DE9105475U1 - Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen bei einem Unfall - Google Patents

Description

R. 24368
2.5.1991 Sf/Ec

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 10

Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtunqen bei einem Unfall

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen bei einem Unfall nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 36 04 216.1 ist ein derartiger Sensor bekannt, bei dem ein tief abgestimmtes, als seismische Masse dienendes Schwerependel in einem mit Flüssigkeit gefüllten Raum aufgehängt ist. Dabei ist die Dämpfung durch die Flüssigkeit nur bei translatorischer Bewegung der Pendelaufhängung und der seismischen Masse und nicht bei deren Rotation wirksam. Gemessen wird die Neigung des Fahrzeugs, in dem der Sensor befestigt ist, gegenüber dem sogenannten Scheinlot. Hierzu wird die Drehung des Pendels um eine Achse bestimmt. Diese Achse fällt mit der Drehachse des Pendels zusammen. Dadurch baut der Sensor relativ kompliziert. Ferner treten Meßfehler durch Umwelteinflüsse, zum Beispiel durch Temperaturschwankungen auf.

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Ferner befindet sich die Dämpfungsflüssigkeit in einem völlig gefüllten und abgeschlossenen Raum. Während der Herstellung des Sensors ist es aber meist kaum vermeidbar, daß Luftblasen mit im Gehäuse eingeschlossen sind. Diese Luftblasen können aber die Strömung der Dämpfungsflüssigkeit negativ beeinflussen, so daß das Meßsignal durch Undefinierte Fehlsignale verändert wird. Ferner dehnt sich die Dämpfungsflüssigkeit im großen Arbeitstemperaturbereich des Sensors von ca. - 50° C bis + 120° C sehr stark aus. Dadurch verändert sich auch die Dämpfungseigenschaft der Flüssigkeit.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß während der Herstellung des Sensors in den Raum für die Dämpfungsflüssigkeit mit eingeschlossene Luftblasen in ein Ausgleichsgefäß entweichen können. Dadurch kann die Herstellung des Sensors vereinfacht werden, wobei die Funktion des Sensors durch Luftblasen aber nicht beeinflußt wird. Ferner dehnt sich die Dämpfungsflüssigkeit im Arbeitstemperaturbereich des Sensors stark aus, so daß die sich im Ausgleichsgefäß ansammelnde Gasblase auch zum Druckausgleich im Gehäuseinneren dient. Über die das Ausgleichsgefäß abschließende Membran ist ebenfalls ein Druckausgleich möglich. Ferner ist mit Hilfe der besonderen Ausgestaltung der Elektroden der drei Kondensatoren des Meßsignalaufnahmesystems eine einfache und preisgünstige Meßsignalerfassung möglich. Eventuell durch Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel durch Temperaturschwankungen, auftretende Meßfehler oder durch Toleranzprobleme hervorgerufene Fehler können in einfacher Weise durch die besondere Form der Elektroden kompensiert werden. Da alle drei Elektroden auf einer Innenseite des Gehäuses angeordnet sind, ist das Ausgangssignal des Sensors über einen bestimmten Bereich

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unabhängig vom Abstand zwischen dem Gehäuse und der seismischen Masse. Die allen diesen drei Elektroden zugeordnete Gegenelektrode ist in einfacher Weise auf das Pendel als Teil der seismischen Masse angeordnet und kann leicht in die seismische Masse einkalkuliert werden. Die Lagerung des Pendels kann mit einem großen Spiel in axialer Richtung, das heißt in Richtung des Abstandes zwischen den Elektroden hergestellt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Sensor in vereinfachter Darstellung, Figur 2 eine Ausbildung der an der Innenseite des Gehäuses angebrachten Elektroden, Figur 3 ein zu Figur 2 gehöriges elektrisches Ersatzschaltbild der Elektroden und Figur 4 ein Zustandsdiagramm des Sensors, wobei die Drehgeschwindigkeit y über den Neigungswinkel &psgr; des Fahrzeuges aufgetragen ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Sensors 11 bezeichnet, das einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Innenraum 12 aufweist. Dieser Innenraum 12 ist mit Hilfe eines Durchgangs 13 mit einem Ausgleichsgefäß 14 verbunden. Eine Membran 15 schließt das Ausgleichsgefäß 14 und mittelbar auch den Innenraum 12 gegenüber der Umwelt ab. Der Innenraum 12, der Durchgang 13 und das Ausgleichsgefäß 14

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ist bis auf eine möglichst kleine Luftblase 16 mit einer Dämpfungsflüssigkeit 17 gefüllt. Für eine einwandfreie Funktion des Sensors 11 ist es wichtig, daß vor allem der Innenraum 12 vollständig mit der Dämpfungsflüssigkeit 17 gefüllt ist. Etwa im Mittelpunkt des Innenraums 12 ist an einer Befestigung 18 ein als seismische Masse dienendes Pendel 19 aufgehängt. Das Pendel 19 ist um diese Befestigung 18 drehbar. Ferner ist am Pendel 19 die Gegenelektrode 22 angebracht, die mit drei an der Innenwand des Gehäuses angeordneten Elektroden 23, 24, 25 in Wirkverbindung steht. Die Gegenelektrode besteht aus einer Scheibe 26 und einem segementartig ausgebildeten Fortsatz 27. Der Mittelpunkt der Scheibe 26 der Gegenelektrode 22 fällt mit der Befestigung 18 zusammen. Die Gegenelektrode 22 und das Pendel 19 bilden zusammen die seismische Masse des Sensors 11. Da die seismische Masse nicht vollständig achssymmetrisch zur Befestigung 18, die die Drehachse bildet, aufgebaut ist, richtet sich die seismische Masse in der Ruhestellung des Sensors 11 in Richtung des sogenannten Scheinlots aus. Unter dem Scheinlot versteht man die Richtung der Summe aller Kräfte, die auf die seismische Masse wirken und senkrecht auf der Drehachse der seismischen Masse stehen. In der Ruhelage fallen Scheinlot und die Richtung der Erdanziehungskraft zusammen. Um eine niedrige Schwingungsfrequenz der seismischen Masse zu erreichen, sollen sich das spezifische Gewicht der Dämpfungsflüssigkeit 17, die den Innenraum 12 vollständig ausfüllt, und das spezifische Gewicht der seismischen Masse nicht sehr unterscheiden.

Der Innenraum 12 kann ebenfalls als Quader oder in einer sonstigen Form ausgebildet sein. Wichtig ist, daß der Innenraum aber derart gestaltet ist, daß bei einer Rotation des Gehäuses um den Aufhängepunkt der seismischen Masse die Dämpfungsflüssigkeit um die seismische Masse praktisch absolut in Ruhe bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Durchmesser des Innenraums 12 des Gehäuses 10 in jeder Richtung gesehen größer ist als die Länge des Pendels 19, und

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die sich an der Innenwand ausbildende Grenzschicht der Dämpfungsflüssigkeit 17. Bei der Dimensionierung des Gehäuses 10 des Sensors 11 ist man bestrebt, möglichst klein zu bauen. Die Länge des Pendels, seine Form und das Gewicht der gesamten seismischen Masse bestimmen in Verbindung mit der gewünschten Dämpfung die Auswahl der Flüssigkeit.

In der Figur 2 sind die Elektroden 23, 24, 25, die mit der Gegenelektrode 22 drei Kondensatoren 30, 31, 32 bilden, näher dargestellt. Die Elektroden 23, 24, 25 sind auf der der Gegenelektrode zugewandten Innenwand des Gehäuses 10 ausgebildet. Die Darstellungen in den Figuren 1 und 2 haben denselben Maßstab. Die Elektrode 25 ist scheibenförmig ausgebildet und stimmt mit ihrer Fläche nahezu mit der Scheibe 26 der Gegenelektrode 22 überein. Dabei fallen die Mittelpunkte der Elektrode 25 und der Scheibe 26 zusammen. Die Flächen der Elektrode 25 und der Gegenelektrode 22 sind somit so aufeinander abgestimmt, daß unabhängig von der Lage der seismischen Masse, das heißt ob im Ruhezustand oder im ausgelenkten Zustand, immer die gleiche Fläche der Elektrode 25 überdeckt ist. Um die Elektrode 25 herum sind in einer sehr kompakten Bauweise die Elektroden 23 und angeordnet. Die Flächen dieser Elektroden 23, 24 verändern sich gegensinnig. Wie in der Figur 2 dargestellt, haben deshalb die Elektroden 23 und 24 eine sichelförmige Kontur. Dabei hat die Elektrode 24 bedingt durch die scheibenförmig Gestalt der Elektrode 25 eine kreisförmige Innenkontur und mit der Elektrode 23 eine Grenzlinie, deren Radius kontinuierlich zunimmt. Die Außenkontur der Elektrode 23 ist ebenfalls kreisförmig ausgebildet, wobei der Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Elektrode 25 zusammenfällt.

In der Figur 3 ist das zugehörige elektrische Schaltbild dargestellt. Hierbei sind die Kondensatoren 30, 31, 32 in einer Sternschaltung verschaltet, so daß das Meßsignal des Sensors 11 in einer Differentialschaltung ausgewertet werden kann.

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Ferner sind im Gehäuse 10 des Sensors 11 zwei diametral gegenüber liegende Spulen 37 angeordnet. Ist das Pendel aus magnetischem Material aufgebaut oder weist es eine Oberfläche aus magnetischem Material auf, so kann mit Hilfe der stromdurchflossenen Spulen 27 der Sensor vor dem Einbau ins Fahrzeug oder während des Betriebs ausgelenkt werden. Dadurch kann die Funktion des Sensors 11 jederzeit überprüft werden. Dabei ist sowohl eine Überprüfung der mechanischen Funktion des Pendels 19 möglich, als auch eine Kontrolle, ob noch genügend Flüssigkeit im Innenraum 12 vorhanden ist. Abhängig vom Meßsignal, das durch die Anregung des Pendels 19 mit Hilfe der Spulen 37 erzeugt wird, kann auf die Funktionsfähigkeit des Sensors 11 geschlossen werden.

Wird das Fahrzeug, in dem der Sensor 11 mit seinem Gehäuse 10 ortsfest befestigt ist, um einen bestimmten Neigungswinkel gekippt, so wird das Pendel 19 in seiner Befestigung 18 relativ gegenüber dem Gehäuse 10 verdreht. Dabei ist das Pendel 19 stets in Richtung des Scheinlots ausgerichtet. Während des Kippens des Fahrzeugs fällt nun die Richtung der Senkrechten auf der Roll- bzw. Nickachse des Fahrzeugs und das Scheinlot nicht mehr zusammen. Die dadurch entstehende Abweichung, das heißt der Winkel zwischen dieser Senkrechten und dem Scheinlot, ist ein Maß für die hervorgerufene Neigung des Fahrzeugs. Das Verhalten des Pendels 19, das heißt daß es nahezu raumfest bei Drehung des Sensors 11 stehen bleibt, wird bedingt durch die Trägheit der Flüssigkeit 17 und des Pendels 19 und der frei drehbaren Lagerung des Pendels 19. Das Pendel 19 wird nur bedingt durch die Reibung im Lager der Befestigung 18 und durch die Reibung zwischen der Flüssigkeit 17 und der Gehäuseinnenwand geringfügig mitbeschleunigt. In wie weit das Pendel 19 dabei mitbeschleunigt wird, wird durch die Reibung im Lager der Befestigung 18 und durch die Viskosität der Flüssigkeit 17 beeinflußt. Je geringer diese Reibungsverluste sind, desto empfindlicher reagiert das Pendel 19 und somit der Sensor 11 auf langsame Änderungen der Lage des zu überwachenden Fahrzeugs.

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Aufgrund dieser Auslenkung des Sensors 11 wird auch die relative Lage der Gegenelektrode 11 zu den Elektroden 23 und 24 verändert. Mit Hilfe des Fortsatzes 27 der Gegenelektrode 22 wird das Uberdeckungsverhältnis zwischen der Gegenelektrode 22 und den Elektroden 23 und 24 verändert. Aufgrund der gegensinnigen Ausbildung der Elektroden 23, 24 verändert sich das Uberdeckungsverhältnis gegenüber der Elektrode 23 und der Elektrode 24 jeweils um denselben Betrag aber mit unterschiedlichem Vorzeichen. Da das Meßsignal nur in einem Winkelbereich < 360° und abhängig von der speziellen Form der Gegenelektrode 22 eindeutig ist, ist die Bewegungsfreiheit des Pendels mechanisch auf einen gewünschten Meßbereich beschränkt. Die Meßsignale der beiden Kondensatoren 30 und 31 bzw. des Kondensators 32 sind in einer elektrischen Sternschaltung verschaltet. Eventuell auftretende Fehlereinflüsse werden eliminiert, indem die Fehler beide Kondensatoren 30, 31 in gleicher Weise beaufschlagen und somit die meisten auftretenden Fehlereinflüsse (Abstandsänderung, Temperaturdrift der Dielektrizitätskonstanten) größtenteils verschwinden, während sich die Beträge des Meßsignals verdoppeln. Dieses Meßsignal wird nun zur Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen, wie zum Beispiel Gurtstraffer, Warnblinkanlagen oder Airbag verwendet. Beim Einsatz des Sensors bei mit Überrollbügeln ausgerüsteten Fahrzeugen ist noch zusätzlich die Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit &psgr; notwendig. Das in oben beschriebener Weise ermittelte Meßsignal wird hierzu in bekannter Weise nach der Zeit differenziert. Ein entsprechendes Zustandsdiagramm für die Auslösung von Uberrollbügeln ist in der Figur 4 dargestellt. Hierbei ist die ermittelte Rotationsgeschwindigkeit U? des Fahrzeugs über den Winkel &psgr; gegenüber dem Scheinlot aufgetragen. Befindet sich das Meßsignal innerhalb des strichpunktierten Bereichs 40, so wird ein Sicherheitssystem ausgelöst. Sobald das Meßsignal den strichpunktierten Bereich 40 überschreitet, werden die vorhandenen Sicherheitseinrichtungen ausgelöst. Die Grenzlinie des markierten Bereichs 40 stellt dabei den

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Grenzfall einer Auslösung der Insassenschutzvorrichtungen dar, das heißt dem jeweils noch gerade erlaubten Grenzbereich. Diese Zustandsdiagramme sind dabei abhängig, ob es sich um eine Auslenkung, um eine in Fahrtrichtung des Fahrzeuges, das heißt um seine Rollachse, oder um eine senkrecht zur Fahrtrichtung gerichtete Achse, das heißt um seine Nickachse, handelt. Selbstverständlich ist es dabei möglich, jeweils einen eigenen Sensor zur Erfassung der Neigung des Fahrzeuges um die Rollachse oder um die Nickachse anzuordnen und diese beiden Meßsignale in einer elektronischen Auswerteschaltung entsprechend zu verschalten. Ferner wäre es auch denkbar, nicht nur auf einer Innenwand des Gehäuses 10, wie oben beschrieben, sondern auch auf der gegenüberliegenden Innenwand zusätzliche Elektroden 23, 24, 25 anzuordnen. Dadurch kann die Größe, das heißt, die Amplitude des Meßsignals beeinflußt werden.

Für eine genaue Messung ist es notwendig, daß der Innenraum 12 möglichst vollständig mit einer Flüssigkeit 17 gefüllt ist, wobei keinerlei Luftblasen im Innenraum 12 vorhanden sein sollen. Diese luftblasenfreie Herstellung ist nur in aufwendiger Weise möglich. Befinden sich nun nach der Montage noch Luftblasen im Innenraum 12, so können diese durch den Durchgang 13 in das Ausgleichsgefäß 14 entweichen und stören somit die Strömung der Dämpfungsflüssigkeit 17 nicht. Der Durchgang 13 soll dabei möglichst dünn gestaltet sein, er muß aber mindestens so groß sein, daß die Luftblase trotz der Oberflächenspannung immer aus dem Innenraum 12 in das Ausgleichsgefäß entweichen kann. Man stimmt somit den Durchmesser des Durchgangs 13 auf die aus der Praxis bekannte und zu erwartende Durchmessergröße der Luftblasen und den sich zwischen der Luftblase und der Wand des Durchgangs 13 bildenden Grenzschichtdicke ab. Die sich dadurch im Ausgleichsgefäß 14 ansammelnde Luftblase 16 beeinflußt die Funktion des Sensors nicht mehr. Sie dient aber zum Druckausgleich, wenn sich die Dämpfungsflüssigkeit 17 im Arbeitstemperaturbereich des Sensors 11 ausdehnt. Ferner ist durch die Membran 15, die das Ausdehnungsgefäß 14 abschließt, ein Druckausgleich der Dämpfungsflüssigkeit 17 bei Temperaturschwankungen möglich.

Claims (9)

R. 24368 2.5.1991 Sf/Ec ROBERT BOSCH GMBH, 7 000 STUTTGART 10 Ansprüche

1. Sensor, insbesondere zum selbständigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen bei einem Unfall, mit einem von einem Gehäuse (10) abgeschlossenen, völlig mit Flüssigkeit (17) gefüllten Raum (12), in dem sich als seismische Masse ein Körper (19) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (12) mit Hilfe eines Durchgangs (13) mit einem, durch eine Membran (15) abgeschlossenen Ausgleichsgefäß (14) für die Flüssigkeit (17) verbunden ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Durchgangs (13) mindestens die Breite der in der Flüssigkeit (17) eingeschlossenen Luftblasen (16) hat.

3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gehäusewand mindestens eine erste (23), mindestens eine zweite Elektrode (24), deren Flächen sich gegensinnig verändern, und mindestens eine dritte Elektrode (25) angeordnet sind, und daß am Körper (19) eine Gegenelektrode (22) mit einem Fortsatz (27) so ausgebildet ist, daß unabhängig von der Lage des Körpers (19) immer die gleiche Fläche der dritten Elektrode (25) überdeckt ist und das Überdeckungsverhältnis zu den beiden anderen Elektroden (23, 24) mit Hilfe des Fortsatzes (27) verändert wird.

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4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode (23, 24) sichelförmig ausgebildet sind.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (22) einen scheibenförmigen Bereich (26) mit einem segmentartigen Fortsatz (27) aufweist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Elektroden (23, 24, 25) und die Gegenelektrode (22) parallel zueinander angeordnet sind.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Elektroden (23, 24, 25) sich auf einer Innenwand des Gehäuses (10) befinden und daß die dritte Elektrode (25) von den anderen Elektroden (23, 24) umgeben ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der von der ersten Elektrode (23) und der Gegenelektrode (22) gebildete Kondensator (30) und der von der zweiten Elektrode (24) und der Gegenelektrode (22) gebildete Kondensator (31) und der von der dritten Elektrode (25) und der Gegenelektrode (22) gebildete Kondensator (32) in einer elektrischen Sternschaltung verschaltet sind.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (19) wenigstens teilweise aus magnetischem Material besteht und mit Hilfe mindestens einer im Gehäuse (10) angeordneten Spule (27) in Wirkverbindung steht.