DE4211507C1 - Vehicle inclination monitoring circuit for antitheft appts. - has semiconductor sensor whose resistance varies w.r.t. deflection caused by movement of mass in centre of beam - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwa­ chen der Neigung eines Kraftfahrzeuges mit Messen dieser Nei­ gung mit einem neigungsempfindlichen Sensor, mit Einrichtun­ gen zum Verarbeiten der von dem Sensor abgegebenen Signale und Mitteln dieser Signale während eines vorgegebenen Zeit­ raumes zur Bildung eines Meßwertes, mit Vergleichen der Meß­ werte mit einem abgespeicherten Referenzwert und Auslösen ei­ nes Alarmes bei Abweichen der Meßwerte von dem Referenzwert um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert.

Schaltungsanordnungen zum Überwachen der Neigung von Kraft­ fahrzeugen sind bekannt. Mit ihnen soll das Kraftfahrzeug selbst vor einem Diebstahl durch Verladen auf ein anderes Fahrzeug unter Hochziehen über eine Rampe geschützt werden. Weiter soll auch verhindert werden, daß das Kraftfahrzeug zum Abmontieren und Stehlen eines Rades mit einer Winde ange­ hoben wird. Bei allen diesen Manipulationen bewegt sich die Karosserie gegenüber dem Fahrgestell bzw. die gefederten ge­ genüber den ungefederten Teilen. Bei diesen Bewegungen kann es sich um Stöße, ruckartige Bewegungen oder auch um ein An­ heben mit einem Wagenheber handeln. In sämtlichen Fällen än­ dert die Karosserie ihre Neigung gegenüber einem Ausgangszu­ stand. Eine Neigungsänderung kann daher zum Auslösen eines Alarms herangezogen werden. Mit einer bekannten Schaltungsan­ ordnung der eingangs genannten Gattung (DE 33 18 275 C2) wird angestrebt, daß trotz Erreichen-einer maximal möglichen Empfindlichkeit Fehlalarme ausgeschaltet werden. In den Schaltungsanordnungen dieser Gattung befindet sich ein Sen­ sor, der bei einer Änderung der Neigung des Kraftfahrzeuges seine elektrischen Werte ändert und dabei ein verarbeitbares elektrisches Signal liefert. Ein im großen Umfang verwandter Neigungssensor (DE 34 06 174 C2) ist im wesentlichen ein Plattenkondensator, der bis etwa auf die Hälfte seiner Innen­ höhe mit einer elektrisch nicht leitenden und eine hohe Di­ elektrizitätskonstante aufweisenden Flüssigkeit gefüllt ist. Bei einem Kippen oder Schwenken dieses Kondensators verän­ dert sich die Eintauchtiefe der Platten in der Flüssigkeit.

Damit ändert sich die Kapazität. Bei einer Änderung der Nei­ gung eines Kraftfahrzeuges, in das ein solcher Kondensator eingebaut ist, ändert sich, damit dessen Kapazität. Diese läßt sich elektrisch messen. Damit bildet der Kondensator ei­ nen Neigungssensor.

Derzeit werden Fahrzeuge in steigender Zahl gestohlen. Insbe­ sondere werden vor allen Dingen hochwertige Pkw über schräge Laderampen unmittelbar in den Innenraum entsprechend großer Kasten-Lkw hochgezogen und dann sofort weggefahren. Das Hoch­ ziehen des Pkw in den Lkw über dessen Laderampe ist mit ei­ ner erheblichen Änderung der Neigung des Pkw verbunden. Ein Sensor, der auf diese erhebliche Änderung der Neigung des Fahrzeuges ansprechen und einen Alarm auslösen würde, würde solche Diebstähle erheblich erschweren. Der vorstehend be­ schriebene, als Neigungssensor arbeitende Kondensator ist verhältnismäßig groß. Zum Erzielen genauer Meßwerte muß er auch sehr präzise hergestellt werden. Dies führt zu einem ho­ hen Herstellungspreis. Dies steht seiner allgemeinen Anwen­ dung entgegen.

In letzter Zeit sind insbesondere zum Auslösen der Prallsäk­ ke in Pkw Beschleunigungssensoren in großer Anzahl entwik­ kelt worden. Bei diesen handelt es sich um Sensoren in Mikro­ technik. Sie sind als Halbleiterbauelemente in monolithi­ scher Form ausgebildet. Diese Beschleunigungssensoren lassen sich wesentlich kostengünstiger als die vorstehend genannten kapazitiven Neigungssensoren herstellen. Auch sind sie ent­ schieden kleiner. Diese Beschleunigungssensoren lassen sich so ausbilden, daß sie sich unter dem Einfluß der Erdbeschleu­ nigung elastisch verformen. Bei passender Einspannung des elastischen Sensorteils ist diese Verformung von der Neigung des Beschleunigungssensors insgesamt gegenüber der Waagerech­ ten abhängig. Mit einem derartig ausgebildeten Beschleuni­ gungssensor lassen sich die statische und die dynamische Nei­ gung, das heißt die Neigung und die Neigungsänderung eines Kraftfahrzeuges, mit dem er starr verbunden ist, messen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Ausbildung einer Schaltungsanordnung zum Überwachen der Neigung eines Kraftfahrzeuges zugrunde, bei der der Sensor durch ein kostengünstig herstellbares Halbleiterbauelement in Mikrotechnik dargestellt wird.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einer Schaltungsanordnung der eingangs ge­ nannten Gattung nach der Erfindung dadurch, daß der Sensor ein Halbleiterbauelement ist, dessen Widerstand sich unter dem Einfluß einer Durchbiegung ändert, und als ein an seinen beiden Enden im Kraftfahrzeug eingespannter durchbiegbarer Balken ausgebildet ist, wobei eine Masse in der Mitte des Balkens angeordnet ist, und daß der Sensor in einer Brücken­ schaltung liegt und diese an die Einrichtung zum Verarbei­ ten, Mitteln und Abspeichern der Signale angeschlossen ist. Vorteilhaft sind Dehnungsmeßstreifen auf mindestens einer Seite des Sensors angeordnet. Diese Dehnungsmeßstreifen bil­ den eine Brückenschaltung. Zweckmäßig ist der Balken mit den die Brückenschaltung bildenden Dehnungsmeßstreifen ein in mo­ nolithischer Bauweise ausgebildetes Halbleiterbauelement. Der Balken kann so im Kraftfahrzeug eingespannt sein, daß er in dessen Ruhelage in der Waagerechten liegt. Damit sich ei­ ne Neigung des Kraftfahrzeuges nach vorn von einer solchen nach hinten unterscheiden läßt, ist es zweckmäßig, den Bal­ ken so im Kraftfahrzeug einzuspannen, daß er in dessen Ruhe­ lage mit der Waagerechten einen spitzen Winkel einschließt. Dieser spitze Winkel beträgt zweckmäßig 20°. Damit erhält der Balken eine Vorneigung.

Der durch den Balken gebildete Sensor ist nur in einer Rich­ tung empfindlich. Zum Messen der Neigung des Kraftfahrzeuges gegen eine waagerechte Ebene werden daher erfindungsgemäß zwei miteinander einen Winkel von 90° einschließende Senso­ ren verwandt.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines waagerecht einge­ spannten Balkens und

Fig. 2 die schematische Darstellung eines unter einem Winkel Φ eingespannten Balkens.

Beide Figuren zeigen einen Balken 12, dessen beide Enden 14 und 16 in Lagern eingespannt sind. Diese Lager sind mit 18 bezeichnet und stellen das Kraftfahrzeug dar. In der Mitte und an der Unterseite des Balkens 12 befindet sich die Masse 20. Die auf der Unter- und der Oberseite des Balkens 12 mono­ lithisch integrierte Anordnung, die wie eine elektrische Brückenschaltung aus Dehnungsmeßstreifen wirkt, ist nicht dargestellt. Sie entspricht konventioneller Halbleiterbau­ technik.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Balken 12 greift das Gewicht G der an ihm befestigten Masse 20 an. Deshalb hat er sich be­ reits aus seiner strichpunktiert dargestellten waagerechten Ruhelage in seine Ist-Lage nach unten durchgebogen. Auf den Balken 12 wirkt ein Biegemoment y_1m ein. m bedeutet dabei Ma­ ximum. Das Biegemoment hat in der dargestellten Lage des Bal­ kens 12 ein Maximum erreicht. Bei einem Schwenken des Bal­ kens 12 aus seiner in Fig. 1 gezeigten in seine in Fig. 2 ge­ zeigte Lage um den Winkel Φ wirkt nur noch ein Biegemoment von der Größe y_1m·cosΦ = y_2m auf den Balken 12 ein. Das beißt, daß der Balken 12 bei seiner in Fig. 2 gezeigten Lage weniger als bei seiner in Fig. 1 gezeigten Lage durchgebogen ist. Entsprechend haben die auf seinen beiden Seiten ange­ brachten Dehnungsmeßstreifen bzw. die wie Dehnungsmeßstrei­ fen wirkenden Schichten ihren Widerstand geändert. Die sie enthaltende Brückenschaltung wird mehr oder weniger ver­ stimmt. Dies läßt sich messen. Die Neigung des Balkens 12 bzw. die des ihn haltenden Kraftfahrzeuges gegenüber der Waa­ gerechten läßt sich somit durch Messen der Verstimmung der elektrischen Brückenschaltung messen. Die Nullspannung in dieser Brückenschaltung ist in grober Annäherung dem Aus­ druck cosΦ proportional.

Mit einem Balken 12 in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung, der in seiner Ruhelage bzw. der Ruhelage des Kraftfahrzeuges mit der Waagerechten den Winkel Φ einschließt, läßt sich so­ mit die Neigung des Kraftfahrzeuges um dessen Querachse er­ mitteln. Zum Bestimmen der Neigung dieses Kraftfahrzeuges um seine Längsachse wird ein zweiter Balken 12 unter einem Win­ kel von 90° gegenüber dem in Fig. 2 gezeigten Balken 12 ange­ ordnet.

Bei einem Kippen des Kraftfahrzeuges nach vorn bzw. bei ei­ nem Schwenken des Balkens 12 in Gegenuhrzeigerrichtung um sein Ende 16 nimmt der Winkel Φ ab. Bei einem Kippen des Kraftfahrzeuges nach hinten bzw. bei einem Schwenken des Bal­ kens 12 um sein Ende 16 in Uhrzeigerrichtung nimmt der Win­ kel Φ zu. Damit wird die Nullspannung in der Brücke in Rich­ tung auf positive und negative Werte verändert. Das heißt, daß sich nicht nur eine Lageänderung des Kraftfahrzeuges, sondern auch die Richtung der Lageänderung bestimmen läßt.

Wie ausgeführt, gibt es Sensoren, bei denen flächenhafte Strukturen elastisch aufgehängt sind und die sich beim Auf­ treten einer Beschleunigung in Richtung auf feststehende Flä­ chen bewegen. Die Kapazität zwischen diesen Flächen wird ge­ messen. Diese Kapazität ist dann eine Funktion der angreifen­ den Beschleunigung. Bei einer Modifikation dieser Strukturen dahingehend, daß sich die Eigenmasse der elastisch aufgehan­ genen Flächen nicht mehr vernachlässigen läßt, sondern unter dem Einfluß des Eigengewichtes bereits eine gut meßbare Durchbiegung der flächenhaften Struktur stattfindet, läßt sich die Neigung des Kraftfahrzeuges gegenüber der Waagerech­ ten messen.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen der Neigung eines Kraftfahrzeuges mit Messen dieser Neigung mit einem nei­ gungsempfindlichen Sensor, mit Einrichtungen zum Verarbei­ ten der von dem Sensor abgegebenen Signale und Mitteln dieser Signale während eines vorgegebenen Zeitraumes zur Bildung eines Meßwertes, mit Vergleichen der Meßwerte mit einem abgespeicherten Referenzwert und Auslösen eines Alarmes bei Abweichen der Meßwerte von dem Referenzwert um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor ein Halbleiterbauelement ist, dessen Widerstand sich unter dem Einfluß einer Durch­ biegung ändert, und als ein an seinen beiden Enden (14, 16) im Kraftfahrzeug (18) eingespannter durchbiegbarer Balken (12) ausgebildet ist, wobei eine Masse (20) in der Mitte des Balkens (12) angeordnet ist, und daß der Sensor in einer Brückenschaltung liegt und diese an die Einrich­ tung zum Verarbeiten, Mitteln und Abspeichern der Signale angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Dehnungsmeßstreifen auf mindestens einer Seite des Sensors angeordnet sind und diese eine Brückenschal­ tung bilden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Balken (12) mit den die Brückenschal­ tung bildenden Dehnungsmeßstreifen ein in monolithischer Bauweise ausgebildetes Halbleiterbauelement ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Balken (12) so im Kraftfahr­ zeug (18) eingespannt ist, daß er in dessen Ruhelage in der Waagerechten liegt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Balken (12) so im Kraftfahr­ zeug (18) eingespannt ist, daß er in dessen Ruhelage mit der Waagerechten einen spitzen Winkel einschließt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Winkel 20° beträgt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung von zwei miteinander ei­ nen Winkel von 90° einschließenden Sensoren.