DE19757289C2 - Bidirektionaler Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen bidirektionalen Beschleunigungs­ sensor, insbesondere zur Verwendung als Triggersensor in Fahrzeugsicherheitssystemen.

Fahrzeugsicherheitssysteme, bei denen die passive Sicherheit mit Hilfe von Airbags, Gurtstrammern usw. erhöht wird, haben sich in der Praxis weitgehend durchgesetzt. Dabei wird eine Fahrzeugbeschleunigung bzw. Verzögerung von einem Beschleuni­ gungssensor erfaßt, dessen Ausgang mit einem Steuergerät ver­ bunden ist, das eine Airbageinheit auslöst, einen Gurtstram­ mer aktiviert usw.

Aus der DE 41 43 032 A1 ist ein Aufprallsensor bekannt, bei dem eine magnetisierbare Kugel mittels eines Magneten durch Anlage an einer zwischen der Kugel und dem Magneten angeord­ neten Trennwand normalerweise in einem vorbestimmten Abstand von dem Magneten gehalten wird. Die Kugel stellt eine träge Masse dar, so daß sie sich bei einer Beschleunigung des Ma­ gneten in Richtung weg von der Kugel von dem Magneten ent­ fernt und dabei in dem Wirkbereich eines Reed-Schalters kommt, der durch die Änderung des Magnetflusses geschlossen wird. Hört die Beschleunigung auf, kehrt die Kugel in Folge der Magnetkraft in ihre Ruhelage zurück, so daß der Reed- Schalter öffnet.

Eine Eigenart des bekannten Aufprallsensors liegt darin, daß er nur in eine Richtung wirkt.

Aus der gattungsbildenden JP 62-203 064 A ist ein bidirektio­ naler Beschleunigungssensor bekannt, bei dem zwei gegenpolig magnetisierte seismische Massen frei beweglich in einem Ge­ häuse beabstandet angeordnet sind. Jeder Magnet schließt da­ bei einen zugeordneten magnetisch steuerbaren Schalter. Bei Einwirkung einer Beschleunigungskraft wird abhängig von der Richtung der Beschleunigungskraft der eine Magnet zum anderen hin ausgelenkt, so daß sich aufgrund dieser linearen Bewegung der zugeordnete magnetisch steuerbare Schalter öffnet.

Aus der US 3,001,039 ist ein bidirektionaler Beschleunigungs­ sensor bekannt, bei dem zwei seismische Massen jeweils gegen die Kraft einer Feder gegen Anschläge eines Gehäuses gedrückt werden. Bei Auslenkung einer seismischen Masse in Folge einer Beschleunigungskrafteinwirkung kontaktieren von der seismi­ schen Masse abgespreitzte Bügel das elektrisch leitende Ge­ häuse und erzeugen damit einen Schaltkontakt.

Aus der US 3,601,081 ist ein unidirektionaler Beschleuni­ gungssensor bekannt, an dessen kugelförmiger seismischer Mas­ se ein Anzünderstift zum Eindringen und Entflammen von Zünd­ material angeordnet ist. Senkrecht zur durch einen Kanal vor­ gegebenen Bewegungsrichtung der seismischen Masse ist ein weiterer Kanal vorgesehen, der zwei unter Federkraft vorge­ spannte und auf die seismische Masse Druckkraft ausübende Kugeln enthält. In der Ruheposition des Beschleunigungssen­ sors verhindern die an der seismischen Masse anliegenden Ku­ geln ein Auslenken der seismischen Masse bei Einwirkung klei­ ner Beschleunigungen. Bei ausgelenkter seismischen Masse ver­ hindern die Kugeln eine rückwärtsgerichtete Bewegung der seismischen Masse in ihre Ruheposition.

Aus der EP 0 386 942 A2 ist ein Beschleunigungssensor mit einer seismischen Masse bekannt, die im Falle ihrer Auslen­ kung auf einen Schalter einwirkt. Die seismische Masse be­ steht aus zwei gegengleich gepolten Magneten, die an einem weichmagnetischen Abstandshalter befestigt sind. Unter Ein­ wirkung einer Beschleunigung wird die Anordnung aus Magneten und Abstandshalter zu dem Schalter hin bewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bidirektiona­ len Beschleunigungssensor, insbesondere zur Verwendung als Triggersensor in Fahrzeugsicherheitssystemen, zu schaffen, der bei Beschleunigungen in zwei entgegengesetzten Richtungen wirksam wird und zugehörige Schalter schließt.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit dem bidirektionalen Be­ schleunigungssensor gemäß dem Anspruch 1 erzielt.

Die Unteransprüche 2 bis 6 sind auf vorteilhafte Weiterbil­ dungen des erfindungsgemäßen bidirektionalen Beschleunigungs­ sensors gerichtet.

Bei dem erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor wird bei ei­ ner Beschleunigung in einer Richtung von der einen bewegli­ chen Masse ein Schalter geschlossen und bei einer Bewegung in entgegengesetzter Richtung von der anderen trägen Masse der andere Schalter geschlossen.

Wenn der erfindungsgemäße bidirektionaler Beschleunigungssen­ sor in eine funktionsnotwendige niederstromige Leitung, bei­ spielsweise Signalleitung, eines Fahrzeugsicherheitssystem geschaltet wird, wird erreicht, daß eine Sicherheitseinrich­ tung nur ausgelöst werden kann, wenn einer der beiden im Be­ schleunigungssensor enthaltenen Schalter geschlossen ist. Dies ist sowohl bei einer Fahrzeugbeschleunigung als auch bei einer Fahrzeugverzögerung der Fall, so daß der erfindungsge­ mäße Beschleunigungssensor als Triggersensor verwendbar ist, der eine Auslösbarkeit des Fahrzeugsicherheitssystems sowohl bei Frontalaufprall-Unfällen als auch bei Heckaufprall- Unfällen sicherstellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläu­ tert.

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugsicherheitssystems,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen bidirektionalen Be­ schleunigungssensors und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bidirektionalen Beschleunigungssen­ sors.

Gemäß Fig. 1 ist ein Steuergerät 6 eines Fahrzeugsicherheits­ systems über einen Zündschalter 8 mit der Bordspannung 10 verbunden. Über eine Datenleitung 12 ist mit dem Steuergerät 6 eine Aufprallsensoreinrichtung 14 verbunden, die verschie­ dene, im Fahrzeug verteilte Sensoren enthalten kann und an das Steuergerät 6 eine Information übermittelt, anhand der das Steuergerät 6 einen Auslöseimpuls erzeugt, der über eine Leitung 16 eine Airbageinheit 18 zündet. Innerhalb des Steu­ ergerätes 6 befindet sich in einer funktionsnotwendigen Nie­ derstromleitung der den Gegenstand der Erfindung bildende bidirektionale Beschleunigungssensor 20. Aus der Schaltung ergibt sich unmittelbar, daß die Airbageinheit 18 nur gezün­ det werden kann, wenn ein durch den bidirektionalen Beschleu­ nigungssensor 20 gebildeter Schalter geschlossen ist. Der Beschleunigungssensor 20 ist somit ein Triggersensor, der versehentliche Auslösungen, beispielsweise wenn keine oder nur eine ungenügende Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs vorhanden ist, unterbindet.

Fig. 2 zeigt einen bidirektionalen Beschleunigungssensors 20.

Innerhalb eines insgesamt rohrförmigen Gehäuses 22 sind zwei träge Massen 24 und 26 längsverschiebbar angeordnet. Die Stirnenden des Gehäuses 22 sind mit Deckeln 28 verschlossen, an denen die trägen Massen 24 und 26 normalerweise unter Vor­ spannung anliegen. Die Vorspannung wird über eine Feder 30 vermittelt, die sich in Sacklöchern abstützt, die in den trä­ gen Massen 24 und 26 ausgebildet sind. Mittig zwischen den trägen Massen 24 und 26 ragen durch das Gehäuse 22 Kontakt­ zapfen 32 durch, die jeweils mit einem Ende der Leitung 16 (Fig. 1) verbindbar sind.

Die Funktion des bidirektionalen Beschleunigungssensors der Fig. 2 ist folgende:
Der Beschleunigungssensor ist in einem Fahrzeug derart mon­ tiert, daß die Achse des Gehäuses 22 mit der Längsrichtung des Fahrzeugs zusammenfällt. Es sei angenommen, daß die linke Seite in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs zeigt. Wenn das Fahr­ zeug plötzlich abgebremst wird, bewegt sich die träge Masse 26 in Folge ihrer Trägheit innerhalb des Gehäuses 22 nach links und kommt in Anlage an die Kontaktzapfen 32. Zumindest die einander zugewandten Stirnflächen der trägen Massen 24 und 26 sind metallisiert, vorzugsweise mit einem Edelmetall, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktzapfen 32 besteht. Endet die Fahrzeugverzögerung oder sinkt sie stark ab, so bewegt sich die träge Masse 26 unter Wirkung der Feder 30 zurück und die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktzapfen 32 endet.

Wird umgekehrt das Fahrzeug beispielsweise durch einen Heck­ aufprall stark beschleunigt, so bewegt sich die linke träge Masse 24 nach rechts in Anlage an die Kontaktzapfen 32, wo­ durch zwischen diesen eine elektrische Verbindung besteht.

Durch geeignete Auswahl der Feder 30 und reibungsarme Führung der trägen Massen 24 und 26 innerhalb des Gehäuses 22 läßt sich ein wohldefiniertes, zweckentsprechendes Ansprechen des bidirektionalen Beschleunigungssensors 20 erreichen.

Fig. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines bidirektionalen Beschleunigungssensors 20. Ein Gehäuse 40 dieses Beschleunigungssensors ist insgesamt hülsenförmig aus­ gebildet und weist eine zylindrische Bohrung 42 auf, die in einem mittleren Bereich eine Verengung 44 aufweist, die über konische Übergangsbereiche 46 und 48 in die zylindrischen Bereiche über die Bohrung 42 übergeht.

In der Verengung 44 ist ein Magnet 50 angeordnet. In den zy­ lindrischen Bereichen der Bohrung 42 sind Kugeln 52 und 54 aus magnetisierbarem Material beweglich, durch die magneti­ sche Anziehung normalerweise in Anlage an den konischen Be­ reichen 46 und 48 gehalten.

Die Stirnflächen des Gehäuses, das einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisen kann, sind mit Deckeln 56 verschlossen, denen jeweils zwei Kontaktstifte 58 und 60 angeordnet sind.

In einem Bund am Übergang zwischen Deckel 56 und Gehäuse 40 ist jeweils eine metallische Kontaktfederscheibe 62 angeord­ net, die im unverformten Zustand einen Abstand von den zuge­ hörigen Kontaktstiften 58 und 60 hat.

Im folgenden wird die Funktion des Beschleunigungssensors gemäß Fig. 3 erläutert:
Der Sensor ist in ein Fahrzeug derart eingebaut, daß seine axiale Richtung mit der Längsrichtung des Fahrzeugs zusammen­ fällt. Es sei angenommen, daß die linke Seite die Vorderseite des Fahrzeugs ist.

Wenn das Fahrzeug beispielsweise durch einen Unfall abge­ bremst wird, bewegt sich die Kugel 52 gegen die Magnetkraft nach links und drängt die Kontaktfederscheibe 62 in Anlage an die Kontaktstifte 58 und 60, so daß zwischen den beiden Kon­ taktstiften 58 und 60 eine elektrische Verbindung besteht. Hört die Fahrzeugverzögerung auf, wird die Kugel 52 vom Ma­ gneten 50 aus der Anlage an der Kontaktfederscheibe 62 zu­ rückgezogen und gelangt wiederum in Anlage an den konischen Bereich 46. Durch Wahl des Magneten 50, des Materials der Kugel 52 sowie die Anordnung des konischen Bereiches 46 kann die Verzögerung, bei der die Kugel 52 den durch die Kontakt­ stifte 58 und 60 und die Kontaktfederscheibe 62 gebildeten Schalter schließt, genau vorgewählt werden. Der vorbestimmte Mindestabstand zwischen der Kugel 52 und dem Magneten 50 be­ wirkt, daß die hohe Haftkraft des Magneten nicht wirksam wird.

Bei einer Fahrzeugbeschleunigung laufen die Vorgänge in ähn­ licher Weise ab, wobei hierbei die Kugel 54 die schaltende Kugel ist.

Die Kontaktfederscheiben 62 sind besonders vorteilhaft, weil sie ein Rückprellen der Kugeln von den Kontaktstiften verhin­ dern und die Kugeln weich abbremsen. Die Kontaktfederscheiben vergrößern somit die Schließdauer der Schalter und verlängern durch den Abbau stoßartiger Kräfte die Lebensdauer des Be­ schleunigungssensors.

Die beschriebenen bidirektionalen Beschleunigungssensoren können in vielfältiger Weise abgeändert werden.

Beispielsweise kann auch im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit zusätzlichen Kontaktfederscheiben gearbeitet wer­ den. Die Kontaktfederscheiben 62 können mit leichter Vorspan­ nung eingebaut sein, so daß ihre Verformung erst oberhalb einer Schwellkraft erfolgt. Die rein mechanisch arbeitenden Schalter können durch Reed-Schalter ersetzt werden, wie sie bei dem eingangs genannten Sensor gemäß der DE 41 43 032 A1 eingesetzt werden. Die konischen Bereiche 46 und 48 können entfallen, indem beidseitig des Magneten 50 Abstandsscheiben eingesetzt werden usw..

Der bidirektionale Beschleunigungssensor kann nicht nur als Triggersensor bzw. -schalter sondern auch unmittelbar als Auslösesensor oder für weitere Anwendungen eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Bidirektionaler Beschleunigungssensor, insbesondere zur Verwendung als Triggersensor in Fahrzeugsicherheitssystemen, enthaltend
zwei innerhalb eines Gehäuses (22; 40) in gegenseiti­ gem Abstand befindliche, kolinear bewegliche träge Massen (24, 26; 52, 54),
zwei Schalter, von denen je einer einer der bewegli­ chen Massen zugeordnet ist,
und eine Halteeinrichtung (30; 46, 48, 50), welche die trägen Massen unter Vorspannung in einer Ruhelage hält, wobei
bei einer Verzögerung des Gehäuses mit einer Kompo­ nente in der Bewegbarkeitsrichtung der einen trägen Masse diese träge Masse den ihr zugeordneten Schalter betätigt und bei einer Verzögerung des Gehäuses mit einer Komponente in der Bewegbarkeitsrichtung der anderen trägen Masse diese an­ dere träge Masse den ihr zugeordneten Schalter betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die trägen Massen (52, 54) magne­ tisierbares Material enthalten und die Halteeinrichtung (46, 48, 50) einen Magneten (50) enthält.

2. Bidirektionaler Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (50) zwischen den trä­ gen Massen (52, 54) angeordnet ist und daß jeder trägen Masse ein eigenes Kontaktpaar (58, 60) zugeordnet ist, dessen Kon­ takte bei einer Bewegung der zugehörigen trägen Masse weg von dem Magneten elektrisch leitend miteinander verbunden werden.

3. Bidirektionaler Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktpaar (58, 60) auf der vom Magneten (50) abgewandten Seite der trägen Masse angeordnet ist.

4. Bidirektionaler Beschleunigungssensor nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die trägen Mas­ sen durch Kugeln (52, 54) gebildet sind.

5. Bidirektionaler Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (52, 54) innerhalb einer im Gehäuse (40) ausgebildeten Kanals (42, 44) beweglich sind, dessen Durchmesser zu dem Magneten (50) hin derart ab­ nimmt, daß die jeweilige Kugel in ihrem Ruhezustand einen Abstand von dem Magneten hat.

6. Bidirektionaler Beschleunigungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Kontaktpaar (58, 60) und der zugehörigen trägen Masse (52, 54) eine Kontaktfe­ derscheibe (62) angeordnet ist, welche durch die träge Masse in Anlage an die Kontakte bewegt wird.