EP0245316A1 - Beschleunigungsaufnehmer - Google Patents

Beschleunigungsaufnehmer

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Publication number
EP0245316A1
EP0245316A1 EP19860906265 EP86906265A EP0245316A1 EP 0245316 A1 EP0245316 A1 EP 0245316A1 EP 19860906265 EP19860906265 EP 19860906265 EP 86906265 A EP86906265 A EP 86906265A EP 0245316 A1 EP0245316 A1 EP 0245316A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation source
accelerometer
accelerometer according
disc
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19860906265
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frieder Heintz
Peter Knoll
Winfried KÖNIG
Franz Pachner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0245316A1 publication Critical patent/EP0245316A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/093—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by photoelectric pick-up

Definitions

  • the invention is based on an accelerometer according to the preamble of the main claim.
  • an accelerometer is already known in which a seismic mass is arranged in the center of a pan with rising flanks. If the seismic mass is deflected from its rest position either when a predetermined acceleration threshold is exceeded or when the motor vehicle tilts by a predetermined angle, it executes a lifting movement. With the aid of an optical method, this stroke movement can be used to generate an electrical control signal which is fed to an electronic switching device for evaluation. This makes it possible to trigger safety devices for the occupants of a motor vehicle depending on the predetermined acceleration threshold.
  • these accelerometers have the disadvantage that they can only be used within a very small acceleration range.
  • the accelerometer according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is simple and robust. In the idle state, its functionality can be checked continuously, so that its susceptibility to failure and probability of failure is low.
  • the accelerometer also works largely without wear. It is very important that the acceleration threshold of the acceleration sensor can be selected within a very large acceleration range depending on the dimensioning of the seismic mass.
  • the same housing and the same electronic evaluation circuit can be used for all different response thresholds.
  • the geometry of the seismic mass alone has to be changed. Since no changes to the outer shape of the housing are necessary, the acceleration sensor can be used even in series production in various motor vehicles; become. In addition, it can be inexpensive with a long service life, functional reliability and manufacturing reliability manufacture and build so small that it is suitable for use in series automobiles.
  • a signal must be generated that is used, for example, to control an automatic belt blocking device.
  • the accelerometer should also recognize the risk of an impending vehicle rollover and fold out the roll bar in good time, for example in convertible vehicles.
  • the accelerometer is expected to respond extremely quickly. This rapid response is equivalent to a very small shift in the center of gravity, that is, for example, a tilting or lifting movement of the seismic mass. For design reasons, this shift should be limited to about 0.5 mm. In particular, with 0, 4 g deviating speed values, problems have arisen with this design. In FIG.
  • 1, 10 denotes the approximately cup-shaped housing of an acceleration sensor 11, the interior 12 of which has two sections 13, 14 with different diameters.
  • a sleeve-shaped insert part 15 is arranged, which has a constantly increasing flank angle ⁇ on its inner wall.
  • an annular groove 16 is formed in the inner wall at the end of the insert part 15 facing the section 13. The length of the insert part 15 is dimensioned such that the annular groove 16 is located approximately in the middle of the interior 12.
  • the interior 12 is closed on its underside by a disk 17 with a central bore 18 on which a cylinder 20 is located centrally in the interior 12; this serves as a seismic mass. It has a thin, continuous longitudinal bore 21 which is coaxial with the bore 13 of the disc 17. Furthermore, the cylinder 20 has a cylindrical receptacle 22 on its end face facing the disk 17. Depending on the size or position of the recess 22, the position of the center of gravity of the cylinder 20 is changed. This makes it possible to determine accelerations smaller than 0.4 g.
  • a bore 25 is formed in the housing diametrically opposite the bore 18 of the disk 17, in the area of which there is an optical receiver 26.
  • a radiation source 27 is arranged adjacent to the disk 17 and in the region of the bore 13, which radiation source is in operative connection with the receiver 26 via the longitudinal opening 21 in the cylinder 20.
  • the radiation source 27 and the receiver 26 have a semiconductor crystal, not shown, for example made of gallium arsenide. If the cylinder 20 is at rest, the radiation from the radiation source 27 hits the receiver 26 through the longitudinal bore 21 of the cylinder 20 and the bore 25. The radiation from the semiconductor crystal of the radiation source 27 is imaged precisely on the semiconductor crystal of the receiver 26. The photo current thus generated in the receiver 26 is fed to an electronic evaluation circuit (not shown).
  • the cylinder 20 If the cylinder 20 is moved (tilted) out of its rest position by an acceleration, the radiation from the radiation source 27 no longer completely impinges on the receiver 26. If the cylinder 20 tilts further, no more radiation hits the receiver 26. Photo stream is no longer generated. The downstream evaluation electronics now triggers the safety devices.
  • the tilt path of the cylinder 20 is limited by the geometry of the housing 10 surrounding it. The time from which the cylinder 20 tilts is tuned to the desired acceleration threshold. It depends on the geometry of the cylinder and in particular the position of its center of gravity.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 by the structural design of the seismic mass, that is to say of the cylinder 20.
  • the acceleration threshold at which these safety devices are triggered should, if possible, be set at high acceleration values, for example at 2 g.
  • the center of gravity of the seismic mass must be as deep as possible, ie as close as possible to the disk 17.
  • the seismic mass is a body 30 which has a T-shaped profile in cross section and rests with its transverse part 31 on the disk 17. The thinner the cross member 31, the deeper lies the center of gravity of the body 30.
  • the mode of operation of the acceleration sensor 11 remains unchanged and thus corresponds to that of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the housing 10 and the electronic evaluation circuit used can remain completely the same. Different acceleration thresholds are possible solely by changing the shape of the seismic mass.
  • the seismic mass is designed as a disk 35, which is arranged in the annular groove 16 of the insert part 15 and rests on the shoulder formed by the annular groove.
  • the disc 35 has an inclined lateral surface.
  • the disk 35 has a central, continuous bore 36, in which a tube 37 is arranged, which has approximately the length of the interior 12. Both sections 38, 39 of the tube 37 projecting beyond the end faces of the disk 35 have the same length, so that no additional leverage occurs when the disk 35 is tilted by the tube 37.
  • the disk 35 is located approximately in the middle between the radiation source 27 and the receiver 26.
  • the embodiment according to FIG. 3 allows the acceleration threshold to be raised to approx.
  • 4 g which are protective devices, in particular for triggering passenger, e.g. Hazard warning flashers, needed in the event of an impact. Since the seismic mass no longer rests on the disk 17, the acceleration sensor 11 must be tilted more strongly in order to move the seismic mass out of its rest position. This makes it possible to raise the acceleration threshold to 4 g, but again the same housing and the same electronic evaluation circuit can be used.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

Beschleunigungsaufnehmer
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Beschleunigungsaufnehmer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es is bereits ein derartiger Beschleunigungsaufnehmer bekannt, bei dem eine seismische Masse im Mittelpunkt einer Pfanne mit ansteigenden Flanken angeordnet ist. Wird die seismische Masse aus ihrer Ruhelage entweder bei Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigungsschwelle oder bei Kippen des Kraftfahrzeugs um einen vorgegebenen Winkel ausgelenkt, so führt sie eine Hubbewegung aus. Mit Hilfe eines optischen Verfahrens kann durch diese Hubbewegung ein elektrisches Steuersignal erzeugt werden, das einer elektronischen Schaltvorrichtung zur Auswertung zugeführt wird, Dadurch ist es möglich, abhängig von der vorgegebenen Beschleunigungsschwelle Sicherheitseinrichtungen für die Insassen eines Kraftfahrzeugs auszulösen. Diese Beschleunigungsaufnehmer haben aber den Nachteil, daß sie nur innerhalb eines sehr kleinen Beschleunigungsbereichs einsetzbar sind. Insbesondere hohe Beschleunigungswerτe, z.B. 4 g (g = Erdbeschleunigung) sind nur schwer einstellbar. Ferner ist es bekannt, als seismische Masse einen Metalizylinder zu verwenden, der von einer Feder gegen einen ebenen Gehäuseooden gedrückt wird. Dabei kippt bei einer bestimmten, vorgegebenen Beschleunigungsschwelle der Metallzylinder aus seiner Ruhelage gegen das ihn umgebende Gehäuse und löst dabei mittels eines elektrischen Kontakts ein Steuersignal aus. Dabei hat sich aber in der Praxis herausgestellt, daß die Feder leicht ermüdet. Aufgrund der Federtoleranzen ist jeweils ein individueller Ahgleich des Beschleunigungsaufnehmers erforderlich, was hohe Kosten und große Fertigungsprobleme mit sich bringt. Ferner ist im Ruhezustand keine ständige Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Beschleunigungsaufnehmers möglich.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Beschleunigungsaufnehmer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er einfach und robust baut. Im Ruhezustand ist seine Funktionsfähigkeit ständig überprüfbar, so daß seine Störanfälligkeit und Ausfallwahrscheinlichkeit gering ist. Ebenfalls arbeitet der Beschleunigungsaufnehmer weitgehend verschleißfrei. Sehr wesentlich ist, daß die Beschleunigungsschwelle des Beschleunigungssensors abhängig von der Dimensionierung der seismischen Masse innerhalb eines sehr großen Beschleunigungsbereichs gewählt werden kann. Dabei kann für alle verschiedenen Ansprechschwellen das gleiche Gehäuse und die gleiche elektronische Auswerteschaltung verwendet werden. Alleine die Geometrie der seismischen Masse muß verändert werden. Da keine Änderungen der äußeren Form des Gehäuses notwendig sind, kann der Beschleunigungssensor selbst bei Serienfertigung bei verschiedenen Kraftfahrzeugen eingesetzt; werden. Außerdem läßt er sich mit hoher Lebensdauer, Funktionssicherheit und Fertigungssicherheit preiswert herstellen und so klein bauen, daß er für den Einsatz in Serienautomobilen geeignet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Beschleunigungsaufnehmers möglich.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreihung näher erläutert. Es zeigen Figur 1, 2 und 3 je einen Längsschnitt durch einen Beschleunigungsaufnehmer.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei Beschleunigungsaufnehmern für Sicherheitseinrichtungen von Kraftfahrzeugen ist es notwendig, daß sie bei Überschreiten einer Beschleunigungsschwelie von 0,4 g (g = Erdbeschleunigung) in beliebiger horizontaler Fahr zeugrichtung ansprechen sollen. Dabei muß ein Signal erzeugt werden, das z.B. zur Steuerung einer automatischen Gurtblockiereinrichtung verwende wird. Auch soll der Beschleunigungsaufnehmer die Gefahr eines bevorstehenden Fahrzeugüberschlags erkennen und rechtzeitig, z.B. bei Cabrio-Fahrzeugen, den Überrollbügel ausklappen. Dazu wird vom Beschleunigungsaufnehmer ein extrem schnelles Ansprechen erwartet. Dieses schnelle Ansprechen ist gleichzusetzen mit einem sehr kleinen Verschieben des Masseschwerpunktes, das heißt z.B. einer Kipp- oder Hubbewegung der seismischen Masse. Aus konstruktiven Überlegungen sollte diese Verschiebung auf etwa 0,5 mm begrenzt sein. Ins be sonder e be i vo n 0 , 4 g abwe i c henden Be s c hl euni gungswe rt en haben sich Probleme mit dieser konstruktiven Ausgestaltung ergeben. In Figur 1 ist mit 10 das etwa becherförmige Gehäuse, eines Beschleunigungsaufnehmers 11 bezeichnet, dessen Innenraum 12 zwei Abschnitte 13, 14 mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Im Abschnitt 14 mit dem größeren Durchmesser ist ein hülsenförmiges Einsetzteil 15 angeordnet, das an seiner Innenwand einen konstant ansteigenden Flankenwinkel α aufweist. Ferner ist in der Innenwand an dem dem Abschnitt 13 zugewandten Ende des Einsetzteils 15 eine Ringnut 16 ausgebildet. Die Länge des Einsetzteils 15 ist dabei so bemessen, daß sich die Ringnut 16 etwa in der Mitte des Innenraums 12 befindet.
Der Innenraum 12 ist an seiner Unterseite von einer Scheibe 17 mit einer mittigen Bohrung 18 abgeschlossen, auf der sich mittig im Innenraum 12 ein Zylinder 20 befindet; dieser dient als seismische Masse. Er hat eine dünne, durchgehende Längsbohrung 21, die mit der Bohrung 13 der Scheibe 17 achsgleich ist. Ferner weist der Zylinder 20 an seiner der Scheibe 17 zugewandten Stirnseite eine zylindrische Aufnehmung 22 auf. Abhängig von der Größe oder Lage der Ausnehmung 22 wird die Lage des Schwerpunktes des Zylinders 20 verändert. Dadurch ist es möglich, kleinere Beschleunigungen als 0, 4 g zu bestimmen.
Diametral gegenüber der Bohrung 18 der Scheibe 17 ist im Gehäuse eine Bohrung 25 ausgebildet, in deren Bereich sich ein optischer Empfänger 26 befindet. Außerhalb des Gehäuses 10 ist an der Scheibe 17 anliegend und im Bereich der Bohrung 13 eine Strahlungsquelle 27 angeordnet, die mit dem Empfänger 26 über die Längsbchrung 21 im Zylinder 20 in Wirkverbindung steht. Die Strahlungsquelle 27 und der Empfänger 26 weisen einen nicht dargesteilten Halbleiter-Kristall, z.B. aus Gallium-Arsenid, auf. Befindet sich der Zylinder 20 in Ruhelage, so trifft die Strahlung der Strahlungsquelle 27 durch die Längsbohrung 21 des Zylinders 20 und die Bohrung 25 auf den Empfänger 26 auf. Die Strahlung des Halbleiterkristalls der Strahlungsquelle 27 wird dabei genau auf dem Halbleiterkristall des Empfängers 26 abgebildet. Der im Empfänger 26 somit erzeugte Fotostrom wird einer nicht dargestellten elektronischen Auswerteschaltung zugeführt.
Wird der Zylinder 20 durch eine Beschleunigung aus seiner Ruhelage bewegt (gekippt), so trifft die Strahlung von der Strahlungsquelle 27 nicht mehr vollständig auf den Empfänger 26 auf. Kippt der Zylinder 20 weiter, so trifft keine Strahlung mehr auf den Empfänger 26 auf. Es wird kein Fotostrom mehr erzeugt. Die nachgeschaltete Auswerteelektronik löst nun die Sicherheitsvorrichtungen aus. Der Kippweg des Zylinders 20 ist dabei durch die Geometrie des ihn umgebenden Gehäuses 10 begrenzt. Der Zeitpunkt, ab dem der Zylinder 20 kippt, ist auf die gewünschte 3eschleunigungs schwelle abgestimmt. Er ist abhängig von der Geometrie des Zylinders und insbesondere der Lage seines Schwerpunktes.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich von dem nach Figur 1 durch die konstruktive Ausbildung der seismischen Masse, also vom Zylinder 20. Die Beschleunigungsschwelle, bei der diese Sicherheit seinrichtungen ausgelöst werden, soll möglichst bei hohen Beschleunigungswerten festgelegt werden, z.B. bei 2 g. Dazu muß der Schwerpunkt der seismischen Masse möglichst tief, d.h. möglichst nahe bei der Scheibe 17, liegen. Die seismische Masse ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ein Körter 30, der im Querschnitt T-förmiges Profil hat und mit seinem Querteil 31 auf der Scheibe 17 aufliegt. Je dünner das Querteil 31 ist, desto tiefer liegt der Schwerpunkt des Körpers 30. Die Wirkungsweise des Beschleunigungsaufnehmers 11 bleibt unverändert und entspricht somit dem des Ausführungsbeispiels nach Figur 1. Ferner können das Gehäuse 10 und die verwendete elektronische Auswerteschaltung völlig gleich bleiben. Alleine durch Verändern der Form der seismischen Masse sind unterschiedliche Beschleunigungsschwellen möglich.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist die seismische Masse als Scheibe 35 ausgebildet, die in der Ringnut 16 des Einsetzteils 15 angeordnet ist und auf dem von der Ringnut gebildeten Absatz aufliegt. Die Scheibe 35 hat eine geneigte Mantelfläche. Ferner weist die Scheibe 35 eine mittige, durchgehende Bohrung 36 auf, in der ein Rohr 37 angeordnet ist, das etwa die Länge des Innenraums 12 hat. Beide über die Stirnflächen der Scheibe 35 hinausragenden Abschnitte 38, 39 des Rohrs 37 haben dieselbe Länge, so daß bei Kippen der Scheibe 35 durch das Rohr 37 keine zusätzliche Hebelwirkung entsteht. Die Scheibe 35 befindet sich etwa in der Mitte zwischen der Strahlungsquelle 27 und dem Empfänger 26. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 erlaubt die Beschleunigungsschwelle bis ca. 4 g anzuheben, die insbesondere für die Auslösung von Fahrgast schut zeinrichtungen, z.B. Warnblinkanlage, beim Aufprall benötigt wird. Da die seismische Masse nicht mehr auf der Scheibe 17 aufliegt, muß der Beschleunigungssensor 11 stärker gekippt werden, um die seismische Masse aus ihrer Ruhelage zu bewegen. Dadurch ist es möglich, die Beschleunigungsschwelle auf 4 g anzuheben, wobei aber wieder das gleiche Gehäuse und die gleiche elektronische Auswerteschaltung verwendet werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Beschleunigungsaufnehmer (11), insbesondere zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen bei einem Unfall, mit einem Gehäuse (10), in dessen Gehäuseausnehmung (12) ein als seismische Masse dienender Körper (20) angeordnet ist, der sich bei Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigungsamplitude verlagert, worauf mit Hilfe eines optischen Verfahrens ein Steuersignal ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) eine Form hat, die eine einer beliebigen Beschleunigungsamplitude angepaßten Lage seines Schwerpunktes ermöglicht.
2. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) im Querschnitt ein T-Profil hat und mit seinem Querteil (31) einer Strahlungsquelle (27) zugewandt ist und eine durchgehende Längsbohrung (21) aufweist.
3. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) als Zylinder ausgebildet ist und auf seiner einer Strahlungsquelle (27 ) zugevaidten Stirnseite eine Ausnehmung (22) aufweist.
4. Beschleunigu gsauf ehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) als Zylinder ausgebildet ist und auf seiner einer Strahlungsquelle (22) abgewandten Stirnseite eine Ausnehmung (22) aufweist.
5. Beschleuhigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einer Scheibe (35) und einem in ihrer mittigen Bohrung (36) befestigten Rohr (37) angeordnet ist.
6. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (37) auf beiden Seiten gleich weit über die Scheibe (35) vorsteht.
7. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Scheibe (35) etwa in der Mitte zwischen einer Strahlungsquelle (27) und einem optischen Smpfänger (26) befindet.
8. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 5 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (37) auf beiden Seiten verschieden weit über die Scheibe (35) vorsteht.
EP19860906265 1985-11-19 1986-10-18 Beschleunigungsaufnehmer Withdrawn EP0245316A1 (de)

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DE3540947 1985-11-19
DE19853540947 DE3540947A1 (de) 1985-11-19 1985-11-19 Beschleunigungsaufnehmer

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EP0245316A1 true EP0245316A1 (de) 1987-11-19

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EP19860906265 Withdrawn EP0245316A1 (de) 1985-11-19 1986-10-18 Beschleunigungsaufnehmer

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18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19870821

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: KNOLL, PETER

Inventor name: PACHNER, FRANZ

Inventor name: KOENIG, WINFRIED

Inventor name: HEINTZ, FRIEDER