DE4129800A1

DE4129800A1 - Sensor automatically triggering vehicle passenger safety mechanisms, esp. air bags - has housing with seismic wt. contg. magnet which triggers control signal by actuating reed switch

Info

Publication number: DE4129800A1
Application number: DE19914129800
Authority: DE
Inventors: Harry Dipl Ing Kaiser; Manfred Dipl Ing Dr Abendroth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-09-07
Filing date: 1991-09-07
Publication date: 1993-03-11

Abstract

The sensor has a housing (10) contg. a seismic wt. body (15) which triggers a control signal when a defined threshold value is exceeded. A permanent magnet (17) mounted in the body influences the contacts (22,24) of a reed switch (21). There is a defined distance (a) between the magnetic centres (27,28) of the permanent magnet and reed switch contacts. The body can be a three-sided prism with a low centre of gravity (s) and the magnet in the apex. A protrusion (30) inside the housing bypasses the body tilt in a certain direction. ADVANTAGE -Simple, robust and economical to make since it contains few parts.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist bereits ein derartiger Sensor bekannt, bei dem als seismische Masse eine Kugel im Mittelpunkt einer Pfanne mit ansteigenden Flanken angeordnet ist. Aus dieser Ruhelage wird die Kugel entweder bei Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigungs schwelle oder bei Neigung des Kraftfahrzeugs um einen vorgegebenen Winkel ausgelenkt. Durch die dabei ausgeführte Rollbewegung der Kugel wird eine Referenzlichtschranke gesteuert und somit ein Meß signal erzeugt. Ferner ist es aus der DE-A1-35 70 947.9 bekannt, im Innenraum eines Gehäuses einen etwa zylinderförmigen Metallzylinder als seismische Masse anzuordnen. In der seismischen Masse ist eine achsparallel ausgebildete Bohrung vorhanden, durch die in Grund stellung das Licht eines Senders zu einem Empfänger gelangen kann. Wird die seismische Masse gekippt, so wird die auf dem Empfänger auftreffende Lichtmenge verringert und somit ein Meßsignal abge geben. Zur Beeinflussung der Auslöseschwelle wird mit Hilfe einer im Boden der seismischem Masse ausgebildeten Ausnehmung der Schwerpunkt der seismischen Masse verlagert. Diese Sensoren haben aber den Nachteil, daß ein relativ großer Kippwinkel notwendig ist, um ein eindeutiges Meßsignal zu erhalten.The invention is based on a sensor for automatic triggering of occupant protection devices in motor vehicles of the type of claim 1. It is already known such a sensor with a ball in the center of a pan as a seismic mass rising flanks is arranged. From this rest position the Ball either when a given acceleration is exceeded threshold or when the motor vehicle is tilted by a predetermined one Angle deflected. Due to the rolling movement of the Ball is controlled a reference light barrier and thus a measurement signal generated. Furthermore, it is known from DE-A1-35 70 947.9 in Interior of a housing an approximately cylindrical metal cylinder to be arranged as a seismic mass. There is one in the seismic mass Axially parallel bore available through the bottom position the light from a transmitter can reach a receiver. If the seismic mass is tilted, it is on the receiver incident light quantity reduced and thus abge a measurement signal give. To influence the triggering threshold, an im Bottom of the seismic mass formed recess the focus shifted to the seismic mass. But these sensors have that Disadvantage that a relatively large tilt angle is necessary in order to to obtain a clear measurement signal.

Außerdem wird in der nachveröffentlichten DE-OS 40 36 567.0 ein Beschleunigungsaufnehmer beschrieben, bei dem die Kontakte eines Reed-Schalters von einem in einem länglichen Kippkörper angeordneten Permanentmagneten betätigt werden. Dabei fällt aber die magnetische Mitte der Kontakte des Reed-Schalters und die magnetische Mitte (Schaltmittel) des Permanentmagneten nahezu zusammen. Dadurch er geben sich Zentrierungs- und Justage-Probleme bei der Herstellung des Beschleunigungsaufnehmers.In addition, in the post-published DE-OS 40 36 567.0 Accelerometer described in which the contacts of a Reed switch from one arranged in an elongated tilting body Permanent magnets are operated. But the magnetic falls Center of the contacts of the reed switch and the magnetic center (Switching means) of the permanent magnet almost together. Thereby he give centering and adjustment problems in the manufacture of the Accelerometer.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er einfach und robust baut. Der Sensor ist für die Auslösung von Airbag-Systemen verwendbar, da in Grundstellung die Kontakte des Reed-Schalters geöffnet sind. Durch die Versetzung der magnetischen Mitte des Magneten um den Abstand a von der Schaltmitte der Kontakte des Reed-Schalters wird eine sehr kurze Schließzeit erreicht. Zur Aus lösung ist nur noch ein geringer Kippwinkel und somit eine geringe Auslösezeit notwendig. Dies wird in einfacher Weise durch die Ver schiebung der jeweiligen magnetischen Mitten um den Abstand a be wirkt. Ohne zusätzliche Änderungen am angeschlossenen Steuergerät oder an den bisher verwendeten Insassenschutzeinrichtungen ist der Sensor mit den bisher verwendeten Sensoren kompatibel. Durch die Form des verwendeten Kippkörpers kann das Auslöseverhalten des Sen sors einfach an die jeweiligen Erfordernisse verschiedener, unter schiedlicher Automobiltypen angepaßt werden. Durch die Wahl der Lage des Schwerpunkts des Kippkörpers kann die statische Auslöseschwelle des Sensors relativ einfach festgelegt werden. Die jeweils geforder ten dynamischen Anforderungen können durch die geometrischen Kenngrößen des Kippkörpers erfüllt werden. Hierzu wird das Massen trägheitsmoment des Kippkörpers in der gewünschten Weise verändert. Bei Verwendung eines dreiseitigen Prismas als Kippkörper liegt der Schwerpunkt relativ niedrig, so daß zugleich auch eine geringe Bau größe des Sensors erreicht wird. Das statische und auch das dynami sche Verhalten des Sensors kann in einfacher Weise durch ein Rechen modell erfaßt werden. Dadurch können bereits in Rechenmodellen un terschiedliche Crash-Situationen bezüglich ihres jeweiligen Be schleunigungsverlaufs erfaßt werden und somit die Auslösezeit des Sensors vorberechnet werden. Durch die geringe Anzahl von Bauteilen des Sensors baut dieser kostengünstig und ist einfach zu fertigen. Die Bauteile ermöglichen eine automatische Fertigung des Sensors.The sensor according to the invention with the characteristic features of Main claim has the advantage that it is simple and builds robustly. The sensor is for triggering airbag systems can be used because the contacts of the reed switch are in the basic position are open. By moving the magnetic center of the Magnets by the distance a from the switching center of the contacts of the Reed switch has a very short closing time. To the end solution is only a small tilt angle and thus a small one Tripping time necessary. This is easily done by Ver shift of the respective magnetic centers by the distance a be works. Without additional changes to the connected control unit or on the occupant protection devices previously used Sensor compatible with the sensors previously used. Through the Shape of the tilting body used can trigger the Sen sors simply to meet the needs of different, under different types of automobiles are adapted. By choosing the location the center of gravity of the tilting body can be the static triggering threshold of the sensor can be set relatively easily. The required in each case The dynamic requirements can be met by the geometric Characteristics of the tilting body are met. For this the masses moment of inertia of the tilting body changed in the desired manner. When using a three-sided prism as a tilting body, the Center of gravity relatively low, so that at the same time also a low construction size of the sensor is reached. The static and also the dynamic cal behavior of the sensor can be easily done by a rake model can be detected. As a result, un different crash situations with regard to their respective Be acceleration course are recorded and thus the trigger time of the Sensors are precalculated. Due to the small number of components The sensor is inexpensive to build and is easy to manufacture. The components enable the sensor to be manufactured automatically.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial developments of the sensor specified in the main claim possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Sensor in Grund stellung mit den im Schwerpunkt herrschenden Kräfteverhältnissen und Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Sensor in Auslösestellung.An embodiment of the invention is shown in the drawing and Darge explained in more detail in the following description. They show: Fig. 1 is a longitudinal section through a sensor in the basic position with the pressure prevailing in the focus forces conditions and Fig. 2 is a longitudinal section through the sensor in the tripping position.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist mit 10 das etwa becherförmige Gehäuse eines Sensors 11 bezeichnet, das von einem Deckel 12 verschließbar ist. Auf dem Boden 13 des Innenraums 14 liegt ein Körper 15 auf, der als seismische Masse dient. In der Fig. 1 ist der Körper 15 als drei seitiges Prisma ausgebildet. Um die Lage des Schwerpunktes und eine eventuelle Verwendung bei unterschiedlichen Automobiltypen zu ermöglichen, kann der Körper 15 auch eine andere Form, zum Beispiel die eines langgestreckten Körpers, eines Zylinders oder eines Quaders aufweisen. Dabei kann der Körper 15 in etwa den Durchmesser des Bodens 13 aufweisen oder auch mit einem geringen Spiel im Innen raum 14 angeordnet sein. Auf jeden Fall muß der Körper 15 im Innen raum 14 lose eingesetzt werden. Die dem Boden 13 zugewandten Kanten des Körpers 15 sind leicht abgerundet, um ein leichtes Verkippen des Körpers 15 im Innenraum 14 des Gehäuses 10 zu ermöglichen. In der dem Boden 13 gegenüberliegenden Seite, das heißt beim Prisma in der Spitze, ist im Körper 15 ein Permanentmagnet 17 angeordnet. Die Polarisationsrichtung des Permanentmagenten 17 ist in Achsrichtung des Körpers 15 ausgerichtet, das heißt die Polarisationsrichtung verläuft senkrecht zum Boden 13 des Gehäuses 10 bzw. senkrecht zur Richtung der angreifenden Beschleunigung b.In Fig. 1, 10 denotes the approximately cup-shaped housing of a sensor 11 , which can be closed by a cover 12 . A body 15 , which serves as a seismic mass, rests on the bottom 13 of the interior 14 . In Fig. 1, the body 15 is designed as a three-sided prism. In order to enable the position of the center of gravity and possible use in different types of automobiles, the body 15 can also have a different shape, for example that of an elongated body, a cylinder or a cuboid. The body 15 may have approximately the diameter of the bottom 13 or may be arranged with a slight clearance in the interior 14 . In any case, the body 15 must be used loosely in the interior 14 . The edges of the body 15 facing the bottom 13 are slightly rounded in order to allow the body 15 to tilt slightly in the interior 14 of the housing 10 . A permanent magnet 17 is arranged in the body 15 on the side opposite the base 13 , that is to say in the tip of the prism. The direction of polarization of the permanent magnet 17 is oriented in the axial direction of the body 15 , that is to say the direction of polarization is perpendicular to the bottom 13 of the housing 10 or perpendicular to the direction of the acting acceleration b.

Im Deckel 12 ist auf der dem Innenraum 14 abgewandten Seite eine Ausnehmung 20 vorhanden, in der ein Reed-Schalter 21 angeordnet ist. Der erste, obere Kontakt 22 des Reed-Schalters 21 ist mit einem ersten Anschlußstift 23 und der zweite untere Kontakt 24 mit einem zweiten Anschlußstift 25 verbunden. Diese Anschlußstifte 23, 25 dienen sowohl zum Signalabgriff vom Reed-Schalter 21 als auch zur Befestigung des Sensors 11 auf einer nicht dargestellten Leiter platte. Die beiden Kontakte 22, 24 sind deckungsgleich angeordnet, ihre magnetische Mitte 27 ist aber um den Abstand a gegenüber der magnetischen Mitte 28 des Permanentmagneten 17 in Kipprichtung ver schoben. Ferner ist am Deckel 12 ein in den Innenraum 14 ragender Fortsatz 30 ausgebildet, der das Kippen des Körpers 15 nur in eine bestimmte Richtung ermöglicht, in der die angreifende Beschleunigung erfaßt werden soll. In the cover 12 there is a recess 20 on the side facing away from the interior 14 , in which a reed switch 21 is arranged. The first, upper contact 22 of the reed switch 21 is connected to a first connection pin 23 and the second lower contact 24 to a second connection pin 25 . These pins 23 , 25 are used both for signal tapping from the reed switch 21 and for mounting the sensor 11 on a circuit board, not shown. The two contacts 22 , 24 are arranged congruently, but their magnetic center 27 is pushed by the distance a relative to the magnetic center 28 of the permanent magnet 17 in the tilt direction ver. Furthermore, an extension 30 projecting into the interior 14 is formed on the cover 12 , which allows the body 15 to tilt only in a certain direction in which the attacking acceleration is to be detected.

In Grundstellung des Sensors 11 liegt der Körper 15 auf dem Boden 13 auf. Ferner ist die magnetische Mitte 27 der beiden Kontakte 22, 24 des Reed-Schalters 21 um den Abstand a von der magnetischen Mitte 28 des Permanentmagneten 17 versetzt. In bekannter Weise verlaufen die magnetischen Linien des Permanentmagneten 17 vom Nordpol zum Südpol. Ungeachtet der Versetzung der beiden magnetischen Mitten 27 bzw. 28 um den Abstand a werden die beiden Kontakte 22, 24 von einem Magnet feld mit der gleichen Polarisationsrichtung durchflossen. Dadurch wird auf die beiden Kontakte 22, 24 in Grundstellung keine Kraft ausgeübt. Somit ist der Reed-Schalter 21 in Grundstellung geöffnet. In Grundstellung besitzt der Schwerpunkt S des Körpers 15 eine Höhe H über dem Boden 13 und der Abstand von der Kippkante K beträgt A. Verbindet man den Schwerpunkt S und die Kippkante K miteinander, so bildet diese Linie mit der Senkrechten auf den Boden des Körpers 15 bzw. auf den Boden 13 einen Winkel α, der berechnet werden kann nach α = arc tan (A/H). Im Schwerpunkt S des Körpers 15 wirkt die Gewichtskraft G = m · g (m = Masse des Körpers, g = Erdbe schleunigung). Wirkt auf den Körper 15 nun eine Beschleunigung b ein, zum Beispiel im Fall eines Aufpralls bzw. Crash des Fahrzeugs, in dem der Sensor 11 angeordnet ist, so wirkt auf den Körper 15 die Kraft F_b, die berechnet werden kann nach F_b = m · b. Die Kräfte F_b und G bilden eine Resultierende, die den Winkel β gegen die Senkrechte auf den Boden 13 einschließen. Der Winkel β beträgt dabei β = arc tan (F_b/G) = arc tan (b/g). Ist nun die angreifende Beschleunigung b gerade so groß, daß der Winkel β dem Winkel α entspricht, so beginnt der Körper 15 über seine Kante K zu kippen. Der Kippvorgang ist selbstverständlich nur dann möglich, wenn der Körper 15 an einer Stufe, das heißt an der Innenwand des Gehäuses 10 gegen Verrutschen gehalten wird. Der Schaltvorgang am Reedschalter 21 soll ferner möglichst schnell einsetzen. Da für das Schalten der Reedschalter 21 die Kippbewegung verantwortlich ist, sollte dieser Kippwinkel klein sein. Dieser Kippwinkel beträgt dabei ca. 5°. Die Größe dieses Kippwinkels wird wesentlich durch die Anordnung der Kontakte 22, 24 gegenüber dem Permanentmagneten 17 bestimmt. Durch den Abstand a ist das Magnetfeld des Permanentmagneten 17 den Kon takten 22, 23 bereits so zugeordnet, daß bei einem geringen Winkel, das heißt bei einem Winkel von etwa 5°, die Kontakte 22, 24 schließen. Durch das Kippen des Körpers 15 wird der Permanentmagnet 17 und somit auch das Magnetfeld verschoben. Die Kontakte 22, 24 liegen dadurch ab einem Kippwinkel von 5° asymmetrisch im Magnetfeld des Permanentmagneten und weisen somit so unterschiedliche magnetische Potentiale auf, daß sie sich anziehen und dabei die Kontakte 22, 24 schließen. Dieser Zustand, der Auslösezustand des Sensors 11, ist in der Fig. 2 dargestellt. Hier ist in ge strichelten Linien die Lage des Körpers 15 bei einer Kippung um 5° eingezeichnet. Durch die angreifende Beschleunigung b wird der Körper 15 aber weitergekippt, bis er an der Seitenwand des Gehäuses 10 anliegt. Dabei wird er in der in der Fig. 2 dargestellten Aus bildung um 24° weitergekippt, so daß er insgesamt um 29° vom Boden 13 abgehoben ist.In the basic position of the sensor 11 , the body 15 lies on the floor 13 . Furthermore, the magnetic center 27 of the two contacts 22 , 24 of the reed switch 21 is offset by the distance a from the magnetic center 28 of the permanent magnet 17 . In a known manner, the magnetic lines of the permanent magnet 17 run from the north pole to the south pole. Regardless of the offset of the two magnetic centers 27 and 28 by the distance a, the two contacts 22 , 24 are flowed through by a magnetic field with the same direction of polarization. As a result, no force is exerted on the two contacts 22 , 24 in the basic position. The reed switch 21 is thus open in the basic position. In the basic position, the center of gravity S of the body 15 has a height H above the floor 13 and the distance from the tilting edge K is A. If the center of gravity S and the tilting edge K are connected to one another, this line forms the perpendicular to the bottom of the body 15 or on the floor 13 an angle α, which can be calculated according to α = arc tan (A / H). In the center of gravity S of the body 15 acts the weight G = m · g (m = mass of the body, g = acceleration of gravity). Acts on the body 15 now an acceleration a b, for example in the event of an impact or crash of the vehicle, in which the sensor 11 is arranged so acts on the body 15, the force F _b, which can be calculated by F = _b m · b. The forces F _b and G form a resultant, which enclose the angle β against the perpendicular to the floor 13 . The angle β is β = arc tan (F _b / G) = arc tan (b / g). If the attacking acceleration b is just so great that the angle β corresponds to the angle α, the body 15 begins to tip over its edge K. The tilting process is of course only possible if the body 15 is held against slipping at one step, that is to say on the inner wall of the housing 10 . The switching process on the reed switch 21 should also start as quickly as possible. Since the tilting movement is responsible for switching the reed switches 21 , this tilting angle should be small. This tilt angle is approximately 5 °. The size of this tilt angle is essentially determined by the arrangement of the contacts 22 , 24 relative to the permanent magnet 17 . By the distance a, the magnetic field of the permanent magnet 17 is the contacts 22 , 23 already assigned so that at a small angle, that is at an angle of about 5 °, the contacts 22 , 24 close. By tilting the body 15 , the permanent magnet 17 and thus also the magnetic field is shifted. As a result, the contacts 22 , 24 are asymmetrical in the magnetic field of the permanent magnet from a tilt angle of 5 ° and thus have such different magnetic potentials that they attract and close the contacts 22 , 24 . This state, the trigger state of the sensor 11 , is shown in FIG. 2. Here, the position of the body 15 is shown in dashed lines at a tilt of 5 °. Due to the attacking acceleration b, the body 15 is tilted further until it lies against the side wall of the housing 10 . It is tilted further by 24 ° in the education shown in FIG. 2, so that it is lifted by a total of 29 ° from the floor 13 .

Der Sensor 11 kann besonders vorteilhaft zur Auslösung von Airbag-Systemen verwendet werden. Bei diesen Systemen ist es not wendig, daß der Sensor 11 in Grundstellung geöffnete Kontakte 22, 24 des Reed-Schalters 21 aufweist. Erst im Auslösezustand sollen die Kontakte 22, 24 des Reed-Schalters 21 geschlossen sein, so daß ein Strom von mehreren Ampere (< 5 Ampere) geschaltet werden kann, um den Treibsatz des angeschlossenen Airbag-Systems direkt zünden zu können. Ferner ist es notwendig, daß der Sensor 11 eine möglichst große Haltezeit im geschlossenen Zustand des Reed-Schalters 21 auf weist. Dies ist notwendig, um die angeschlossenen Airbag-Systeme nicht während des Auslösevorgangs zu unterbrechen. Hierfür ent spricht der Kippwinkel von 24° den in der Praxis gewünschten An forderungen.The sensor 11 can be used particularly advantageously for triggering airbag systems. In these systems, it is not agile that the sensor 11 has open contacts 22 , 24 of the reed switch 21 in the basic position. Only in the tripped state should the contacts 22 , 24 of the reed switch 21 be closed, so that a current of several amperes (<5 amperes) can be switched in order to be able to ignite the propellant charge of the connected airbag system directly. Furthermore, it is necessary for the sensor 11 to have the longest possible holding time in the closed state of the reed switch 21 . This is necessary so that the connected airbag systems are not interrupted during the deployment process. For this, the tilt angle of 24 ° corresponds to the requirements desired in practice.

Claims

1. Sensor ( 11 ), in particular crash sensor, for automatically triggering occupant protection devices in motor vehicles, in particular airbag systems, with a housing ( 10 ), in the housing recess ( 14 ) of which serves as a seismic mass ( 15 ) is arranged, which triggers a control signal when a predetermined threshold value is exceeded, characterized in that a permanent magnet ( 17 ) is arranged in the body ( 15 ) that the magnetic field of the permanent magnet ( 17 ) with the contacts ( 22 , 24 ) of a reed -Schal ters ( 21 ) is in operative connection, and that between the magnetic center ( 27 ) of the contacts ( 22 , 24 ) of the reed switch ( 21 ) and the magnetic center ( 28 ) of the permanent magnet ( 17 ), a distance (a) is available.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the body ( 15 ) has the shape of a three-sided prism.

3. Sensor according to claim 1 and / or 2, characterized in that the permanent magnet ( 17 ) is arranged in the tip of the prism ( 15 ).

4. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the body ( 15 ) has a low center of gravity (S).

5. Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the interior ( 14 ) of the housing ( 10 ) there is an extension ( 30 ) which gives the tilting movement of the body ( 15 ) in one direction before.

6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the side wall of the housing ( 10 ) and the inclination of the facing side of the body ( 15 ) are matched to one another so that the back tilt angle from which the contacts ( 22 , 24 ) of the reed switch ( 15 ) open again, is as large as possible and is preferably 24 °.

7. Sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the diameter of the permanent magnet ( 17 ) is smaller than the overlap area of the contacts ( 22 , 24 ) of the reed switch ( 21 ).