DE69728502T2

DE69728502T2 - Aufprall- oder Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE69728502T2
Application number: DE69728502T
Authority: DE
Inventors: Yuki 7-12 Yoshida
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: EP0846952A1; US5983724A; CN1186228A; DE69728502D1; KR19980063639A; KR100374246B1; JPH10160747A; EP0846952B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aufprallsensor und im spezielleren auf einen Aufprallsensor zur Verwendung in einem Airbag- System für Automobile.
Ein Airbag- System wird in einem Automobil eingesetzt, um den Fahrer vor einem Aufprall zu schützen, wenn das Automobil mit einem anderen Automobil oder ähnlichem zusammenstößt. Ein Aufprallsensor erkennt einen Aufprall und gibt ein Erkennungssignal aus. Das Erkennungssignal aktiviert eine Zündeinrichtung eines Airbags, welche den Airbag in Folge veranlasst, sich schnell aufzublasen, um den Fahrer vor dem Aufprall zu schützen.
Aufprallsensoren des Stands der Technik sind beispielsweise in den japanischen Patentvorveröffentlichungen Nr. 7-198738 und Nr. 8-29444 veröffentlicht. 16 stellt einen konventionellen Aufprallsensor dar. Bezugnehmend auf 16, ist ein Magnet 16 in einem Gehäuse 11 eingebaut und an einem Ende des Aufprallsensorelements 15 angebracht, welches schwenkbar an einem Zapfen 14 gelagert ist. Das Aufprallsensorelement 15 ist normalerweise an seiner neutralen Position in 16 gezeigt, so dass der Magnet 16 normalerweise in dem Gehäuse 11 über dem fest montierten magnetischen Element 17 positioniert ist. Die neutrale Position ist eine Position, wo das Aufprallsensorelement 15 in Ruhe ist, wenn kein Aufprall darauf ausgeübt wird. Auf beiden Seiten des magnetischen Elements 17 sind Näherungsschalter 12 und 13 montiert, welche geschlossen sind, wenn der Magnet 16 sich zu Positionen über den Näherungsschaltern 12 und 13 bewegt. Die Näherungsschalter sind normalerweise geöffnet, während der Magnet 16 direkt über dem magnetischen Element 17 ist.
Wenn ein Aufprall auf den Aufprallsensor in einer Richtung, die durch den Pfeil P gezeigt ist, ausgeübt wird, erreicht das Aufprallsensorelement 15 eine Eigendynamik und schwingt entgegen dem Uhrzeigersinn. Folglich wird das Aufprallsensorelement 15 aus seiner neutralen Position bewegt. Folglich bewegt sich der Magnet 16 in einen Bereich, wo der Näherungsschalter 13 geschlossen ist. Jedoch schreiben die Prinzipien des Aufprallsensors mit Näherungsschalter der herkömmlichen Technik vor, dass der Sensor in solch einem Weg eingebaut ist, dass das Aufprallsensorelement 15 immer vertikal aufgehängt ist. Außerdem, erkennt der Sensor Aufpralle nur in einem engen Bereich der Richtung, in welchem das Aufprallsensorelement 15 genügend schwingen kann. Folglich werden Aufpralle in einer anderen Richtung außerhalb des Bereichs nicht korrekt erkannt. Der Aufprall wird in elektrische Si gnale, bezogen auf Ein/Aus-Vorgänge der Näherungsschalter 12 und 13, umgewandelt. Die Verwendung eines Näherungsschalters ist ein Hindernisgrund, um einen Aufprallsensor zu verkleinern. Ein anderes Problem des Sensors der herkömmlichen Technik ist, dass das Erkennungssignal des Aufprallsensors nur in begrenzter Signalform ausgegeben wird, während die Näherungsschalter in 16 normalerweise geöffnet sind.
Die US-A-5 180 892 zeigt einen Beschleunigungssensor, der ein um eine Rotationswelle rotierbares Rotationsteil, welches sein Gravitationszentrum außerhalb der Rotationswelle positioniert hat, und ein leitendes Teil, das zumindest ein Teil des Bereichs anders als die Rotationswelle darstellt, ein Magnet, welcher gegenüber des leitenden Teils während einer Rotation des Rotationsteils vorgesehen ist, und eine Rotationserkennungseinrichtung zur Erkennung eines vorgegebenen Rotationswinkels des Rotationsteils, umfasst. Zur Wiederherstellung einer neutralen Position ist ein Magnet auf dem Rotationsteil gegenüber einem Eisenteil auf dem Gehäuse angeordnet. Die Lage des Magnets und des leitenden Teils können reversiert werden. In anderen Worten, diese Literaturstelle eröffnet einen Aufprall- oder Beschleunigungssensor, der ein auf ein Lagerteil rotierbar gelagertes Sensorteil hat, und das geeignet ist, um das Lagerteil zu rotieren, wenn eine Beschleunigung ausgeübt wird. Entsprechend dem in dieser Literaturstelle gezeigten Beispiel ist ein Kontaktschalter vorgesehen, um Aufpralle anzuzeigen. Jedoch werden auch alternative Erkennungseinrichtungen wie z. B. kontaktlose Schalter wie Näherungsschalter vorgeschlagen.
Die US-A-4 079 360 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Ausgangssignals von dem Abfragen des Abstands der Quelle des magnetischen Felds. Die Vorrichtung beinhaltet ein Magneto-Widerstandseffekt aufweisendes Element, welches von einem isolierenden Substrat umfasst ist, von welchem erste und zweite ferromagnetische Streifen vorgesehen sind. Die ferromagnetischen Streifen definieren erste und zweite Hauptstrom-Leitungspfade, welche respektive senkrecht zueinander sind. Die Streifen sind hintereinander geschaltet, um dort dazwischen einen Übergang zu definieren, von welchem sich ein Ausgangssignal herleitet. Stromversorgungsterminals sind vorgesehen, um einen Erregungsstrom zu dem Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Element einzurichten. Impedanzen sind parallel mit den in Reihe geschalteten Streifen verbunden, um hierbei eine Brückenschaltung mit den ferromagnetischen Streifen zu bilden, der Übergang zwischen den Streifen dient als ein Brückenausgangsterminal. Ein auf einem Rotor angeordneter Generatormagnet hat eine Oberfläche, welcher in einer Ebene angeordnet ist, die unter Abstand von dem Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Element angeordnet ist, und erzeugt ein magnetisches Feld, welches durch das Element in Erwiderung auf eine Bewegung des Rotors in beiden der zwei entgegengesetzten Richtungen erkannt wird. Ein Ausgangssignal wird von dem Übergang in dem Element als eine Funktion der relativen Positionen der Vorder- und Hinterkante des Generatormagnets hinsichtlich einer Vorderkante des Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Elements erzeugt. Die eine Magneto-Widerstandseffekt aufweisende Brückenschaltung kooperiert mit dem Magnet auf dem bewegbaren Teil, um einen kontaktlosen Schalter zu realisieren, welcher verwendet werden kann, um externe Kräfte anzuzeigen, die auf ein bewegbares Teil wirken.
Die EP-A-0 486 186 erwähnt, dass eine Vielzahl von Beschleunigungssensoreneinrichtungen nacheinander angeordnet werden können, d. h. ein Ausgang von logisch 1 wird nur produziert, wenn alle Einrichtungen ein logisch 1 produzieren.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufprallsensor vorzusehen, wobei der Sensor unabhängig davon funktioniert, ob er vertikal oder horizontal angeordnet ist.
Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst der Aufprallsensor der Erfindung die Merkmale nach Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
Der Aufprallsensor der Erfindung ist ein miniaturisierter Aufprallsensor, der das Erkennungssignal in einer Vielzahl von Signalformen ausgeben kann.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme der Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine allgemeine Konstruktion eines Aufprallsensors entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 eine Seitenansicht des Aufprallsensors der 1 ist;
3A–3C einen Lagezusammenhang zwischen dem magnetischen Feld des Magnets und des MR-(Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden) Elements darstellt;
4 die Meanderstruktur eines MR-Elements darstellt;
5 ein schematisches Diagramm ist, das die Signalformerschaltungen darstellt;
6 den Ausgang in Punkt a in 5 zeigt;
7 den linearen Wechsel in dem Ausgang des Operationsverstärkers B darstellt;
8 den Ausgang des Operationsverstärkers C der 5 zeigt;
9 eine Schaltungsanordnung darstellt, welche zwei verschiedene logische Signale als eine Sensorausgabe ausgibt;
10 einen invertierten Verlauf des Ausgangs des Operationsverstärkers C zeigt;
11 einen Aufprallsensor entsprechend einer zweiten Ausführungsform darstellt;
12 eine Seitenansicht des Aufprallsensors ist;
13 ein schematisches Diagramm eines Aufprallsensors ist;
14 ein schematisches Diagramm ist, das eine Konfiguration der Signalformerschaltung zur Verwendung in einem Neigungssensor zeigt;
15 die Charakteristik darstellt, die das Verhältnis in den Ausgängen des MR-Elements und den Winkeln zeigt, die ein magnetisches Feld mit einer Ebene erzeugt, in welcher die MR-Elemente angeordnet sind; und
16 einen konventionellen Aufprallsensor zeigt.
Erste Ausführungsform
1 stellt eine allgemeine Konstruktion eines Aufprallsensors 20 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar. 2 ist eine Seitenansicht des Aufprallsensors. 3A bis 3C stellen Positionsverhältnisse zwischen dem magnetischen Feld M des Magnets und des Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden (nachfolgend als MR bezeichnet) Elements dar, wenn in einer durch Pfeil E gezeigten Richtung betrachtet. Der Aufprallsensor der ersten Ausführungsform kann direkt den Aufprallsensor der herkömmlichen Technik ersetzen.
Bezugnehmend auf die 1 und 2, hat ein Aufprallsensorelement 27 an seinen longitudinalen Enden angebrachte Magnete 28 und 29 und ist an seiner Mitte auf einem Zapfen 26 im wesentlichen als Drehpunkt dienend gelagert. Magnetische Elemente 30 und 31 sind angeordnet, um gegenüberzuliegen und die Magnete 28 und 29 anzuziehen, so dass das Aufprallsensorelement 27 normalerweise an seiner in den 1 und 2 gezeigten neutralen Position ist. MR-Elemente 22 und 23 sind in der longitudinalen Richtung des Aufprallsensorelements 27 angeordnet und liegen den Magneten 28 bzw. 29 gegenüber. Die MR-Elemente 22 und 23 sind mit Bezug auf die Magnete 28 und 29 positioniert, so dass die MR-Elemente 22 und 23 nicht stören werden, wenn das Aufprallsensorelement als Reaktion auf einen darauf ausgeübten Aufprall rotiert.
Die Signalformerschaltungen 24 und 25 sind vorgesehen, welche die Ausgänge der MR-Elemente 22 und 23 empfangen und verbesserte Ausgänge ausgeben. Die Signalformerschaltungen 24 und 25, das Aufprallsensorelement 27, die MR-Elemente 22 und 23 und die magnetischen Elemente 30 und 31 sind alle in dem Gehäuse 21 untergebracht.
Das Gehäuse 21 hat Strompole 32 und 33, Ausgangspole 34 und 35 und Massepole 36 und 37, die daran angebracht sind, und an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 21 exponiert sind.
Das Aufprallsensorelement 27 ist an einem Punkt außerhalb des Zentrums gelagert, so dass die Masse auf der einen Seite des Zapfens 26 größer ist als die Masse auf der anderen Seite des Zapfens 26. Das Ungleichgewicht der Masse ist vorteilhaft indem, dass das Gleichgewicht des Aufprallsensorelements leicht verloren geht und sich das Aufprallsensorelement aus seiner neutralen Position bewegt, wenn ein Aufprall darauf ausgeübt wird. Für diesen Zweck, ist das Aufprallsensorelement 27 leicht außerhalb seines longitudinalen Zentrums gelagert, so dass der Abstand L1 nicht gleich dem Abstand L2 ist. Alternativ können die Magnete 28 und 29 von unterschiedlichen Gewichten verwendet werden.
Der Widerstand des Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Elements variiert, wenn die Elemente in einem magnetischen Feld platziert werden. Ein Magneto-Widerstandseffekt aufweisendes Element ist ein dünner Film einer Legierung, dessen Hauptzusammensetzung ein ferromagnetisches Metall ist und dessen Struktur, z. B., eine wie in 4 gezeigte Meanderlinie ist. Die Widerstände der MR-Elemente 22 und 23 wechseln abhängig von der Stärke des auf sie ausgeübten magnetischen Feldes.
5 ist ein schematisches Diagramm, das die Signalformerschaltungen 24 und 25 darstellt. Die Signalformerschaltungen 24 und 25 sind von der gleichen Konfiguration.
Bezugnehmend auf 5, beinhaltet jedes der MR-Elemente 22 und 23 Elemente R1–R4 und ist empfänglich für Aufpralle von zwei gegenüberliegenden Richtungen. Die Elemente R1–R4 sind in einer Brückenkonfiguration elektrisch verbunden, jedes Element bildet einen Arm der Brücke. Der Knotenpunkt von R1 und R3 ist mit der Netzspannung Vcc verbunden und der Knotenpunkt von R2 und R4 ist mit der Masse GND verbunden. Der Ausgang J wird von dem Knotenpunkt von R1 und R2 erhalten und der Ausgang K wird von dem Knotenpunkt von R3 und R4 erhalten.
Um die Brückenschaltung im Gleichgewicht zu halten, sind die Widerstände der MR-Elemente R1–R4 so zugeordnet, dass R1/R2 = R3/R4. Das einfachste Verhältnis ist R1 = R2 = R3 = R4. Die Elemente R1–R4 haben jeder einen Widerstand im Bereich von 2 bis 3 KΩ. Es muss nicht angemerkt werden, dass zumindest eines der Elemente R1–R4 ein MR-Element sein muss, und die anderen Elemente können normale Widerstände sein. Die Elemente R1–R4 können in einer Ebene normal zu der Richtung des magnetischen Felds oder in einer Ebene parallel zu der Richtung des magnetischen Felds angeordnet sein. Darüber hinaus, kön nen die Elemente auch an der Richtung des magnetischen Felds ausgerichtet sein. Die vier Elemente R1–R4 können auf irgendeine Art angeordnet sein, bis dass die Brücke aus dem Gleichgewicht kommt, wenn das magnetische Feld des Magnets sich hinsichtlich des MR-Elements verlagert.
Wie in den 3B bis 3C gezeigt, wenn Aufpralle in einer durch die Pfeile gezeigten Richtung auf den Aufprallsensor ausgeübt werden, bewegt sich das magnetische Feld M des Magnets 29 hinsichtlich des MR-Elements 22 oder 23, hierbei verursacht es, dass die Elemente R1–R4 unterschiedlicher Stärke in dem magnetischen Feld ausgesetzt sind, so dass die Brückenschaltung der Elemente R1–R4 aus dem Gleichgewicht kommen. Die Stärke des magnetischen Felds M reduziert sich so, wie sich der Abstand von dem Zentrum erhöht.
Bezugnehmend auf 5, ein Operationsverstärker A ist ein Differenzialverstärker, ein Operationsverstärker B ist ein invers-logarithmischer Verstärker, ein Operationsverstärker C ist ein Spannungsverstärker, und die Widerstände R5 und R6 bilden einen Spannungsteiler, welcher eine Referenzspannung Vr liefert. Der Operationsverstärker 10 gibt einen Sensorausgang Vout aus.
Der Ausgang J wird in einen Nicht-Umkehrungspol des Operationsverstärkers A eingegeben, und der Ausgang K wird in einen Umkehrungspol eingegeben. Der Operationsverstärker A verstärkt den Unterschied zwischen den Ausgängen J und K.
Der Ausgang des Operationsverstärkers A wird in einen Umkehrungspol des Operationsverstärkers B eingegeben und der Nicht-Umkehrungspol des Operationsverstärkers B wird mit dem Knotenpunkt der Vorspannungswiderstände R7 und R8 verbunden. Der Operationsverstärker B führt eine invers-logarithmische Verstärkung des Ausgangs des Operationsverstärkers A aus.
Der Ausgang des Operationsverstärkers B wird in einen Umkehrungspol des Operationsverstärkers C eingegeben. Ein Nicht-Umkehrungspol des Operationsverstärkers C wird mit dem Knotenpunkt der Widerstände R5 und R6 verbunden. Der Operationsverstärker C vergleicht den Ausgang des Operationsverstärkers B mit der Spannung auf dem Knotenpunkt. Der Operationsverstärker C verstärkt den Unterschied zwischen den zwei Eingängen hierzu und gibt einen Sensorausgang Vout aus.
An verschiedene Pole angelegte Spannungen sind derart, dass die Operationsverstärker A, B und C korrekt arbeiten können.
Die Arbeitsweise des Aufprallsensors der zuvor genannten Konstruktion wird nun beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, wenn ein Aufprall auf den Aufprallsensor 20 in einer durch die Pfeile A oder B gezeigten Richtung ausübt, so dass das Aufprallsensorelement 27 sich aus seiner neutralen Position bewegt, erreicht das Ausprallsensorelement 27 einen Impuls in einer durch die Pfeile D oder C gezeigten Richtung, bestimmt durch seine Masse und durch die Größe des ausgeübten Aufpralls. Der Impuls veranlasst das Aufprallsensorelement 27 zu rotieren, so dass die Magnete 28 und 29 rotieren. Die Rotation der Magnete 28 und 29 verursacht, dass die Elemente R1–R4 der MR-Elemente 22 und 23 Veränderungen im magnetischen Feld ausgesetzt sind.
Veränderungen im magnetischen Feld verursachen dann, dass die Brückenschaltung von R1–R4 aus dem Gleichgewicht kommt, um einen Unterschied zwischen den Ausgängen J und K zu erzeugen. Der Unterschied wird durch den Operationsverstärker A verstärkt. 6 zeigt den Ausgang auf Punkt a in 5, welcher logarithmisch mit der Beschleunigung variiert, d. h., die Verlagerung des magnetischen Felds hinsichtlich der MR-Elemente 22 oder 23.
Der Ausgang auf Punkt a wird durch den Operationsverstärker B invers- logarithmisch verstärkt, so dass der Ausgang auf Punkt b linear, wie in 7 gezeigt, variiert.
Wie in 8 gezeigt, gibt der Operationsverstärker C einen ON-Level aus, wenn der Ausgang auf Punkt b höher ist, als die Referenzspannung Vr, und einen OFF-Level, wenn der Ausgang niedriger ist, als die Referenzspannung Vr.
9 stellt einen Fall dar, wo der Ausgang des Operationsverstärkers C als ein Sensorausgang Vout ausgegeben wird, und der Vout wird zu einer NOR-Schaltung 43 eingegeben, welche einen invertierten Ausgang, wie in 10 gezeigt, ausgibt. Die in 9 gezeigte Konfiguration liefert zwei Sensorausgänge von unterschiedlichen logischen Niveaus.
Der Aufprallsensor 20 der Erfindung kann entweder vertikal, horizontal, oder in irgendeinem anderen Winkel mit dem Zapfen 26, der ausgerichtet ist, um sich horizontal zu erstrecken, angeordnet sein. Der Aufprallsensor 20 kann auch derart angeordnet sein, dass der Zapfen 26 sich in einer von der horizontalen Richtung unterschiedlichen Richtung erstreckt.
In dem Aufprallsensor der herkömmlichen Technik, wird das in 15 gezeigte Aufprallsensorelement 15 auf dem Zapfen an einem longitudinalen Endteil des Aufprallsensorelements 15 gelagert, und der Aufprallsensor der herkömmlichen Technik muss derart angeordnet sein, dass der Zapfen an dem oberen Ende greift und das Aufprallsensorelement 15 durch den Zapfen aufgehängt ist. Hierfür wird es dem Aufprallsensorelement 15 erlaubt, nur in einer vertikalen Ebene zu schwingen, die die Länge des Aufprallsensorelements beinhaltet. Um Aufpralle von irgendwelchen Richtungen unter Verwendung des Sensors der herkömmli chen Technik zu erkennen, werden eine große Anzahl von Sensoren gebraucht. Im Gegensatz, hat der Aufprallsensor entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Aufprallsensorelement 27 mit Magneten 28 und 29, die an ihren longitudinalen Endteilen und die MR-Elemente gegenüber den Magneten angeordnet sind. Die Erkennung von Aufprallen wird durch zwei unterschiedliche Werte von Trägheitsmomenten, die aus der Konstruktion der Erfindung resultieren, sichergestellt. Die rotierbare Lagerung des Aufprallsensorelements 27 auf den Zapfen 26 erlaubt die Erkennung von Aufprallen in beliebigen Richtungen innerhalb einer Ebene senkrecht zu dem Zapfen 26.
Die Fähigkeit, Aufpralle von einem weiten Bereich von Richtungen zu erkennen, erhöht die Zuverlässigkeit einer Airbag- Aktivierungseinrichtung, welche in einem Airbag-System für Automobile verwendet wird.
Der Ausgang des Aufprallsensors kann zu einer logischen Schaltung wie z. B. einer NOR-Schaltung geleitet werden, welche ein binäres Signal ausgibt, während auch der Ausgang des Operationsverstärkers 10 verfügbar erhalten wird. Durch diese Anordnung, wird der Aufprallsensor 20 in der Anwendung der Erfindung auf eine Vielzahl von Airbag- Systemen vielseitiger verwendbar.
Zweite Ausführungsform
11 stellt einen Aufprallsensor entsprechend einer zweiten Ausführungsform dar und 12 ist eine Seitenansicht des Aufprallsensors. Elementen, ähnlich zu diesen in den 1 und 2 gezeigten, wurden die gleichen Bezugszeichen zugeordnet.
Bezugnehmend auf 11, beinhaltet ein Aufprallsensor 40 MR-Elemente 22 und 23, Signalformerschaltung 41, die die Ausgangswellenformen der MR-Elemente 22 und 23 verbessert, Aufprallsensorelement 27, welches rotierbar auf einem Lagerteil 26 gelagert ist, und Magnete 28 und 29, die sicher an longitudinalen Enden des Aufprallsensorelements 27 angeordnet sind, alle sind in einem Gehäuse 21 untergebracht.
Die Ausgänge der zwei MR-Elemente 22 und 23 sind Eingänge zu der Signalformerschaltung 41.
Bezugnehmend auf 12, sind hier magnetische Elemente 30 und 31 vorgesehen, die den Magneten 28 und 29 in dem Gehäuse 21 gegenüberliegen. Die Magnete 28 und 29 ziehen die magnetischen Elemente 30 bzw. 31 an, hierbei wird das Aufprallsensorelement 27 in seiner neutralen Position gehalten. Die MR-Elemente 22 und 23 und die Magnete 28 und 29 sind unter Abstand getrennt angeordnet, so dass die MR-Elemente sich nicht mit dem Aufprallsensorelement 27 überlagern werden, wenn das Aufprallsensorelement 27 rotiert.
Der Strompol 32, der Ausgangspol 34 und der Massepol 36 sind auf dem Gehäuse 21 angeordnet und sind an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 21 exponiert.
Das Aufprallsensorelement 27 ist an einem Punkt derart gelagert, dass die Masse auf einer Seite des Zapfens 26 größer ist als die Masse auf der anderen Seite des Zapfens 26.
13 ist ein schematisches Diagramm, das den zuvor genannten Aufprallsensor zeigt. Elementen der gleichen Konfiguration, wie die in 5 gezeigte Signalformerschaltung, wurden die gleichen Bezugszeichen gegeben, und die Beschreibung davon fällt weg.
Bezugnehmend auf 13, ist eine Signalformerschaltung 41 von einer Konfiguration, wo eine UND-Schaltung 42 ein logisches Produkt von Ausgängen der Verstärkergruppen 24 und 25 ausgibt. Die Verstärkergruppe 24 formt den Ausgang des MR-Elements 22 und die Verstärkergruppe 25 formt den Ausgang des MR-Elements 23. Der Ausgang der UND-Schaltung 42 ist der Sensorausgang Vout.
Der Betrieb des Aufprallsensors der zuvor genannten Konstruktion wird nun beschrie ben.
Wie in 11 gezeigt, wenn ein Aufprall auf das Aufprallsensorelement 27 in einer durch die Pfeile A oder B gezeigten Richtung ausgeübt wird, um den neutralen Zustand des Aufprallsensorelements zu stören, erlangt das Aufprallsensorelement ein Drehmoment in einer durch die Pfeile D oder C gezeigten Richtung, vorgegeben durch seine Masse und den ausgeübten Aufprall. Das Drehmoment veranlasst das Aufprallsensorelement 27 zu rotieren, so dass sich die Magnete 28 und 29 hinsichtlich des MR-Elements verlagern, um das auf die MR-Elemente 22 und 23 ausgeübte magnetische Feld zu ändern. Folglich, arbeiten die MR-Elemente 22 und 23 nach dem gleichen Prinzip, welches in der ersten Ausführungsform genannt wurde.
Sobald ein Aufprallsensor ein Ausgangssignal ausgibt, wird sich der Airbag ausdehnen, ungeachtet dessen, ob der Ausgang falsch oder wahr ist. Hierfür muss ein Aufprallsensor nicht irgendeinen falschen Ausgang ausgeben. Mit der zuvor genannten Konstruktion versagt der Aufprallsensor 40, wenn irgendeines der zwei MR-Elemente versagt.
Mit anderen Worten, gibt der Aufprallsensor der zweiten Ausführungsform einen Sensorausgang Vout nur aus, wenn alle Teile in dem Aufprallsensor korrekt arbeiten. Folglich, bietet die zweite Ausführungsform einen sichereren Aufprallsensor.
Die Verwendung dieses Aufprallsensors, der die zuvor genannten Leistungsmerkmale hat, wird die Sicherheit des Airbag-Systems für Automobile erhöhen.
Die ersten und zweiten Ausführungsformen wurden hinsichtlich eines Aufprallsensors beschrieben. Die in den Ausführungsformen beschriebenen Konstruktionen machen es möglich, den Aufprallsensor als einen Sensor zur Erkennung einer Neigung zu verwenden, wenn die Signalformerschaltung verstellbare oder ersetzbare externe Widerstände beinhaltet.
Ein Neigungssensor wird unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben.
14 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Signalformerschaltung 51 zur Verwendung in einem Neigungssensor zeigt. Teilen, die denen in 5 entsprechen, wurden die gleichen Bezugszeichen gegeben.
Bezugnehmend auf 14, verwendet ein Operationsverstärker C zwei Widerstände R5 und R6, die einen Spannungsteiler bilden, um eine Referenzspannung Vr zu liefern. Der Widerstand R6 kann entweder die Form eines variablen Widerstandes oder einer Vielzahl von Widerständen annehmen, von welchen ein entsprechender Wert selektiv verwendet wird.
15 stellt die Charakteristik dar, die die Beziehung zwischen den Ausgängen des MR-Elements und die Winkel zeigt, welche ein magnetisches Feld mit einer Ebene erzeugt, in welchem die MR-Elemente angeordnet sind.
Bezugnehmend auf 15, impliziert ein Winkel von 90°, dass die Richtung des magnetischen Feldes zu der Ebene normal ist, in welchem das MR-Element liegt. Gleichermaßen, implizieren Winkel von 0° und 180°, dass die Richtung des magnetischen Feldes zu der Ebene parallel ist, in welchem das MR-Element liegt. Zum Beispiel, wenn der Ausgang des MR-Elements in Punkt Q als ein Betriebspunkt auf der Kurve ist, wird der Widerstand des Widerstands R6 justiert, um den normalen Ausgang Vout des Neigungssensors 51 einzustellen. Dann, gibt der Sensor seinen Ausgang aus, wenn der Sensor 30° geneigt ist. Gleichermaßen, kann die Neigung des Sensors bei anderen Winkeln durch die Justierung des Widerstands R6 erkannt werden.
Ein anderer Weg, auf den gleichen Sensor zu schauen, ist der, dass die zuvor genannte Konstruktion einen Aufprallsensor mit einer einstellbaren Empfindlichkeit bietet.
Dieser Aufprallsensor mit einer einstellbaren Empfindlichkeit kann auch in einem Airbag- System für Automobile angewendet werden. Der Aufprallsensor kann natürlich in irgendwelchen Geräten für den Zweck der Erkennung von Aufprallen verwendet werden.
Die MR-Elemente, Magnete, Aufprallsensorelement und Operationsverstärker sind nicht auf die Arten und die Anzahl von den Obengenannten begrenzt.
Die Erfindung ist folglich beschrieben, es wird ersichtlich, dass das Gleiche in verschiedenen Wegen variiert werden kann. Solche Variationen, wie sie für jeden Fachmann ersichtlich werden, sind dafür bestimmt, um innerhalb des Wirkungsbereichs der folgenden Ansprüche beinhaltet zu sein.

Claims

Aufprallsensor umfassend: einen Aufprallsensorteil (27), der drehbar an einem Punkt zwischen gegenüberliegenden Enden durch einen Lagerteil (26) belagert ist, der in einem Gehäuse (21) befestigt ist, wobei der Aufprallsensorteil (27) geeignet ist, um den Lagerteil (26) zu rotieren, wenn ein Aufprall größer als ein vorgegebener Wert darauf ausgeübt wird, und wobei der Aufprallsensorteil (27) durch den Lagerteil (26) an einem Punkt abgestützt ist derart, dass ein Trägheitsmoment auf einer Seite des Lagerteils (26) größer als ein Trägheitsmoment auf der anderen Seite des Lagerteils (26) ist; wenigstens zwei Magnete (28), (29), die an dem Aufprallsensorteil (27) auf dem Lagerteil (26) an longitudinalen Enden davon montiert sind; wenigstens zwei magnetische Teile (30), (31), die an dem Gehäuse (21) montiert sind und den Magneten (26), (28) gegenüberliegen, wobei die magnetischen Teile (30), (31) geeignet sind, die Magnete (28), (29) respektive anzuziehen, um den Aufprallsensorteil (27) in Position zu halten, wenn kein Aufprall darauf ausgeübt wird; wenigstens zwei einen Magneto-Widerstandseffekt aufweisende Elemente (22), (23), die im Gehäuse (21) befestigt sind und in einem Magnetfeld der Magnete (28), (29) respektive angeordnet sind, wobei die den Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Elemente einer Änderung in dem Magnetfeld ausgesetzt sind, wenn der Aufprallsensorteil (27) auf dem Lagerteil (26) rotiert; und eine Ausgangsschaltung, die einen Ausgang der den Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Elemente (22), (23) verarbeitet, um einen Sensorausgang (Vout) auszugeben, wenn der Aufprallsensorteil (27) um den Lagerteil (26) rotiert.
Aufprallsensor nach Anspruch 1, worin die Ausgangsschaltung den Sensorausgang mit wenigstens einem ersten logischen Niveau und einem zweiten logischen Niveau entgegengesetzt zu dem ersten logischen Niveau ausgibt.
Aufprallsensor nach Anspruch 1, worin die Ausgangsschaltung ein Schaltungselement (R6) umfasst, um eine Charakteristik der Ausgangsschaltung einzustellen.
Aufprallsensor nach Anspruch 3, worin die Charakteristik ein Arbeitspunkt (Q) ist, der eine Größe eines Aufpralls entspricht, bei dem die Ausgangsschaltung den Sensorausgang ausgibt.
Aufprallsensor nach Anspruch 4, worin das Schaltungselement ein externer Widerstand (R6) ist, der variabel oder austauschbar ist.
Aufprallsensor nach Anspruch 1, worin das den Magneto-Widerstandseffekt aufweisende Element (22), (23) vier Elemente umfasst, die unter vorgegebenen Intervallen angeordnet und elektrisch in einer Brückenanordnung verbunden sind, wobei jedes Element unter einem vorgegebenen Abstand von einem mittleren Bereich des Magnetfeldes entfernt liegt.
Aufprallsensor nach Anspruch 1, worin die Ausgangsschaltung eine erste Schaltung (24) zum Verarbeiten eines Ausgangs des ersten den Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Elements (22), eine zweite Schaltung (25) zum Verarbeiten eines Ausgangs des zweiten den Magneto-Widerstandseffekt aufweisenden Elements (23) und eine dritte Schaltung (41) aufweist, um einen Sensorausgang (Vout) auf der Basis der Ausgänge der ersten und zweiten Schaltungen (24), (25) auszugeben.
Aufprallsensor nach Anspruch 7, worin die Ausgangschaltung den Sensorausgang (Vout) nur dann ausgibt, wenn der Ausgang der ersten Schaltung (24) mit dem Ausgang der zweiten Schaltung (25) zusammen fällt.