EP1898438A1 - Inertia sensor without curling effect - Google Patents
Inertia sensor without curling effect Download PDFInfo
- Publication number
- EP1898438A1 EP1898438A1 EP06018544A EP06018544A EP1898438A1 EP 1898438 A1 EP1898438 A1 EP 1898438A1 EP 06018544 A EP06018544 A EP 06018544A EP 06018544 A EP06018544 A EP 06018544A EP 1898438 A1 EP1898438 A1 EP 1898438A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- mass body
- switch
- guide
- polygon
- acceleration
- 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- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
- H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
Definitions
- the present invention relates to a switch with a mass body, with a positive guide for the mass body, wherein the positive guide has a predetermined radial cross-sectional shape and the mass body with predetermined radial play along a longitudinal axis of the positive guide between a rest position and an end position is movable, with a retaining element for Biasing the mass body in the rest position, and with an operable by the mass body when reaching the end position switching contact.
- a switch of the type mentioned above is from the document DE 195 18 824 C1 known.
- the present invention relates to switches that serve as a threshold threshold acceleration or deceleration sensor for deploying occupant protection systems in automobiles.
- Such switches are intended to detect a collision and / or overturning of the motor vehicle and, given a corresponding severity of the accident, trigger protective systems, for example an occupant restraint system (belt tensioner), an airbag system, a roll bar and the like.
- Switches for this application include a mass body which, in the event of an accident, moves relative to a vehicle-fixed reference system of the switch and actuates a switch connected to the reference system. In order for the triggering process to take place only in the event of a serious accident, the mass body is normally operated by means of a retaining device which defines a threshold value, i. with a certain bias, kept in a rest position.
- acceleration and deceleration are hereinafter referred to uniformly by the term "acceleration”.
- Such switches can actively switch the electrical ignition circuit of an actuator needed to inflate, for example, an airbag, to tighten a seatbelt, to extend a crash-active headrest or safety bar.
- an actuator needed to inflate, for example, an airbag
- a seatbelt to extend a crash-active headrest or safety bar.
- the protection system is activated only when a sufficiently high acceleration prevails for a predetermined minimum period of time, ie when, in fact, one for the Occupant dangerous situation exists.
- the switches must have correspondingly short response times.
- the Euro-NCAP European New Cars Assessment Program
- the aim of the Euro-NCAP is to specify uniform test conditions.
- Such a crash test is in four parts: frontal crash with 64 km / h against a deformable barrier, side crash at 48 km / h also against a deformable barrier, pile tests at 30 km / h against a steel column at the level of the driver and collision with a pedestrian dummy at 40 km /H.
- Similar NCAP test conditions exist, for example, in the USA, Australia and Japan.
- a collision usually does not take place exactly in the direction of the longitudinal axis of a motor vehicle, in particular in the case of accidents in which the motor vehicle is slammed sideways obliquely by another motor vehicle. If the direction of action of the switch in this case is parallel to the longitudinal axis of the motor vehicle, then in addition to an acceleration component in the direction of the vehicle longitudinal axis, an acceleration component transverse to the vehicle longitudinal axis additionally acts on the switch, which is referred to below as "lateral acceleration”.
- Known switch has a cylindrical guide tube, in which a rotationally symmetrical, in particular cylindrical mass body is slidably mounted along the tube axis.
- the mass body is held by a tension spring in an end position of the guide tube, which corresponds to its rest position, under prestress.
- the switch acts on a delay whose component in the direction of the tube axis and from the rest position exceeds a predetermined by the tension spring threshold, the mass body overcomes the retaining force of the tension spring and moves away from the rest position until it is in an opposite end position, a switching element actuated.
- a disadvantage of this known switch is that due to the sliding movement of cylindrical surfaces already a relatively high friction occurs, which leads to a deceleration of the mass body. Furthermore, when a transverse acceleration occurs, the triggering may be delayed because the mass body then laterally strikes the inner wall of the guide tube as a result of the radial play required for its sliding movement in the guide tube, thereby causing a rotational movement, if not even at particularly high transverse accelerations a tilting occurs.
- This switch has a spherical mass body which is movable in a cylindrical tube-shaped positive guide. In a rest position at one end of the positive guide, in which the ball is held by a coil spring, the ball pushes with its uppermost point a free end of a first contact tongue of a switching contact away from a second contact tongue, so that the switching contact always in the rest position of the mass body is open. As soon as the ball moves out of the rest position as a result of an acting acceleration, the free end of the first contact tongue slides down and lies down on the second contact tongue, with the result that the switching contact is closed.
- the SchalAuth is therefore actuated immediately after the onset of movement of the ball and the further movement of the ball has no influence on the switching function.
- the inner cylindrical surface of the positive guidance axially extending grooves are incorporated in this switch, which should prevent that a movement inhibiting air cushion builds up in front of the ball when the ball moves from its rest position to the end position.
- the helical spring is a system with a zero-going spring characteristic, which means that each applied force causes a certain movement, with the result that even small accelerations can lead to a response of the switch.
- the threshold of this switch is therefore not exactly definable.
- This sensor has the disadvantage that due to the axially long guidance of the mass body on the guide rod also threatens to tilt. Even with tilt-free guidance is a sliding friction along two contact lines, which extend along the passage opening. This sliding friction is significant and contributes to the deceleration of the mass body and thus to a delay in the tripping process.
- the mass body requires an external guide, because he can otherwise rotate freely on the guide rod. However, this external guidance is also associated with friction losses.
- the invention has the object, a switch of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided.
- a switch is to be created, which allows shortest response times even when acting on a lateral acceleration. This should preferably apply to delay curves, as are typical in motor vehicle accidents.
- the mass body is a ball
- the cross-sectional shape of the positive guide is configured as a polygon
- the polygon and the mass body in relation to each other are formed such that the mass body substantially moves with two points of contact along a corner of the polygon parallel to the longitudinal axis of the positive guide when a lateral acceleration acts on the switch.
- the number of shocks of the mass body is reduced with the wall of the positive guidance at the occurrence of a lateral acceleration, thereby preventing the curling.
- the otherwise three-dimensional movement of the mass body is thus focused in a corner of the polygon and converted into a substantially one-dimensional movement, wherein the one-dimensional movement is oriented along the effective direction axis of the switch.
- Each corner of the polygon has two wedge-forming boundary surfaces, between which the mass body is trapped when a lateral acceleration occurs after a few reflections in the corresponding corner.
- the mass body then no longer rotates about the longitudinal axis of the forced operation. He only moves along the edge catching him.
- the polygon is formed as a uniform polygon and the number of corners is optimized.
- This measure has the advantage that it can be determined for each individual case on the basis of tests which are easy to carry out, which number of corners is optimal, since significantly different results result for polygons with different number of corners under otherwise identical test conditions.
- the number of corners is four.
- the radial clearance is optimized such that the mass body moves within a predetermined frequency range of the transverse acceleration along the positive guide in abutment at the two points of contact.
- This measure has the advantage that the radial clearance can be determined and adjusted with a simple formula.
- the removal frequency is in the range between 50 and 300 Hz, preferably between 100 and 200 Hz.
- a switch of the type mentioned above can namely with advantage also as a position sensor, tilt sensor, inertial sensor, Use an acceleration sensor or as a safety switch, eg in robotics.
- FIG. 1 shows a sectional view through a switch or acceleration sensor 10 according to the present invention.
- the drawing plane of FIG. 1 lies in the x-z plane of an imaginary Cartesian coordinate system.
- the switch 10 has a housing 11.
- a tubular positive guide 12 is formed with an inner wall 14.
- a longitudinal axis 16 of the positive guide 12 lies in the x-z plane.
- a spherical mass body 18 is movably mounted in the positive guide 12 along the longitudinal axis 16.
- the mass body 18 can move along the positive guide 12, a predetermined radial clearance S between mass body 18 and inner wall 14 is set, which is designated in an enlarged section 19 in Fig. 1 with S.
- the representation of the guidance of the mass body 18 on the inner wall 14 is to be understood only schematically. Details will be explained below with reference to FIG.
- the mass body 18 is biased in normal operation by means of a retaining device, here by means of a spring system 20 in a rest position.
- a retaining device here by means of a spring system 20 in a rest position.
- the mass body 18 is in this rest position, in which it rests against a radial wall 21 at the left end of the forced operation 12.
- a switching contact 22 is arranged on a front wall 26 of the housing 11.
- the switching contact 22 is actuated when the mass body 18 moves along the longitudinal axis 16, as indicated by a direction of action 24, and after passing through a certain distance on the switching contact 22 impinges.
- the spherical mass body 18 has a diameter of 7 mm and a mass of 1.4 g.
- the path of the mass body 18 between the rest position and the end position is 0.6 mm.
- the retention force of the spring system 20 is 0.016 N.
- the radial clearance S is set at a few 1/100 mm, as will be explained below.
- the switch 10 is installed in a motor vehicle, such that the longitudinal axis 16 is parallel to the vehicle longitudinal axis and consequently the direction of action 24 coincides with the direction of travel of the motor vehicle when driving straight ahead.
- An oblique side impact on the vehicle is symbolized by an arrow 27 in FIG.
- the side impact causes an acceleration of the vehicle in Fig. 1 to the left, wherein the acceleration of a longitudinal component a x and a transverse component a t , hereinafter referred to as lateral acceleration having.
- the longitudinal acceleration a x is directed opposite to the direction of action 24. Due to the inertia of the mass of the mass body 18, this moves relative to the positive guide 12 in Fig. 1 to the right in the direction of the switching contact 22. For this, the inertial force must be greater than the biasing force of the spring system 20, which acts as a threshold. Only in a serious accident, the inertia overcomes this threshold. The mass body 18 then moves into a right end position, not shown in FIG. In this end position, the mass body 18 encounters the switch contact 22 and thus triggers a signal, which in turn is used to more activate a safety system, for example an occupant restraint system, an airbag, a roll bar or the like.
- a safety system for example an occupant restraint system, an airbag, a roll bar or the like.
- the lateral acceleration a t does not have an immediate effect on the procedure explained above. From a physical point of view, the lateral acceleration a t occurs in the time domain in a pulse shape.
- This pulse shape in the time domain corresponds in the frequency domain a sum of individual frequencies, which can be determined for example with a Fourier analysis from the time domain. In typical accident events of motor vehicles, these frequencies are in a range below 1,000 Hz, usually below 300 Hz.
- curling leads to a delay in triggering the safety systems due to the slowing down of the movement of the mass body 18 and is therefore highly undesirable.
- a first, essential measure consists in providing a polygonal cross-section, preferably in the form of a regular polygon, instead of the hollow cylindrical positive guide 12, that is to say a circular radial cross section of the inner wall 14.
- the aim of this measure is to run the spherical mass body 18 along a corner of the polygon, so that rotation of the mass body 18 is prevented by punctiform contact of the mass body 18 at the two forming the corner straight wall sections.
- FIG. 2 shows a corner 28 of a polygonal cross-section of a longitudinal guide 12 'provided according to the invention in a greatly enlarged scale in order to explain the aforementioned measure.
- the illustrated cross-section is a regular hexagon in which the corner 28 has an opening angle of 120 °.
- the Spherical mass body 18 which is indicated in Fig. 2 by a dashed circular arc, is in abutment with the corner 28.
- the ball center is designated 30.
- the mass body 18 contacts the corner 28 at two points 32 and 34 on the straight wall sections 14a and 14b forming the corner 28.
- the trapping process for the mass body 18 in the corner 28 proceeds as follows:
- the mass body 18 overcomes the retention force of the spring system 20 immediately after a severe collision of the vehicle with an oblique impact. As a result of the lateral acceleration, it first executes some uncontrolled multiple collisions at arbitrary sections of the inner wall 14 of the forced guidance 12 'and thereby becomes self-rotating, ie in the undesired state of curling. If it then impinges on one of the wedge-forming surfaces 14a or 14b at an angle within the incident cone ⁇ n , it is trapped by these subsequent surfaces 14a and 14b in the corner 28 by subsequent multiple reflection. The curling is interrupted.
- the mass body 18 then moves with appropriate longitudinal acceleration only along the trapping corner 28 in the direction of action 24, i. in Fig. 2 in the plane.
- the mass body 18 would only move along one of the surfaces (eg 14a or 14b) in the direction of the end position, so that the friction occurring in this case would be due to an (idealized) point contact between mass body 18 and one of the surfaces.
- the mass body 18 according to the present invention moves along the corner 28 towards the end position, as described, two points of contact 32 and 34 occur. This increases the friction.
- the wedge friction inhibits the movement of the mass body 18 along the corner 28, so that the travel time reduction is partially compensated by the capture of the mass body 18 in the corner 28 and thus the elimination of curling due to increased wedge friction.
- the dimensionless wedge friction coefficient ⁇ n is greater than 1 and indicates the extent to which the wedge friction outweighs the simple punctiform friction between the mass body 18 and the surface.
- the number of corners n of the polygon is selected such that the largest possible capture angles ⁇ n are produced, while the wedge friction coefficient ⁇ n is as small as possible.
- FIG. 3 This is illustrated in FIG. 3 on the basis of several examples.
- Fig. 3a illustrates the positive guide 12a of Fig. 1 having a circular cross section.
- Figures 3b to 3e show various constraining guides 12b to 12e according to the present invention.
- Fig. 3b shows a hexagonal positive guide 12b
- Fig. 3c shows a pentagonal positive guide 12c
- Fig. 3d shows a quadrangular (square) positive guide 12d
- Fig. 3e shows a triangular constraint 12e.
- the polygons are assumed to be regular polygons, but this is not absolutely necessary.
- the radial ball clearance S is, as mentioned, required so that the spherical mass body 18 can move freely along the positive guide 12 after overcoming the retention force of the spring system 20.
- a second optimization measure is to adjust the radial clearance S so that the desired, curling-free movement of the mass body 18 along the corner 28 within a predetermined frequency range of lateral acceleration succeeds that which occurs in practice Frequency range corresponds. Namely, if the radial clearance is incorrectly dimensioned, then the mass body 18 detaches from the corner when the lateral acceleration a t contains high frequency components.
- FIG. 4 shows by way of example the preferred constrained guide 12d with a square cross-section. It goes without saying that test setups with the positive guides 12b, 12c and 12e according to FIGS. 3b, 3c and 3e are required for optimizing the number of corners n (not shown, but results are shown in FIGS. 5 to 7) ).
- the positive guide 12d in Figure 4 is inclined according to the principle of the inclined plane by an angle ⁇ , in particular 30 °, relative to the horizontal.
- the mass body 18 moves due to the slope force with a longitudinal acceleration a x , which is 0.5 g, along the longitudinal axis 16 of the forced operation 12d.
- the transit time of the mass body 18 is then measured with a simultaneously acting sinusoidal transverse acceleration a t , which is impressed on the forced operation 12d at different oscillation amplitudes a to and oscillation frequencies f by means of an excitation device (not shown).
- the criticality of the external acceleration is evaluated by the ratio (a t / a x ) eff .
- This measure quantifies the lateral acceleration a t ratiometrically to the longitudinal acceleration a x in a time average over the period of oscillation.
- the lateral acceleration a t is subcritical if the ratio ⁇ 1. It is considered critical if the measure is slightly larger than 1.
- the measure is supercritical for values significantly greater than 1.
- FIGS. 5 to 7 initially show the expected result that, particularly in the case of critical and supercritical lateral acceleration a t, the polygonal profiles provided according to the invention provide significantly shorter running times compared with the circular profile.
- the so-called detachment frequency the transit times abruptly return to very low values because virtually no wall contact of the mass body 18 takes place here.
- the frequency range in which the curling effect is effectively suppressed therefore, extends from 0 to this Ablußfrequenz f c , which is typically at about 50 to 300 Hz, in particular at 100 to 200 Hz. This frequency range is typical with high amplitude proportions for real collision processes in motor vehicles.
Landscapes
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter mit einem Massekörper, mit einer Zwangsführung für den Massekörper, wobei die Zwangsführung eine vorbestimmte radiale Querschnittsform aufweist und der Massekörper mit vorbestimmtem radialem Spiel entlang einer Längsachse der Zwangsführung zwischen einer Ruheposition und einer Endposition bewegbar ist, mit einem Rückhalteelement zum Vorspannen des Massekörpers in die Ruheposition, und mit einem vom Massekörper beim Erreichen der Endposition betätigbaren Schaltkontakt.The present invention relates to a switch with a mass body, with a positive guide for the mass body, wherein the positive guide has a predetermined radial cross-sectional shape and the mass body with predetermined radial play along a longitudinal axis of the positive guide between a rest position and an end position is movable, with a retaining element for Biasing the mass body in the rest position, and with an operable by the mass body when reaching the end position switching contact.
Ein Schalter der vorstehend genannten Art ist aus dem Dokument
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Schalter, die als Beschleunigungs- bzw. Verzögerungssensor mit Schwellwert zum Auslösen von Insassen-Schutzsystemen in Kraftfahrzeugen dienen. Derartige Schalter sollen eine Kollision und/oder oder ein Überschlagen des Kraftfahrzeuges erkennen und bei entsprechender Schwere des Unfallgeschehens Schutzsysteme auslösen, beispielsweise ein Insassen-Rückhaltesystem (Gurtstraffer), ein Airbagsystem, einen Überrollbügel und dgl. mehr. Schalter für diese Anwendung enthalten einen Massekörper, der sich bei einem Unfallgeschehen relativ zu einem fahrzeugfesten Bezugssystem des Schalters bewegt und einen mit dem Bezugssystem verbundenen Schalter betätigt. Damit der Auslösevorgang nur bei einem schweren Unfallgeschehen stattfindet, wird der Massekörper im Normalzustand mittels einer Rückhalteeinrichtung, die einen Schwellwert definiert, d.h. mit einer gewissen Vorspannung, in einer Ruheposition gehalten.More particularly, the present invention relates to switches that serve as a threshold threshold acceleration or deceleration sensor for deploying occupant protection systems in automobiles. Such switches are intended to detect a collision and / or overturning of the motor vehicle and, given a corresponding severity of the accident, trigger protective systems, for example an occupant restraint system (belt tensioner), an airbag system, a roll bar and the like. Switches for this application include a mass body which, in the event of an accident, moves relative to a vehicle-fixed reference system of the switch and actuates a switch connected to the reference system. In order for the triggering process to take place only in the event of a serious accident, the mass body is normally operated by means of a retaining device which defines a threshold value, i. with a certain bias, kept in a rest position.
Die physikalischen Größen Beschleunigung und Verzögerung (= negative Beschleunigung) werden im Folgenden einheitlich mit dem Begriff "Beschleunigung" bezeichnet.The physical quantities acceleration and deceleration (= negative acceleration) are hereinafter referred to uniformly by the term "acceleration".
Viele bekannte Schalter dieser Art arbeiten nach dem Feder-Masse-Wirkprinzip. Bei dem Feder-Masse-Wirkprinzip muss der die träge Masse darstellende Massekörper relativ zum Bezugssystem derart beschleunigt werden bzw. verharren, dass in der bereits erwähnten Weise eine von der Feder ausgeübte Vorspannkraft überwunden wird, um ein Schaltelement zu betätigen. Die dazu erforderliche Energie wird durch die kinetische Energie bzw. die Trägheit der Masse des Massekörpers bereitgestellt.Many known switches of this type work on the spring-mass-action principle. In the spring-mass-action principle of the inert mass representing mass body relative to the reference system must be accelerated or persist that in the manner already mentioned, a force exerted by the spring biasing force is overcome to actuate a switching element. The energy required for this purpose is provided by the kinetic energy or the inertia of the mass of the mass body.
Solche Schalter können den elektrischen Zündkreis eines Aktuators aktiv schalten, der zum Aufblasen beispielsweise eines Airbags, zum Straffen eines Sicherheitsgurtes, zum Ausfahren einer crashaktiven Kopfstütze oder eines Sicherheitsbügels benötigt wird. Bei diesen Anordnungen ist, wie bereits angesprochen, zur Unterscheidung eines gefährlichen von einem ungefährlichen Unfallgeschehen sichergestellt, dass das Schutzsystem nur dann aktiviert wird, wenn eine hinreichend hohe Beschleunigung für eine vorgegebene Mindestzeitdauer herrscht, d.h. wenn tatsächlich eine für die Insassen gefährliche Situation vorliegt. Um dies möglichst schnell und sicher zu erkennen, müssen die Schalter entsprechend kurze Ansprechzeiten aufweisen.Such switches can actively switch the electrical ignition circuit of an actuator needed to inflate, for example, an airbag, to tighten a seatbelt, to extend a crash-active headrest or safety bar. In these arrangements, as already mentioned, in order to distinguish between a dangerous and a harmless accident, it is ensured that the protection system is activated only when a sufficiently high acceleration prevails for a predetermined minimum period of time, ie when, in fact, one for the Occupant dangerous situation exists. To detect this as quickly and safely as possible, the switches must have correspondingly short response times.
Auf internationaler Ebene sind entsprechende Bewertungsmaßstäbe in den sogenannten NCAP-Testbedingungen festgelegt worden. Beispielsweise steht das Euro-NCAP (European New Cars Assessment Program) für ein Crashtest-Projekt, das von der Europäischen Kommission, von den europäischen Regierungen, Verbraucherschutzverbänden und Automobilclubs unterstützt wird. Ziel des Euro-NCAP ist es, einheitliche Testbedingungen vorzugeben. Ein solcher Crashtest ist vierteilig: Frontalcrash mit 64 km/h gegen eine deformierbare Barriere, Seitencrash mit 48 km/h ebenfalls gegen eine deformierbare Barriere, Pfahltests mit 30 km/h gegen eine Stahlsäule auf Höhe des Fahrers und Zusammenstoß mit einem Fußgängerdummy bei 40 km/h. Ähnliche NCAP-Testbedingungen existieren beispielsweise auch in den USA, in Australien und in Japan.At the international level, corresponding assessment standards have been defined in the so-called NCAP test conditions. For example, the Euro-NCAP (European New Cars Assessment Program) stands for a crash test project supported by the European Commission, European governments, consumer associations and automobile clubs. The aim of the Euro-NCAP is to specify uniform test conditions. Such a crash test is in four parts: frontal crash with 64 km / h against a deformable barrier, side crash at 48 km / h also against a deformable barrier, pile tests at 30 km / h against a steel column at the level of the driver and collision with a pedestrian dummy at 40 km /H. Similar NCAP test conditions exist, for example, in the USA, Australia and Japan.
Eine Kollision erfolgt meistens nicht exakt in Richtung der Längsachse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Unfällen, bei denen das Kraftfahrzeug schräg seitlich von einem anderen Kraftfahrzeug gerammt wird. Wenn die Wirkrichtung des Schalters in diesem Falle parallel zur Längsachse des Kraftfahrzeugs liegt, dann wirkt außer einer Beschleunigungskomponente in Richtung der Fahrzeuglängsachse zusätzlich eine Beschleunigungskomponente quer zur Fahrzeuglängsachse auf den Schalter ein, die im Folgenden als "Querbeschleunigung" bezeichnet wird.A collision usually does not take place exactly in the direction of the longitudinal axis of a motor vehicle, in particular in the case of accidents in which the motor vehicle is slammed sideways obliquely by another motor vehicle. If the direction of action of the switch in this case is parallel to the longitudinal axis of the motor vehicle, then in addition to an acceleration component in the direction of the vehicle longitudinal axis, an acceleration component transverse to the vehicle longitudinal axis additionally acts on the switch, which is referred to below as "lateral acceleration".
Hohe Querbeschleunigungen bewirken in Schaltern der oben beschriebenen Bauart radiale Kollisionen des Massekörpers mit der Zwangsführung, die zu einer Verlangsamung der Bewegung des Massekörpers führen und dadurch eine unerwünschte Zündverspätung der Sicherheitseinrichtung hervorrufen können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde hierzu festgestellt, dass bei kugelförmigen Massekörpern, die mit einem für ihre Bewegung notwendigen radialen Spiel in einer hohlzylindrischen Zwangsführung laufen, ein Effekt auftritt, der als "Curling-Effekt" bezeichnet werden kann. Beim Auftreten einer Querbeschleunigung wird die Kugel nämlich aus ihrer Bahn in radialer Richtung abgelenkt und trifft auf die Führungswand der Zwangsführung, also auf deren hohlzylindrische Innenoberfläche. Dies führt einerseits zu Stößen an gegenüberliegenden Wänden mit einer Wiederholfrequenz, die unter anderem vom Amplitudenverlauf der einwirkenden Querbeschleunigung abhängt und die im Kilohertz-Bereich liegen kann. Diese Mehrfachstöße führen durch die Energieumwandlung infolge der elastischen Verformung bei jedem Stoß zu einem Verlust an Bewegungsenergie der Kugel und damit zu einer Verlangsamung der Bewegung, d.h. zu einer Laufzeitverlängerung. Hinzu kommt andererseits, dass die Kugel infolge der Stöße eine Kreisbewegung ausführt, die sich mit ihrer Längsbewegung zu einer Schraubenbahn (Curling) überlagert, die länger als die im Idealfall lineare Bewegungsbahn ist. Dieses Curling hat daher eine weitere deutliche Verlangsamung der Kugel und damit eine zusätzliche Laufzeitverlängerung zur Folge.High lateral accelerations cause in switches of the type described above radial collisions of the mass body with the forced operation, which can lead to a slowing down of the movement of the mass body and thereby cause an undesirable ignition delay of the safety device. In the context of the present invention, it has been found for this purpose that in the case of spherical mass bodies which run in a hollow cylindrical positive guide with a radial clearance necessary for their movement, an effect occurs which can be termed the "curling effect". When a lateral acceleration occurs, the ball is namely deflected from its path in the radial direction and strikes the guide wall the positive guidance, so on the hollow cylindrical inner surface. On the one hand, this leads to impacts on opposite walls with a repetition frequency, which depends inter alia on the amplitude curve of the acting lateral acceleration and which can be in the kilohertz range. These multiple impacts result in energy loss due to the elastic deformation at each impact to a loss of kinetic energy of the ball and thus to a slowing down of the movement, ie to a life extension. On the other hand, on the other hand, that the ball performs a circular motion as a result of the shocks, which overlaps with their longitudinal movement to a helical path (curling), which is longer than the ideally linear trajectory. This curling has therefore a further significant slowdown of the ball and thus an additional term extension.
Ein aus dem eingangs genannten Dokument
Ein Nachteil dieses bekannten Schalters besteht darin, dass infolge der Gleitbewegung zylindrischer Oberflächen bereits eine relativ hohe Reibung auftritt, die zu einer Abbremsung des Massekörpers führt. Ferner kann es bei Auftreten einer Querbeschleunigung zu einer Verzögerung der Auslösung kommen, weil der Massekörper dann infolge des für seine Gleitbewegung in dem Führungsrohr notwendigen radialen Spiels seitlich an die Innenwand des Führungsrohrs schlägt und dadurch eine Rotationsbewegung bewirkt wird, wenn nicht sogar bei besonders hohen Querbeschleunigungen ein Verkanten auftritt.A disadvantage of this known switch is that due to the sliding movement of cylindrical surfaces already a relatively high friction occurs, which leads to a deceleration of the mass body. Furthermore, when a transverse acceleration occurs, the triggering may be delayed because the mass body then laterally strikes the inner wall of the guide tube as a result of the radial play required for its sliding movement in the guide tube, thereby causing a rotational movement, if not even at particularly high transverse accelerations a tilting occurs.
Aus dem Dokument
Bei diesem Schalter ist nachteilig, dass je nach Positionierung der ersten Kontaktzunge auf der Kugel bereits kleine Bewegungen der Kugel zu einem Ansprechen des Schaltkontaktes führen. Die Schraubenfeder ist nämlich ein System mit einer durch den Nullpunkt gehenden Federkennlinie, was bedeutet, dass jede einwirkende Kraft zu einer gewissen Bewegung führt, mit der Folge, dass auch kleine Beschleunigungen zu einem Ansprechen des Schalters führen können. Die Ansprechschwelle dieses Schalters ist daher nicht exakt definierbar.In this switch is disadvantageous that, depending on the positioning of the first contact tongue on the ball even small movements of the ball lead to a response of the switching contact. In fact, the helical spring is a system with a zero-going spring characteristic, which means that each applied force causes a certain movement, with the result that even small accelerations can lead to a response of the switch. The threshold of this switch is therefore not exactly definable.
Ein in dem Dokument
Bei diesem Schalter wird zwar eine Drehbewegung der Kugel bei Auftreten einer Querbeschleunigung verhindert, dies jedoch um den Preis einer durch die Federlamelle noch stärkeren Abbremsung der Kugel und damit einer Verzögerung des Auslösevorganges.In this switch, although a rotational movement of the ball is prevented when a lateral acceleration occurs, but this at the price of one through the spring blade even stronger deceleration of the ball and thus a delay of the triggering process.
Das Dokument
Bei diesem Schalter besteht infolge dieser Formgebung die Gefahr eines Verkantens bei Auftreten einer Querbeschleunigung.As a result of this shaping, there is the risk of tilting when a lateral acceleration occurs in the case of this switch.
In dem Dokument
Dieser Schalter ist bereits bauartbedingt nicht geeignet, kurze Ansprechzeiten zu realisieren.Due to its design, this switch is not suitable for realizing short response times.
Das Dokument
Dieser Sensor hat den Nachteil, dass aufgrund der axial langen Führung des Massekörpers auf dem Führungsstabe ebenfalls ein Verkanten droht. Selbst bei verkantungsfreier Führung liegt eine Gleitreibung entlang zweier Kontaktlinien vor, die sich entlang der Durchgangsöffnung erstrecken. Diese Gleitreibung ist erheblich und trägt zur Abbremsung des Massekörpers und damit zu einer Verzögerung des Auslösevorganges bei. Weiter ist von Nachteil, dass der Massekörper einer externen Führung bedarf, weil er sich ansonsten frei auf dem Führungsstab drehen kann. Diese externe Führung ist jedoch ebenfalls mit Reibungsverlusten verbunden.This sensor has the disadvantage that due to the axially long guidance of the mass body on the guide rod also threatens to tilt. Even with tilt-free guidance is a sliding friction along two contact lines, which extend along the passage opening. This sliding friction is significant and contributes to the deceleration of the mass body and thus to a delay in the tripping process. Next is a disadvantage that the mass body requires an external guide, because he can otherwise rotate freely on the guide rod. However, this external guidance is also associated with friction losses.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein Schalter geschaffen werden, der kürzeste Ansprechzeiten auch bei Einwirken einer Querbeschleunigung ermöglicht. Dies soll vorzugsweise für Verzögerungsverläufe gelten, wie sie bei Kraftfahrzeugunfällen typisch sind.In contrast, the invention has the object, a switch of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided. In particular, a switch is to be created, which allows shortest response times even when acting on a lateral acceleration. This should preferably apply to delay curves, as are typical in motor vehicle accidents.
Diese Aufgabe wird mit einem Schalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Massekörper eine Kugel ist, dass die Querschnittsform der Zwangsführung als Vieleck ausgestaltet ist, und dass das Vieleck und der Massekörper im Verhältnis zueinander derart ausgebildet sind, dass sich der Massekörper im Wesentlichen mit zwei Berührungspunkten entlang einer Ecke des Vielecks parallel zur Längsachse der Zwangsführung bewegt, wenn eine Querbeschleunigung auf den Schalter einwirkt.This object is achieved with a switch of the type mentioned above in that the mass body is a ball, that the cross-sectional shape of the positive guide is configured as a polygon, and that the polygon and the mass body in relation to each other are formed such that the mass body substantially moves with two points of contact along a corner of the polygon parallel to the longitudinal axis of the positive guide when a lateral acceleration acts on the switch.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object underlying the invention is completely solved in this way.
Durch die Wahl einer Kugel als Massekörper und durch die Ausbildung des Vielecks und der Kugel im Verhältnis zueinander in der oben angegebenen Weise wird die Anzahl von Stößen des Massenkörpers mit der Wand der Zwangsführung bei Auftreten einer Querbeschleunigung reduziert und dadurch das Curling unterbunden. Die ansonsten dreidimensionale Bewegung des Massekörpers wird also in einer Ecke des Vielecks fokussiert und in eine im Wesentlichen eindimensionale Bewegung umgewandelt, wobei die eindimensionale Bewegung entlang der Wirkrichtungsachse des Schalters orientiert ist.By selecting a ball as a mass body and by forming the polygon and the ball in relation to each other in the above-mentioned manner, the number of shocks of the mass body is reduced with the wall of the positive guidance at the occurrence of a lateral acceleration, thereby preventing the curling. The otherwise three-dimensional movement of the mass body is thus focused in a corner of the polygon and converted into a substantially one-dimensional movement, wherein the one-dimensional movement is oriented along the effective direction axis of the switch.
Jede Ecke des Vielecks weist zwei keilbildende Begrenzungsflächen auf, zwischen denen der Massekörper bei Auftreten einer Querbeschleunigung nach einigen Reflexionen in der entsprechenden Ecke gefangen wird. Der Massekörper rotiert dann nicht mehr um die Längsachse der Zwangsführung. Er bewegt sich lediglich entlang der ihn einfangenden Kante.Each corner of the polygon has two wedge-forming boundary surfaces, between which the mass body is trapped when a lateral acceleration occurs after a few reflections in the corresponding corner. The mass body then no longer rotates about the longitudinal axis of the forced operation. He only moves along the edge catching him.
Für eine Optimierung des Bewegungsablaufes des kugelförmigen Massekörpers in der im Radialschnitt vieleckigen Zwangsführung stehen bei Ausführungsbeispielen der Erfindung mindestens zwei Optimierungsvarianten zur Verfügung, die alternativ oder miteinander eingesetzt werden können:In order to optimize the movement sequence of the spherical mass body in the polygonal radial guidance in the radial section, in embodiments of the invention at least two optimization variants are available, which can be used alternatively or with each other:
Bei einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen ist das Vieleck als gleichmäßiges Vieleck ausgebildet und die Anzahl der Ecken ist optimiert.In a first group of embodiments, the polygon is formed as a uniform polygon and the number of corners is optimized.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass für jeden Einzelfall anhand von einfach durchzuführenden Versuchen ermittelt werden kann, welche Eckenanzahl optimal ist, weil sich für Vielecke mit unterschiedlicher Eckenanzahl bei ansonsten gleichen Versuchsbedingungen signifikant unterschiedliche Ergebnisse ergeben.This measure has the advantage that it can be determined for each individual case on the basis of tests which are easy to carry out, which number of corners is optimal, since significantly different results result for polygons with different number of corners under otherwise identical test conditions.
Bevorzugt ist dabei, wenn die Anzahl der Ecken vier beträgt.It is preferred if the number of corners is four.
Diese Dimensionierung hat sich bei praktischen Versuchen für die meisten Anwendungsfälle gegenüber anderen Eckenanzahlen als überlegen erwiesen.This dimensioning has proved in practical trials for most applications over other numbers of corners than superior.
Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen ist hingegen das radiale Spiel derart optimiert, dass sich der Massekörper innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches der Querbeschleunigung entlang der Zwangsführung in Anlage an den beiden Berührungspunkten bewegt.In a second group of embodiments, however, the radial clearance is optimized such that the mass body moves within a predetermined frequency range of the transverse acceleration along the positive guide in abutment at the two points of contact.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine signifikante Optimierung auf einen Frequenzbereich möglich ist, der typisch für Unfallgeschehen von Kraftfahrzeugen ist. Insoweit muss es als das Verdienst des Erfinders angesehen werden, erkannt zu haben, dass die Frequenz im Beschleunigungsspektrum, ab der eine Ablösung der Kugel von ihrer Bahn entlang einer Ecke stattfindet, vom eingestellten radialen Spiel abhängt. Da bei Frequenzen, die höher als diese Ablösefrequenz sind, das oben beschriebene Curling einsetzt, das zu einer Verzögerung des Auslösevorganges führt, kann also die Ablösefrequenz durch Einstellen des radialen Spiels so gewählt werden, dass die Frequenzen typischer Unfallgeschehen von Kraftfahrzeugen darunter liegen.This measure has the advantage that a significant optimization to a frequency range is possible, which is typical for accidents of motor vehicles. In that regard, it must be considered as the merit of the inventor to have realized that the frequency in the acceleration spectrum, from which a detachment of the ball from its path along a corner takes place, depends on the set radial clearance. Since at frequencies which are higher than this Ablösefrequenz using the curling described above, which leads to a delay of the triggering process, so the Ablösefrequenz can be chosen by adjusting the radial clearance so that the frequencies of typical accidents happen to motor vehicles below.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der vorgenannten Vorgehensweise, bei der der Frequenzbereich von Null bis zu einer vorbestimmten Ablösefrequenz fc reicht, ist das radiale Spiel S nach der Formel
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das radiale Spiel mit einer einfachen Formel bestimmt und eingestellt werden kann.This measure has the advantage that the radial clearance can be determined and adjusted with a simple formula.
In bevorzugter Weiterbildung liegt die Ablösefrequenz dabei im Bereich zwischen 50 und 300 Hz, vorzugsweise zwischen 100 und 200 Hz.In a preferred development, the removal frequency is in the range between 50 and 300 Hz, preferably between 100 and 200 Hz.
Dies sind die in der Praxis ermittelten Frequenzbereiche von Unfallgeschehen, an denen Kraftfahrzeuge beteiligt sind, die Erfindung ist jedoch selbstverständlich nicht auf diesen Frequenzbereich beschränkt.These are the frequency ranges of accident occurrences in which motor vehicles are involved, but of course the invention is not limited to this frequency range.
Obwohl vorstehend die Erfindung anhand des Anwendungsbeispiels von Sensoren zum Ermitteln eines schweren Unfallgeschehens dargestellt wurde, versteht sich, dass sie nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist. Ein Schalter der vorstehend genannten Art lässt sich nämlich mit Vorteil auch als Lagesensor, Kippsensor, Trägheitssensor, Beschleunigungssensor oder als Sicherheitsschalter, z.B. in der Robotik, einsetzen.Although the invention has been presented above with reference to the application example of sensors for determining a serious accident, it is understood that it is not limited to this application. A switch of the type mentioned above can namely with advantage also as a position sensor, tilt sensor, inertial sensor, Use an acceleration sensor or as a safety switch, eg in robotics.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch einen Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2
- in vergrößertem Maßstab eine radiale Schnittansicht von Führungsflächen des Schalters von Figur 1 in einer Ebene II-II;
- Fig. 3a
- in verkleinertem Maßstab eine äußerst schematisierte radiale Schnittansicht einer im Radialschnitt kreisförmigen Zwangsführung ;
- Fig. 3b-3e
- Darstellungen wie in Fig. 3a, jedoch für Ausführungsbeispiele der Erfindung mit im Radialschnitt vieleckigen Zwangsführung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 4
- einen Versuchsaufbau zur Ermittlung optimierter Parameter des Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 5
- ein erstes Laufzeit-Frequenz-Diagramm für die vier verschiedenen Querschnittsformen der Fig. 3b-3e, das unter Verwendung einer Versuchsanordnung gemäß Fig. 4 bei einer ersten Querbeschleunigung aufgenommen wurde;
- Fig. 6
- ein zweites Laufzeit-Frequenz-Diagramm wie in Fig. 6, jedoch bei einer zweiten, erhöhten Querbeschleunigung; und
- Fig. 7
- ein drittes Laufzeit-Frequenz-Diagramm wie in Fig. 6, jedoch bei einer dritten, noch höheren Querbeschleunigung.
- Fig. 1
- a longitudinal section through a switch according to the present invention;
- Fig. 2
- on an enlarged scale, a radial sectional view of guide surfaces of the switch of Figure 1 in a plane II-II;
- Fig. 3a
- on a reduced scale, an extremely schematic radial sectional view of a circular guide in a circular forced operation;
- Fig. 3b-3e
- Representations as in Fig. 3a, but for embodiments of the invention with in radial section polygonal forced guidance according to the present invention;
- Fig. 4
- a test setup for determining optimized parameters of the switch according to the present invention;
- Fig. 5
- a first transit time-frequency diagram for the four different cross-sectional shapes of FIGS. 3b-3e taken at a first lateral acceleration using an experimental arrangement according to FIG. 4;
- Fig. 6
- a second transit time-frequency diagram as in FIG. 6, but at a second, increased lateral acceleration; and
- Fig. 7
- a third transit time-frequency diagram as in Fig. 6, but at a third, even higher lateral acceleration.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Schalter bzw. Beschleunigungssensor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Zeichenebene der Fig. 1 liegt in der x-z-Ebene eines gedachten kartesischen Koordinatensystems.Fig. 1 shows a sectional view through a switch or
Der Schalter 10 weist ein Gehäuse 11 auf. In dem Gehäuse 11 ist eine rohrförmige Zwangsführung 12 mit einer Innenwand 14 ausgebildet. Eine Längsachse 16 der Zwangsführung 12 liegt in der x-z-Ebene. Ein kugelförmiger Massekörper 18 ist in der Zwangsführung 12 entlang der Längsachse 16 beweglich gelagert. Damit sich der Massekörper 18 entlang der Zwangsführung 12 bewegen kann, ist ein vorbestimmtes radiales Spiel S zwischen Massekörper 18 und Innenwand 14 eingestellt, das in einem vergrößerten Ausschnitt 19 in Fig. 1 mit S bezeichnet ist. Ansonsten ist die Darstellung der Führung des Massekörpers 18 an der Innenwand 14 nur schematisch zu verstehen; Einzelheiten dazu werden anhand von Figur 2 weiter unten erläutert.The
Der Massekörper 18 ist im Normalbetrieb mittels einer Rückhalteeinrichtung, hier mittels eines Federsystems 20, in eine Ruheposition vorgespannt. In Fig.1 befindet sich der Massekörper 18 in dieser Ruheposition, in der er an einer Radialwand 21 am linken Ende der Zwangsführung 12 anliegt.The
In der Verlängerung der Längsachse 16 ist ein Schaltkontakt 22 an einer Vorderwand 26 des Gehäuses 11 angeordnet. Der Schaltkontakt 22 wird betätigt, wenn der Massekörper 18 sich entlang der Längsachse 16 bewegt, wie mit einer Wirkrichtung 24 angedeutet, und nach Durchlaufen einer bestimmten Wegstrecke auf den Schaltkontakt 22 auftrifft.In the extension of the
In einem praktischen Ausführungsbeispiel hat der kugelförmige Massekörper 18 einen Durchmesser von 7 mm und eine Masse von 1,4 g. Der Weg des Massekörpers 18 zwischen der Ruheposition und der Endposition beträgt 0,6 mm. Die Rückhaltekraft des Federsystems 20 liegt bei 0,016 N. Das radiale Spiel S wird mit einigen 1/100 mm eingestellt, wie weiter unten noch erläutert werden wird.In a practical embodiment, the spherical
Es sei angenommen, dass der Schalter 10 in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, derart, dass die Längsachse 16 parallel zur Fahrzeuglängsachse liegt und folglich die Wirkrichtung 24 mit der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Geradeausfahrt übereinstimmt. Mit einem Pfeil 27 ist in Fig. 1 ein schräger Seitenaufprall auf das Fahrzeug symbolisiert. Der Seitenaufprall bewirkt eine Beschleunigung des Fahrzeugs in Fig. 1 nach links, wobei die Beschleunigung eine Längskomponente ax sowie eine Querkomponente at, im folgenden als Querbeschleunigung bezeichnet, aufweist.It is assumed that the
Die Längsbeschleunigung ax ist entgegengesetzt zur Wirkrichtung 24 gerichtet. Infolge der Trägheit der Masse des Massekörpers 18 bewegt sich diese relativ zur Zwangsführung 12 in Fig. 1 nach rechts in Richtung des Schaltkontakts 22. Dazu muss die Trägheitskraft größer als die Vorspannkraft des Federsystems 20 sein, die als Schwellwert wirkt. Nur bei einem schweren Unfallgeschehen überwindet die Trägheitskraft diesen Schwellwert. Der Massekörper 18 bewegt sich dann in eine in der Fig. 1 nicht dargestellte rechte Endposition. In dieser Endposition trifft der Massekörper 18 auf den Schaltkontakt 22 auf und löst so ein Signal aus, das wiederum verwendet wird, um ein Sicherheitssystem, beispielsweise ein InsassenRückhaltesystem, einen Airbag, einen Überrollbügel oder dgl. mehr zu aktivieren.The longitudinal acceleration a x is directed opposite to the direction of
Die Querbeschleunigung at wirkt sich auf den vorstehend erläuterten Ablauf nicht unmittelbar aus. Physikalisch betrachtet tritt die Querbeschleunigung at im Zeitbereich impulsförmig auf. Dieser Impulsform im Zeitbereich entspricht im Frequenzbereich eine Summe von Einzelfrequenzen, die sich beispielsweise mit einer Fourier-Analyse aus dem Zeitbereich ermitteln lässt. Bei typischen Unfallgeschehen von Kraftfahrzeugen liegen diese Frequenzen in einem Bereich unterhalb von 1.000 Hz, meistens unterhalb von 300 Hz.The lateral acceleration a t does not have an immediate effect on the procedure explained above. From a physical point of view, the lateral acceleration a t occurs in the time domain in a pulse shape. This pulse shape in the time domain corresponds in the frequency domain a sum of individual frequencies, which can be determined for example with a Fourier analysis from the time domain. In typical accident events of motor vehicles, these frequencies are in a range below 1,000 Hz, usually below 300 Hz.
Diese Eigenschaft der Querbeschleunigung at hat zur Folge, dass der kugelförmige Massekörper 18 während seiner Längsbewegung in der Wirkrichtung 24 zusätzlich seitlich, also in radialer Richtung relativ zur Längsachse 16 der Zwangsführung 12 beschleunigt wird. Dies führt zu unelastischen Mehrfachkollisionen an gegenüberliegenden Punkten der Innenwand 14 und zu einer Eigendrehung (Spin) des Massekörpers 18. Als Folge all dessen wird der Massekörper 18 sowohl durch Reibung und Energieumwandlung infolge elastischer Verformung bei jeder Reflexion als auch durch die zusätzlichen Bewegungskomponenten abgebremst. Der Massekörper 18 bewegt sich nämlich entlang einer schraubenförmigen Bahn um die Längsachse 16 herum, die länger ist als die im Idealfalle gerade Bewegungsbahn.This property of the transverse acceleration a t has the consequence that the spherical
Dieser Effekt wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als "Curling" bezeichnet. Das Curling führt infolge der Verlangsamung der Bewegung des Massekörpers 18 zu einer Verzögerung beim Auslösen der Sicherheitssysteme und ist daher in hohem Maße unerwünscht.This effect is referred to in the context of the present application as "curling". The curling leads to a delay in triggering the safety systems due to the slowing down of the movement of the
Erfindungsgemäß sind daher Maßnahmen vorgesehen, um diesen unerwünschten Effekt so weit als möglich zu vermindern.According to the invention, therefore, measures are provided to reduce this undesirable effect as much as possible.
Eine erste, wesentliche Maßnahme besteht dabei darin, anstelle der hohlzylindrischen Zwangsführung 12, also eines kreisförmigen radialen Querschnitts der Innenwand 14, einen vieleckigen Querschnitt, vorzugsweise in Gestalt eines regelmäßigen Vielecks, vorzusehen. Ziel dieser Maßnahme ist es, den kugelförmigen Massekörper 18 entlang einer Ecke des Vielecks laufen zu lassen, so dass durch punktförmige Anlage des Massekörpers 18 an den beiden die Ecke bildenden, geraden Wandabschnitten eine Drehung des Massekörpers 18 verhindert wird.A first, essential measure consists in providing a polygonal cross-section, preferably in the form of a regular polygon, instead of the hollow cylindrical
Fig. 2 zeigt zur Erläuterung der vorgenannten Maßnahme in stark vergrößertem Maßstab eine Ecke 28 eines erfindungsgemäß vorgesehenen vieleckigen Querschnitts einer Längsführung 12'. Bei dem dargestellten Querschnitt handelt es sich um ein regelmäßiges Sechseck, bei dem die Ecke 28 einen Öffnungswinkel von 120° hat. Der kugelförmige Massekörper 18, der in Fig. 2 durch einen gestrichelten Kreisbogen angedeutet ist, befindet sich in Anlage an der Ecke 28. Der Kugelmittelpunkt ist mit 30 bezeichnet. Der Massekörper 18 berührt die Ecke 28 in zwei Punkten 32 und 34 auf den die Ecke 28 bildenden geraden Wandabschnitten 14a und 14b.FIG. 2 shows a
Für den Eckwinkel gilt:
Ein sogenannter Einfangswinkel Φn bestimmt sich wie folgt:
Der Einfangvorgang für den Massekörper 18 in der Ecke 28 läuft wie folgt ab:The trapping process for the
Der Massekörper 18 überwindet unmittelbar nach einer schweren Kollision des Fahrzeugs mit Schrägaufprall die Rückhaltekraft des Federsystems 20. Er führt infolge der Querbeschleunigung zunächst einige unkontrollierte Mehrfachkollisionen an beliebigen Abschnitten der Innenwand 14 der Zwangsführung 12' aus und gerät dadurch in Eigendrehung, d.h. in den unerwünschten Zustand des Curling. Wenn er dann auf eine der keilbildenden Flächen 14a oder 14b unter einem Winkel innerhalb des Einfallskegels Φn auftrifft, so wird er durch nachfolgende Mehrfachreflexion nur noch an diesen Flächen 14a und 14b in der Ecke 28 gefangen. Das Curling wird dadurch unterbrochen.The
Liegt die Einfallsrichtung außerhalb des Einfangkegels Φn, dann bewegt sich der Massekörper 18 bis zur nächsten (angrenzenden) Ecke (nicht dargestellt) und wird schließlich dort gefangen. Das Curling wird spätestens in der Folgeecke unterbunden.If the direction of incidence is outside the capture cone φ n , then the
Auf jeden Fall bewegt sich der Massekörper 18 anschließend bei entsprechender Längsbeschleunigung nur entlang der einfangenden Ecke 28 in Wirkrichtung 24, d.h. bei Fig. 2 in die Zeichenebene hinein.In any case, the
Idealerweise würde sich der Massekörper 18 bei vernachlässigbarer Querbeschleunigung lediglich entlang einer der Flächen (z.B. 14a oder 14b) in Richtung der Endposition bewegen, so dass die in diesem Fall auftretende Reibung durch eine (idealisierte) Punktberührung zwischen Massekörper 18 und einer der Flächen bedingt wäre. Da sich der Massekörper 18 gemäß der vorliegenden Erfindung aber entlang der Ecke 28 in Richtung der Endposition bewegt, kommt es, wie beschrieben, zu zwei Berührungspunkten 32 und 34. Dadurch erhöht sich die Reibung. Ein Maß, um diese Reibung auszudrücken, stellt die sogenannte Keilreibungszahl µn dar.
Die Keilreibung hemmt die Bewegung des Massekörpers 18 entlang der Ecke 28, so dass die Laufzeitreduzierung durch das Einfangen des Massekörpers 18 in der Ecke 28 und damit die Beseitigung des Curlings infolge einer erhöhten Keilreibung teilweise kompensiert wird. Die dimensionslose Keilreibungszahl µn ist größer als 1 und gibt an, um welches Maß die Keilreibung die einfache, punktförmige Reibung zwischen Massekörper 18 und Fläche überwiegt.The wedge friction inhibits the movement of the
Um eine Optimierung des Bewegungsablaufes des kugelförmigen Massekörpers 18 in der im Radialschnitt vieleckigen Zwangsführung 12 zu erreichen, sind zwei Optimierungsmaßnahmen vorgesehen:In order to optimize the movement sequence of the spherical
Mit einer ersten Optimierungsmaßnahme wird die Eckenanzahl n des Vielecks so gewählt, dass möglichst große Einfangswinkel Φn entstehen, während die Keilreibungszahl µn möglichst klein ist. Diese beiden Vorgaben stellen widerstreitende Anforderungen dar, so dass durch Variation der Eckenzahl ein Kompromiss gefunden werden muss.With a first optimization measure, the number of corners n of the polygon is selected such that the largest possible capture angles Φ n are produced, while the wedge friction coefficient μ n is as small as possible. These two prescriptions are conflicting Requirements, so that a compromise must be found by varying the number of corners.
Dies ist in Fig. 3 anhand mehrere Beispiele veranschaulicht.This is illustrated in FIG. 3 on the basis of several examples.
Fig. 3a stellt die Zwangsführung 12a aus Fig. 1 mit kreisförmigem Querschnitt dar. Ein Kreis ist ein Vieleck mit unendlich vielen Ecken, also ist die Eckenanzahl n = ∞.Fig. 3a illustrates the positive guide 12a of Fig. 1 having a circular cross section. A circle is a polygon with an infinite number of vertices, so the number of vertices is n = ∞.
Fig. 3b bis 3e zeigen verschiedene Zwangsführungen 12b bis 12e gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3b zeigt eine sechseckige Zwangsführung 12b, Fig. 3c zeigt eine fünfeckige Zwangsführung 12c, Fig. 3d zeigt eine viereckige (quadratische) Zwangsführung 12d, und Fig. 3e zeigt eine dreieckige Zwangsführung 12e. Zur Vereinfachung sind die Vielecke dabei als regelmäßige Vielecke angenommen, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.Figures 3b to 3e show various constraining guides 12b to 12e according to the present invention. Fig. 3b shows a hexagonal positive guide 12b, Fig. 3c shows a pentagonal positive guide 12c, Fig. 3d shows a quadrangular (square)
Wie man bereits aus den angegebenen Werten für Φ und µ erkennt, stellt die Konfiguration von Fig. 3d mit viereckigem, quadratischem Querschnitt der Zwangsführung 12d mit Φ4 = 90° und µ4 = 1. 41 einen guten Kompromiss zwischen diesen Größen dar.As can already be seen from the given values for Φ and μ, the configuration of FIG. 3d with quadratic, quadratic cross-section of the forced
Exemplarisch ist bei dieser bevorzugten quadratischen Zwangsführung 12d in Fig. 3d das radiale Kugelspiel S dargestellt, das natürlich auch bei allen anderen Ausführungsformen vorhanden ist.By way of example, in this preferred square
Das radiale Kugelspiel S ist, wie erwähnt, erforderlich, damit sich der kugelförmige, Massekörper 18 entlang der Zwangsführung 12 nach Überwindung der Rückhaltekraft des Federsystems 20 ungehindert bewegen kann. Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, besteht nun eine zweite Optimierungsmaßnahme darin, das radiale Spiel S so einzustellen, dass die gewünschte, curlingfreie Bewegung des Massekörpers 18 entlang der Ecke 28 innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches der Querbeschleunigung gelingt, der dem in der Praxis auftretenden Frequenzbereich entspricht. Wenn nämlich das radiale Spiel falsch dimensioniert wird, dann löst sich der Massekörper 18 von der Ecke ab, wenn die Querbeschleunigung at hohe Frequenzanteile enthält.The radial ball clearance S is, as mentioned, required so that the spherical
Um diese Optimierungsmaßnahmen vornehmen zu können, sind Versuche erforderlich. Ein Versuchsaufbau für die Bestimmung der optimalen Eckenanzahl n und des optimalen radialen Spiels S wird nun anhand von Fig. 4 beschrieben werden.In order to be able to carry out these optimization measures, tests are necessary. An experimental setup for determining the optimum corner number n and the optimal radial clearance S will now be described with reference to FIG.
In Fig. 4 ist als Beispiel die bevorzugte Zwangsführung 12d mit quadratischem Querschnitt dargestellt. Es versteht sich dabei, dass für eine Optimierung der Eckenanzahl n darüber hinaus auch Versuchsaufbauten mit den Zwangsführungen 12b, 12c und 12e gemäß den Fig. 3b, 3c, und 3e erforderlich sind (nicht dargestellt, Ergebnisse aber in den Fig. 5 bis 7 gezeigt).FIG. 4 shows by way of example the preferred
Die Zwangsführung 12d in Figur 4 ist nach dem Prinzip der schiefen Ebene um einen Winkel α, insbesondere 30°, gegenüber der Horizontalen geneigt. Der Massekörper 18 bewegt sich aufgrund der Hangabtriebskraft mit einer Längsbeschleunigung ax, die 0,5 g beträgt, entlang der Längsachse 16 der Zwangsführung 12d. Es wird nun die Laufzeit des Massekörpers 18 bei einer gleichzeitig einwirkenden sinusförmigen Querbeschleunigung at gemessen, die der Zwangsführung 12d bei verschiedenen Schwingungsamplituden ato und Schwingungsfrequenzen f mittels einer nicht dargestellten Anregungsvorrichtung aufgeprägt wird.The
Die Kritizität der von außen einwirkenden Beschleunigung wird durch die Kennzahl (at/ax)eff bewertet. Diese Kennzahl quantifiziert die Querbeschleunigung at ratiometrisch zur Längsbeschleunigung ax in einem zeitlichen Mittelwert über die Schwingungsdauer. Die Querbeschleunigung at ist unterkritisch, wenn die Kennzahl < 1 ist. Sie wird als kritisch eingestuft, wenn die Kennzahl etwas größer ist als 1. Die Kennzahl ist überkritisch bei Werten, die deutlich größer als 1 sind.The criticality of the external acceleration is evaluated by the ratio (a t / a x ) eff . This measure quantifies the lateral acceleration a t ratiometrically to the longitudinal acceleration a x in a time average over the period of oscillation. The lateral acceleration a t is subcritical if the ratio <1. It is considered critical if the measure is slightly larger than 1. The measure is supercritical for values significantly greater than 1.
In den Fig. 5 bis 7 sind für diese drei Fälle der Kennzahl und für die Zwangsführungen 12a (Kreis, n= ∞), 12b (Sechseck, n=6), 12d (Quadrat, n=4), sowie 12e (Dreieck, n=3) die Laufzeiten des Massekörpers 18 im Frequenzbereich der Querbeschleunigung at von 10 bis 1000 Hz dargestellt.In FIGS. 5 to 7, for these three cases, the characteristic number and for the forced guides 12a (circle, n = ∞), 12b (hexagon, n = 6), 12d (square, n = 4), and 12e (triangle, n = 3) the transit times of the
Die Fig. 5 bis 7 zeigen hinsichtlich der Optimierung der Eckenanzahl n zunächst das erwartete Ergebnis, dass insbesondere bei kritischer und überkritischer Querbeschleunigung at die erfindungsgemäß vorgesehenen Vieleckprofile gegenüber dem Kreisprofil deutlich verkürzte Laufzeiten erbringen. Innerhalb der Varianten der Eckenanzahl n ergibt die Zwangsführung mit quadratischem Querschnitt (n = 4) dabei im Vergleich zu anderen Eckenanzahlen (n=3 und n=6) optimale Ergebnisse.With regard to the optimization of the number of corners n, FIGS. 5 to 7 initially show the expected result that, particularly in the case of critical and supercritical lateral acceleration a t, the polygonal profiles provided according to the invention provide significantly shorter running times compared with the circular profile. Within the variants of the number of corners n, the forced guidance with a square cross-section (n = 4) gives optimum results in comparison to other numbers of vertices (n = 3 and n = 6).
Oberhalb einer bestimmten Frequenz fc, der sogenannten Ablösefrequenz, gehen die Laufzeiten schlagartig auf sehr niedrige Werte zurück, weil hier praktisch keine Wandberührung des Massekörpers 18 mehr stattfindet. Der Frequenzbereich, in dem der Curling-Effekt wirksam unterdrückt wird, erstreckt sich daher von 0 bis zu dieser Ablösefrequenz fc, die typischerweise bei ca. 50 bis 300 Hz, insbesondere bei 100 bis 200 Hz liegt. Dieser Frequenzbereich ist mit hohen Amplitudenanteilen für reale Kollisionsvorgänge bei Kraftfahrzeugen typisch.Above a certain frequency f c , the so-called detachment frequency, the transit times abruptly return to very low values because virtually no wall contact of the
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun herausgefunden, dass die Ablösefrequenz fc von dem radialen Spiel S abhängt und daher durch geeignete Dimensionierung des radialen Spiels S optimiert, d.h. an die obere Grenze des bei realen Unfallgeschehen von Kraftfahrzeugen auftretenden Frequenzbereichs gelegt werden kann. Dies geschieht erfindungsgemäß zumindest näherungsweise durch die Formel:
Wenn beispielsweise die Amplitude der Querbeschleunigung at0 mit der 10-fachen Erdbeschleunigung (10g = 981 m/s2) angenommen wird und die Ablösefrequenz 200 Hz betragen soll, dann ergibt sich das radiale Spiel S zu S = 0,065 mm. Bei ato = 1,5 g und fc = 90 Hz ergibt sich S = 0,046 mm.If, for example, the amplitude of the lateral acceleration a t0 is assumed to be 10 times the acceleration due to gravity (10 g = 981 m / s 2 ) and the detachment frequency is to be 200 Hz, then the radial clearance S results in S = 0.065 mm. At a to = 1.5 g and f c = 90 Hz, S = 0.046 mm.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP06018544A EP1898438A1 (en) | 2006-09-05 | 2006-09-05 | Inertia sensor without curling effect |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP06018544A EP1898438A1 (en) | 2006-09-05 | 2006-09-05 | Inertia sensor without curling effect |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1898438A1 true EP1898438A1 (en) | 2008-03-12 |
Family
ID=37668053
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP06018544A Withdrawn EP1898438A1 (en) | 2006-09-05 | 2006-09-05 | Inertia sensor without curling effect |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1898438A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160265950A1 (en) * | 2015-03-11 | 2016-09-15 | Chih-Heng Huang | Multi-Directional Sensor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2828202A1 (en) * | 1977-06-27 | 1979-01-04 | Inst For Ind Res & Standards | VIBRATION SENSOR |
US4948929A (en) * | 1988-09-14 | 1990-08-14 | Nippon Seiko Kabushiki Kaisha | Impulse sensor |
GB2238170A (en) * | 1989-10-09 | 1991-05-22 | Autoliv Dev | Electric switch facilitating circuit testing |
DE4140691A1 (en) * | 1991-12-10 | 1993-06-17 | Trw Repa Gmbh | VEHICLE-SENSITIVE MECHANICAL CONTACTOR |
DE202005020875U1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-09-14 | Gebr. Schmidt Fabrik für Feinmechanik GmbH & Co. KG | Acceleration sensor at a motor vehicle seat safety belt, to activate the airbags on an impact collision, has a mass moved along a defined guide to an end position against a switch contact without lateral forces on the belt |
-
2006
- 2006-09-05 EP EP06018544A patent/EP1898438A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2828202A1 (en) * | 1977-06-27 | 1979-01-04 | Inst For Ind Res & Standards | VIBRATION SENSOR |
US4948929A (en) * | 1988-09-14 | 1990-08-14 | Nippon Seiko Kabushiki Kaisha | Impulse sensor |
GB2238170A (en) * | 1989-10-09 | 1991-05-22 | Autoliv Dev | Electric switch facilitating circuit testing |
DE4140691A1 (en) * | 1991-12-10 | 1993-06-17 | Trw Repa Gmbh | VEHICLE-SENSITIVE MECHANICAL CONTACTOR |
DE202005020875U1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-09-14 | Gebr. Schmidt Fabrik für Feinmechanik GmbH & Co. KG | Acceleration sensor at a motor vehicle seat safety belt, to activate the airbags on an impact collision, has a mass moved along a defined guide to an end position against a switch contact without lateral forces on the belt |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160265950A1 (en) * | 2015-03-11 | 2016-09-15 | Chih-Heng Huang | Multi-Directional Sensor |
US10161955B2 (en) * | 2015-03-11 | 2018-12-25 | Chih-Heng Huang | Multi-directional sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2480432B1 (en) | Apparatus and method for the adaptive decrease of crash energy | |
DE4324753B4 (en) | Tripping device for a safety device for the protection of vehicle occupants | |
DE102013201590A1 (en) | FRONT STRUCTURE WITH REACTIVE BUMPER WITH POWER LOCK FOR MOTOR VEHICLE | |
EP0636074A1 (en) | Procedure and device for protecting vehicle occupants. | |
DE19938937A1 (en) | Body structure of a motor vehicle with controlled reaction load | |
EP3687864B1 (en) | Method for generating a disconnection signal for triggering at least one saftey fucntion of a motor vehicle | |
DE1942211A1 (en) | Impact sensor | |
DE1942154A1 (en) | Collision sensor | |
DE102014008744B4 (en) | Method for operating a safety system of a motor vehicle in a collision and motor vehicle | |
EP2607179B1 (en) | Device with adjustable rigidity for absorbing impact energy | |
EP1541425A1 (en) | Securing device for a vehicle safety device | |
WO2016000959A1 (en) | Arrangement for a motor vehicle for absorbing energy during an accident | |
EP2590851B1 (en) | Crash structure for absorbing crash energy and process to adapt the strength of the crash structure | |
DE10224831B4 (en) | Motor vehicle and method for reducing the load on the occupants of a motor vehicle in the event of a collision with an obstacle | |
EP1898438A1 (en) | Inertia sensor without curling effect | |
DE102011004057A1 (en) | Device for use with adjustable stiffness for retaining impact energy at front structure of vehicle, has housing for retaining and deforming of deformation element | |
DE102004012548B3 (en) | Crash safety system for protecting occupant of car against side impact and rollover has airbag at side edge of roof and spring under side member of seat to tilt it sideways away from door | |
DE102012107152B3 (en) | Bumper arrangement for motor car, has inner component comprising shearing nut that is split up by locking element during retraction of inner component such that movement energy of inner component is converted into gap operation | |
DE102009002377A1 (en) | Side impact protection device for use in protection apparatus of vehicle, has coupling unit for coupling holding device and absorber element such that force is absorbed by absorber element when vehicle seat is located in normal position | |
DE102010029017A1 (en) | Security system for use with air bag system of motor car, has bonnet deflected from resting position by application of force on bonnet, where inductive sensor is arranged in proximity to bonnet for acquisition of deflection of bonnet | |
DE102010002900A1 (en) | Actuator for use in vehicle for adapting rigidity of deformation element, has eddy current-controlled variable transducer and actuating element movably coupled with eddy current-controlled variable transducer | |
DE202005020875U1 (en) | Acceleration sensor at a motor vehicle seat safety belt, to activate the airbags on an impact collision, has a mass moved along a defined guide to an end position against a switch contact without lateral forces on the belt | |
EP2360064B1 (en) | Device and method for adaptive degeneration of crash energy | |
DE102013213586B4 (en) | Method for determining steering wheel / column displacement in an occupant restraint system for a vehicle | |
EP2610521B1 (en) | Device with adjustable rigidity for absorbing an impact force and method for sensing an impact force |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA HR MK YU |
|
AKX | Designation fees paid | ||
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8566 |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20080913 |