WO2006010753A1 - Kraftsensor - Google Patents

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WO2006010753A1
WO2006010753A1 PCT/EP2005/053620 EP2005053620W WO2006010753A1 WO 2006010753 A1 WO2006010753 A1 WO 2006010753A1 EP 2005053620 W EP2005053620 W EP 2005053620W WO 2006010753 A1 WO2006010753 A1 WO 2006010753A1
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WO
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force sensor
carrier body
optical waveguide
sensor
light
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/053620
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Tyroller
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35383—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0136—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to actual contact with an obstacle, e.g. to vehicle deformation, bumper displacement or bumper velocity relative to the vehicle

Definitions

  • the invention relates to a force sensor which is suitable for detecting a force which can act on it distributed over a larger geometric range.
  • force sensors can be used, for example, in a pinch protection device of windows of vehicles or revolving doors, in devices for vehicle occupant recognition or also in the form of foot mats for object protection. In the future, such force sensors will also be increasingly used as impact sensors in pedestrian protection systems in front of vehicles.
  • a particularly high risk of injury to a pedestrian in the event of a collision with a vehicle is a very small distance between a typically easily deformable bonnet and a rigid engine block.
  • the arrangement of more and more electronic components in the area of the engine compartment and a very compact design Vehicles have the result that the engine compartment is tightly packed with very rigid bodies.
  • the high risk of strong Kopfverlet ⁇ tongues if this up with his head on the hood bounces and thus comes in contact with the components located under the Mo ⁇ torhaube.
  • a sufficiently large distance between the engine hood and the engine components arranged thereunder of, for example, more than 10 cm can greatly reduce the risk of injury, since the engine hood can absorb enough energy as a result of the deformation and can thus brake the pedestrian comparatively gently.
  • the sheaths of the Lichtlei ⁇ teran extract are provided with a serrated inner profile, which is to ensure that the fiber optic cable is immediately wavy in a Zu ⁇ sammen elevate the envelope and the light is scattered in the light-guiding fiber in the environment.
  • the object of the invention is to create a force sensor which is simple and versatile.
  • the object is solved by the features of the independent claim.
  • Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by a force sensor which has an elastically deformable carrier body and a Lichtwel ⁇ lenleiter which is arranged spirally and is coupled along a portion of the spiral arrangement with the Collins ⁇ body. He is particularly tight gerintelligence coupled with the Trä ⁇ .
  • the invention is based on the finding that by the application of a bilateral force to both the carrier body and then the Lichtwellenlei ⁇ the curvature of the optical fiber ter changes, which as ⁇ derum of Lichtwel ⁇ leads to a change of the optical attenuation lenleiters and thus metrologically can be detected.
  • the force sensor Due to the pitch of the spiral arrangement of the Lichtwel ⁇ lenleiters, so the axial distance between two adjacent Win ⁇ tions of the spiral, a minimum and a maximum bending ⁇ tion of the optical waveguide can be dimensioned so that in the force to be detected, the optical fiber in ei ⁇ On the other hand, the minimum allowable bending radius of the optical fiber is not undershot.
  • the carrier body can be easily achieved er ⁇ that the optical waveguide can be compressed only perpendicular to the longitudinal axis of the spiral winding.
  • low-cost standard optical waveguides can be used and there is no special ⁇ le aftertreatment, such as roughening the Ober ⁇ surface of the optical waveguide, necessary.
  • the force sensor has an axially symmetrical sensitivity, to the longitudinal axis of the spiral of the optical waveguide, with the result that the sensor can be installed very easily.
  • the carrier body is cylindrical and the optical waveguide is wound spirally around the carrier body or embedded in the carrier body.
  • the force sensor can be made particularly simple and the carrier body can additionally be used as a winding medium.
  • the carrier body has a cylindrical recess, on the wall of which the optical waveguide rests in a spiral shape or is spirally embedded in the region of the carrier body of the optical waveguide adjoining the wall.
  • the carrier body can thus additionally assume a protective function for the optical waveguide against mechanical damage.
  • the carrier body is a hose.
  • the carrier body comprises foam.
  • the carrier body has a core material with high rigidity. So the dynamics of the measuring signal and the maximum bend radius in the relevant Kraftmessbe ⁇ can be adjusted simply rich addition.
  • the optical waveguide is bifilar spirally arranged. This has the advantage that the light coupling can take place ⁇ an adjacent to the light outcoupling and so ⁇ with no external light feedback is necessary and a light source and a light receiver can be arranged compactly ange ⁇ to each other. In addition, the sensitivity of the force sensor can also be increased in this way.
  • the force sensor is used as a crash sensor for detecting a collision of a vehicle with an obstacle.
  • FIG. 1 shows a vehicle with a force sensor
  • FIGS. 2a and 2b show a cross section and a longitudinal section through a first embodiment of the force sensor in a relaxed state
  • FIGS. 3a and 3b show the first embodiment of the force sensor in a state applied with a predetermined force
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the force sensor
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the force sensor
  • Figures 6a and 6b shows a cross section and a longitudinal section through a fourth embodiment of the force sensor
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through a fifth embodiment of the force sensor.
  • a vehicle 1 (FIG. 1) has a bumper 3.
  • the vehicle moves in a direction indicated by an arrow V toward an obstacle 5, which is in particular a pedestrian.
  • the vehicle includes an impact sensor 9 which is located in the Bumper 3 is arranged.
  • the impact sensor 9 is preferably arranged in a groove of the bumper in such a way that it is deformed when the obstacle 5 strikes the bumper ⁇ catcher 3.
  • the crash sensor extends so Credit ⁇ Trains t along the entire width of the vehicle in the shock ⁇ catcher 3.
  • the impact sensor 9 is associated with an evaluation unit which is designed for a generating ent ⁇ speaking actuating signals for the impact sensor 9 and the an ⁇ whose is designed to evaluate the measurement signals of the An ⁇ impact sensor. 9
  • FIGS. 2a and 2b A first embodiment of the impact sensor 9 is shown with reference to FIGS. 2a and 2b.
  • Figure 2a shows a cross-section through the impact sensor ⁇ 9.
  • Figure 2b shows a longitudinal section through the shock sensor 9.
  • the impact sensor 9 comprises a tube 11, is wrapped around the spirally a Lichtwel ⁇ lenleiter. 13
  • a pitch GS of the spiral of the optical waveguide 13 can be easily adapted to a desired dynamic of the measuring signal of the optical waveguide or to a mi ⁇ nimal permissible radius of curvature of the optical waveguide.
  • the optical waveguide may be, for example, a fiber optic cable.
  • the hose 11 is preferably made of rubber or other suitable elastic material. Due to the geometry of the tube 11, so for example its wall thickness and by the material properties of the tube 11, the sensitivity and dynamics of the force ⁇ sensor can be easily adjusted to changes in the force acting on it.
  • the tube 11 is made of rubber.
  • the impact sensor is further associated with a light-emitting element, via the light at a coupling point 15 is ⁇ coupled. Furthermore, a light-receiving element is provided see that receives the light that exits at a coupling point 17 of the optical waveguide 13, and generates a corresponding measurement signal.
  • the light-emitting element can play, be a light emitting diode with ⁇ .
  • the light-receiving ele ⁇ ment can be for example a photodiode.
  • FIGS. 3a and 3b corresponding sections to FIGS. 2a and 2b are shown under the action of a force which is characteristic of the collision with the obstacle 5.
  • the sensor is deformed as shown in FIGS. 3a and 3b.
  • the deformation changes the curvature of the optical waveguide.
  • This leads to a changed damping behavior ge ⁇ , since in the areas with a very small radius of curvature the angle of refraction is greater than the maximum leak angle for total reflection of the light and thuslichkop ⁇ -coupled light from the optical waveguide. 13
  • the light attenuation is determined depending on the coupled and the decoupled light. If the light attenuation exceeds a predefinable threshold value, a collision with the obstacle 5 is detected in the evaluation unit. Depending on the damping, other quantities can be derived, such as the force acting on the force sensor.
  • a second embodiment of the force sensor (FIG. 4) comprises a support body designed as a solid cylinder 19.
  • the solid cylinder 19 is preferably made of solid rubber or a foam.
  • the support body formed as a tube 11 comprises a core material 21 of high rigidity.
  • the stiffness of the core ⁇ material is preferably chosen so that it does not deform in the desired force measuring range of the force sensor substantially. It can thus be used for further adjustment of the desired measurement signal dynamics and the minimum permissible bending radius of the optical waveguide 13.
  • the tube constructed as a support body 11 ei ⁇ ne cylindrical recess 23, is applied spirally at the wall of the light waveguide. 13 It can also be spirally embedded in the region of the carrier body adjacent to the wall. The tube 11 thus also assumes a protective function for the optical waveguide 13.
  • the optical waveguide 13 is wound around the tube 11 in the form of a bifilar winding.
  • the optical waveguide 13 can also be wound back and forth several times.
  • All other embodiments may have a bifilar wound optical waveguide 13. Furthermore, a combination of the second or third embodiment with the fourth embodiment is also possible.
  • the force sensor is described by way of example for use as an impact sensor 9. However, it can also be used for example for detecting an obstacle in the windows of a motor vehicle or in revolving doors for a pinch protection system. It can also be used, for example, for vehicle occupant recognition, ie For example, as a pressure sensor in a seat of a car ⁇ seat. Furthermore, it can also be used for object protection, for example in the form of a step mat. In addition, it can also be used, for example, as a deformation sensor in a deformable body. In this case, the support body is preferably made of the same material as that in which the deformation sensor is to be placed. This gives, neglecting Lichtwel ⁇ lenleiter elasticity optimum adaptation to the Materi ⁇ al, whose deformation is to be detected, and it is so, for example, a temperature-independent measurement of deformation in foams easily.
  • the force sensor is preferably still provided with a plausiblehül ⁇ le, which is made for example of rubber or silicone ⁇ forms and provides protection against dirt, moisture, extraneous light and destruction of the sensor.
  • a plausiblehül ⁇ le which is made for example of rubber or silicone ⁇ forms and provides protection against dirt, moisture, extraneous light and destruction of the sensor.

Abstract

Ein Kraftsensor hat einen elastisch verformbaren Trägerkörper (11) und einen Lichtwellenleiter (13) , der spiralförmig angeordnet ist und entlang eines Bereichs der spiralförmigen Anordnung mit dem Trägerkörper gekoppelt ist. Der Kraftsensor kann als Anprallsensor zum Erfassen einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis eingesetzt werden.

Description

Beschreibung
Kraftsensor
Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor, der zum Erfassen einer Kraft geeignet ist, die verteilt über einen größeren geometrischen Bereich auf ihn einwirken kann. Derartige Kraftsensoren können beispielsweise eingesetzt in einer Einklemm-Schutz-Vorrichtung von Fenstern von Fahrzeugen oder Drehtüren sein, in Vorrichtungen zur Fahrzeug- Insassenerkennung oder auch in Form von Trittmatten zum Ob¬ jekt-Schutz. Zukünftig werden derartige Kraftsensoren auch vermehr als Anprallsensoren in Fußgänger-Schutz-Systemen vor Fahrzeugen eingesetzt werden.
Untersuchungen haben gezeigt, dass ein hoher Anteil an Todes¬ fällen im Straßenverkehr Fußgänger betrifft. Aus diesem Grund sind Gesetzgebungsinitiativen im Gange, die zum Ziel haben, dass Vorrichtungen zum Schutz von Fußgängern im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug in modernen Kraftfahrzeugen ver¬ pflichtend vorgesehen sind.
Ein besonders hohes Verletzungsrisiko für einen Fußgänger stellt im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug ein sehr geringer Abstand zwischen einer typischerweise leicht ver¬ formbaren Motorhaube und einem starren Motorblock dar. Die Anordnung von immer mehr elektronischen Komponenten im Be¬ reich des Motorraums und sehr kompakt ausgebildete Fahrzeuge haben zur Folge, dass der Motorraum dicht bepackt ist mit sehr starren Körpern. Im Falle einer Kollision mit einem Fu߬ gänger besteht somit die hohe Gefahr von starken Kopfverlet¬ zungen, falls dieser mit seinem Kopf auf die Motorhaube auf- prallt und somit auch in Kontakt kommt mit den unter der Mo¬ torhaube befindlichen Komponenten.
Ein ausreichend großer Abstand zwischen der Motorhaube und den darunter angeordneten Motorkomponenten von beispielsweise über 10 cm kann hingegen das Verletzungsrisiko stark verrin¬ gern, da die Motorhaube durch die Verformung ausreichend viel Energie aufnehmen kann und den Fußgänger so vergleichsweise sanft abbremsen kann.
Um die Sicherheit für Fußgänger im Straßenverkehr zu erhöhen, hat sich beispielsweise die Vereinigung der Europäischen Au¬ tomobilhersteller (ACEA) gegenüber den Behörden der Europäi¬ schen Union verpflichtet, durch Maßnahmen im Fahrzeugbereich die Anzahl der Verkehrstoten im Bereich der Fußgänger bis zum Jahr 2010 zu halbieren. Eine Maßnahme hierfür ist die Kon¬ struktion von Fahrzeugen mit entsprechend beabstandeten Mo¬ torhauben. Aufgrund der geforderten Kompaktheit von Fahrzeu¬ gen ist dies jedoch häufig nicht möglich.
Zum Sicherstellen einer ausreichenden Dämpfung im Falle einer Kollision mit einem Fußgänger ist vorgeschlagen worden, im Falle eines erkannten Anpralls einer Person an das Fahrzeug die Motorhaube um mehr als 10 cm von ihrer Schließposition anzuheben, um so einen ausreichenden Verformungsbereich zu schaffen. Eine große Herausforderung für derartige Sicher¬ heitssysteme ist die Notwendigkeit, dass sie einerseits zu¬ verlässig sind, aber auch sehr kostengünstig sind.
Als Aktuator zum Anheben der Motorhaube ist beispielsweise aus einem Artikel der Fachzeitschrift "Automototive Engi- neer", April 2004, Seite 48 ff., bekannt, einen federbasier¬ ten Aktuator vorzusehen, dessen Feder vorgespannt ist und im Falle einer erkannten Kollision freigegeben wird, mit der Folge, dass die Motorhaube entsprechend angehoben wird. Dar¬ über hinaus sind jedoch auch aus dem oben genannten Artikel auch pyrotechnische Aktuatoren bekannt.
Aus der DE 100 23 588 Al ist ein Intrusionssensor zum Erfas¬ sen einer Unfallschwere bei einem Fahrzeug bekannt. Der Intrusionssensor umfasst eine erste und eine zweite Lichtlei¬ teranordnung. Die Lichtleiteranordnungen bestehen aus jeweils einem Glasfaserkabel, welches eine Ummantelung aus einem har¬ ten Kunststoff aufweist, einem lichtemittierenden Element und einem lichtaufnehmenden Element. Die Lichtleiteranordnungen sind axial beabstandet parallel zueinander angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen den Lichtleiteranordnungen mit ei¬ nem Schaumstoff gefüllt ist. Die Ummantelungen der Lichtlei¬ teranordnungen sind mit einem gezackten Innenprofil versehen, das sicherstellen soll, dass das Glasfaserkabel bei einem Zu¬ sammendrücken der Umhüllung sofort wellig wird und das Licht in der lichtführenden Glasfaser in die Umgebung ausgestreut wird.
Ferner ist in der DE 100 23 588 Al eine alternative Ausges¬ taltung des Intrusionssensors offenbart, bei der die licht¬ führende Glasfaser mit einer zusätzlichen Glasfaser umwickelt ist, welche einen deutlich geringeren Durchmesser als die lichtführende Glasfaser aufweist. Diese zusätzliche Glasfaser soll die Wirkung haben, dass bei einem Zusammendrücken der Umhüllung die lichtführende Glasfaser sofort wellig wird und das Licht der lichtführenden Glasfaser in die Umgebung ausge¬ streut wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftsensor zu schaf¬ fen, der einfach ist und vielseitig einsetzbar ist. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch einen Kraftsensor, der einen elastisch verformbaren Trägerkörper und einen Lichtwel¬ lenleiter hat, der spiralförmig angeordnet ist und entlang eines Bereichs der spiralförmigen Anordnung mit dem Träger¬ körper gekoppelt ist. Er ist insbesondere fest mit dem Trä¬ gerkörper gekoppelt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Einwirken einer bilateralen Kraft auf sowohl dem Trägerkörper als auch dann dem Lichtwellenlei¬ ter sich die Krümmung des Lichtwellenleiters ändert, was wie¬ derum zu einer Änderung der optischen Dämpfung des Lichtwel¬ lenleiters führt und somit messtechnisch erfasst werden kann. Durch die Ganghöhe der spiralförmigen Anordnung des Lichtwel¬ lenleiters, also dem axialen Abstand zweier benachbarter Win¬ dungen der Spirale, kann eine minimale und eine maximale Bie¬ gung des Lichtwellenleiters so bemessen werden, dass in dem zu erfassenden Kraftbereich sich der Lichtwellenleiter in ei¬ nem dynamischen Dämpfungsbereich befindet und zum anderen der minimal zulässige Biegungsradius des Lichtwellenleiters nicht unterschritten wird. Durch den Trägerkörper kann einfach er¬ reicht werden, dass der Lichtwellenleiter nur senkrecht zu der Längsachse der spiralförmigen Wicklung zusammengedrückt werden kann. So können preisgünstige Standard- Lichtwellenleiter eingesetzt werden und es ist keine speziel¬ le Nachbehandlung, wie zum Beispiel eine Aufrauung der Ober¬ fläche der Lichtwellenleiter, notwendig. Ferner weist der Kraftsensor eine axial symmetrische Empfindlichkeit auf, und zwar zu der Längsachse der Spirale des Lichtwellenleiters, mit der Folge, dass der Sensor sehr einfach eingebaut werden kann.
Darüber hinaus kann die Empfindlichkeit und Dynamik des Kraftsensors einfach durch die geeignete Anpassung der Spi¬ ral-Geometrie des Lichtwellenleiters oder der Eigenschaften des Trägerkörpers eingestellt werden. Ferner ist der Kraft¬ sensor auch für gekrümmte Sensierungs-Linien geeignet. Zusät- lich kann seine Empfindlichkeit räumlich unterschiedlich aus¬ gebildet werden durch zum Beispiel geeignete Anpassung der Ganghöhe oder auch des Materials des Trägerkörpers. Darüber hinaus ist der Kraftsensor unempfindlich gegenüber elektro¬ magnetischen Störungen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftsensors ist der Trägerkörper zylinderförmig und der Lichtwellenleiter ist spiralförmig um den Trägerkörper gewickelt oder in den Trä¬ gerkörper eingebettet. So kann der Kraftsensor besonders ein¬ fach hergestellt werden und der Trägerkörper kann zusätzlich als Wickelmedium eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftsen¬ sors hat der Trägerkörper eine zylinderförmige Ausnehmung, an deren Wandung der Lichtwellenleiter spiralförmig anliegt oder in dem an die Wandung angrenzenden Bereich des Trägerkörpers der Lichtwellenleiter spiralförmig eingebettet ist. Der Trä¬ gerkörper kann so zusätzlich eine Schutzfunktion für den Lichtwellenleiter gegenüber mechanischen Beschädigungen über¬ nehmen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin¬ dung ist der Trägerkörper ein Schlauch. So ist der Trägerkör¬ per besonders kostengünstig und es ergibt sich ein weitgehend linearer Zusammenhang zwischen der auf den Lichtwellenleiter ausgeübten Kraft und einem Messsignal des Lichtwellenleiters.
Wenn der Trägerkörper hingegen keine Ausnehmung hat, die mit Gas, so insbesondere Luft, befüllt ist hat dies demgegenüber den Vorteil, dass das Messsignal unabhängig ist von dem Gas¬ druck und die Übertragungscharakteristik der Kraft auf das Messsignal des Lichtwellenleiters einen größeren Dynamikbe¬ reich abdeckt .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Trägerkörper Schaumstoff.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der Trägerkörper ein Kernmaterial mit hoher Steifigkeit. So kann einfach zusätzlich die Dynamik des Messsignals und des maximalen Biegungsradius in dem relevanten Kraftmessbe¬ reich eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kraft¬ sensors ist der Lichtwellenleiter bifilar spiralförmig ange¬ ordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Lichteinkopplung ein¬ fach benachbart zu der Lichtauskopplung erfolgen kann und so¬ mit keine externe Lichtrückführung notwendig ist und eine Lichtquelle und ein Lichtempfänger kompakt zueinander ange¬ ordnet sein können. Darüber hinaus kann so auch die Empfind¬ lichkeit des Kraftsensors erhöht werden.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn der Kraftsensor als Anprallsensor zum Erfassen einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis eingesetzt ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Fahrzeug mit einem Kraftsensor,
Figuren 2a und 2b einen Querschnitt und einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Kraftsensors in einem entspannten Zustand,
Figuren 3a und 3b die erste Ausführungsform des Kraftsensors in einem mit einer vorgegebenen Kraft beaufschlagten Zustand,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform des Kraftsensors,
Figur 5 eine dritte Ausführungsform des Kraftsensors,
Figuren 6a und 6b einen Querschnitt und einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform des Kraftsensors und
Figur 7 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform des Kraftsensors.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren¬ übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein Fahrzeug 1 (Figur 1) hat einen Stoßfänger 3. Das Fahrzeug bewegt sich in einer mit einem Pfeil V gekennzeichneten Rich¬ tung auf ein Hindernis 5 zu, das insbesondere ein Fußgänger ist. Das Fahrzeug umfasst einen Anprallsensor 9, der in dem Stoßfänger 3 angeordnet ist. Der Anprallsensor 9 ist bevor¬ zugt in einer Nut des Stoßfängers angeordnet und zwar so, dass er deformiert wird, wenn das Hindernis 5 auf den Sto߬ fänger 3 trifft. Der Anprallsensor erstreckt sich so bevor¬ zugt entlang der gesamten Breite des Fahrzeugs in dem Sto߬ fänger 3. Ferner ist dem Anprallsensor 9 eine Auswerteeinheit zugeordnet, die zum einen ausgebildet ist zum Erzeugen ent¬ sprechender Stellsignale für den Anprallsensor 9 und zum an¬ deren ausgebildet ist zum Auswerten der Messsignale des An¬ prallsensors 9.
Eine erste Ausführungsform des Anprallsensors 9 ist anhand der Figuren 2a und 2b dargestellt. Figur 2a zeigt einen Quer¬ schnitt durch den Anprallsensor 9. Figur 2b zeigt einen Längsschnitt durch den Anprallsensor 9. Der Anprallsensor 9 umfasst einen Schlauch 11, um den spiralförmig ein Lichtwel¬ lenleiter 13 gewickelt ist. Eine Ganghöhe GS der Spirale des Lichtwellenleiters 13 kann einfach an eine gewünschte Dynamik des Messsignals des Lichtwellenleiters oder auch an einen mi¬ nimal zulässigen Krümmungsradius des Lichtwellenleiters ange- passt werden. Der Lichtwellenleiter kann beispielsweise ein Glasfaserkabel sein. Der Schlauch 11 besteht bevorzugt aus Gummi oder einem anderen geeigneten elastischen Material. Durch die Geometrie des Schlauches 11, also beispielsweise seine Wanddicke und durch die Materialeigenschaften des Schlauchs 11 kann die Empfindlichkeit und Dynamik des Kraft¬ sensors auf Änderungen der auf ihn einwirkenden Kraft sehr einfach eingestellt werden. Bevorzugt ist der Schlauch 11 aus Gummi hergestellt.
Dem Anprallsensor ist ferner ein lichtemittierendes Element zugeordnet, über das Licht an einer Einkoppelstelle 15 einge¬ koppelt wird. Ferner ist ein lichtaufnehmendes Element vorge- sehen, das das Licht aufnimmt, das an einer Auskoppelstelle 17 des Lichtwellenleiters 13 austritt, und ein entsprechendes Messsignal erzeugt. Das lichtemittierende Element kann bei¬ spielsweise eine Leuchtdiode sein. Das lichtaufnehmende Ele¬ ment kann beispielsweise eine Photodiode sein.
In den Figuren 3a und 3b sind entsprechende Schnitte zu den Figuren 2a und 2b unter Einwirken einer Kraft dargestellt, die charakteristisch ist für die Kollision mit dem Hindernis 5. Durch diese Kraft verformt sich der Sensor wie in den Fi¬ guren 3a und 3b dargestellt. Durch die Verformung ändert sich die Krümmung des Lichtwellenleiters. Dies führt zu einem ge¬ änderten Dämpfungsverhalten, da in den Bereichen mit einem sehr kleinen Krümmungsradius der Brechungswinkel größer ist als der maximale Winkel für totale Reflektion des eingekop¬ pelten Lichts und somit Licht aus dem Lichtwellenleiter 13 entweicht. Dies hat eine Dämpfung des eingekoppelten Lichts zur Folge.
In der Auswerteeinheit 7 wird abhängig von dem eingekoppelten und dem ausgekoppelten Licht die Lichtdämpfung ermittelt . Wenn die Lichtdämpfung einen vorgebbaren Schwellenwert über¬ schreitet, wird in der Auswerteeinheit auf eine Kollision mit dem Hindernis 5 erkannt. Abhängig von der Dämpfung können auch weitere Größen abgeleitet werden, wie die Kraft, die auf dem Kraftsensor einwirkt.
Eine zweite Ausführungsform des Kraftsensors (Figur 4) um- fasst einen als Vollzylinder 19 ausgebildeten Trägerkörper. Der Vollzylinder 19 ist bevorzugt aus Vollgummi oder einem Schaumstoff hergestellt. In einer dritten Ausführungsform des Kraftsensors (Figur 5) umfasst der als Schlauch 11 ausgebildete Trägerkörper ein Kernmaterial 21 hoher Steifigkeit. Die Steifigkeit des Kern¬ materials ist dabei bevorzugt so gewählt, dass es sich in dem gewünschten Kraftmessbereich des Kraftsensors im wesentlichen nicht deformiert. Es kann so zur weiteren Einstellung der ge¬ wünschten Messsignaldynamik und des minimal zulässigen Bie¬ gungsradius des Lichtwellenleiters 13 eingesetzt werden.
In einer vierten Ausführungsform des Kraftsensors (Figuren 6a und 6b) hat der als Schlauch 11 ausgebildete Trägerkörper ei¬ ne zylinderförmige Ausnehmung 23, an deren Wandung, der Lichtwellenleiter 13 spiralförmig anliegt. Er kann auch in dem an die Wandung angrenzenden Bereich des Trägerkörpers spiralförmig eingebettet sein. Der Schlauch 11 übernimmt so auch eine Schutzfunktion für den Lichtwellenleiter 13.
Bei einer fünften Ausführungsform des Kraftsensors ist der Lichtwellenleiter 13 in Form einer bifilaren Wicklung um den Schlauch 11 gewickelt. Dabei kann der Lichtwellenleiter 13 auch mehrfach hin- und hergewickelt sein.
Auch alle anderen Ausführungsformen können einen bifilar ge¬ wickelten Lichtwellenleiter 13 aufweisen. Ferner ist auch ei¬ ne Kombination der zweiten oder dritten Ausführungsform mit der vierten Ausführungsform möglich.
Der Kraftsensor ist beispielhaft für eine Anwendung als An¬ prallsensor 9 beschrieben. Er kann jedoch auch eingesetzt werden beispielsweise zum Erfassen eines Hindernisses bei Fenstern eines Kraftfahrzeugs oder bei Drehtüren für ein Einklemm-Schutzsystem. Er kann ferner beispielsweise einge¬ setzt werden für eine Fahrzeug-Insassenerkennung, also bei- spielsweise als Drucksensor in einer Sitzfläche eines Auto¬ sitzes. Ferner kann er auch eingesetzt werden für einen Ob¬ jektschutz, so zum Beispiel in Form einer Trittmatte. Darüber hinaus kann er beispielsweise auch als Deformations-Sensor in einem deformierbaren Körper eingesetzt werden. In diesem Fall ist bevorzugt der Trägerkörper aus dem gleichen Material wie das, in welchem der Deformations-Sensor platziert werden soll. Dadurch erhält man bei Vernachlässigung der Lichtwel¬ lenleiter-Elastizität eine optimale Anpassung an das Materi¬ al, dessen Deformation erfasst werden soll, und es ist so beispielsweise eine temperaturunabhängige Deformationsmessung in Schaumstoffen einfach möglich.
Ferner ist der Kraftsensor bevorzugt noch mit einer Außenhül¬ le versehen, die beispielsweise aus Gummi oder Silikon ausge¬ bildet ist und einen Schutz vor Schmutz, Nässe, Fremdlicht und vor Zerstörung des Sensors bietet.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftsensor, der einen elastisch verformbaren Trägerkörper und eine Lichtwellenleiter (13) hat, der spiralförmig ange¬ ordnet ist und entlang eines Bereichs der spiralförmigen An¬ ordnung mit dem Trägerkörper gekoppelt ist.
2. Kraftsensor nach Anspruch 1, bei dem der Trägerkörper zylinderförmig ist und der Lichtwel¬ lenleiter (13) spiralförmig um den Trägerkörper gewickelt o- der in den Trägerkörper eingebettet ist.
3. Kraftsensor nach Anspruch 1, bei dem der Trägerkörper eine zylinderförmige Ausnehmung (23) hat, an deren Wandung der Lichtwellenleiter (13) spiralförmig anliegt oder in dem an die Wandung angrenzenden Bereich des Trägerkörpers der Lichtwellenleiter (13) spiralförmig einge¬ bettet ist.
4. Kraftsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Trägerkörper ein Schlauch (11) ist.
5. Kraftsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Trägerkörper Schaumstoff umfasst.
6. Trägerkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Trägerkörper ein Kernmaterial (21) hoher Steifig¬ keit umfasst.
7. Kraftsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Lichtwellenleiter (13) bifilar spiralförmig ange¬ ordnet ist.
8. Kraftsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kraftsensor als Anprallsensor (9) zum Erfassen einer Kollision eines Fahrzeugs (1) mit einem Hindernis (5) eingesetzt ist.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5003636B2 (ja) 2008-08-28 2012-08-15 株式会社デンソー 車両用衝突検知装置
DE102009015998B4 (de) * 2009-04-02 2014-12-11 Grammer Aktiengesellschaft Sitz, insbesondere Fahrzeugsitz oder Kraftfahrzeugsitz, und Verfahren zum Erkennen einer Belegung eines derartigen Sitzes
DE102012020964B4 (de) * 2012-10-25 2022-02-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zur Erfassung eines Aufpralls
DE102014204866A1 (de) 2014-03-17 2015-09-17 Continental Automotive Gmbh Aufprallsensor mit triboelektrischem Effekt mit Zonen unterschiedlicher Elastizität für ein Kraftfahrzeug

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4724316A (en) * 1985-07-12 1988-02-09 Eldec Corporation Temperature independent fiber optic sensor
EP0288139A2 (de) * 1987-02-26 1988-10-26 The University Of Liverpool Faseroptischer Sensor
WO1991002221A1 (de) * 1989-08-10 1991-02-21 Thomas Richter Faseroptische sensorvorrichtung
DE10023588A1 (de) * 2000-05-13 2001-11-29 Bosch Gmbh Robert Intrusionssensor zur Erfassung einer Unfallschwere bei einem Fahrzeug

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4724316A (en) * 1985-07-12 1988-02-09 Eldec Corporation Temperature independent fiber optic sensor
EP0288139A2 (de) * 1987-02-26 1988-10-26 The University Of Liverpool Faseroptischer Sensor
WO1991002221A1 (de) * 1989-08-10 1991-02-21 Thomas Richter Faseroptische sensorvorrichtung
DE10023588A1 (de) * 2000-05-13 2001-11-29 Bosch Gmbh Robert Intrusionssensor zur Erfassung einer Unfallschwere bei einem Fahrzeug

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