WO1987005569A1 - Sensor for the automatic release of passenger protection devices in vehicles - Google Patents

Sensor for the automatic release of passenger protection devices in vehicles Download PDF

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Frieder Heintz
Peter Knoll
Winfried KÖNIG
Franz Pachner
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a sensor for automatically triggering occupant protection devices in vehicles according to the preamble of the main claim. It is known to suspend a body serving as a seismic mass elastically outside the center of mass, so that this spring-mass system has a resonance frequency that is above the measuring range. The deflection of the mass is a measure of the translational accelerations that occur. The occupant protection devices in vehicles can thus be activated with the aid of an evaluation circuit.
  • the sensor of the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it combines the properties of the above sensors in a simple manner. Both measurement signals previously obtained separately can be generated with a single sensor.
  • the sensor can be manufactured easily and inexpensively.
  • the sensor can be used both for monitoring a limit value and for continuously or quasi-continuously determining the angle of inclination and / or the acceleration value. If a transparent hollow body is used as the sensor housing, the sensor can also directly display the limit value on an applied scale.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a sensor
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a further exemplary embodiment.
  • 10 denotes the housing of a sensor 11, which can be installed in a vehicle with the aid of a base plate 12.
  • the base plate 12 is aligned in the vehicle plane.
  • the housing 10 is designed as a hollow body in the form of a pyramid or a cone.
  • the interior 13 of the housing 10 is completely filled with a liquid 14 and with a gas 15, so that a closed system is present.
  • the seismic mass of the sensor 11 is formed by the mass of the gas 15 and the liquid 1 4. Since the liquid 14 takes up almost 100% by weight of the interior 13, it can be said that the center of mass of the seismic mass is elastically anchored outside the center of mass.
  • the liquid 14 and the gas 15 must not react chemically with one another or dissolve in one another.
  • the liquid for 1 h a constant temperature over the functional temperature range and a small temperature coefficient must be observed so that its volume does not change as far as possible.
  • the liquid In order to prevent volatilization of the liquid and a shift in the volume fractions between gas and liquid in the interior 13, the liquid must have a high vapor pressure.
  • the gas 15 should also have large molecules or atoms to prevent any diffusion through the housing into the open. This would in turn mean a reduction in the volume fraction of the gas.
  • the specific weight of the gas 15 is less than the specific weight of the liquid 14. In practice, a combination of air and alcohol or nitrogen and silicone oil has been used so far.
  • a passage 18 made of translucent material is formed in the tip of the housing 10. This passage 18 is only necessary if the housing 10 is made of opaque material.
  • the passage 18 is to be designed such that monitoring of the interface between the gas 15 and the liquid 14 is possible.
  • a conventionally known so-called reflex light barrier 19 in which both the transmitter and the receiver of optical radiation are arranged.
  • a separate arrangement of an optical sensor and an optical receiver is also possible with a second translucent passage in the housing. If an optical method is used, the functionality of the sensor can be monitored in the basic position, since only in this basic position is the optical radiation to strike the receiver completely.
  • the pitch angle oC of the wall of the housing 10 and thus of the pyramid or cone is to be matched to the desired tilt angle to be determined.
  • the reference point 20 for the rotation or tilting of the sensor 11 is the intersection of the axis of the housing 10 with the base plate 12.
  • the optical radiation emitted by the transmitter of the reflex light barrier 19 is at the boundary layer between the gas and the liquid reflects and hits the receiver. If the sensor 11 is now rotated or tilted about the reference point 20, the gas 15 and the liquid 14 migrate to the side when the angle of inclination ⁇ is reached. The reflective layer between the gas 15 and the liquid 14 is thus shifted, so that the reflection behavior of the optical radiation at the boundary layer between the gas and liquid changes. In contrast to the basic position, the optical radiation is thus reflected differently. As soon as no more optical radiation hits the receiver or is reflected into the reflex light barrier 19, the slope angle or the tilt angle is reached. Occupant protection devices connected to the sensor 11 are now triggered.
  • the liquid 14 displaces the gas 15 due to its inertia.
  • the sensor 11 can thus detect both the tilt angle and the lateral acceleration if the two values occur separately. If both values occur simultaneously, the sensor 11 forms the sum of the two components. This mixing of the components in a single signal value is desirable because, if the vehicle is already tilted to the side, only a slight acceleration is required to bring the vehicle to tipping.
  • Corresponding occupant protection devices such as, for example, belt tensioners, airbags, hazard lights, roll bars, etc., are then triggered in good time via an evaluation circuit (not shown in the drawing). Depending on the structure of the Evaluation circuit, the occupant protection devices can also be triggered staggered in time.
  • the housing 10a of the sensor 11a is designed as a hollow sphere, the interior 13a of which is in turn completely filled with the gas 15 and the liquid 14.
  • the criteria already listed above apply to the selection of the gas 15 and the liquid 14.
  • the inclination or acceleration value can be monitored continuously or quasi-continuously in the case of a ball.
  • a corresponding number of reflex light barriers 19a are arranged on an imaginary line around the ball, the number of which corresponds to the accuracy of the measuring method. If the reflected light barriers 19a cannot be arranged close enough to the spherical surface, then optical light guides 22 can also be used to transmit the optical radiation.
  • the sensor 11 can be used in motor vehicles and also in e.g. Aircraft are used. It can be used wherever tilting or acceleration should be determined simply and inexpensively.

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Description

Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Fahrzeugen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Fahrzeugen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, einen als seismische Masse dienenden Körper elastisch außerhalb des Massemittelpunktes aufzuhängen, so daß dieses Feder-Masse-System eine Resonanzfrequenz besitzt, die oberhalb des Meßbereichs liegt. Die Auslenkung der Masse ist ein Maß für die auftretenden translatorischen Beschleunigungen. Damit lassen sich mit Hilfe einer Auswert eschaltung die Insassenschutzvorrichtungen in Fahrzeugen aktivieren.
Ferner ist es bekannt, bei Sensoren mit Hilfe eines optischen Verfahrens die Änderung eines Neigungswinkels von Fahrzeugen zu bestimmen. Beide genannten Sensoren haben aber den Nachteil, daß jeweils nur entweder der Neigungswinkel oder die Beschleunigung gemessen werden kann. Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er die Eigenschaften der oben genannten Sensoren in einer einfachen Weise miteinander vereint. Beide bisher getrennt gewonnenen Meßsignale können mit einem einzigen Sensor erzeugt werden. Der Sensor kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Der Sensor ist sowohl zur Überwachung eines Grenzwertes als auch zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Ermittlung des Neigungswinkels und/oder des Beschleunigungswertes einsetzbar. Wird ein transparenter Hohlkörper als Sensorgehäuse verwendet, so kann der Sensor auch direkt den Grenzwert an einer aufgebrachten Skala anzeigen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Sensor und Figur 2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei Auslösevorrichtungen für Insassenschutzvorrichtungen, z.B. bei Überrollbügeln für Kraftfahrzeuge, ist es not wendig, den Lagewinkel des Fahrzeugs zum Scheinlot und die Winkelgeschwindigkeit um seine Längs- und Querachse zu bestimmen. Aus Kostengründen sollen beide Meßgrößen von nur einem Sensor geliefert werden.
In Figur 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Sensors.11 bezeichnet, das mit Hilfe einer Grundplatte 12 in ein Fahrzeug einbaubar ist. Die Grundplatte 12 ist in der Fahrzeugebene ausgerichtet. Das Gehäuse 10 ist als Hohlkörper in der Form einer Pyramide oder eines Kegels ausgebildet. Der Innenraum 13 des Gehäuses 10 ist mit einer Flüssigkeit 14 und mit einem Gas 15 vollständig gefüllt, so daß ein abgeschlossenes System vorliegt. Die seismische Masse des Sensors 11 wird durch di.e Masse des Gases 15 und der Flüssigkeit 1 4 gebildet. Da die Flüssigkeit 14 fast 100 % des Gewichtsanteils des Innenraums 13 einnimmt, kann amn sagen, daß der Massenmittelpunkt der seismischen Masse außerhalb des Massenmittelpunktes elastisch verankert ist. Die Flüssigkeit 14 und das Gas 15 dürfen nicht miteinander chemisch reagieren oder sich ineinander lösen. Es ist darauf zu acht.en, daß sich zwischen der Flüssigkeit 14 und dem Gas 15 eine scharfe und genaue Grenzfläche bildet, die bei Verwendung eines optischen Meßverfahrens eine gute Reflexionsfläche erzeugt bzw. eine Änderung des Strahlengangs (Brechung) hervorruft. Bei der Auswahl der Flüssigkeit 1 h ist eine Temperaturkonstanz über den Funktionstemperaturbereich und ein kleiner Temperaturkoeffizient zu beachten, so daß sich sein Volumen möglichst nicht ändert. Um ein Verflüchtigen der Flüssigkeit und eine Verschiebung der Volumenanteile zwischen Gas und Flüssigkeit im Innenraum 13 zu verhindern, muß die Flüssigkeit einen hohen Dampfdruck haben. Das Gas 15 sollte ferner große Moleküle bzw. A.ome aufweisen, um eine eventuelle Diffusion durch das Gehäuse ins Freie zu verhindern. Dies würde wiederum eine Verringerung des Volumenanteils des Gases bedeuten. Das spezifische Gewicht des Gases 15 ist kleiner als das spezifische Gewicht der Flüssigkeit 14 . In der Praxis wurde bisher eine Kombination zwischen Luft und Spiritus bzw. Stickstoff und Silikonöl verwendet.
In der Spitze des Gehäuses 10 ist ein Durchgang 18 aus lichtdurchlässigem Material ausgebildet. Dieser Durchgang 18 ist nur notwendig, falls das Gehäuse 10 aus lichtundurchlässigem Material hergestellt ist. Der Durchgang 18 ist so auszubilden, daß eine Überwachung der Grenzfläche zwischen dem Gas 15 und der Flüssigkeit 14 möglich ist. Dem Durchgang 18 zugeordnet ist eine herkömmlich bekannte sogenannte Reflexlichtschranke 19, in der sowohl Sender als auch Empfänger einer optischen Strahlung angeordnet sind. Es ist aber auch bei einem zweiten lichtdurchlässigen Durchgang im Gehäuse eine getrennte Anordnung eines optischen Sensors und eines optischen Empfängers möglich. Bei Verwendung eines optischen Verfahrens kann in Grundstellung die Funktionsfähigkeit des Sensors überwacht werden, da nur in dieser Grundstellung die optische Strahlung vollständig auf den Empfänger treffen soll.
Der Steigungswinkel oC der Wandung des Gehäuses 10 und somit der Pyramide bzw. des Kegels ist auf den gewünschten, zu bestimmenden Kippwinkel abzustimmen. Der Bezugspunkt 20 für die Drehung bzw. das Kippen des Sensors 11 ist der Schnittpunkt der Achse des Gehäuses 10 mit der Grundplatte 12.
In Grundstellung des Sensors 11 wird die vom Sender der Reflexlichtschranke 19 ausgestrahlte optische Strahlung an der Grenzschicht zwischen dem Gas und der Flüssigkeit reflektiert und trifft auf dem Empfänger auf. Wird nun der Sensor 11 um den Bezugspunkt 20 gedreht oder gekippt, so wandert das Gas 15 und die Flüssigkeit 14 bei Erreichen des Steigungswinkels α zur Seite weg. Die Reflexschicht zwischen dem Gas 15 und der Flüssigkeit 14 wird somit verschoben, so daß sich das Reflexionsverhalten der optischen Strahlung an der Grenzschicht zwischen Gas und Flüssigkeit verändert. Die optische Strahlung wird somit im Unterschied zur Grundstellung anders reflektiert. Sobald keine optische Strahlung mehr auf den Empfänger trifft, bzw. in die Reflexlichtschranke 19 reflektiert wird, ist der Steigungswinkel bzw. der Kippwinkel erreicht. An den Sensor 11 angeschlossene Insassenschutzvorrichtungen werden nun ausgelöst.
Wird eine seitliche Beschleunigung auf das Kraftfahrzeug und somit auch auf den Sensor 11 ausgeübt, so verdrängt die Flüssigkeit 14 aufgrund ihrer Massenträgheit das Gas 15 zur Seite. Je kleiner dabei der Steigungswinkel α gewählt wird, desto kleinere Beschleunigungswerte können erfaßt werden. Der Sensor 11 kann somit sowohl den Kippwinkel als auch die Querbeschleunigung erfassen, falls beide Werte getrennt auftreten. Treten beide Werte gleichzeitig auf, so bildet der Sensor 11 die Summe aus beiden Komponenten. Diese Vermischung der Komponenten in einem einzigen Signalwert ist deshalb erwünscht, da bei einer bereits vorhandenen Seitenneigung des Fahrzeugs nur noch eine geringe Beschleunigung erforderlich ist, um das Fahrzeug zum Kippen zu bringen. Über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Auswerteschaltung kennen dann entsprechende Insassenschutzvorrichtungen, wie z.B. Gurtstraffer, Airbag, Warnblinkanlage, Überrollbügel usw., rechtzeitig ausgelöst werden. Abhängig vom Aufbau der Auswerteschaltung können die Insassenschutzvorrichtungen auch zeitlich gestaffelt ausgelöst werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist das Gehäuse 10a des Sensors 11a als Hohlkugel ausgebildet, deren Innenraum 13a wiederum vollständig mit dem Gas 15 und der Flüssigkeit 14 gefüllt ist. Für die Auswahl des Gases 15 und der Flüssigkeit 14 gelten die bereits oben aufgeführten Kriterien. Während es beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 nur möglich war, einen Grenzwert zu erfassen, kann bei einer Kugel der Neigungs- bzw. Beschleunigungswert kontinuierlich oder quasikontinuierlich überwacht werden. Dazu sind auf einer gedachten Linie um die Kugel eine entsprechende Anzahl von Reflexlichirschranken 19a angeordnet, deren Anzahl der Genauigkeit des Meßverfahrens entspricht. Sollten die Reflexlichtschranken 19a nicht nahe genug an der Kugeloberfläche angeordnet werden können, so können auch optische Lichtleiter 22 zur Übermittlung der optischen Strahlung verwendet werden.
Wird das Gehäuse 10a um den Bezugspunkt 20a gedreht, oder wird eine Querbeschleunigung auf das Gehäuse 10a ausgeübt, so bewegt sich die Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit stets senkrecht zur Richtung der resultierenden Beschleunigung, die auf die Kugel ausgeübt wird. Dadurch wandert immer die Grenzschicht von einer Reflexlichtschranke 19a zur nächsten. Wird eine zusätzliche Lichtquelle 23 dezentral oder im Innern des Gehäuses 10a angeordnet, so wird jedes Passieren der Grenzfläche an einer Reflexlichtschranke 19a wegen des unterschiedlichen Reflexionsverhaltens des Gases und der Flüssigkeit eindeutig erkannt. Das unterschiedliche Reflexionsverhal-en wird durch die unterschiedlichen Brechzahlen von Gas und Flüssigkeit hervorgerufen.
Der Sensor 11 kann bei Kraftfahrzeugen und auch bei z.B. Flugzeugen eingesetzt werden. Er ist überall dort verwendbar, wo eine Verkippung bzw. Beschleunigung einfach und kostengünstig ermittelt werden soll.

Claims

Ansprüche
1. Sensor (11) zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Fahrzeugen, der bei Abweichung von einer vorgeschriebenen Fahrsituation des Fahrzeugs ein Steuersignal abgibt und eine außerhalb des Massemittelpunktes elastisch verankerte seismische Masse (14 , 15) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) aus einem mit zwei als seismische Masse dienenden Medien (14 , 15) vollständig gefüllten Hohlkörper (10) besteht, deren spezifische Gewichte unterschiedlich groß sind und die weder miteinander chemisch reagieren noch sich ineinander lösen, und daß mit Hilfe eines auf der Brechung oder Reflexion arbeitenden optischen Verfahrens ein Steuersignal gewonnen wird, das wenigstens dem Lagewinkel zum Scheinlot und/oder der Winkelbeschleunigung des Fahrzeugs entspricht.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Medium eine Flüssigkeit (14) und das andere Medium ein Gas (15) ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Voiumenanteile der beiden Medien unterschiedlich groß sind.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne., daß der Hohlkörper eine Kugel (10a) ist.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper ein Kegel (10) ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper eine Pyramide ist.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper aus einem lichtdurchlässigen Material besteht.
8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Steuersignals zusätzliche Insassenschutzeinrichtungen, wie Airbag, Gurtstraffer, Zentralverriegelung und Gurtverriegelung usw., ausgelöst werden können.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe mehrerer Auslösestufen verschiedene Insassenschutzeinrichtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgelöst werden.
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