DE69903293T2

DE69903293T2 - Überrollsensor mit nebenschluss

Info

Publication number: DE69903293T2
Application number: DE69903293T
Authority: DE
Inventors: Daniel Reneau
Original assignee: Breed Automotive Technology Inc
Current assignee: Breed Automotive Technology Inc
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: US5955714A; JP2002516456A; CA2331011A1; EP1086478A1; WO1999060592A1; DE69903293D1; EP1086478A4; EP1086478B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schocksensoren im allgemeinen und Schocksensoren, die zum Aktivieren oder Auslösen von Automobilsicherheitseinrichtungen verwendet werden. Ein derartiger Neigungs- und Beschleunigungssensor für die Anbringung an Automobilen in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zum Beispiel in der WO-A-9114276 beschrieben.
Schock- bzw. Stoß- oder Schlagsensoren werden in Motorfahrzeugen verwendet, um Fahrzeugkollisionen zu erfassen. Wenn eine derartige Kollision auftritt, triggert der Schocksensor eine elektronische Schaltung für die Betätigung von einer oder mehreren Sicherheitseinrichtungen. Ein Typ von Sicherheitseinrichtung, der Airbag, hat bei Kunden zur Verbesserung der allgemeinen Sicherheit des Automobilbetriebs eine weit verbreitete Akzeptanz gefunden. Ein Schlüsselaspekt der Zuverlässigkeit bei diesen Airbags betrifft die irgendwie konkurrierenden Anforderungen, dass sich der Airbag in jeder Situation entfalten muss, bei der eine Entfaltung für die Fahrzeuginsassen vorteilhaft sein würde, sich aber nicht entfalten sollte, außer wenn dies tatsächlich benötigt wird. Die Erhöhung der Zuverlässigkeit weist eine Tendenz auf, eine größere Anzahl von Sensoren sowie eine erhöhte Verwendung einer elektronischen Logik zu benötigen.
Die Fähigkeit von mechanischen Schocksensoren als ein integraler Teil von Airbag- Entfaltungssystemen zur Verhinderung einer nicht erforderlichen Airbag-Entfaltung hat die Nachfrage nach mechanischen Schocksensoren hoch gehalten. Eine Anzahl von Typen von Schocksensoren, die Reed- Schalter verwenden, sind besonders vorteilhaft bei der Kombination eines mechanischen Schocksensors mit einem extrem zuverlässigen elektronischen Schalter gewesen, der durch das Design so ausgebildet werden kann, dass er die notwendigen Verzögerungszeiten aufweist, die für einen zuverlässigen Betrieb für das Fahrzeugsicherheitsgerät benötigt werden. Die Reed-Schalter-Entwürfe sind auch von einer kompakten Art gewesen, so dass die Schalter leicht an bestimmten Abschnitten des Fahrzeugs angebracht werden können, die bei einem Unfall einen repräsentativen Stoß oder Schock erfahren werden, der die Größe und sogar die Richtung des schockinduzierenden Unfalls anzeigt.
Typischerweise haben Schocksensoren die Unfallgröße und Richtung erfasst. Eine Information über den Typ eines Unfalls, den ein Fahrzeug gerade erfährt, wird dann von der Sicherheitsgerätlogik verwendet, um Airbags zu entfalten oder Sitzgurte anzuziehen etc. Ein Ergebnis des Fahrzeugunfalls kann ein Überrollen des Fahrzeugs sein. Einem derartigen Ereignis kann ein Seitenaufprall vorangehen oder ein derartiges Ereignis kann das Ergebnis eines Verlusts der Kontrolle über das Fahrzeug sein. In jedem Fall kann eine Seitenunfalllast, bevor das Fahrzeug in eine Rolle übergeht, erfasst werden oder kann nicht erfasst werden. Wenn die Sicherheitsgerätlogik Implikationen des Fahrzeugüberrollens beim Auslösen von Sicherheitsgeräten berücksichtigen soll, dann müssen Sensoren bereitgestellt werden, die mit Zuverlässigkeit anzeigen, dass ein Überrollen aufgetreten ist oder gerade auftritt. Typische integrierte Beschleunigungsmessgeräte und Ratensensoren werden zum Charakterisieren von dynamischen Vorgängen des Fahrzeugs verwendet. Jedoch sind derartige Festkörpereinrichtungen einer elektromagnetischen Störung ausgesetzt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Nebenschluss vorgesehen, der schwenkbar angebracht ist, um ein Pendel zu bilden, welches zwischen einem Reed-Schalter und einem Magneten positioniert ist. Der Nebenschluss ist aus einem ferromagnetischen Material gebildet und ist so angebracht, dass wenn er zwischen dem Reed-Schalter und dem Magneten bleibt, der Reed-Schalter offen bleibt. Der Nebenschluss wird zwischen dem Magneten und dem Reed-Schalter durch die Kraft der magnetischen Anziehung zwischen dem Nebenschluss und dem Magneten gehalten oder vorgespannt. Die Masse des Nebenschlusses dient sowohl als ein Neigungssensor, der auf die Schwerkraft anspricht als auch als ein Beschleunigungsmessgerät, das auf Beschleunigungen empfindlich ist, die von Unfällen verursacht werden. Der Reed-Schalter, der Magnet und der Nebenschluss sind in einem Gehäuse angebracht, das den Reed-Schalter und den Magneten positioniert und den maximalen Bewegungsbereich des am Pendel angebrachten Nebenschlusses steuert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht des Sensors dieser Erfindung;
Fig. 2 einen Graph der Betätigungszeit über der Rollrate;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Sensors der Fig. 1, senkrecht genommen zu der Achse des Reed-Schalters und durch die Mittellinie der Einrichtung; und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Einrichtung der Fig. 3, entlang der Schnittlinie 4-4.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bezugnehmend insbesondere auf die Fig. 1-4, in denen die gleichen Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen, ist ein Neigungssensor 20 in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Der Neigungssensor 20 weist ein Plastikgehäuse 22 auf, welches aus einer Basis 26 und einem verbundenen Magnetgehäuse 28 gebildet ist, die beide innerhalb einer Abdeckung 24 eingeschlossen sind. Die Funktionskomponenten des Neigungssensors 20 sind ein Reed-Schalter 30, der an dem Gehäuse befestigt ist, ein Magnet 32, der über dem Reed-Schalter 30 positioniert ist, und ein Nebenschluss 34, der von Verschwenkungspunkten 36 auf dem Gehäuse, definiert zwischen der verbundenen Basis 26 und dem Magnetgehäuse 28, abgehängt ist. Der Nebenschluss 34 hängt in einer neutralen Position zwischen dem Reed-Schalter 30 und dem Magneten 32, wenn der Sensor 20 in einer vertikalen Position ist, wie in Fig. 3 gezeigt.
Das Gehäuse 22 und dessen Komponenten sind aus Plastik konstruiert, obwohl die Abdeckung 24 eine magnetische Abschirmung beinhalten könnte. Der Nebenschluss 34 kann als Teil eines Trapezelements 38 gebildet sein, welches aus dem Nebenschlusselement 34, das ein horizontaler Stab ist, und zwei vertikalen Pendelarmen 40, die an koaxialen Verschwenkungsabschnitten 42 enden, besteht. Der Nebenschluss 34 ist aus einem ferromagnetischen Material gebildet, zum Beispiel aus einer ähnlichen Legierung wie diejenige, aus der die Reed-Schalter-Ablesungen konstruiert sind. Der ferromagnetische Nebenschluss 34 verhindert, dass das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld bewirkt, dass sich der Reed- Schalter 30 schließt.
Der Nebenschluss 34 wird zwischen dem Reed-Schalter 30 und dem Magneten 32 durch eine Schwerkraft und eine magnetische Anziehung zwischen dem Nebenschluss 34 und dem Magneten 32 gehalten. Eine Kraft, die durch eine Schwerkraft, wenn der Neigungssensor 20 geneigt wird, oder durch einen Schock (Stoß) mit einer Komponente senkrecht zu einer Achse, die durch die Verschwenkungspunkte 36 definiert wird, verursacht wird, kann bewirken, dass sich der Nebenschluss 34 um die Verschwenkungsabschnitte 42 des Trapezelements 38 verschwenken. Eine Verschwenkung des Trapezelements 38 bewirkt, dass sich der Nebenschluss 34 aus einer Position zwischen dem Reed-Schalter 30 und dem Magneten 32 herausbewegt, was dem Magnetfeld, das von dem Magneten erzeugt wird, ermöglicht zu bewirken, dass sich der Reed-Schalter schließt.
Zur Vereinfachung der Konstruktion kann das gesamte Trapezelement 38 aus einem ferromagnetischen Material konstruiert sein, aber es wird bevorzugt, dass der Nebenschluss 34 nur aus einem ferromagnetischen Material konstruiert ist und dass die anderen Abschnitte des Trapezelements 38 aus Kupfer oder einem anderen nicht-magnetischen Material konstruiert sind.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Magnet 32 auf dem Magnetgehäuse 28 in einer Tasche 44 gehalten. Die Tasche 44 hängt von einem Querstab 45 ab, der über die Basis von zwei vertikalen Halterungen 47 angehoben ist. Dieser Über-Kopf-Halterung der Tasche 44 erlaubt dem Nebenschluss 34, sich frei um die Pendelarme 40 aus der Position zwischen dem Reed-Schalter und dem Magneten in zwei entgegengesetzte Richtungen zu verschwenken, was bewirkt, dass der Sensor 20 bidirektional aktiviert werden kann. Ein Federclip 46 ist integral mit dem Magnetgehäuse 28 und weist einen federnden Arm 48 auf, der den Magneten innerhalb der Tasche 44 hält. Der Magnet 32 weist zwei Pole, die entlang der durch den Reed- Schalter definierte Achse ausgerichtet sind, auf, und beide Pole sind auf der Stirnfläche 50 des Magneten 32, auf den Reed-Schalter 30 hin gerichtet.
Die Basis 26 weist ein Zuführungsloch 52 auf, durch das die erste Reed-Schalter-Zuleitung geht. Ein Schlitz 56 gegenüberliegend zu dem Zuleitungsloch 52 empfängt die zweite Zuleitung 58 des Reed- Schalters 30. Somit positionieren das Zuleitungsloch 52 zusammen mit den Abschnitten der Basis 26 und des Magnetgehäuses 28 den Reed-Schalter 30 in bezug auf den Nebenschluss 34 und den Magneten 32. Diese Zuleitungen 54, 58 ermöglichen, dass der Sensor 20 direkt an einer Schaltungsplatine (nicht gezeigt) angebracht werden kann.
Die Basis 26 weist zwei aufrechtstehende Arme 55 auf. Jeder Arm hat einen vorstehenden Daumen 57, der mit einem Schlitz 59 in dem Magnetgehäuse 28 zusammenpasst. Die Daumen 57 definieren Halterungen, auf denen sich die koaxialen Abschnitte 42 des Trapezes 38 verschwenken. Das Magnetgehäuse 28 weist zwei vertikale Beine 61 auf, die zwei unteren Ansätze 63 und obere Ansätze 65 aufweisen, die mit entsprechenden unteren Schlitzen 67 und oberen Schlitzen 68 zusammenpassen, die das Magnetgehäuse 28 und die Basis 26 genau positionieren und miteinander verriegeln. Die Verriegelungsmerkmale der Basis 26 und des Magnetgehäuses 28 halten die Basis 26 und das Magnetgehäuse 28 zusammen, bis die Abdeckung 24 installiert ist. Die Abdeckung 24 umgibt und hält die Basis 26 und das Magnetgehäuse 28 zusammen. Eine enge Einpassung zwischen der Abdeckung 24 und dem Boden 69 der Basis 26 bildet eine Ausnehmung, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, die mit Epoxydharz gefüllt ist, um den Boden 69 an der Abdeckung 24 abzudecken und mit dieser zu verbinden.
Ein Betrieb des Sensors 20 erfordert ein Gleichgewicht zwischen der magnetischen Empfindlichkeit des Reed-Schalters 30, der Stärke des Magneten 32, der Größe und Masse des Nebenschlusses 34, der Länge der Pendelarme 40 und der geometrischen Beabstandung zwischen Komponenten. Die Pendelmasse, die, wie dargestellt, mit dem Nebenschluss 34 übereinstimmt, steuert die Kraft, die von der Schwerkraft erzeugt wird, die ein Verschwenken des Nebenschlusses 34 entlang eines in Fig. 3 gezeigten Bogens 60 versucht, wenn das Gehäuse geneigt wird, so dass die Schwerkraft bewirkt, dass das Pendel entlang des Bogens 60 ausschwenkt. Die inneren Wände 62, 64 der Gehäuseabdeckung bilden Anschläge, die die maximale Bewegung des Nebenschlusses 34 begrenzen.
Der Sensor 20 wird typischer Weise zusammen mit Sensoren eines integrierten Chips verwendet, die in einer Siliziumlithographie ausgeführt sind. Sensoren eines integrierten Chips können lineare und winkelmäßige Beschleunigungen genau erfassen. Jedoch sind sie unechten Signalen ausgesetzt, die durch eine elektromagnetische Störung und andere Quellen von Streuspannungen verursacht werden. Der Sensor 20 stellt sowohl eine Anzeige über eine Fahrzeugneigung als auch über eine Winkelbeschleunigung bereit, die unechten Ausgängen weniger ausgesetzt ist. Durch Kombinieren von Information von mechanischen und integrierten Schaltungseinrichtungen kann ein besseres Verständnis der dynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs erzeugt werden.
Fig. 2 zeigt, wie ein Sensor, beispielsweise derjenige, der in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigt ist, ausgelegt werden könnte, um auf Winkelbeschleunigungen zu reagieren, die von Kräften erzeugt werden, die zu Pfeilen 66 ausgerichtet sind, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn die Rollrate sich Null annähert, existiert eine Antwortzeit für eine Winkelverschiebung, wenn sich eine Rollrate unendlich annähert, nähert sich eine Zeit zur Aktivierung Null an, begrenzt auf ein vorgegebenes Ausmaß durch einen Betrag einer Dämpfung, die durch eine Reibung, ein Gas oder ein Fluid innerhalb des Gehäuses dargestellt wird.
In Situationen, bei denen sich ein Fahrzeug überrollt, kann dem tatsächlichen Überrollen eine Schocklast bzw. Stoßlast, so wie sie durch einen Aufschlag erzeugt wird, vorangehen oder nicht vorangehen. Somit besteht der Vorteil eines Sensors darin, dass er direkt die Fahrzeugneigung sowie einen Seitenaufprall messen kann. Wegen der Beziehung zwischen der Winkelrate und der Aktivierungszeit s, die in Fig. 4 gezeigt ist, kann eine Winkelrate eines integrierten Chipsensors direkt mit der Aktivierungszeit für den elektromagnetischen Sensor 20 verglichen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Nebenschluss 34 in der Größe vergrößert werden kann, um so als ein Nebenschluss weiter zu wirken, wenn er durch eine kleine Winkelbewegung des Trapezes versetzt wird. Eine weitere Erhöhung der Größe des Nebenschlusses, um dessen Masse zu erhöhen, dient ebenfalls zur Erhöhung der Schwerkraft, die zur Versetzung des Nebenschlusses arbeitet, relativ zu den magnetischen Wiederherstellungskräften, wenn der Sensor geneigt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Magnet eine sich verändernde Anordnung und Platzierung von Polen aufweisen kann und dass die Stärke des Magneten verändert werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Feder, zum Beispiel eine Torsionsfeder, um einen oder beide Verschwenkungspunkte herum positioniert werden könnte und verwendet werden könnte, um eine zusätzliche Wiederherstellungskraft an den Nebenschluss zu führen.

Claims

1. Ein an einem Automobil angebrachter Neigungs- und Beschleunigungssensor (20), umfassend:

ein Gehäuse (28);

einen Reed-Schalter (30), der an dem Gehäuse angebracht ist;

einen Magneten (32), der an dem Gehäuse angebracht ist, vertikal beabstandet von dem Reed- Schalter positioniert, wobei der Magnet ein Magnetfeld erzeugt, welches ausreicht, um den Reed-Schalter zu veranlassen, betätigt zu werden;

einen magnetischen Nebenschluss (34), der an dem Gehäuse durch ein Pendel mit einem Verschwenkungspunkt (36) vertikal über dem Reed-Schalter und dem Magneten angebracht ist, wobei der Nebenschluss positioniert ist, um zwischen dem Reed-Schalter und dem Magneten zu hängen, wobei der magnetische Nebenschluss angebracht ist, um durch einen Bogen zu schwingen, der zwischen dem Reed- Schalter und dem Magnet zentriert ist, wobei der Nebenschluss eine Aktivierung des Reed-Schalters verhindert, wenn er zwischen dem Magneten und dem Reed-Schalter positioniert ist;

eine gewählte Pendelmasse übereinstimmend mit dem Nebenschluss; gekennzeichnet durch zwei gegenüberliegende Nebenschlussanschläge (62, 64), die auf dem Gehäuse angebracht sind, wobei jeder Nebenschlussanschlag positioniert ist, um dem Nebenschluss zu ermöglichen, sich von zwischen dem Reed-Schalter und dem Magneten entlang des Bogens herauszuschwenken; und

eine Einrichtung zum Vorspannen des Nebenschlusses zwischen dem. Reed-Schalter und dem Magneten mit einer gewählten Wiederherstellungskraft, wobei die Pendelmasse derart gewählt ist, dass eine Schwerkraft, die auf die gewählte Masse wirkt, größer als die gewählte Wiederherstellungskraft ist, wenn das Gehäuse über einen gewählten Winkel hinaus geneigt wird, und wobei die Anschläge positioniert sind, um den Nebenschluss so zu positionieren, dass die Einrichtung zum Vorspannen den Nebenschluss an eine Position zwischen den Magneten und den Reed-Schalter bewegen kann, wenn das Gehäuse an eine vertikale Position zurückgeführt wird.

2. Sensor (20) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Vorspannen des Nebenschlusses (34) der Magnet (32) ist.

3. Sensor (20) nach Anspruch 1, wobei die Pendelmasse durch den Nebenschluss (34) gebildet wird.

4. Sensor (20) nach Anspruch 1, wobei der Magnet (32) zwei Pole aufweist und wobei beide Pole auf den Reed-Schalter (30) gerichtet sind.

5. Sensor (20) nach Anspruch 1, wobei das Pendel aus einem nicht-magnetischen Material gebildet ist.

6. Sensor (20) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse zwei Eingriffsabschnitte umfasst, die den Magneten (32), den Reed-Schalter (30) und das Pendel und eine Abdeckung, die die zwei Eingriffsabschnitte einschließt, positionieren und halten.