WO2006042615A2 - Sensor zur messung einer auf eine oberfläche einwirkenden kraft und messverfahren dazu - Google Patents

Sensor zur messung einer auf eine oberfläche einwirkenden kraft und messverfahren dazu Download PDF

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WO2006042615A2
WO2006042615A2 PCT/EP2005/010337 EP2005010337W WO2006042615A2 WO 2006042615 A2 WO2006042615 A2 WO 2006042615A2 EP 2005010337 W EP2005010337 W EP 2005010337W WO 2006042615 A2 WO2006042615 A2 WO 2006042615A2
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deflection
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PCT/EP2005/010337
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Manfred Brandl
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Austriamicrosystems Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/002—Seats provided with an occupancy detection means mounted therein or thereon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/04—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs
    • G01L1/044—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs of leaf springs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators

Definitions

  • the invention relates to a sensor with which a force acting on a yielding surface, such as a weight force can be determined. Such a determination can be made for example in a balance.
  • a measurement signal of lower accuracy is required, which can be provided with technically simple means or with a simple sensor.
  • a known application for such a weight sensor for example, occupancy sensors in the seats of motor vehicles, which are mandatory from the year 2006 in the United States of America for newly registered vehicles obligatory. With the aid of these sensors, the triggering of the airbag is suppressed if infants, toddlers or generally too small persons are on the front seat.
  • Such devices commonly referred to as “passenger occupant detection (POD)" systems, may also include such weight or strain detectors in the vehicle seats.
  • Known sensors which are already used as POD systems, are pressure-sensitive mats that are equipped with resistive or capacitive sensors. Also known are pressure or train sensors, which are installed in the suspension of the seats. Strainstrips and magnetostrictive or piezoelectric materials have already been used for such sensors, for example.
  • a disadvantage of the Solutions have been that they are either complex to rea ⁇ l are or unreliable or too inaccurate work.
  • Object of the present invention is therefore to provide a sensor for determining a force acting on a surface force, which is simple in construction and reliably provides a sufficiently accurate measurement signal.
  • the basic idea of the invention is to counteract the force acting on the surface by a suspension as a restoring force and to determine the deflection of the surface as a result of the action of the force.
  • a further principal aspect of the invention is to convert the deflection in the Z direction oriented vertically to the surface into a deflection in a direction extending transversely thereto, for example in the X direction. This is achieved by means of a fixed at one end spring rod which is mechanically connected to the surface or the suspension. A deflection of the subsequent surface then leads to a deflection of the spring rod, which is maximum at the free end of the spring rod.
  • the free end of the spring bar is part of a sensor system, which includes a sensor element. When the spring bar is deflected, the position of its free end changes relative to the sensor element.
  • the sensor according to the invention has the advantage that it is substantially aligned parallel to the surface and so on can be realized with low height.
  • the spring rod attached to one end a reinforced interpretation of the end of the spring rod is obtained.
  • the sensor has a relatively simple "mechanism" which converts the acting force into a deflection or movement detectable for the sensor element, the conversion with or without translation into a smaller or larger signal (deflection).
  • the sensor element is designed such that it outputs a measured value which is dependent on the relative position of the free end of the spring rod relative to the sensor element.
  • the sensor element is designed as an inductive sensor element. It includes e.g. a spool in which the end of the spring bar is movably disposed along the major axis of the spool. In this case, at least the free end of the spring bar comprises a magneti ⁇ cal material. It is also possible to form the entire spring rod of magnetic material, for example, full iron. The end of the spring rod then represents, for example, the magnetic core of the coil. It is possible to provide the coil additionally with a sensor element enclosing the shell core.
  • the inductance of the coil is influenced.
  • One applied to the coil winding Current for example, an alternating current sets the coil then a dependent on the position of the spring rod end Wider ⁇ contrary.
  • the control of the sensor element or the Beauf ⁇ suppression of the magnetic coil with a measuring current takes place with an electrical circuit which is electrically connected to the sensor element.
  • This circuit is designed, for example, as a signal processor and supplies a measurement signal that is dependent on the value of the inductance of the sensor element.
  • the electrical circuit it is possible to design the electrical circuit in such a way that the measurement signal obtained is in a linear dependence on the deflection of the surface, that is, the electrical circuit effects a linearization of the overall non-linear sensor system.
  • the electrical circuit may be connected to a microprocessor.
  • the latter can process the measurement signal alone or optionally in mathematical connection with other measured values. This can be converted, for example, into an actual value and compared with a predetermined desired value.
  • This Soll ⁇ value for example, represent a threshold, when exceeded, a switching operation is triggered in an electrical device.
  • a simple diagnostic device for an inductive sensor can comprise a magnetic diagnostic core, which is moved with an electromechanical actuator and acts on the inductance of the sensor element as a function of the relative position between sensor element and diagnostic core.
  • a linear guide with two stops is provided for the diagnostic core, which represent two defined relative positions of the diagnostic core relative to the sensor element.
  • the diagnostic core is at least partially movable into and out of the coil of the sensor element.
  • the two defined relative positions are then assigned to defined induction values of the sensor element or defined changes in inductance.
  • the inductance of the sensor element can be determined for the two defined relative positions of the diagnostic kernel.
  • the diagnostic cycle is performed at defi ⁇ nierter relative position between the end of the spring rod and the sensor element. It can then be assumed, for example, of a defined inductance, in which no force acts on the surface and, accordingly, no deflection of the spring rod takes place.
  • the diagnostic cycle it is also possible to start the diagnostic cycle at an arbitrary deflection and therefore at any arbitrary inductance value of the coil determined by the end of the spring rod. Since the inductance does not change linearly with the relative position, the diagnosis change achieved by the diagnostic cycle is dependent on the initial value in a non-linear function.
  • This non-linear function can be defined in an allocation table which determines the final value depending on the inductive output value, that of the inductance change by the moving diagnosis kernel equivalent.
  • the diagnostic device then checks whether the inductance change achieved with the diagnostic core is within the range of a desired or tolerable value range.
  • the diagnostic cycle indicates that the change in inductance lies outside the tolerance range
  • safety-relevant switching functions can be stopped or a switching state can be set which ensures maximum safety even when the sensor is not functioning. For example, if the sensor is used to detect a person sitting on a motor vehicle seat to release the deployment of the airbag in an accident, the diagnostic device detecting a malfunction of the sensor can suppress the deployment of the airbag to avoid endangering children who may have been seated unrecognized on the vehicle seat as such.
  • the use of the sensor according to the invention in a motor vehicle vehicle seat has the advantage that it can be mechanically connected in a particularly simple manner to the suspension of the vehicle seat present there.
  • the connection with the suspension can be made for a single spring bar in several different locations.
  • a multi-arm connection element can be used. In this way, it is possible to detect the deflection of the surface at different points with a single spring rod and thus with a single sensor element.
  • the connecting element is suitably rigid, it is possible to average over different deflections and thus to deduce an average load or an average force acting on the surface.
  • connection points of the connecting element with the spring can be distributed over the surface so that it is finally detected at the points which corresponds to a normal load by a person sitting on the seat. In this way it is avoided that a person-untypical weight profile, as it corresponds, for example, to a heavy, flat load which, for example, only loads the seat in marginal areas, leads to a false detection of a person.
  • FIG. 1 shows in cross-section the interaction of a deflected surface with a sensor according to the invention
  • FIG. 2 shows a variant of the sensor with force deflection
  • FIG. 3 shows a first application example of the sensor in a vehicle seat
  • 4 shows an application in the vehicle seat with Kraftmitte ⁇ ment
  • FIG. 5 shows the connection of the spring bar with the suspension via a multi-arm connecting element in plan view
  • FIG. 6 shows the force averaging with the aid of a connecting element
  • FIG. 7 shows a sensor element together with a diagnostic device in cross section
  • FIG. 8 shows schematically a functional block for operating and evaluating the sensor.
  • FIG. 1 shows the function of the sensor according to the invention on the basis of a schematic sketch.
  • a force EK acts, which is to be determined with the sensor according to the invention.
  • the acting force EK counteracts a suspension F with a restoring force RK.
  • a spring bar FS is fixed at one end relative to an outer reference system. The free end of the spring bar is movable. In a position remote from both ends of the spring bar FS, the spring bar with the surface OF or alternatively with the suspension F is connected so that a deflection of the surface OF leads to a deflection AL of the spring bar.
  • the connection can be made directly or with the aid of a connecting element VE.
  • the one-sided attachment of the spring bar leads einwir ⁇ kender force EK to a deflection of the free end of the Fe ⁇ rod, which performs a relative movement RB along dargestell ⁇ th double arrow. Also with the reference system BS is firmly connected to a sensor element SE, which changes its relative position to this by the relative movement RB of the spring rod end.
  • the connection of the spring bar FS with the surface OF or the suspension F can take place with the aid of a connecting element VE.
  • FIG. 2 a further possible embodiment for the sensor is indicated.
  • the deflection AL of the spring bar is converted at a middle position into a transverse relative movement RB of the free end of the spring bar.
  • the free end of the spring rod FS is movable in a guide, preferably within the sensor element SE, which makes possible only a relative movement RB transversely to the deflection.
  • This variant has the advantage that also deflections AL with their vertical component are detected, which do not act exclusively vertically against the orientation of the spring rod FS.
  • FIG. 3 shows an advantageous application of a sensor according to the invention in the padded seat of a motor vehicle.
  • a Fede ⁇ tion F which is formed for example in the form of flat zig-zag springs which are parallel to the surface OF and connected to a rigid outer reference frame BS, for example with the linkage of the seat are.
  • a spring bar FS is also connected on one side.
  • the other "free" end of the spring bar is located in the guide of a sensor element SE, which is likewise connected to the reference frame BS or the linkage of the seat Connected to suspension F.
  • An acting Force EK leads to a deflection of the suspension F and thus to a deflection of the spring rod FS.
  • the free end of the spring bar located in the guide of the sensor element SE carries along a relative movement RB transversely to the acting force and thereby changes its relative position to the sensor element SE.
  • FIG. 4 shows a variant of the embodiment of FIG. 3, wherein the spring bar FS is connected to this or here preferably to the spring F by means of a multi-arm connecting element VE at a plurality of points distributed over the surface OF of the seat.
  • the connecting element is rigidly formed aus ⁇ and provides a deflection of the spring bar, which is an averaging of the deflection of the two attachment points BPL and BP2.
  • FIG 6 the averaging of these deflections is illustrated by a simple diagram. Shown is a first deflection ALI and a second deflection AL2, which is much lower. An averaging between these two deflections leads to a mean deflection ALM which corresponds approximately to the deflection of the center between the two deflections ALI and AL2 represented by arrows. Averaging is carried out by connecting the end points of the two deflections via the rigid connecting element VE, whereby the connection with the spring rod takes place at point M.
  • FIG. 5 shows a possible embodiment of such a fastening on the basis of a schematic plan view.
  • the rigid reference system BS is represented by the frame of the seat, on which the suspension F, which is designed here in the form of flat zig-zag springs, is fastened.
  • the spring rod FS is one-sided (left) with the reference system or the Linkage of the seat connected.
  • the sensor element SE is also connected to the reference frame BS.
  • the connecting element VE is formed here as a four-armed spider, which is connected in the middle with the spring rod. At the ends of the arms of the connecting element VE this is connected at four points with the suspension F.
  • the connecting element VE can be made of plastic, for example. It has the highest possible rigidity against bending out of the plane of the springs or arms and also low rigidity within this plane.
  • the connecting element VE is designed so that it can be connected both at the end of the arms in a simple manner with the suspension as well as in the middle with the Feder ⁇ rod, for example by clip elements which surround the spring rod and each other can engage.
  • FIG. 7 shows a sensor element SE with a connected diagnostic device DE in schematic cross section.
  • the sensor element SE is designed as an electromagnetic coil. It comprises a winding W, which is wound up on a wound body WK. Inside the winding body WK or the winding, the end of the spring rod FS is free to move and there can perform a first relative movement RBl parallel to the magnetic main axis of the coil.
  • the coil is preferably embedded in a magnetic shell core SK, for example in a two-part ferrite shell core, in order to improve and stabilize the magnetic properties of the coil.
  • the diagnostic device DE is connected to the sensor element SE ange ⁇ . It includes an actuator AK, which has a diagnostic core DK can move relative to the sensor element SE, which can perform ei ⁇ ne relative movement RB2 along the plotted Doppel ⁇ arrow.
  • the diagnostic core DK is likewise formed from a ferromagnetic material.
  • a first stop which limits the movement of the diagnostic core DK into the coil.
  • a second stop may be provided for the diagnostic core DK in the interior of the actuator in order to define a second relative position.
  • the diagnostic core it is also possible for the diagnostic core to center itself in the interior of the actuator or in the manet field of the diagnostic coil and thus to assume a defined position outside the measuring coil or to provide a defined contribution to the inductance of the sensor element, preferably a contribution 0.
  • the actuator is an electromechanical actuator, for example a further coil, which is capable of drawing the magnetic diagnostic core DK into the interior of the coil when exposed to a direct current.
  • one of the two relative positions, in which the diagnosis core is located on the two stops, represents the starting position, in which the core can be held by means of a nonmagnetic coil spring.
  • the diagnostic core is held by the coil spring, which extends inside the hollow diagnosis core, the left stop and so fixed in this relative position.
  • the electromechanical actuator AK is designed as a magnetic coil, it is preferably likewise embedded in a magnetic shell core. Not shown in the figure 7 is a non-magnetic housing, are arranged in the sensor element and actuator together.
  • the spring rod is formed overall from a ferromagnetic material, for example from a full iron leaf spring.
  • the spring bar FS is provided with a KunststoffStuffUmhüllung, which may have a profiling, for example, an I-shaped profile in cross section. This profile can define the flexibility or flexibility of the spring rod FS and also facilitate the connection to the connecting element.
  • the spring rod can for this purpose have a corresponding shape suitable for the connection, for example a recess within the plastic jacket.
  • FIG. 8 shows a functional block in which the activations of the sensor element SE and the evaluation of the sensor signals and the connection to electrical devices are shown schematically.
  • the sensor element SE embodied, for example, as a coil is charged with a current via an electrical circuit ES, which is implemented in a signal processor, in order to generate a magnetic field within the coil.
  • the inductance of the coil is within the electrical circuit ES determined and converted into an electrical Messsig ⁇ nal, which is supplied to a micro-controller MC.
  • the electrical circuit ES or the signal processor is thermally coupled to the sensor element SE, so that a thermal compensation of the temperature-dependent change in inductance of the sensor element SE can be made. This enables the integration of a thermosensor which is thermally connected to the sensor element.
  • W thermosensor which is thermally connected to the sensor element.
  • the effect of the temperature on the measuring signal in the electrical circuit ES or in the micro-controller MC can then be compensated.
  • the measurement signal obtained can also be linearized within the electrical circuit ES, so that the measurement signal is linearly dependent on the force EK to be determined or on the deflection AL caused by it.
  • the micro-controller MC may link the measurement signal to measurements from other sources, compare it to a predetermined setpoint and, as a result of the comparison, provide a logical parameter "true” or "false".
  • a circuit may or may not be performed in an electrical device EE.
  • the electrical device can control, for example, an airbag. With the gear Wennvor ⁇ the triggering of the airbag can be prevented in the event that the vehicle seat is either not charged at all, so that the airbag does not have to trigger. In the case of a low stress, for example by a child, the triggering of the airbag is to be prevented for safety reasons. In the case of a non-typical load on the surface and thus a non-typical deflection of the surface, can also be dispensed with the triggering of the airbag in the event of a crash.
  • the microcontroller MC may also control the diagnostic device DE.
  • the controller specifies the diagnostic cycle in which a diagnosis of the sensor element SE is performed.
  • the diagnostic cycles can be within specified time intervals respectively. However, it is also possible to adapt the diagnostic cycles to further operating parameters of the vehicle, since a person once detected on the vehicle seat leads to a valid setting of the airbag settings over the entire driving time or distance.
  • the microcontroller actuates the diagnostic device or the movement of the diagnostic core, determines the inductance change triggered thereby, compares this with the desired value and generates information about the desired switching operation of the electrical device EE.
  • the microcontroller MC may also include a look-up table in that each inductance value supplied by the sensor element SE is assigned a dependent inductance change on the basis of the diagnostic cycle. This makes it possible to determine the diagnosis even when the spring rod is deflected and thus at a different inductance value from the starting point.
  • FIG. 8 illustrates only the connections between the elements.
  • the elements are preferably connected to a bus system via which the entire information exchange and the data flow takes place.
  • the invention could be illustrated only by means of a few embodiments, it is not limited to these.
  • the invention can also be applied in scales. It is also within the scope of the invention to supply the height of the force acting on the surface directly without deflecting the deflection from a vertical deflection into a horizontal deflection with an inductive sensor element.
  • the deflection of the deflection from a vertical to a horizontal relative movement can be detected with any sensor element SE and has the advantage that the height of the overall system by the sensor element is not ver ⁇ enlarged and the horizontal relative movement along the axis can be performed along which sufficient space is available.
  • the ef ⁇ fective amount of deflection can be changed and typically reduced by the deflection. At the same time, an at least partial linearization can take place via the deflection.
  • a change in the measurement accuracy or the range of the measured values obtained can also be achieved by dimensioning the number of windings when an inductive sensor element is used. If the sensor according to the invention is used for applications in which strongly differing forces are to be determined, the measuring range can be switched over by applying additional windings to the coil. It is therefore advantageous to provide the coil with a plurality of windings which individually or in any combination can be connected in parallel with current and thus affect the inductance of the coil.
  • An inductive sensor according to the invention can provide a temperature-compensated and thus temperature-independent measurement signal, can be implemented in a spatially small manner and supplies a force to be determined with a linear measurement signal with an adjustable measurement range.

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Abstract

Zur Bestimmung einer auf eine nachgebende Oberfläche (OF) einwirkenden Kraft (EK) ist eine Federung (F) vorgesehen, die der einwirkenden Kraft eine Rückstellkraft entgegensetzt. Fest mit der Federung oder der Oberfläche verbunden ist ein Federstab (FS), der an einem Ende fixiert ist, und dessen anderes Ende bei Einwirkung der Kraft eine Relativbewegung relativ zu einem Sensorelement (SE) erzeugt. Das Sensorelement kann in einfacher Weise als magnetische Spule ausgebildet sein, in deren Inneren sich das Ende des magnetischen Federstabs bewegt und dabei die Induktivität der Spule verändert.

Description

Beschreibung
Sensor zur Messung einer auf eine Oberfläche einwirkenden Kraft und Messverfahren dazu
Die Erfindung betrifft einen Sensor, mit dem eine auf eine nachgebende Oberfläche einwirkende Kraft, beispielsweise eine Gewichtskraft bestimmt werden kann. Eine solche Bestimmung kann beispielsweise in einer Waage erfolgen. Es sind jedoch auch technische Anwendungen bekannt, bei denen ein Messsignal geringerer Genauigkeit erforderlich ist, welches mit tech¬ nisch einfachen Mitteln beziehungsweise mit einem einfachen Sensor zur Verfügung gestellt werden kann.
Ein bekannter Anwendungsfall für einen solchen Gewichtssensor sind zum Beispiel Anwesenheitssensoren in den Sitzen von Kraftfahrzeugen, die ab dem Jahr 2006 in den Vereinigten Staaten von Amerika für neu zugelassene Fahrzeuge verpflich¬ tend vorgeschrieben sind. Mit Hilfe dieser Sensoren wird die Auslösung des Airbags unterdrückt, wenn Säuglinge, Kleinkin¬ der oder generell zu kleine Personen sich auf den Vordersit¬ zen befinden. Solche allgemein als „passenger occupant detec- tion (POD) "-Systeme bezeichneten Vorrichtungen können auch solche Gewichts- oder Belastungsdetektoren in den Fahrzeug¬ sitzen umfassen.
Bekannte Sensoren, welche als POD-Systeme bereits Anwendung finden, sind druckempfindliche Matten, die mit resistiv oder kapazitiv wirkenden Sensoren ausgestattet sind. Bekannt sind auch Druck- oder Zugsensoren, die in die Aufhängung der Sitze eingebaut sind. Für solche Sensoren wurden beispielweise schon Dehnstreifen und magnetostriktive beziehungsweise pie¬ zoelektrische Materialien eingesetzt. Nachteilig an den be- kannten Lösungen ist, dass sie entweder nur aufwendig zu rea¬ lisieren sind oder unzuverlässig oder zu ungenau arbeiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Sensor zur Bestimmung einer auf eine Oberfläche einwirkenden Kraft anzugeben, der einfach aufgebaut ist und dabei zuverlässig ein ausreichend genaues Messsignal liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Messverfahren, das mit dem erfin¬ dungsgemäßen Sensor durchgeführt werden kann, sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Grundlegende Idee der Erfindung ist es, der auf die Oberflä¬ che einwirkenden Kraft eine Federung als Rückstellkraft ent¬ gegenzusetzen und die Auslenkung der Oberfläche infolge der Einwirkung der Kraft zu bestimmen. Ein weiterer prinzipieller Aspekt der Erfindung ist es, die Auslenkung in der vertikal zur Oberfläche ausgerichteten Z-Richtung in eine Auslenkung in eine quer dazu verlaufende Richtung, beispielsweise in X- Richtung zu überführen. Dies gelingt mit Hilfe eines an einem Ende fixierten Federstabs, der mit der Oberfläche oder der Federung mechanisch verbunden ist. Eine Auslenkung der nach¬ gebenden Oberfläche führt dann zu einer Auslenkung des Feder¬ stabs, die am freien Ende des Federstabs maximal ist. Das freie Ende des Federstabs ist Teil eines Sensorsystems, wel¬ ches ein Sensorelement umfasst . Bei Auslenkung des Federstabs ändert sich die Position seines freien Endes relativ zum Sen¬ sorelement .
Der erfindungsgemäße Sensor hat den Vorteil, dass er im we¬ sentlichen parallel zur Oberfläche ausgerichtet ist und so mit geringer Bauhöhe verwirklicht werden kann. Durch den an einem Ende befestigten Federstab wird eine verstärkte Ausle¬ gung des Endes des Federstabs erhalten. Weiterhin ist vor¬ teilhaft, dass der Sensor eine relativ einfache „Mechanik" aufweist, die die einwirkende Kraft in eine für das Sensor¬ element detektierbare Auslenkung oder Bewegung umsetzt, wobei die Umsetzung mit oder ohne Übersetzung in ein kleineres oder größeres Signal (Auslenkung) erfolgen kann. Das Sensorelement ist so ausgebildet, dass es einen Messwert ausgibt, der ab¬ hängig von der Relativposition des freien Endes des Feder¬ stabs relativ zum Sensorelement ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensor¬ element als induktives Sensorelement ausgebildet. Es umfasst z.B. eine Spule, in der das Ende des Federstab entlang der Hauptachse der Spule beweglich angeordnet ist. In diesem Fall umfasst zumindest das freie Ende des Federstabs ein magneti¬ sches Material. Möglich ist es auch, den gesamten Federstab aus magnetischem Material auszubilden, beispielsweise aus Volleisen. Das Ende des Federstabs stellt dann beispielsweise den magnetischen Kern der Spule dar. Möglich ist es dabei, die Spule zusätzlich mit einem das Sensorelement umschließen¬ den Schalenkern zu versehen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Sensorelement ebenso wie das fixierte Ende des Federstabs relativ zueinander fixiert sind, nach Möglichkeit so, dass die Auslenkung der Oberfläche ohne Einfluss auf die Position des Sensorelements ist.
Indem sich das freie Ende des Federstabs entlang der Haupt¬ achse der Spule als magnetischer Kern zumindest teilweise in die Spule hinein- und herausbewegt, wird die Induktivität der Spule beeinflusst . Einem an die Spulenwicklung angelegten Strom, beispielsweise einem Wechselstrom setzt die Spule dann einen von der Position des Federstab-Endes abhängigen Wider¬ stand entgegen.
Die Ansteuerung des Sensorelements beziehungsweise die Beauf¬ schlagung der magnetischen Spule mit einem Messstrom erfolgt mit einer elektrischen Schaltung, die mit dem Sensorelement elektrisch verbunden ist. Diese Schaltung ist beispielsweise als Signalprozessor ausgebildet und liefert ein Messsignal, das vom Wert der Induktivität des Sensorelements abhängig ist. Dabei ist es möglich, die elektrische Schaltung so aus¬ zuführen, dass das erhaltene Messsignal in einer linearen Ab¬ hängigkeit von der Auslenkung der Oberfläche steht, die e- lektrische Schaltung also eine Linearisierung des insgesamt nicht-linearen Sensorsystems bewerkstelligt.
Zur weiteren Auswertung des Messsignals kann die elektrische Schaltung mit einem Mikroprozessor verbunden sein. Dieser kann das Messsignal alleine oder gegebenenfalls in mathemati¬ scher Verknüpfung mit anderen Messwerten bearbeiten. Dieser kann beispielsweise in einen Istwert überführt werden und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen werden. Dieser Soll¬ wert kann beispielsweise einen Schwellwert darstellen, bei dessen Überschreiten ein Schaltvorgang in einer elektrischen Einrichtung ausgelöst wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sen¬ sor mit einer Diagnoseeinrichtung verbunden. Eine solche ist beispielsweise in all den Fällen erforderlich, in denen der Sensor sicherheitsrelevante Daten erfasst, bei denen ein Feh¬ ler in der Erfassung der Daten zu gefährlichen Situationen führen könnte . Eine einfache Diagnoseeinrichtung für einen induktiven Sensor kann erfindungsgemäß einen magnetischen Diagnosekern umfas¬ sen, der mit einem elektromechanischen Aktor bewegt wird und auf die Induktivität des Sensorelements in Abhängigkeit von der relativen Position zwischen Sensorelement und Diagnose¬ kern einwirkt. Vorzugsweise wird für den Diagnosekern eine lineare Führung mit zwei Anschlägen vorgesehen, die zwei de¬ finierte Relativpositionen des Diagnosekerns relativ zum Sen¬ sorelement darstellen. In der linearen Führung ist der Diag¬ nosekern zumindest teilweise in die Spule des Sensorelements hinein und hinaus bewegbar. Die beiden definierten Relativpo¬ sitionen sind dann definierten Induktionswerten des Sensor¬ elements beziehungsweise definierten Induktivitätsänderungen zugeordnet. In einem z.B. regelmäßig durchgeführten Diagnose¬ zyklus kann daher die Induktivität des Sensorelements für die beiden definierten Relativpositionen des Diagnosekerns be¬ stimmt werden. Vorzugsweise wird der Diagnosezyklus bei defi¬ nierter Relativposition zwischen dem Ende des Federstabs und dem Sensorelement durchgeführt. Es kann dann z.B. von einem definierten Induktivitätswert ausgegangen werden, bei dem keine Kraft auf die Oberfläche einwirkt und dementsprechend keine Auslenkung des Federstabs stattfindet.
Möglich ist es aber auch, den Diagnosezyklus bei einer belie¬ bigen Auslenkung und daher bei einem beliebigen durch das En¬ de des Federstabs bestimmten Induktivitätswert der Spule den Diagnosezyklus zu starten. Da sich die Induktivität nicht li¬ near mit der Relativposition ändert, ist die durch den Diag¬ nosezyklus erreichte Diagnoseänderung in einer nicht-linearen Funktion vom Ausgangswert abhängig. Diese nicht-lineare Funk¬ tion kann in einer Zuordnungstabelle festgelegt sein, die Ab¬ hängig vom induktiven Ausgangswert den Endwert vorgibt, der der Induktivitätsänderung durch den bewegten Diagnosekern entspricht. Die Diagnoseeinrichtung prüft dann, ob die mit dem Diagnosekern erreichte Induktivitätsänderung im Rahmen einer gewünschten bzw. tolerierbaren Wertebereichs liegt. Er¬ gibt der Diagnosezyklus, dass die Induktivitätsänderung au¬ ßerhalb des Toleranzbereiches liegt, können sicherheitsrele¬ vante Schaltfunktionen gestoppt werden beziehungsweise ein Schaltzustand eingestellt werden, der auch bei Nicht-Funktion des Sensors eine maximale Sicherheit gewährleistet. Wird der Sensor beispielsweise dazu benutzt, eine auf einem Kfz-Sitz sitzende Person zu detektieren, um die Auslösung des Airbags bei einem Unfall freizugeben, so kann die eine Fehlfunktion des Sensors detektierende Diagnoseeinrichtung die Auslösung des Airbags unterdrücken, um eine Gefährdung von Kindern zu vermeiden, die möglicherweise als solche unerkannt auf dem entsprechenden Fahrzeugsitz Platz genommen haben.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Sensors in einem Kfz- Fahrzeugsitz hat den Vorteil, dass er besonders einfach mit der dort vorhandenen Federung des Fahrzeugsitzes mechanisch verbunden werden kann. Die Verbindung mit der Federung kann für einen einzigen Federstab an mehreren unterschiedlichen Orten erfolgen. Dazu kann ein mehrarmiges Verbindungselement verwendet werden. Auf diese Weise gelingt es, mit einem ein¬ zigen Federstab und damit mit einem einzigen Sensorelement die Auslenkung der Oberfläche an unterschiedlichen Punkten zu erfassen. Ist das Verbindungselement geeignet starr, so kann über unterschiedliche Auslenkungen gemittelt werden und so auf eine mittlere Belastung beziehungsweise eine mittlere auf die Oberfläche einwirkende Kraft geschlossen werden. Dies hat auch den Vorteil, dass zu starke Auslenkungen des Endes des Federstabs vermieden werden, da stets eine Mittelung über die Auslenkungen der Oberfläche beziehungsweise der Federung an allen mit dem Federstab verbundenen Punkten gemittelt wird. Die Verbindungspunkte des Verbindungselements mit der Fede¬ rung können so über die Oberfläche verteilt sein, dass aus¬ schließlich an den Punkten detektiert wird, die einer norma¬ len Belastung durch eine auf dem Sitz sitzende Person ent¬ spricht. Auf diese Weise wird vermieden, dass ein personen- untypisches Gewichtsprofil, wie es beispielsweise einer schweren flachen Last entspricht, die den Sitz beispielsweise nur in Randbereichen belastet, zu einer fälschlichen Detekti- on einer Person führt .
Möglich ist es jedoch auch, im Fahrzeugsitz mehrere mit je einem Federstab verbundene Sensorelemente vorzusehen, die an unterschiedlichen Stellen mit der Federung oder der Oberflä¬ che des Sitzes verbunden sind, wobei die Summe aller Sensor¬ elemente ein von der zweidimensionalen Kraftverteilung und damit vom Ort der Belastung abhängiges Messsignal liefern.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert . Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausge¬ führt. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt im Querschnitt die Wechselwirkung einer ausge¬ lenkten Oberfläche mit einem erfindungsgemäßen Sensor,
Figur 2 zeigt eine Variante des Sensors mit Kraftumlenkung,
Figur 3 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel des Sensors in einem Fahrzeugsitz, Figur 4 zeigt eine Anwendung im Fahrzeugsitz mit Kraftmitte¬ lung,
Figur 5 zeigt die Verbindung des Federstabs mit der Federung über ein mehrarmiges Verbindungselement in der Draufsicht,
Figur 6 zeigt die Kraftmittelung mit Hilfe eines Verbindungs¬ elements,
Figur 7 zeigt ein Sensorelement samt Diagnoseeinrichtung im Querschnitt,
Figur 8 zeigt schematisch einen Funktionsblock zum Betreiben und Auswerten des Sensors.
Figur 1 zeigt anhand einer schematischen Skizze die Funktion des erfindungsgemäßen Sensors. Auf die Oberfläche OF, die starr oder verformbar sein kann, wirkt eine Kraft EK ein, die mit dem erfindungsgemäßen Sensor bestimmt werden soll. Der einwirkenden Kraft EK wirkt eine Federung F mit einer Rück¬ stellkraft RK entgegen. Ein Federstab FS ist an einem Ende relativ zu einem äußeren Bezugssystem fixiert. Das freie Ende des Federstabs ist beweglich. In einer von beiden Enden des Federstabs FS entfernten Position ist der Federstab mit der Oberfläche OF oder alternativ mit der Federung F so verbun¬ den, dass eine Auslenkung der Oberfläche OF zu einer Auslen¬ kung AL des Federstabs führt. Die Verbindung kann direkt oder mit Hilfe eines Verbindungselements VE erfolgen.
Die einseitige Befestigung des Federstabs führt bei einwir¬ kender Kraft EK zu einer Auslenkung des freien Ende des Fe¬ derstabs, der eine Relativbewegung RB entlang des dargestell¬ ten Doppelpfeils durchführt. Ebenfalls mit dem Bezugssystem BS fest verbunden ist ein Sensorelement SE, welches durch die Relativbewegung RB des Federstab-Endes seine Relativposition zu diesem ändert . Die Verbindung des Federstabs FS mit der Oberfläche OF oder der Federung F kann mit Hilfe eines Ver¬ bindungselements VE erfolgen.
Während in Figur 1 eine Relativbewegung parallel zur Auslen¬ kung AL des Federstabs FS führt, ist in Figur 2 eine weitere Ausführungsmöglichkeit für den Sensor angegeben. Hier wird die Auslenkung AL des Federstabs an einer mittleren Position in eine quer dazu verlaufende Relativbewegung RB des freien Endes des Federstabs umgewandelt. Dies wird dadurch ermög¬ licht, dass das freie Ende des Federstabs FS in einer Füh¬ rung, vorzugsweise innerhalb des Sensorelements SE beweglich ist, die nur eine Relativbewegung RB quer zur Auslenkung er¬ möglicht. Diese Variante hat den Vorteil, dass auch Auslen¬ kungen AL mit ihrer vertikalen Komponente erfasst werden, die nicht ausschließlich vertikal gegen die Ausrichtung des Fe¬ derstabs FS wirken.
Figur 3 zeigt eine vorteilhafte Anwendung eines erfindungsge¬ mäßen Sensors im gepolsterten Sitz eines Kraftfahrzeugs. Un¬ terhalb der Oberfläche OF des Sitzes findet sich eine Fede¬ rung F, die beispielsweise in Form flacher Zick-Zack-Federn ausgebildet ist, die parallel zur Oberfläche OF verlaufen und mit einem starren äußeren Bezugssystem BS, beispielsweise mit dem Gestänge des Sitzes verbunden sind. Mit diesem Bezugssys¬ tem BS ist auch ein Federstab FS einseitig verbunden. Das an¬ dere „freie" Ende des Federstabs steckt in der Führung eines Sensorelements SE, die ebenfalls mit dem Bezugssystem BS be¬ ziehungsweise dem Gestänge des Sitzes verbunden ist. In einem mittleren Bereich ist der Federstab FS über ein Verbindungs¬ element VE mit der Federung F verbunden. Eine einwirkende Kraft EK führt zu einer Auslenkung der Federung F und damit zu einer Auslenkung des Federstabs FS. Das in der Führung des Sensorelements SE befindliche freie Ende des Federstabs macht dabei gemäß des in Figur 2 dargestellten Prinzips eine Rela¬ tivbewegung RB quer zur einwirkenden Kraft mit und verändert dabei seine Relativposition zum Sensorelement SE.
Figur 4 zeigt eine Variante der Ausführung von Figur 3, wobei der Federstab FS mit Hilfe eines mehrarmigen Verbindungsele¬ mentes VE an mehreren über die Oberfläche OF des Sitzes ver¬ teilten Punkten mit dieser oder hier vorzugsweise mit der Fe¬ derung F verbunden ist. Das Verbindungselement ist starr aus¬ gebildet und liefert eine Auslenkung des Federstabs, die eine Mittelung der Auslenkung der beiden Befestigungspunkte BPl und BP2 darstellt.
In Figur 6 ist die Mittelung dieser Auslenkungen anhand eines einfachen Diagramms verdeutlicht. Dargestellt ist eine erste Auslenkung ALI und eine zweite Auslenkung AL2, die wesentlich geringer ist. Eine Mittelung zwischen diesen beiden Auslen¬ kungen führt zu einer mittleren Auslenkung ALM, die ungefähr der Auslenkung des Mittelpunktes zwischen den beiden durch Pfeile dargestellten Auslenkungen ALI und AL2 entspricht. Die Mittelung erfolgt, indem die Endpunkte der beiden Auslenkun¬ gen über das starre Verbindungselement VE verbunden sind, wo¬ bei die Verbindung mit dem Federstab am Punkt M erfolgt.
Figur 5 zeigt eine mögliche Ausführung einer solchen Befesti¬ gung anhand einer schematischen Draufsicht. Das starre Be¬ zugssystem BS ist durch den Rahmen des Sitzes dargestellt, an dem auch die hier in Form von flachen Zick-Zack-Federn ausge¬ bildete Federung F befestigt ist. Auch der Federstab FS ist einseitig (links) mit dem Bezugssystem beziehungsweise dem Gestänge des Sitzes verbunden. Am anderen Ende des Federstabs ist das Sensorelement SE ebenfalls mit dem Bezugssystem BS verbunden.
Das Verbindungselement VE ist hier als vierarmige Spinne aus¬ gebildet, die in der Mitte mit dem Federstab verbunden ist. An den Enden der Arme des Verbindungselementes VE ist dieses an vier Punkten mit der Federung F verbunden. Das Verbin¬ dungselement VE kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein. Es weist eine möglichst hohe Steifigkeit gegen ein Ver¬ biegen aus der Ebene der Federn bzw. Arme heraus auf sowie eine geringe Steifigkeit innerhalb dieser Ebene auf. Vorzugs¬ weise ist das Verbindungselement VE so ausgeführt, dass es sowohl am Ende der Arme in einfacher Weise mit der Federung verbunden werden kann als auch in der Mitte mit dem Feder¬ stab, beispielsweise durch Clip-Elemente, die den Federstab umschließen und gegenseitig ineinander einrasten können.
Figur 7 zeigt ein Sensorelement SE mit angeschlossener Diag¬ noseeinrichtung DE im schematischen Querschnitt . Das Sensor¬ element SE ist als elektromagnetische Spule ausgebildet. Sie umfasst eine Wicklung W, die auf einem Wickelkörper WK aufge¬ wickelt ist. Im Inneren des Wickelkörpers WK beziehungsweise der Wicklung ist das Ende des Federstabs FS frei beweglich und kann dort eine erste Relativbewegung RBl parallel zur magnetischen Hauptachse der Spule durchführen. Vorzugsweise ist die Spule in einen magnetischen Schalenkern SK eingebet¬ tet, beispielsweise in einen zweiteiligen Ferrit-Schalenkern, um die magnetischen Eigenschaften der Spule zu verbessern und zu stabilisieren.
Die Diagnoseeinrichtung DE ist an das Sensorelement SE ange¬ schlossen. Sie umfasst einen Aktor AK, der einen Diagnosekern DK relativ zum Sensorelement SE bewegen kann, wobei diese ei¬ ne Relativbewegung RB2 entlang des eingezeichneten Doppel¬ pfeils durchführen kann. Der Diagnosekern DK ist ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet.
Im Inneren der Spule des Sensorelements SE ist ein erster An¬ schlag vorgesehen, der die Bewegung des Diagnosekerns DK in die Spule hinein begrenzt. Ein zweiter Anschlag kann für den Diagnosekern DK im Inneren des Aktors vorgesehen sein, um ei¬ ne zweite Relativposition zu definieren. Es ist aber auch möglich, dass sich der Diagnosekern im Inneren des Aktors bzw. im Manetfeld der Diagnosespule selbst zentrieren und so eine definierte Position außerhalb der Messspule einnehmen kann bzw. so einen definierten Beitrag zur Induktivität des Sensorelements liefert, vorzugsweise einen Beitrag 0.
Vorzugsweise ist der Aktor ein elektromechanischer Aktor, beispielsweise eine weitere Spule, die bei Beaufschlagung mit einem Gleichstrom den magnetischen Diagnosekern DK in das In¬ nere der Spule zu ziehen vermag. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine der beiden Relativpositionen, in denen sich der Di¬ agnosekern an den beiden Anschlägen befindet, die Ausgangs¬ position darstellt, in der Kern mit Hilfe einer nicht magne¬ tischen Spiralfeder gehalten werden kann. Vorzugsweise wird der Diagnosekern durch die Spiralfeder, die im Inneren des hohl ausgebildeten Diagnosekerns verläuft, am linken Anschlag gehalten und so in dieser Relativposition fixiert. Ist der elektromechanische Aktor AK als magnetische Spule ausgebil¬ det, so ist er vorzugsweise ebenfalls in einem magnetischen Schalenkern eingebettet. In der Figur 7 nicht dargestellt ist ein nicht magnetisches Gehäuse, in dem Sensorelement und Aktor gemeinsam angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Federstab insge¬ samt aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet, bei¬ spielsweise aus einer Volleisenblattfeder. Vorzugsweise ist der Federstab FS mit einer KunstStoffUmhüllung versehen, die im Querschnitt eine Profilierung, beispielsweise ein I- förmiges Profil aufweisen kann. Dieses Profil kann die Beweg¬ lichkeit beziehungsweise Flexibilität des Federstabs FS defi¬ nieren und außerdem das Verbinden mit dem Verbindungselement erleichtern. Am Verbindungspunkt mit dem Verbindungselement VE kann der Federstab dazu eine entsprechende für die Verbin¬ dung geeignete Ausformung aufweisen, beispielsweise eine Aus¬ nehmung innerhalb der Kunststoffummantelung.
Figur 8 zeigt einen Funktionsblock, in dem die Ansteuerungen des Sensorelements SE und die Auswertung der Sensorsignale und die Verbindung mit elektrischen Einrichtungen schematisch dargestellt ist. Das beispielsweise als Spule ausgebildete Sensorelement SE wird über eine elektrische Schaltung ES, die in einem Signalprozessor realisiert ist, mit einem Strom be¬ aufschlagt, um ein Magnetfeld innerhalb der Spule zu erzeu¬ gen. Die Induktivität der Spule wird innerhalb der elektri¬ schen Schaltung ES bestimmt und in ein elektrisches Messsig¬ nal überführt, welches einen Mikro-Controller MC zugeführt wird. Vorzugsweise ist die elektrische Schaltung ES bezie¬ hungsweise der Signalprozessor thermisch mit dem Sensorele¬ ment SE gekoppelt, so dass eine thermische Kompensation der temperaturabhängigen Induktivitätsveränderung des Sensorele¬ ments SE vorgenommen werden kann. Dies ermöglicht die Integ¬ ration eines Thermosensors, der thermisch an das Sensorele- W
ment gekoppelt ist. Mit Hilfe der Signale des Thermosensors kann dann die Auswirkung der Temperatur auf das Messsignal in der elektrischen Schaltung ES oder im Micro-Controller MC kompensiert werden.
Das erhaltene Messsignal kann außerdem innerhalb der elektri¬ schen Schaltung ES linearisiert werden, sodass das Messsignal linear von der zu bestimmenden einwirkenden Kraft EK bezie¬ hungsweise von der durch sie bewirkten Auslenkung AL abhängig ist.
Der Mikro-Controller MC kann das Messsignal mit von anderen Quellen herrührenden Messwerten verknüpfen, einen Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert durchführen und als Ergebnis des Vergleichs einen logischen Parameter „wahr" oder „falsch" liefern. In Abhängigkeit vom Wert dieses logischen Parameters kann in einer elektrischen Einrichtung EE eine Schaltung durchgeführt werden oder nicht. Die elektrische Einrichtung kann beispielsweise einen Airbag steuern. Mit dem Schaltvor¬ gang kann das Auslösen des Airbags verhindert werden für den Fall, dass der Fahrzeugsitz entweder überhaupt nicht belastet ist, sodass der Airbag nicht auslösen muss. Im Fall einer ge¬ ringen Belastung, beispielsweise durch ein Kind, ist das Aus¬ lösen des Airbags aus Sicherheitsgründen zu unterbinden. Im Falle einer nicht personentypischen Belastung der Oberfläche und damit einer nicht typischen Auslenkung der Oberfläche, kann ebenfalls auf das Auslösen des Airbags im Falle eines Crashs verzichtet werden.
Der Mikro-Controller MC kann außerdem die Diagnoseeinrichtung DE steuern. Die Steuerung gibt den Diagnosezyklus vor, in dem eine Diagnose des Sensorelements SE durchgeführt wird. Die Diagnosezyklen können innerhalb festgelegter Zeitintervalle erfolgen. Möglich ist es jedoch auch, die Diagnosezyklen an weitere Betriebsparameter des Fahrzeuges anzupassen, da eine einmal detektierte Person auf dem Kfz-Sitz zu einer über die ganze Fahrdauer beziehungsweise -Strecke gültigen Einstellung der Airbag-Einstellungen führt. Der Mikro-Controller betätigt die Diagnoseeinrichtung beziehungsweise die Bewegung des Di¬ agnosekerns, ermittelt die dadurch ausgelöste Induktivitäts¬ veränderung, vergleicht diese mit dem Sollwert und erzeugt Informationen über den gewünschten Schaltvorgang der elektri¬ schen Einrichtung EE. Der Mikro-Controller MC kann zusätzlich auch einen Look-up-Table beinhalten, indem jedem möglichen, vom Sensorelement SE gelieferten Induktivitätswert eine davon abhängige Induktivitätsänderung aufgrund des Diagnosezyklus zugeordnet wird. Damit ist es möglich, die Diagnose auch bei Auslenkung des Federstabs und damit bei einem vom Ausgangs¬ punkt unterschiedlichen Induktivitätswert zu ermitteln.
Figur 8 verdeutlicht nur die Verknüpfungen zwischen den Ele¬ menten. In einem Fahrzeug sind die Elemente vorzugsweise an ein Bus-System angeschlossen, über den der gesamte Informati¬ onsaustausch und der Datenfluss erfolgt .
Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt werden konnte, ist sie nicht auf diese be¬ schränkt. Im Rahmen der Erfindung liegen beliebige andere An¬ wendungen, die zur Ermittlung einer einwirkenden Kraft auf eine gegebenenfalls auch starre Oberfläche eingesetzt werden können. Daher kann die Erfindung auch in Waagen angewendet werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Höhe der auf die Oberfläche einwirkenden Kraft ohne Umlenkung der Aus- lenkung von einer vertikalen Auslenkung in eine horizontale Auslenkung direkt mit einem induktiven Sensorelement zuzufüh¬ ren. Die Umlenkung der Auslenkung von einer vertikalen in eine ho¬ rizontale Relativbewegung kann dagegen mit einem beliebigen Sensorelement SE detektiert werden und hat den Vorteil, dass die Höhe des Gesamtsystems durch das Sensorelement nicht ver¬ größert wird und die horizontale Relativbewegung entlang der Achse durchgeführt werden kann, entlang der ausreichend Platz zur Verfügung steht. Über die Umlenkung kann außerdem der ef¬ fektive Betrag der Auslenkung verändert und typischerweise verkleinert werden. Gleichzeitig kann über die Umlenkung eine zumindest teilweise Linearisierung erfolgen.
Eine Veränderung der Messgenauigkeit bzw. des Bereichs der erhaltenen Messwerte gelingt auch über eine Bemessung der An¬ zahl von Wicklungen, wenn ein induktives Sensorelement ver¬ wendet wird. Wird der erfindungsgemäße Sensor für Anwendungen eingesetzt, in denen stark unterschiedlich einwirkende Kräfte zu bestimmen sind, so kann ein Umschalten des Messbereichs durch Beaufschlagung zusätzlicher Wicklungen der Spule erfol¬ gen. Es ist daher vorteilhaft, die Spule mit mehreren Wick¬ lungen zu versehen, die einzeln oder in beliebigen Kombinati¬ on parallel geschaltet mit Strom beaufschlagt werden können und so die Induktivität der Spule beeinflussen. Ein indukti¬ ver erfindungsgemäßer Sensor kann ein temperaturkompensiertes und damit temperaturunabhängiges Messsignal liefern, ist räumlich klein ausführbar, liefert einen zu bestimmenden Kraft lineares Messsignal mit einstellbaren Messbereich.

Claims

Patentansprüche
1. Sensor zur Bestimmung einer auf eine nachgebende Oberflä¬ che (OF) einwirkenden Kraft (EK) bei dem eine Federung (F) vorgesehen ist, die der einwir¬ kenden Kraft eine Rückstellkraft (RK) entgegensetzt bei dem die Oberfläche oder die Federung mit einem quer zur einwirkenden Kraft angeordneten, an einem Ende fixier¬ ten Federstab (FS) mechanisch verbunden ist, bei dem sich bei einer Auslenkung (AL) des Federstabs die Position seines freien Endes relativ zum Sensorelement än¬ dert.
2. Sensor nach Anspruch 1, bei dem das freie Ende des Federstabs (FS) einen magnetischen Kern umfasst, der entlang seiner Hauptachse beweglich in ei¬ ner Spule angeordnet ist, die Teil des induktiven Sensorele¬ ments (SE) ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Sensorelement (SE) in einer Position fixiert ist.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , bei dem das Induktivität des Sensorelements (SE) durch die Position des Sensorelements relativ zum freien Endes des Fe¬ derstabs (FS) bestimmt ist.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Sensorelement (SE) mit einer elektrischen Schal¬ tung (ES) verbunden ist, die das Sensorelement elektrisch an¬ steuert und dabei ein vom Wert der Induktivität des Sensor¬ elements abhängiges Messsignal liefert.
6. Sensor nach Anspruch 5, bei dem die elektrische Schaltung(ES) mit einem Mikrocontro- ler (MC) verbunden ist, die das Messsignal alleine oder in mathematischer Verknüpfung mit einem anderen Messwert in ei¬ nen Istwert überführt und diesen mit einem vorgegebenen Soll¬ wert vergleicht .
7. Sensor nach Anspruch 6, bei dem der Mikrocontroler (MC) mit einer elektrischen Ein¬ richtung (EE) verbunden ist, die in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs des Istwerts mit dem Sollwert einen Schaltvor¬ gang ausführt.
8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Sensorelement (SE) mit einem elektromechanischen Aktor (AK) verbunden ist, der einen magnetischen Diagnosekern (DK) bewegt, der auf die Induktivität des induktiven Sensor¬ elements in Abhängigkeit von dessen relativer Position dazu einwirkt .
9. Sensor nach Anspruch 8, bei dem für den Diagnosekern (DK) eine lineare Führung mit zwei Anschlägen vorgesehen ist, in der der Diagnosekern zu¬ mindest teilweise in das Innere einer zum Sensorelement (SE) gehörenden Spule hinein- und herausbewegt wird, wobei die zwei Anschläge definierte Relativpositionen des Diagnosekerns relativ zum Sensorelement vorgesehen sind.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die genannte Oberfläche (OF) die Sitzfläche eines ge¬ polsterten Sessels ist, deren Federelemente die genannte Fe¬ derung (F) darstellen.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die genannte Oberfläche (OF) verformbar ist, bei dem der Federstab (FS) über ein spinnenartiges Verbin¬ dungselement (VE) an mehreren über die Fläche verteilten Punkten mit der Federung (F) verbunden ist.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem mehrere mit je einem Federstab (FS) verbundene Sen¬ sorelemente (SE) vorgesehen sind, die an unterschiedlichen Stellen mit der Federung (F) oder der Oberfläche (OF) verbun¬ den sind, wobei die Summe aller Sensorelemente ein von der zweidimensionalen Kraftverteilung und damit ein vom Ort unab¬ hängiges Messsignal liefert.
13. Verfahren zur Bestimmung einer auf eine nachgebende O- berfläche (OF) einwirkenden Kraft (EK) ,
- bei dem eine Federung (F) unterhalb der Oberfläche (OF) als Rückstellkraft der Vertikalkomponente der Kraft entge¬ genwirkt bei dem die einwirkende Kraft eine Auslenkung (AL) des freien Endes eines einseitig fixierten und quer zur Ober¬ fläche angeordneten Federstabs (FS) bewirkt bei dem das freie Ende des Federstabs in einem Sensorele¬ ment (SE) ein von seiner Relativposition dazu abhängiges Messsignal liefert.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem ein induktives Sensorelement (SE) verwendet wird, wo¬ bei das freie Ende des Federstabs (FS) ein magnetisches Mate¬ rial umfasst, das den Wert der Induktivität einer magneti¬ schen Spule des Sensorelements beeinflusst .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das freie Ende des Federstabs (FS) in einer magneti¬ schen Spule entlang deren magnetischer Hauptachse angeordnet ist und durch die Auslenkung und die damit verbundene Durch¬ biegung des Federstabs entlang der magnetischen Hauptachse bewegt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das vom Sensorelement (SE) gelieferte Messsignal ei¬ nem Istwert zugeordnet wird, bei dem in einer Überprüfung, ob der Istwert einen vorgegebenen Sollwert übertrifft, der logi¬ sche Wert WAHR oder FALSCH geliefert wird, und bei dem ein Schaltvorgang durchgeführt wird, wenn der Wert FALSCH gelie¬ fert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Auslenkung (AL) eines Polstersitzes in einem KfZ bestimmt wird, und bei dem mit dem Schaltvorgang die Auslö¬ sung des Airbags gesperrt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem das Sensorelement (SE) mit einer Diagnoseeinrich¬ tung (DE) verbunden ist, bei dem in einem Diagnosezyklus ein Diagnosemittel (DK) zwischen zwei definierten Relativpositionen zum Sensorele¬ ment bewegt wird und dabei das vom Sensorelement geliefer¬ te Messsignal verändert bei dem die Veränderung des Messsignals mit einem vorgege¬ benen Toleranzintervall verglichen wird und
- bei dem, falls die Veränderung das Toleranzintervall über¬ schreitet, ein Schaltvorgang durchgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, bei dem der Istwert mit Hilfe der Messsignale des genannten und weiterer Sensorelemente (SE) ermittelt wird.
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