DE4300653A1 - Collision sensor for triggering vehicle occupant safety device - contains vehicle wall inductive buckling sensor, without direct or indirect time measurement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kollisionssensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insassen-Schutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, also beispiels­ weise mit Gurtstrammern versehene Sicherheitsgurte oder Airbags, bieten verständlicherweise dem jeweiligen Fahrzeuginsassen bei einer Kollision des Fahrzeugs nur dann einen wirksamen Schutz, wenn sie bei einer gefährlichen Kollision möglichst schnell ausgelöst oder aktiviert werden. Dies gilt insbesondere bei Seitenkollisio­ nen, da bekanntlich bei Kraftfahrzeugen - im Gegensatz zu Front- oder Heckpartien - im Bereich der Seitenwände nicht genügend Platz zur Sicherstellung eines hinreichend großen Deformationswegs zur Verfügung steht. Hier ist es zweckmäßig, im Bereich der Türen oder an den Seiten der Sitze Airbags vorzusehen, die im normalen Betrieb des Fahrzeugs zusammengefaltet sind und demgemäß praktisch keinen Platz beanspruchen, dagegen nach ihrer Auslösung sich in den Fahr­ gastraum hinein erstrecken und einen wirksamen Schutz gegen einen Aufprall des Fahrzeuginsassen auf harte Teile der Fahrgastzelle bieten.

Gerade bei Insassen-Schutzvorrichtungen nach Art eines Airbags ist jedoch wichtig, die Auslösung nur auf den Fall relativ intensiver Kollisionsfälle zu begrenzen, d. h. eine Auslösung bei leichten Berührungen des Fahrzeugs mit anderen Gegenständen, beispielsweise beim Einparken, noch nicht zustandekommen zu lassen. Entsprechen­ des gilt für Erschütterungen, die durch hartes Anfahren an einen Bordstein oder heftiges Zuschlagen von Türen hervorgerufen werden. Aus diesem Grunde sind bekannte Kollisionssensoren, die mit Be­ schleunigungsmessern arbeiten, kritisch hinsichtlich ihrer Einstel­ lung.

Zum Stand der Technik gehören auch bereits gattungsgemäße Kolli­ sionssensoren, die nicht die Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzöge­ rung als Kriterium für die Auslösung einer Insassen-Schutzvorrich­ tung ausnutzen, sondern die bei einer Kollision auftretende Ge­ schwindigkeit der Verformung von Fahrzeugteilen (Beulgeschwindig­ keit). Mit derartigen Kollisionssensoren läßt sich beispielsweise erreichen, daß eine Auslösung einer Insassen-Schutzvorrichtung nur bei Beul- oder Aufprallgeschwindigkeiten oberhalb 30 km/h erfolgt, bei Kollisionen mit kleinerer Beulgeschwindigkeit dagegen unter­ bleibt.

Der aus der EP 03 05 655 A3, B60R 21/32, bekannte gattungsgemäße Kollisionssensor erfaßt zur Ermittlung der jeweiligen Beulgeschwin­ digkeit durch die Verformung von Fahrzeugteilen, wie Türen oder Holmen, erzeugte Kapazitätsänderungen. Zur Ermittlung der Beulge­ schwindigkeit erfordert dieses bekannte System jedoch auch Signale des Fahrgeschwindigkeitsmessers des Fahrzeugs, so daß die Beulge­ schwindigkeiten auf relativ umständlichem Wege aus verschiedenen Signalen errechnet werden müssen.

Denselben Nachteil besitzt ein anderer, aus der DE-OS 37 16 168, B60R 21/32, bekannter Kollisionssensor, bei dem in einem vorgegebe­ nen horizontalen Abstand unter einer Türaußenhaut des Fahrzeugs zwei demgemäß bei einer Kollision nacheinander verformte bzw. kraftbeaufschlagte trägerartige Teile liegen. Dies können Lichtlei­ ter sein, die demgemäß bei einer Kollision in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand nacheinander zerstört werden; es kann sich aber auch um zwei Träger handeln, die über Drucksensoren abgestützt sind, die in einer vorgegebenen zeitlichen Reihenfolge entsprechen­ de Spannungssignale liefern. Diesen beiden Konstruktionen ist die Notwendigkeit der Ermittlung der Beulgeschwindigkeit über eine Zeitmessung (zeitlicher Abstand der von den beiden Lichtleitern oder Trägern erzeugten Signale) gemeinsam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kollisionssensor zu schaffen, der ohne direkte oder indirekte Zeit­ messung auskommt, jedoch in vorteilhafter Weise ebenfalls die Beul­ geschwindigkeit als Auslösekriterium verwendet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Der Leiter kann auch die Form einer Schleife oder Spule besitzen.

Die Erfindung nutzt also in vorteilhafter Weise die bekannte physi­ kalische Tatsache aus, daß Änderung eines Magnetfeldes im Bereich eines elektrischen Leiters in diesem elektrische Spannungen erzeu­ gen, deren Größe von der Änderungsgeschwindigkeit abhängig ist. Zur Ermittlung der Beulgeschwindigkeit braucht bei der Erfindung demge­ mäß keine zusätzliche direkte oder indirekte Zeitmessung vorgenom­ men zu werden, da das Ausgangssignal, nämlich die induzierte Span­ nung, amplitudenmäßig bereits ein Maß der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetfeldes am Ort des Leiters und damit der Beulgeschwindig­ keit darstellt.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß, wie Anspruch 7 zum Ausdruck bringt, in einfacher Weise zwischen klein­ flächigen Kollisionen (Pfahlaufprall) und großflächigen Kollisionen (mit einem anderen Fahrzeug beispielsweise unter einem Winkel von 90° zwischen den Längsachsen der Fahrzeuge) unterschieden werden kann; dies bietet die Möglichkeit, beispielsweise bei Kollision mit einem Baum bereits bei niedrigeren Beulgeschwindigkeiten für eine Auslösung der Insassen-Schutzvorrichtung zu sorgen als bei einem Kollisionsgegner mit großer Eindringbreite.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:.

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Sensor bestückte Fahrzeugtür,

Fig. 2 denselben Schnitt mit einer anderen Sensoraus­ führung,

Fig. 3 den in Fig. 1 bei III-III angedeuteten Horizon­ talschnitt,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Sensor bestückte Rammschutzleiste,

Fig. 5 dieselbe Schnittführung bei einer anderen Sensor­ konstruktion und

Fig. 6 den in Fig. 4 bei VI-VI angedeuteten Horizontal­ schnitt.

In den Fig. 1 bis 3 sind mit 1 die Türaußenschale, mit 2 die Türinnenschale, mit 3 eine Permanentmagnetanordnung und mit 4 ein horizontal verlaufender Leiter im Bereich des von der Magnetanord­ nung 3 erzeugten Magnetfeldes 5 bezeichnet. Die Magnetanordnung ist auf dem U-förmigen Träger 6 gehalten, der sich, wie aus Fig. 3 hervorgeht, über einen größeren Bereich der Türbreite erstrecken und gleichzeitig als Türversteifung dienen kann. Selbstverständlich ist darauf geachtet, daß der Träger 6 die Ausbildung des Magnet­ felds 5 nicht störend beeinträchtigt. Er kann einen Bestandteil eines Hufeisenmagneten bilden.

In dem in den Fig. 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Leiter 4 über Streben 7 an der Türinnenschale 2 gehalten, die zu­ gleich als elektrische Spannungsabgriffe eine elektrische Untertei­ lung des Leiters 4 in Längenbereiche vornehmen. Dies gestattet, in noch zu beschreibender Weise auch sich über kleinere Bereiche der Tür erstreckende kollisionsbedingte Verformungen zur Gewinnung von Auslösesignalen für eine übliche Insassen-Schutzvorrichtung, ins­ besondere einen Airbag, heranzuziehen.

Während also der Leiter 4 fest an der Türinnenschale 2 gelagert ist, nimmt das Magnetsystem 3, 6, wie durch die Strebe 9 angedeu­ tet, an Beulverformungen der Außenschale 1 der Tür in Richtung auf die Innenschale 2 teil, so daß dann Relativbewegungen zwischen Magnetfeld 5 und Leiter 4 auftreten, die zur Induktion einer elek­ trischen Spannung im Leiter 4 führen, deren Amplitude proportional der Beulgeschwindigkeit ist.

Die Konstruktion nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß hier der Leiter 4, wie bei 10 angedeutet, mit der Türaußenschale 1 und das Magnetsystem, wie bei 11 angedeutet, mit der Türinnenschale 2 verbunden ist; in jedem Falle erfolgt jedoch bei einem Beulvorgang der Außenschale 1 eine Relativbewegung zwischen Leiter 4 und Magnetfeld 5.

Die elektrische Schaltung gemäß Fig. 3 ermöglicht nun zum einen die Erfassung der über die gesamte Länge des Leiters 4 in ihm indu­ zierten Spannung und zum anderen die Erfassung von Spannungen mit­ tels Spannungsmessern 8, die bei nur begrenzt örtlicher Verformung der Türaußenschale 1 auftreten. Es ist daher möglich, unterschied­ liche Schwellwerte für die Auslösung der Insassen-Schutzvorrichtung in Abhängigkeit davon vorzugeben, ob es sich um einen kleinflächi­ gen Kollisionsgegner handelt, der, wie ein Baumstamm, nur vor ein­ zelnen der durch die Spannungsabgriffe 7 definierten Längenberei­ chen des Leiters 4 eine Verformung der Außenschale 7 bewirkt, oder ob es sich um einen großflächigen Kollisionsgegner handelt, der beispielsweise eine Verformung der Türaußenschale 1 über die ge­ samte Länge des Leiters 4 zur Folge hat. So kann es zweckmäßig sein, beispielsweise bei einem Baumunfall einen Airbag bereits bei geringeren Beulgeschwindigkeiten auszulösen als bei sogenannten 90°-Fahrzeugunfällen. Beispielsweise kann man für Baumunfälle als Auslösekriterium eine Beulgeschwindigkeit von 20 km/h vorgeben, da­ gegen bei 90°-Fahrzeugunfällen eine Beulgeschwindigkeit von 30 km/h.

Sieht man eine Speicherung der Meßergebnisse vor, so hat man eine Hilfe bei der Rekonstruktion von Unfallvorgängen.

An dieser Stelle sei auch eingefügt, daß verständerlicherweise wei­ tere Einflußfaktoren für die Gewinnung von Auslösesignalen berück­ sichtigt werden können, so daß man zu einer Art kennfeldgesteuerter Auslösung kommt. Verwendet man statt Permanentmagneten Elektro­ magnete, so können gemäß Anspruch 9 Maßnahmen getroffen sein, die unerwünschte Auslösungen der Insassen-Schutzvorrichtung unterbin­ den, beispielsweise beim Anstoßen der Fahrzeugtür an ein Hindernis beim Öffnen oder bei Erschütterungen in einer Werkstatt oder auf einem Autozug.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 bis 6 dient eine aus elastischem Material bestehende, auf der Türaußenschale 20 be­ festigte Rammschutzleiste 21 zur Unterbringung wesentlicher Teile des Kollisionssensors. In Fig. 4 ist angenommen, daß an der Ramm­ schutzleiste 21 die das Magnetfeld 22 für den Leiter 23 erzeugende Magnetanordnung 24 so gehalten ist, daß sie an Beulverformungen der Rammschutzleiste 21 in Richtung auf die Türaußenschale 20 teil­ nimmt. Demgegenüber ist der Leiter 23, wie bei 25 angedeutet, nur an der Türaußenschale 20 gehalten.

Die Rammschutzleiste 21 besitzt außerhalb der von ihr gehaltenen Sensorteile 24 den elastischen Bereich 26, der zur Aufnahme sehr kleiner Stöße dienen soll, bei denen auf keinen Fall eine Auslösung der Insassen-Schutzvorrichtung auftreten darf. Daher muß bei diesen Stößen kleiner Intensität, wie sie beispielsweise beim Rangieren auftreten, eine wesentliche Änderung der relativen Lage zwischen Magnetfeld 22 und Leiter 23 verhindert werden. Dem dienen die Knickstreben 27 und 28, die die Magnetanordnung 24 gegen ihre Mitnahme bei Beulverformungen der Rammschutzleiste 26 bei Stößen unterhalb einer vorgegebenen Intensität abstützt; diese Knick­ streben 27 und 28 brechen dagegen bei Kollisionen höherer Inten­ sität zusammen, so daß dann eine Bewegung des Magnetfeldes 22 relativ zum Leiter 23 auftritt.

Wie Fig. 6 zeigt, kann auch hier eine unterschiedliche Bewertung von Kollisionen mit kleinflächigen und ausgedehnten Hindernissen vorgenommen werden; die Schaltung entspricht derjenigen nach Fig. 3.

Die Konstruktion nach Fig. 5 unterscheidet von derjenigen nach Fig. 4 im wesentlichen dadurch, daß jetzt der als Hufeisen-Magnet ausgebildete Magnet 29 an der Türaußenschale 20 und der Leiter 23 über Stützen 30 an dem äußeren Bereich der elastischen Rammschutz­ leiste 21 befestigt ist.

Um gefährlich hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen einem Fahr­ zeuginsassen und einem sich aufblasenden Airbag zu vermeiden, die aus einer hohen Beulgeschwindigkeit und der Expansionsgeschwindig­ keit des Airbags zusammengesetzt sind, können die Maßnahmen des Anspruchs 8 Einsatz finden.

Zweckmäßigerweise wird man eine Abschirmung gegen Fremdfelder vorsehen.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer Kollisionssensor geschaffen, der in bestechend einfacher Weise die jeweilige Beul­ geschwindigkeit bei einer Kollision zur Gewinnung eines Auslöse­ signals für eine Insassen-Schutzvorrichtung zu erfassen gestattet und der die Möglichkeit der Anpassung an die jeweiligen Erforder­ nisse bietet.

Claims (9)

1. Kollisionssensor zur Auslösung einer Insassen-Schutzvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit die Beulgeschwindigkeit kollisionsge­ fährdeter Fahrzeugteile als Auslösekriterium über Änderungen eines Feldes erfassenden Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes (5) und einen Leiter (4), die ihre relative Lage bei einem Beulvorgang ändern, sowie Mittel zur amplitudenmäßigen Erfassung der in dem Leiter (4) bei Lageänderungen induzierten elektrischen Spannung und einen Amplitudendiskriminator enthal­ ten.

2. Kollisionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3) ein im wesentlichen parallel zu und in einer Fahrzeugaußenwand verlaufendes Magnetfeld erzeugt und an einer Außen- (1) oder Innenschale (2) der Wand gehalten ist, während der Leiter (4) Relativbewegungen quer zum Magnetfeld (5) bei Beulvorgängen ausführend an der Innen- (2) bzw. der Außenschale (1) gehalten ist.

3. Kollisionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (24) ein im wesentlichen parallel zu einer Fahr­ zeugaußenwand verlaufendes Magnetfeld (22) erzeugt, ebenso wie der Leiter (23) von einer auf der Wand befindlichen hohlen Ramm­ schutzleiste (21) aufgenommen und an dieser an Beulvorgängen teilnehmend bzw. an der Wand gehalten ist, während der Leiter (23) Relativbewegungen quer zum Magnetfeld (22) bei Beulvorgän­ gen ausführend an der Wand bzw. der Rammschutzleiste (21) gehal­ ten ist.

4. Kollisionssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rammschutzleiste (21) außerhalb der Halterung von Teilen (24) des Sensors an ihr einen elastischen Bereich (26) besitzt und die an ihr an Beulvorgängen teilnehmend gehaltenen Teile (24) über erst bei einer Kollision vorgegebener Mindestinten­ sität zusammenbrechende Streben (27, 28) an der Wand abgestützt sind.

5. Kollisionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Leiter (23) parallel zu einer Außenwand des Fahrzeugs verläuft.

6. Kollisionssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (23) im wesentlichen horizontal verläuft.

7. Kollisionssensor nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (23) durch elektrische Spannungsabgriffe (25) in Bereiche unterteilt ist und als Auslösekriterium bei Kollision mit einem kleinflächigen Hindernis eine niedrigere Beulgeschwin­ digkeit als bei Kollision mit einem großflächigen Hindernis vor­ gegeben ist.

8. Kollisionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Amplitudendiskriminator Mittel zum Unterdrücken einer Auslösung der Insassen-Schutzvorrichtung bei oberhalb eines oberen Grenzwertes liegenden Beulgeschwindig­ keiten zugeordnet sind.

9. Kollisionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeich­ net durch Elektromagnete und in ihren Erregerstromkreisen angeordnete Kontakte, wie Tür- oder Zündschloßkontakte, zur Verhinderung von Auslösungen der Insassen-Schutzvorrichtung bei bestimmten Fahrzeug-Betriebszuständen.