DE4031326A1 - Beschleunigungssensor und insassen-rueckhaltesystem mit einem beschleunigungssensor zum ausloesen desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen zum Feststellen plötzlicher Geschwindigkeitsänderungen und zum Aktivieren eines Insassen-Rückhaltesystems, beispielsweise eins Luftsacks. Ein derartiger Sensor enthält ein Element, das bei einer plötz­ lichen Verzögerung in eine vorbestimmte Stellung gelangt, um einen Kontakt zu schließen, wodurch das Rückhaltesystem aktiviert wird.

Studien haben ergeben, daß Verletzungen bei Unfällen mit Kraft­ fahrzeugen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, durch Verwendung von Insassen-Rückhaltesystemen beträchtlich verrin­ gert oder vermieden werden können. Diese Systeme enthalten häufig einen aufblasbaren Luftsack, der im Normalzustand im Instrumentenbrett oder im Lenkrad untergebracht ist. Wenn das Kraftfahrzeug einer plötzlichen Verzögerung unterworfen wird, wird der Luftsack automatisch aufgeblasen und er entfaltet sich derart, daß er die Insassen abfängt, ihre Bewegung begrenzt und einen Kontakt zwischen ihnen und Fahrzeugteilen, wie der Wind­ schutzscheibe, dem Lenkrad, der Instrumententafel und der­ gleichen, vermeidet. Ein entscheidendes Element aller derarti­ ger Systeme ist der Beschleunigungssensor, der den Aufblase- und Entfaltungsvorgang des Luftsacks auslöst. Die Bewegung des Kraftfahrzeuges muß sorgfältig und präzis überwacht werden, so daß die Luftsäcke sehr schnell entfaltet werden können, bevor die Insassen ernsthaft verletzt werden.

Ein bekannter Beschleunigungssensor (US-PS 43 29 549) weist ein rohrförmiges Gehäuse auf, das eine metallische Hülse, eine Metallkugel und einen Magneten umgibt, dessen Magnetfeld bestrebt ist, die Kugel an einem ersten Ende der Hülse zu halten. Am anderen Ende der Hülse befindet sich ein Paar elektrischer Kontaktzungen. Der Sensor wird im Kraftfahrzeug derart angeordnet, daß dann, wenn das Kraftfahrzeug einer Verzögerung unterworfen wird, die einen vorbestimmten Wert übersteigt, die Kugel sich von dem ersten zu dem zweiten Ende der Hülse hin bewegt und mit den beiden Kontaktzungen Kontakt macht. Da die Zungen und die Kugel elektrisch leitend sind, wird eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktzungen hergestellt, wenn die Kugel die Kontaktzungen berührt. Diese elektrische Verbindung wird dazu benutzt, ein Signal für das Entfalten der Luftsäcke zu erzeugen.

Die Genauigkeit des bekannten Sensors hängt vor allem von der richtigen Lage der beiden elektrischen Kontaktzungen ab, um sicherzustellen, daß sie gleichzeitig von der Kugel berührt werden. Wenn die beiden Zungen nicht genau gleich angeordnet sind, befinden sie sich in unterschiedlichen Abständen von den Enden der Hülse. Bei einer Verzögerung des Kraftfahrzeuges berührt daher die Kugel eine der Zungen zuerst, wenn sie sich auf das zweite Ende der Hülse hin bewegt. Diese Berührung verzögert die Kugel, so daß wertvolle Zeit verloren geht, bevor die Kugel die zweite Kontaktzunge berührt, um die elektrische Verbindung herzustellen. Es ist jedoch wesentlich, daß der Zeitraum zwischen dem Beginn der Verzögerung des Kraftfahr­ zeuges und dem Entfalten des Luftsacks auf einem absoluten Minimum und auf einem konstanten Wert gehalten wird. Wenn diese Verzögerung zu lang ist, kann der Luftsack seine Aufgabe, die Passagiere zu schützen, nicht erfüllen.

Die Kontaktzungen besehen normalerweise aus relativ dünnem Material wie Kupfer oder einer Legierung, die ebenso biegsam und leicht zu biegen ist. Aufgrund dieser Eigenschaften hat es sich bei der Herstellung und beim Zusammenbau oftmals als äußerst schwierig und zeitraubend herausgestellt, diese Zungen so anzuordnen, daß sie genau gleich ausgerichtet sind, so daß die Kugel beide Zungen genau zur gleichen Zeit berührt. Um eine schnelle und vorhersagbare Reaktionszeit des Sensors aufrecht­ zuerhalten, ist es auch wesentlich, daß der Abstand von der Ruhestellung der Kugel bis zur Kontaktstelle konstant ist. Auch wenn die Zungen anfänglich perfekt relativ zueinander angeord­ net sind, werden sie beim Zusammenbau und beim Einbau des Sensors gelegentlich verbogen.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Be­ schleunigungssensor zu schaffen, der einfach und kostengünstig herstellbar ist und bei welchem die kritischen Elemente, wie die genannten elektrischen Kontaktzungen, während des Zusammen­ baus in ihrer vorbestimmten Lage bleiben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Insassen- Rückhaltesystem zu schaffen, in welchem die Reaktionszeit, d. h. die Zeit zwischen der Verzögerung des Fahrzeuges und dem Entfalten der Luftsäcke, jederzeit vorherbestimmbar ist, und zwar unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungs­ sensors.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäßer Beschleunigungssensor weist ein Gehäuse mit Kontaktzungen und ein Kontaktelement auf, das eine elek­ trische Verbindung zwischen den Kontaktzungen herstellt, wenn eine über einem Schwellenwert liegende Verzögerung festgestellt wird. In dem Gehäuse ist ein Anschlag vorgesehen, der die Kontaktzunge in einer derartigen Ruhestellung hält, daß sichergestellt ist, daß das Kontaktelement die beiden Kontakt­ zungen gleichzeitig berührt. Danach wird ein elektrisches Signal einer Kontrolleinheit zugeführt, welche den Luftsack innerhalb des Kraftfahrzeuges aufbläst und entfaltet. Dabei wird in vorteilhafter Weise die Reaktionszeit des Beschleuni­ gungssensors verringert, womit sichergestellt ist, daß der Luftsack früh genug aufgeblasen wird, um Verletzungen der Insassen zu vermeiden.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beschleunigungs­ sensors und eine Abwandlung desselben werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines in einem Gehäuse angeordneten Beschleunigungssensors,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Beschleunigungssensors von Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung des Beschleuni­ gungssensors von Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2, wobei die Kugel gerade die Kontaktzungen berührt,

Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2, wobei die Kugel in ihrer linken Endstellung ist, und

Fig. 7 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2, jedoch mit einem abgewandelten Anschlag für die Kontaktzungen, wobei die Kugel in ihre Ruhestellung zurückkehrt.

Der Beschleunigungssensor 10 befindet sich in einem Gehäuse 12, das in dem nicht dargestellten Kraftfahrzeug angeordnet ist. Der Sensor ist durch ein Kabel 14 mit mindestens zwei Adern 16, 18 mit einem Steuergerät 54 (Fig. 3) zum Auslösen eines Luft­ sacks 56 (Fig. 3) verbunden.

Der Sensor 10 weist ein rohrförmiges Gehäuse 20 auf, das am einen Ende von einer Stirnwand 22 mit einem äußeren hohlen Fortsatz 24 verschlossen ist. An dem der Stirnwand 22 gegenüberliegenden Ende hat das Gehäuse 20 einen vergrößerten Abschnitt 26, der einen Sitz für eine Gummidichtung 28 bildet. Das Gehäuse 20 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und es hat eine zylindrische Innenwand 30 zur Aufnahme einer Metallhülse 32. Die Stirnwand 22 ist mit einer sphärischen Vertiefung 34 zur Aufnahme einer metallischen Kugel 36 versehen. Der Durchmesser der Kugel 36 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Hülse 32.

Der Endabschnitt 26 hält einen Kunststoffdeckel 38 mit zwei Metallstiften 40, 42, die jeweils eine entsprechende Kontakt­ zunge 44, 46 halten. Der Deckel 38 enthält als Anschlag für die Kontaktzungen in deren Ruhestellung eine Kunststoff-Halte­ scheibe 48, die mit der Umfangswand des Deckels 38 beispiels­ weise durch Preßsitz, durch Klebung, durch Ultraschall- Schweißung oder andere bekannte Mittel verbunden ist. Die Scheibe 48 hat ein inneres Loch 50 (Fig. 4), das so bemessen ist, daß es die Zungen 44 und 46 berührt und in einer vorbe­ stimmten Ruhestellung hält. Wie inbesondere aus Fig. 4 er­ sichtlich ist, sind die Zungen 44, 46 vor dem Einbau der Halte­ scheibe 48 in einer entspannten, offenen Stellung. Nach dem Einbau der Haltescheibe 48 berührt diese die Zungen und spannt sie nach innen zur Längsachse des Sensors hin vor in eine Stellung, die gestrichelt dargestellt ist. Die Vorspannkraft wird durch die Biegsamkeit der Zungen hervorgerufen. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Zungen 44, 46 in ihrer in ausgezogenen Linien dargestellten "offenen" Stellung in einem verhältnis­ mäßig willkürlichen Abstand vom Hauptkörper des Deckels und sie sind daher ziemlich schwierig genau gleich anzuordnen. Dagegen hält die Haltescheibe 48 die Zungen akkurat in einem vorbe­ stimmten Abstand von dem Deckel. Die Haltescheibe hält überdies die Zungen in ihren vorgewählten Stellungen und schützt sie vor Verformungen während des Zusammenbaus des Sensors. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Kontaktzungen 44 und 46 in Serie in einem elektrischen Schaltkreis angeordnet, der eine Batterie 52 und den Betätigungsmechanismus 54 enthält. Der Betätigungsmecha­ nismus 54 steuert und zündet einen oder mehrere Luftsäcke 56.

Ein ringförmiger Permanentmagnet 58 ist auf dem Fortsatz 24 der Stirnwand 22 angeordnet. Der Magnet erzeugt ein magnetisches Feld, welches bestrebt ist, die Kugel 36 an der Stirnwand 22, also in der Stellung gemäß Fig. 2, zu halten. Das Gehäuse 12 ist innerhalb des Kraftfahrzeuges so orientiert, daß der Deckel 38 zum vorderen Ende und die Stirnwand 22 zum hinteren Ende des Fahrzeugs zeigt. In Fig. 2 ist die normale Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges durch den Pfeil a gekennzeichnet. Wenn das Fahrzeug auf ein Hindernis auftrifft, würde es in Richtung des Pfeils b verzögert. Wenn die Verzögerungskraft größer ist als die vorbestimmte Rückhaltekraft des Magneten 58, überwindet die Kugel die von dem Magneten 58 ausgeübte Kraft und sie bewegt sich in Richtung des Pfeiles a auf den Deckel 38 zu. Da die Haltescheibe 48 die Kontaktzungen 44, 46 in einer gemeinsamen Ebene hält, berührt die Kugel 36 die Kontaktzungen 44, 46 gleichzeitig (Fig. 5). Die Kugel bewegt sich nun weiter in Richtung des Pfeiles a, bis sie durch die Kontaktzungen und die Haltescheibe 48 aufgehalten wird (Fig. 6). Wenn die Verzögerung beendet ist, kehrt die Kugel 36 gemäß Fig. 7 in ihre Ruhe­ stellung zurück.

In der Zwischenzeit hat durch den Kontakt zwischen der Kugel 36 und den Kontaktzungen 44, 46 ein Stromfluß von der Batterie 52 zur Betätigungseinrichtung 54 stattgefunden, welche nun den Luftsack 56 auslöst. Wie vorher erwähnt, könnten ohne die Haltescheibe 48 die Kontaktzungen 44, 46 ungleich angeordnet werden, so daß die Kugel 36 bei ihrer Bewegung in Richtung des Pfeiles a zunächst nur eine der Zungen berühren würde. Die Bewegung der Kugel würde durch diese Berührung abgebremst, so daß die Kugel mit der zweiten Kontaktzunge erst einige Milli­ sekunden später in Berührung kommen und das Auslösen des Luftsacks verzögert würde.

Wie in Fig. 7 gezeigt, kann die Haltescheibe 48 weggelassen werden und statt dessen das rohrförmige Gehäuse 20 mit einer inneren Schulter 68 versehen werden, die so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie die Kontaktzungen 44, 46 im Ruhezustand in ihrer richtigen Lage zueinander positioniert.

Claims (8)

1. Beschleunigungssensor zum Erfassen von Geschwindigkeits­ änderungen mit

• a) einem Gehäuse (20) mit einem ersten und einem zweiten Ende,
• b) zwei Kontaktzungen (44, 46) am ersten Ende,
• c) einem Sensorelement (36), das beweglich in dem Gehäuse (20) angeordnet ist, und
• d) Rückhaltemittel (58) zur Ausübung einer Kraft auf das Sensorelement (36), um dieses in Richtung auf eine erste Endstellung zu bewegen,

wobei das Sensorelement (36) so angeordnet und ausgebildet ist, daß es bei einer die Rückhaltekraft übersteigenden Verzöge­ rungskraft aus der ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegt wird, in der es einen Kontakt zwischen den Kontaktzungen (44, 46) herstellt, gekennzeichnet durch

• e) einen Anschlag (48 bzw. 68) für die Kontaktzungen (44, 46) in ihrer Ruhestellung.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktzungen (44, 46) und das Sensorelement (36) elektrisch leitend sind, um eine elektrische Verbindung herzustellen, wenn das Sensorelement (36) die Kontaktzungen (44, 46) berührt.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anschlag (48 bzw 68) so ausgebildet ist, daß er die Kontaktzungen in einer solchen vorgewählten Ruhestellung hält, daß das Sensorelement (36) gleichzeitig mit den Kontaktzungen (44, 46) in Berührung kommt.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anschlag von einer Halteplatte (48) mit einer zentralen Öffnung (50) gebildet ist, durch welche das Sensor­ element (36) mit den Kontaktzungen (44, 46) in Berührung kommen kann.

5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anschlag von einer Schulter (68) im Inneren des Gehäuses (20) gebildet ist, an dem die Kontaktzungen (44, 46) im Ruhezustand anliegen.

6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rückhaltekraft von dem Magnetfeld eines Permanentmagneten (58) erzeugt ist.

7. Insassen-Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug mit mindes­ tens einem innerhalb desselben angeordneten Luftsack (56), einer Steuereinheit (54) zum Zünden des Luftsackes für den Schutz eines Insassen bei einem Crash, und einem Beschleuni­ gungssensor (10) zum Feststellen einer Geschwindigkeitsänderung des Kraftfahrzeuges, der mit der Steuereinheit verbunden ist und ein Auslösesignal erzeugt, wenn die Verzögerung des Kraftfahrzeuges einen bestimmten Wert übersteigt, gekennzeichnet durch einen Beschleunigungssensor (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.