DE4243587A1 - Schaltungsanordnung zum Überwachen der Neigung eines Kraftfahrzeuges - 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 Ausgangs zu­ stand. Eine Neigungsänderung kann daher zum Auslösen eines Alarms herangezogen werden. Mit einer bekannten Schaltungsan­ ordnung der eingangs genannten Gattung (DE-PS 33 18 275) 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-PS 34 06 174) 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 Prallsäcke in Pkw Beschleunigungssensoren in großer Anzahl entwickelt 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. Als Lösung für diese Aufga­ be wurde bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genann­ ten Gattung bereits vorgeschlagen, daß der Sensor ein Halb­ leiterbauelement ist, dessen Widerstand sich unter dem Ein­ fluß einer Durchbiegung ändert, der Sensor weiter ein an sei­ nen beiden Enden im Kraftfahrzeug eingespannter durchbiegba­ rer Balken ist, eine Masse in der Mitte des Balkens angeord­ net ist, der Sensor n einer Brückenschaltung liegt und die­ se an die Einrichtung zum Verarbeiten, Mitteln und Abspei­ chern der Signale angeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Lö­ sung für diese Aufgabe sieht bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung vor, daß der Sensor ein aus flächenhaften Strukturen bestehendes und einen Kondensator bildendes Halbleiterbauelement ist und dieses seine Kapazi­ tät unter dem Einfluß einer Beschleunigung ändert.

Seit einiger Zeit gibt es Halbleiterbauelemente mit ela­ stisch aufgehangenen flächenhaften Strukturen, die sich un­ ter der Einwirkung einer Beschleunigung in Richtung auf eine festststehende Fläche bewegen. Die Kapazität zwischen den flä­ chenhaften Strukturen und dieser reststehenden Fläche wird gemessen. Diese Kapazität ist eine Funktion der auf das Halb­ leiterbauelement einwirkenden Beschleunigung. Dieses Halblei­ terbauelement wird für den erfindungsgemäßen Zweck verwandt.

Der Sensor ist nur in einer Richtung empfindlich. Zum Messen der Neigung des Kraftfahrzeuges gegen eine waagerechte Ebene werden daher erfindungsgemäß zwei miteinander einen Winkel von 90° einschließende Sensoren 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 M_Bmax ein. Dieses hat in der dargestellten Lage des Balkens 12 ein Maximum erreicht. Bei einem Schwenken des Balkens 12 aus seiner in Fig. 1 gezeig­ ten in seine in Fig. 2 gezeigte Lage um den Winkel Φ wirkt nur noch ein Biegemoment von der Größe M_Bmax · cosΦ auf den Balken 12 ein. Das heißt, daß der Balken 12 bei seiner in Fig. 2 gezeigten Lage weniger als bei seiner in Fig. 1 ge­ zeigten Lage durchgebogen ist. Entsprechend haben die auf seinen beiden Seiten angebrachten Dehnungsmeßstreifen bzw. die wie Dehnungsmeßstreifen wirkenden Schichten ihren Wider­ band geändert. Die sie enthaltende Brückenschaltung wird ihr oder weniger verstimmt. Dies läßt sich messen. Die Nei­ gung des Balkens 12 bzw. die des ihn haltenden Kraftfahrzeu­ ges gegenüber der Waagerechten läßt sich somit durch Messen der Verstimmung der elektrischen Brückenschaltung messen. Die Nullspannung in dieser Brückenschaltung ist in grober An­ näherung dem Ausdruck 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. Diese Sensoren werden erfindungsgemäß einge­ setzt. Die mit ihnen gebildete veränderliche Kapazität ist dann eine Funktion der angreifenden Beschleunigung. Bei ei­ ner Modifikation dieser Strukturen dahingehend, daß sich die Eigenmasse der elastisch aufgehangenen Flächen nicht mehr vernachlässigen läßt, sondern unter dem Einfluß des Eigenge­ wichtes bereits eine gut meßbare Durchbiegung der flächenhaf­ ten Struktur stattfindet, läßt sich die Neigung des Kraft­ fahrzeuges gegenüber der Waagerechten messen.

Claims (2)

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 aus flächenhaften Struk­ turen bestehendes und einen Kondensator bildendes Halblei­ terbauelement ist und dieses seine Kapazität unter dem Einfluß einer Beschleunigung ändert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei miteinander einen Winkel von 90° einschließenden Sensoren.