DE4410852A1 - Sicherheitssensor für eine Airbag-Auslöseelektronikeinheit - Google Patents

Description

Insassen-Rückhaltesysteme auf der Grundlage von Airbag­ systemen finden aus Sicherheitsgründen in Kraftfahrzeu­ gen immer weitere Verbreitung. Neben dem Prallsack und dem Gasgenerator ist insbesondere die Elektronikeinheit zur Auslösung des Airbags eine wichtige und kritische Systemkomponente. Die Airbag-Auslöseelektronikeinheit muß einerseits Unfallsituationen durch Beschleunigungs­ messung sicher erkennen, und andererseits diese von be­ triebsüblichen Erschütterungen und Fahrsituationen un­ terscheiden können (in diesem Falle darf keine Auslö­ sung des Airbags erfolgen). Hierzu werden zwei unabhän­ gige und methodisch vollständig verschiedene Beschleu­ nigungsaufnehmer eingesetzt: Zum einen der auf dem Piezoeffekt beruhende elektronische Aufnehmer und zum andern der mechanische Sicherheitssensor. Nur für den Fall, daß beide Sensoren gleichzeitig eine Beschleuni­ gung feststellen, die größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, wird der Treibsatz des Gasgenerators ausgelöst.

Bekannte Sicherheitssensoren der Airbag-Auslöseelektro­ nikeinheit sind als Feder-Masse-System ausgebildet - hier wird die Masse infolge der bei Beschleunigungen auf sie einwirkenden Kraft entgegen der Federkraft in Bewegung gesetzt und hierdurch ein Kontakt geschlossen. Diese Systeme haben den Nachteil, daß sie nur auf die in einer Richtung auftretenden Beschleunigungen reagie­ ren und daher bei einem Seitenaufprall nicht wirksam sind - zu dessen Erkennung sind somit zusätzliche Sen­ soren erforderlich; weiterhin sind diese Systeme auf­ wendig und daher nur recht kostspielig zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfa­ chen Sicherheitssensor für eine Airbag-Auslöseelektro­ nikeinheit anzugeben, bei dem die genannten Nachteile vermieden werden und der demgegenüber vorteilhafte Ei­ genschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale a) bis d) des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Sicherheitssensor besteht aus drei Einzelkomponenten: einem Beschleunigungskörper mit be­ stimmter Masse, einem länglichen Trägerkörper und ei­ nem, vorzugsweise geschlossenen Gehäuse aus isolieren­ dem Material und mit elektrisch leitendem Kontaktbe­ reich an mindestens einer Innenwand des Gehäuses; der Beschleunigungskörper ist am Trägerkörper befestigt und dieser mit der Innenseite einer Grundfläche des Gehäu­ ses (Bodenfläche, Deckfläche) verbunden. Beim Auftreten von Beschleunigungen wird der Trägerkörper aufgrund seiner Elastizität und somit auch der Beschleunigungs­ körper ausgelenkt; der Sicherheitssensor ist so ausge­ bildet, daß der Beschleunigungskörper bei der Ansprech­ beschleunigung (Auslöseschwelle) den Kontaktbereich an der Gehäuse-Innenwand berührt und hierdurch einen elek­ trischen Kontakt herstellt.

Über die Formgebung, Abmessungen und Materialeigen­ schaften von Beschleunigungskörper, Trägerkörper und Gehäuse bzw. Kontaktbereich können die gewünschten Aus­ löseeigenschaften des Sicherheitssensors eingestellt bzw. variiert werden:

• - falls das Gehäuse allseits geschlossen (dicht) ausgebildet wird, ist ein guter Schutz gegen Feuchtigkeit und Korrosion gegeben.
• - bei einer rotationssymmetrischen Anordnung (bei­ spielsweise kugelförmiger Beschleunigungskörper, zylindrisches Gehäuse) wird der Beschleunigungs­ körper in alle Richtungen gleich ausgelenkt (iso­ trope Auslenkung), so daß dieser Sicherheitssensor für alle Richtungen gleich empfindlich ist. Falls eine andere Formgebung gewählt wird, beispiels­ weise durch einen ellipsoidförmigen Beschleuni­ gungskörper, ein ellipsoidförmiges Gehäuse oder einen ellipsoidförmigen Trägerkörper, erhält man unterschiedliche Ansprechschwellen für die Längs- und Querbeschleunigung; beispielsweise kann bei einem ellipsoidförmigen Beschleunigungskörper des­ sen kleine Halbachse in Fahrtrichtung angeordnet werden, und daher für diese eine höhere Ansprech­ schwelle als für den Seitenaufprall (große Halb­ achse des Ellipsoids) eingestellt werden.
• - durch die Formgebung des Kontaktbereichs kann die Richtungsselektivität des Sicherheitssensors bzw. dessen Ansprechverhalten ebenfalls beeinflußt bzw. variiert werden: beispielsweise kann der Sicher­ heitssensor durch Aussparungen im Kontaktbereich unempfindlich gegen bestimmte Richtungen gemacht werden.
• - falls beispielsweise der Beschleunigungskörper aus einem ferritischen Material besteht, kann durch Anbringen eines kleinen Magneten im oder am Gehäu­ se - beispielsweise durch Einbau im Gehäusedeckel - ein nicht-lineares Ansprechverhalten des Sicher­ heitssensors erreicht werden.

Der vorgestellte Sicherheitssensor vereinigt mehrere Vorteile in sich:

• - er ist sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Seitwärtsrichtung empfindlich (längs und quer zur Fahrtrichtung), wobei die Ansprechempfindlichkeit für Längs- und Querbeschleunigungen getrennt und unterschiedlich einstellbar ist,
• - es ist ein einfacher mechanischer Aufbau aus le­ diglich drei Einzelkomponenten gegeben,
• - durch Einsparung von Gewicht und Volumen ist eine leichte, kleine und kostengünstige Herstellung möglich,
• - durch die Miniaturisierung kann der Sicherheits­ sensor problemlos auf einer Leiterplatte montiert werden.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel für den Si­ cherheitssensor dargestellt. Bei einem zylindrischen, geschlossenen Kunststoff-Gehäuse 1 mit dem Durchmesser d_G ist auf der Grundfläche (Bodenfläche) 1c ein stiel­ förmiger Trägerkörper 2 mit der Länge l_T und dem Durch­ messer d_T stehend befestigt; auf der Oberseite des Trä­ gerkörpers 2 ist ein kugelförmiger Beschleunigungskör­ per 3 mit dem Durchmesser d_B angeordnet. Auf der Sei­ ten-Innenwand 1a des Gehäuses 1 ist ab einer bestimmten Höhe (bis zur Deckfläche 1b) ganzflächig ein als Kon­ taktring ausgebildeter Kontaktbereich 4 des Durchmes­ sers d_K aufgebracht. Kontaktring 4 und Trägerkörper 2 sind jeweils mit einem Lötstift 6 bzw. 7 zum Einlöten in eine Leiterplatte 5 versehen.

Beim Auftreten einer Beschleunigung wird der Trägerkör­ per 2 elastisch gebogen und der Beschleunigungskörper 3 um die Strecke f_B ausgelenkt; bei einem bestimmten Schwellwert der Beschleunigung ist die Auslenkung f_B so groß, daß der Beschleunigungskörper 3 den Kontaktring 4 berührt und hierdurch einen elektrischen Kontakt her­ stellt, was von einer nachgeschalteten Auswerteeinheit verarbeitet wird. Zur Einstellung der Ansprechschwelle des Sicherheitssensors können einerseits die geometri­ schen Parameter Form, Durchmesser d_T und Länge l_T des Trägerkörpers 2, Form und Durchmesser d_B des Beschleu­ nigungskörpers 3, Durchmesser d_G des Gehäuses 1 bzw. Durchmesser d_K des Kontaktrings 4 (Durchmesser der Ge­ häuse-Innenseite 1a) und andererseits die Materialpara­ meter Elastizitätsmodul E_T und Beschaffenheit des Trä­ gerkörpers 2 sowie Masse m_B und Beschaffenheit des Be­ schleunigungskörpers 3 variiert werden.

Beispielsweise soll der Sicherheitssensor eine Be­ schleunigungs-Ansprechschwelle von 10 m/s² aufweisen. Hierzu besitzt das zylindrische Kunststoff-Gehäuse 1 eine Höhe von 18 mm und einen Durchmesser d_G von 15 mm, der stielförmige Trägerkörper 2 aus einer CuNi-Legie­ rung ein E-Modul E_T von 110 kN/mm², eine Länge l_T von 10 mm und einen Durchmesser d_T von 0,5 mm und der Be­ schleunigungskörper 3 aus einer CuNi-Legierung eine Masse m_B von 0,0335 g und einen Durchmesser d_B von 4 mm; hieraus ergibt sich eine Auslenkung f_B des Be­ schleunigungskörpers 3 bei der Beschleunigungs-An­ sprechschwelle 10 m/s² von f_B 3,25 mm. Der Durchmes­ ser der Gehäuse-Innenseite bzw. der Durchmesser d_K des Kontaktrings 4 wird so groß wie der Durchmesser d_B des Beschleunigungskörpers 3 plus der doppelten Auslenkung f_B bei der Beschleunigungs-Ansprechschwelle gewählt; im Beispielsfall beträgt der Durchmesser d_K demnach 0,5 mm + 2 · 3,25 mm, also d_K : 7,0 mm.

Claims (6)

1. Sicherheitssensor für eine Airbag-Auslöseelektronik­ einheit, mit:

• a) einem Gehäuse (1) aus isolierendem Material,
• b) einem auf mindestens einer Gehäuse-Innenwand (1a) angebrachten Kontaktbereich (4) aus elektrisch leitfähigem Material,
• c) einem im Gehäuse (1) angeordneten länglichen Trä­ gerkörper (2), dessen eines Ende mit dem Gehäuse (1) verbunden ist,
• d) einem auf dem anderen Ende des Trägerkörpers (2) angeordneten und im Gehäuse (1) auslenkbaren Be­ schleunigungskörper (3).

2. Sicherheitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Form, die Abmessungen und die Mate­ rialeigenschaften von Gehäuse (1), Kontaktbereich (4), Trägerkörper (2) und Beschleunigungskörper (3) abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Sicherheitssen­ sors wählbar sind.

3. Sicherheitssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine längliche Form aufweist, daß der Kontaktbereich (4) auf der seitlichen Gehäuse-Innenwand (1a) angeordnet ist, und daß der Trä­ gerkörper (2) entweder mit der oberen Gehäuse-Innenwand (1b) oder mit der unteren Gehäuse-Innenwand (1c) fest verbunden ist.

4. Sicherheitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) allseitig geschlossen ist.

5. Sicherheitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) auf einer Schaltungsplatine (5) angeordnet ist, und daß der Kon­ taktbereich (4) und der Trägerkörper (2) über Anschlüs­ se (6, 7) elektrisch leitend mit der Schaltungsplatine (5) verbunden sind.

6. Sicherheitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungskörper (3) aus einem ferritischen Material besteht, und daß ein Permanentmagnet am oder im Gehäuse (1) angeordnet ist.