DE4325414C2 - Deformationssensor für eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einem Seitenaufprall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Deformationssensor für eine Sicherheitseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Passive Sicherheitseinrichtungen, die bei einem Unfall ohne Zutun der Fahrzeuginsassen ausgelöst werden, sind seit langem bekannt, so z. B. das inzwischen serienmäßig in Kraftfahrzeugen eingebaute Airbagsystem, bei dem automatisch bei einem Aufprall des Fahrzeugs gegen ein Hindernis ein Luftkissen aufgeblasen wird. Es wird angestrebt auch an Fahrzeugseitenwänden bzw. -Türen Airbagsysteme anzuordnen, um den Schutz der Fahrzeug­ insassen bei einer Seitenkollision des Fahrzeuges zu verbes­ sern. Im Idealfall hat der Seitenairbag im aufgeblasenen und entfalteten Zustand ein relativ großes Volumen und erstreckt sich über die gesamte Höhe der Seitenwand bzw. Tür und über­ deckt eine Fensteröffnung.

Da Kraftfahrzeuge im Seitenbereich nur minimale Knautschzonen besitzen, welche einen Teil der Kollisionsenergie aufzunehmen vermögen, ist die zur Verfügung stehende Zeitspanne, um den Seitenairbag in einen schutzwirksamen Zustand zu bringen, sehr viel kleiner als bei einem Frontalaufprall. An einen Sensor und eine Auswerteschaltung zur Erkennung eines Seitenaufpralls sind daher hohe Anforderungen an eine schnelles und sicheres An­ sprechen gestellt.

In der DE 37 16 168 A1 ist ein Deformationssensor beschrieben, der unmittelbar unter der Außenhaut im Seitenbereich des Fahr­ zeugs angeordnet ist und sich über die gesamte Breite einer Tür erstreckt. Der Deformationssensor ist aus zwei in geringem Ab­ stand hintereinander angeordneten druckempfindlichen Signalele­ menten aufgebaut, die bei einer Deformation vorgegebener Stärke ein elektrisches Signal an eine Auswerteschaltung abgeben. Die Auswerteschaltung prüft die zeitliche Aufeinanderfolge der abge­ gebenen Signale und löst bei richtiger Reihenfolge und Erfüllung sonstiger Vorraussetzungen hinsichtlich Stärke und Dauer die Si­ cherheitseinrichtung aus. Der Zeitabstand des ersten Signals zu dem Signal des zweiten Signalelementes hängt ab vom räumlichen Abstand der beiden Signalelemente und der Geschwindigkeit, mit der ein Hindernis das Kraftfahrzeug eindrückt. Mit diesem Maß für die Deformationsgeschwindigkeit läßt sich - mit Einschränkung - auf eine bevorstehende Gefährdung der Insassen schließen, so daß bei überschreiten einer kritischen Deformationsgeschwindigkeit die Sicherheitseinrichtung ausgelöst wird. Dadurch wird eine un­ nötige Auslösung der Sicherheitseinrichtung vermieden, wenn ein Hindernis sehr langsam die Außenhaut des Fahrzeugs deformiert.

Um den Aufwand und das Gewicht für ein zusätzliches Stützprofil zu vermeiden, werden die bekannten Deformationssensoren, wie auch aus der EP 0 518 381 A1 bekannt, vorzugsweise in Verbindung mit einem bereits vorhandenen Versteifungsprofil verwendet. Da dieses dicht unter der Außenhaut verlaufen sollte, ist der zur Verfügung stehende Bauraum sehr gering. Das hat den Nachteil, daß die De­ formationsgeschwindigkeit ungenau ermittelt wird, da der zugrunde gelegte Deformationsweg sehr klein ist, und ferner die Anbringung oder das Auswechseln des Deformationssensor umständlich und daher kostenträchtig ist.

Eine Möglichkeit, der Enge des zur Verfügung stehenden Bauraumes zu entweichen besteht darin, das erste (äußere) Signalelement in eine außen an der Außenhaut des Fahrzeugs angebrachte Schutzlei­ ste zu integrieren und ein inneres Signalelement von innen an der Außenhaut in einem bestimmten Abstand zu einem Versteifungsprofil anzubringen, wie aus der gattungsbildenden DE 42 41 382 A1 be­ kannt ist. Die Außenhaut bildet dabei eine ausreichend steife Ab­ stützung für das äußere Signalelement. Eine Verformung tritt, der genannten Schrift zufolge, erst nach einer elektrischen Kontakt­ gabe im äußeren Signalelement auf. Anschließend bewegt sich mit zunehmender Verformung des Außenblechs das innere Signalelement in Richtung auf das Versteifungsprofil und kommt nach einer von der Verformungsgeschwindigkeit abhängigen Zeitspanne zur Auflage auf das Versteifungsprofil, wodurch eine Kontaktgabe in dem inne­ ren Signalelement hervorgerufen wird. Nachteilig an dieser Anord­ nung ist, daß der Abstand zwischen der Außenhaut und dem Verstei­ fungsprofil in den seltensten Fällen über die Türbreite konstant und genau gegeben ist. Damit kann aus der aufgenommenen Zeitspan­ ne nur eine unpräzise Aussage über die Verformungsgeschwindigkeit gewonnen werden.

Ferner ist aus der DE-OS 22 12 190 und der DE 21 49 158 B2 ein Deformationssensor bekannt, bei dem beide Signalelemente in die Schutzleiste integriert sind. Beide bekannten Sensoren sind so ausgelegt, daß deren Ansprechschwelle unterhalb der Kraft liegt, die zur einer Verformung der Außenhaut führt. Dies ist insbeson­ dere in der Anwendung zur Airbagauslösung ein schwerwiegender Nachteil, wo eine hohe Ansprechschwelle erwünscht ist, um Feh­ lauslösungen zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Deformations­ sensor bereitzustellen, der die Nachteile des bekannten Deforma­ tionssensors vermeidet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ge­ löst.

Die erfindungsgemäß in die Schutzleiste integrierten Signalele­ mente werden bei der Montage in einem Arbeitsgang zusammen mit der Schutzleiste angebracht, wobei die Anschlußleitungen durch eigens dafür vorgesehene Leitungstunnel durch die Außenhaut in das Innere der Tür geführt werden können. Bei einem Defekt eines Signalelementes wird unter geringem Arbeitsaufwand die gesamte Schutzleiste ausgewechselt. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Si­ gnalelemente innerhalb der Schutzleiste luft- und wasserdicht eingeschweißt und damit gegen Umwelteinflüsse optimal geschützt werden können, was die Lebensdauer und die sichere Funktion der Signalelemente verbessert. Außerdem erfordert der erfindungsgemä­ ße Deformationssensor keine zusätzlichen, das Gewicht des Fahr­ zeugs erhöhenden Träger- oder Konstruktionselemente sondern macht von bereits vorhandenen Elementen Gebrauch.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen De­ formationssensors sind durch die Merkmale der Unteransprüche ge­ kennzeichnet. So ist in den Weiterbildungen vorgesehen, in Analo­ gie zu dem in der DE 37 16 168 A1 beschriebenen Deformationssen­ sor, zwei Signalelemente parallel hintereinander anzuordnen, wo­ bei ein Signalelement oder alle beide in der Schutzleiste unter­ gebracht sein können. Die Bestimmung der Deformationsgeschwindig­ keit wird dadurch genauer, da der Abstand der hintereinander an­ geordneten Signalelemente vergleichsweise groß und sehr präzise vorgegeben ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In Querschnittsansicht sind gezeigt:

Fig. 1: eine Seitentür eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schutzleiste mit einem integrierten Signalelement,

Fig. 3: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schutzleiste mit mehreren integrierten Signalelementen,

Die Fig. 1 zeigt stark vereinfacht die Querschnittsansicht einer Seitentür eines Kraftfahrzeugs, bei der auf der Außenhaut 1 von außen eine Schutzleiste 3 angebracht ist. Auf gleicher Höhe wie die Schutz- oder Zierleiste 3 erstreckt sich hinter der Außenhaut 1 eine Versteifungsprofil 2, das eine seitliche Krafteinwirkung 6 aufgrund seiner hohen Steifigkeit zum größten Teil auf das Fahrzeug überträgt, das daraufhin eine Beschleu­ nigung erfährt. Der gestrichelte Rahmen gibt den Ausschnitt wieder, der in den nachfolgenden Figuren zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele vergrößert wiedergegeben ist.

Als in die Schutzleiste 3 integrierbare Signalelemente können handelsübliche FSR-Foliendrucksensoren vorgesehen sein. Die Bezeichnung FSR ist ein eingetragenes Warenzeichen und eine Abkürzung für "Force Sensing Resistor". Dies sind druckempfind­ liche Widerstände in Dickfilmauslegung, deren elektrischer Widerstand bei zunehmender, in normaler Richtung auf die Sen­ soroberfläche ausgeübten Kraft abnimmt. So ist eine Realisie­ rung möglich, bei der in einem weiten Bereich von nahezu drei Zehnerpotenzen der elektrische Widerstand umgekehrt proportio­ nal zur eingeprägten Kraft ist. Es sind aber auch Realisierun­ gen mit ausgeprägter Schaltcharakteristik möglich. Die FSR-Elemente sind kostengünstig, in beliebigen Abmessungen her­ stellbar und haben sehr schnelle mechanische Ansprechzeiten von der Größenordnung einer Millisekunde.

Der Deformationssensor in Fig. 2 umfaßt ein Signalelement 4, das innerhalb der Schutzleiste 3 an der Rückseite einer Deckleiste 3.2 parallel zur Außenhaut 1 und in einem Abstand d zu dieser an­ gebracht ist. Die Deckleiste 3.2 sollte steif und wenig in sich verformbar gefertigt sein, damit bei einem Seitenaufprall die lo­ kale Krafteinwirkung 6 über die die Deckleiste 3.2 abstützenden Abstandselemente 3.1 auf die Außenhaut 1 geführt wird.

Damit der Deformationssensor nur auf stärkere Deformationen an­ spricht, ist es vorteilhaft, den Verformungswiderstand der Ab­ standselemente 3.1 so hoch auszulegen, daß die Krafteinwirkung 6 zunächst die Außenhaut 1 verformt. Erst wenn das Versteifungspro­ fil 2 einer weiteren Verformung der Außenhaut 1 entgegensteht, geben die Abstandselemente 3.1 dem ansteigenden Druck durch Ver­ formung nach, wodurch das Signalelement 4 der Außenhaut 1 angenä­ hert wird. Nachdem der Verformungsweg d zurückgelegt ist, wirkt die Kraft 6 unmittelbar auf das Signalelement 4 und führt zur Auslösung eines Deformationssignals.

Zusätzlich ist ein zweites Signalelement 5 im Türinneren, zwischen Außenhaut 1 und Versteifungsprofil 2 der Deformationssensor vorgesehen , um eine Sensierung der Deformationsgeschwindigkeit zu ermög­ lichen. Das zweite Signalelement 5 wird vorzugsweise an dem Ver­ steifungsprofil 2 oder an der Außenhaut 1 befestigt, wie in der Fig. 2 dargestellt. Dieses zweite Signalelement 5 löst ein Defor­ mationssignal in dem Augenblick aus, wo die Außenhaut 1 an das Versteifungsprofil 2 angedrückt wird. Aus der Zeitdifferenz zwischen den Deformationssignalen beider Signal­ elemente 4 und 5, wobei das Signalelement 5 zuerst anspricht, und dem effektiven Verformungsweg d ist die lokale Deformati­ onsgeschwindigkeit ermittelbar.

In Fig. 3 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dar­ gestellt, bei der alle Signalelemente 4.1, 4.2, 5', die zur Er­ mittlung einer Deformationsgeschwindigkeit benötigt werden, innerhalb der Schutzleiste integriert sind. Allerdings bedingt die Verlagerung des zweiten Signalelementes 5' von dem Türinne­ ren in den Innenraum der Schutzleiste 3, daß ein Stützelement 3.3 eingeführt werden muß. Dieses Stützelement 3.3 erstreckt sich von der Deckleiste 3.2 zu dem außen auf der Außenhaut 1 angebrachten Signalelement 5'. Das Stützelement 3.3 stellt die Wirkverbindung her, um das Signalelement 5' mit Druck zu beauf­ schlagen, wenn die Außenhaut 1 an dem Versteifungsprofil 2 an­ schlägt. Aufgrund der Verbindung des Stützelementes 3.3 mit der Deckleiste 3.2, muß das erste, an der Deckleiste 3.2 befestigte Signalelement auf die verbleibende Fläche verteilt werden, beispielsweise durch Aufteilung in zwei parallel geschaltete Signalelemente 4.1 und 4.2.

Analog wie bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels dar­ gestellt, ergibt sich bei einem Seitenaufprall der folgende Verlauf. Eine stärkere Krafteinwirkung 6 wird von der Schutz­ leiste 3 an die leicht verformbare Außenhaut 1 weitergegeben, ohne daß eines der Signalelemente 4.1, 4.2, 5' ein Deformati­ onssignal auslöst. Erst beim Anschlagen dar Außenhaut 1 an das Versteifungsprofil 2 wird das Signalelement 5' mit signifikan­ tem Druck beaufschlagt und löst ein erstes Deformationssignal aus. Bei weiter anhaltender Kraftwirkung 6 wird aufgrund der hohen Festigkeit des Versteifungsprofils 2 der Verformungs­ widerstand der Abstandselemente 3.1 und des Stützelementes 3.3 überwunden und die Deckplatte 3.2 der Außenhaut 1 angenähert, bis der Verformungsweg d erschöpft ist und auch die ersten Signalelemente 4.1, 4.2 ein zweites Deformationssignal aus­ lösen. Aus der Zeitdifferenz zwischen erstem und zweitem Deformationssignal ist bei bekanntem Verformungsweg d die Deformationsgeschwindigkeit ermittelbar.

In vorteilhafter Weise kann der in Fig. 3 dargestellte Defor­ mationssensor als Verbundteil mit der Schutzleiste 3 angefer­ tigt und komplett von außen an der Außenhaut 1 angebracht wer­ den. Dazu wird die Schutzleiste 3 als rundum abgedichteter Profilträger ausgebildet, in den die Signalelemente integriert sind, wobei das zweite Signalelement 5' nicht mehr unmittelbar auf der Außenhaut 1 sondern auf einer dünnen Grundleiste (nicht dargestellt) aufliegt, die wiederum auf der Außenhaut 1 auf­ liegt.

Claims (6)

1. Deformationssensor für eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen gegen Seitenaufprall, der aus mindestens zwei druckempfindlichen Signalelementen aufgebaut und im Seiten­ bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei mindestens ein Signalelement in eine außen an der Außenhaut des Fahrzeugs ange­ brachte Schutzleiste integriert ist und die Schutzleiste mit dem mindestens einen integrierten Signalelement einen langgestreckten Profilträger bildet, der durch eine senkrechte, eine bestimmte Schwelle übersteigende Krafteinwirkung stauchbar ist, wodurch das mindestens eine Signalelement anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle so hoch ist, daß bei einer senkrechten Kraftein­ wirkung (6) auf die Schutzleiste (3) die Außenhaut (1) ohne Aus­ lösung eines Signalelementes (4,5; 4.1, 4.2, 5') solange ver­ formt wird, bis ein hinter der Außenhaut (1) angeordnetes Ver­ steifungsprofil (2) einer weiteren Verformung der Außenhaut (1) entgegensteht, woraufhin mindestens ein Signalelement (5; 5') mit Druck beaufschlagt ist und anspricht.

2. Deformationssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deformationssensor aus zwei zur Außenhaut (1) parallel und bezüglich einer zur Außenhaut (1) senkrechten Richtung in einem geringen Abstand hintereinander angeordneten Sensorebenen gebildet ist, wobei die außen liegende Sensorebene erste Signal­ elemente (4; 4.1, 4.2) und die andere Sensorebene zweite Signal­ elemente (5; 5') aufweist.

3. Deformationssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Signalelement (4) innerhalb der Schutzleiste (3) und ein zweites Signalelement (5) unter der Außenhaut (1) des Fahrzeugs angeordnet ist.

4. Deformationssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensorebenen mit den ersten und zweiten Signalele­ menten (4.1, 4.2, 5') innerhalb der Schutzleiste (3) angeordnet sind.

5. Deformationssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei weiter anhaltender Krafteinwirkung (6) die Schutzleiste (3) gestaucht wird und dadurch weitere Signalelemente (4; 4.1, 4.2) auslösbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalelemente (4, 5; 4.1, 4.2, 5') aus FSR-Foliendrucksensoren (Force Sensing Resistor) gebildet sind.