeweils einem Sender 5′ bzw. 6′ und einem Empfänger 5′′ bzw. 6′′ erfaßt. Die Lage der Strecken 5 bzw. 6 ist so gewählt, daß das Anzeigemedium 4 bei dem zu detektierenden Wert der Beschleunigung gerade in diese Strecke tritt und dadurch die Bedämpfung der empfangenen Strahlung signifikant verändert.

Der beschriebene Normalfall liegt dann vor, wenn das Anzeigemedium unter dem Einfluß der Auftriebskraft steht. Im anderen Fall befindet sich das Kraftfahr­ zeug in zumindest annähernd schwerelosem Zustand. Die Flüssigkeit 3 bewegt sich innerhalb des Gehäuses 2 allein unter dem Einfluß von Massenträgheitskräften. Auch bei einer Neigung, die sich wieder als Drehbe­ wegung um die Fahrzeugquerachse darstellt, bleibt im schwerelosen Zustand das Anzeigemedium 4 an der Stelle, die es zu Beginn des schwerelosen Zustands einnimmt. Das Gehäuse 2 verdreht sich dabei relativ zur Flüssigkeit 3 und dem Anzeigemedium 4. Bei einem Neigungswinkel γ, der gleich dem ist, unter dem die Sender-/Empfängerstrecke 5 bzw. 6 bezüglich der Fahrzeughochachse liegt, wird die Bedämpfung der empfangenen Strahlung signifikant verändert und beispielsweise die genannte Sicherheitseinrichtung ausgelöst. Der Sensor wirkt somit auch im schwe­ relosen Bewegungszustand des Fahrzeugs als Neigungs­ sensor.

Der Verlauf bzw. die Änderung des Fahrzeug-Bewe­ gungszustands kann mit weiteren Sen­ der-/Empfängerstrecken bestimmt werden, die unter verschiedenen Winkeln angeordnet sind und von denen beidseitig je eine (7, 8) unter einem Winkel δ angedeutet ist. Aus dem zeitlichen Verlauf, mit dem die Strecken durch das Anzeigemedium 4 durchfahren werden, und die erreichte Extremlage des Anzeigeme­ diums läßt sich beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Auswerteschaltung erkennen, ob das Fahrzeug einen kritischen Bewegungszustand besitzt bzw. erreichen wird.

Für die Detektion eines Bewegungszustands in Form einer Beschleunigung bzw. einer Neigung, die senk­ recht zu der geschilderten liegt, kann ein weiterer Sensor entsprechend dem dargestellten Sensor vorge­ sehen sein. Dieser liegt senkrecht zu dem darge­ stellten Sensor in der Ebene, die durch die Quer- und Hochachse des Fahrzeugs gebildet ist.

Für den Ausgleich von thermischen Volumenänderungen der Flüssigkeit 3 und des Anzeigemediums 4 können nicht dargestellte Druck-Ausgleichseinrichtungen vorgesehen sein, die das Volumen des Anzeigemediums 4 weitgehend temperaturunabhängig konstant halten.

Claims (4)

1. Bewegungszustands-Sensor für Fahrzeuge, insbe­ sondere zum Auslösen einer Insassen-Sicher­ heitsvorrichtung mit einer in einem abgeschlos­ senen Gehäuse bewegten Flüssigkeit, mit einem darin angeordneten Anzeigemedium geringerer Dichte und geringeren Volumens und mit einem auf eine Bewegung der Flüssigkeit ansprechenden Detektor, gekennzeichnet durch eine in sich geschlossene kreisförmige, senkrecht stehende Röhren-Libelle (1′) als Gehäuse und durch einen Detektor (5, 6), der auf eine definierte Lage des Anzeigemediums (4) innerhalb der Flüssigkeit (3) anspricht, die dieses bei dem zu detektierenden Bewegungszustand annimmt.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor als Sender-/Empfänger-Strecke (5, 6) für elektromagnetische oder akustische Wellen ausgebildet ist, in der das Anzeigemedium (4) beim relevanten Bewegungszustand liegt.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Detektoren (5, 6, 7, 8) für in ihrem Wert unterschiedliche Bewegungszustände.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei derartige Sensoren verwendet sind, die senkrecht zueinander und aufrecht stehen.