DE102016209763A1 - Accelerometer with a cavity having a fluid and a pressure sensor for detecting pressure changes in the cavity - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Beschleunigungssensor insbesondere für die Aufprallerkennung in Kraftfahrzeugen vorgestellt, welcher einen Hohlraum mit einem Fluid und einem Drucksensor zum Erfassen von Druckänderungen im Hohlraum aufweist. Im oder am Hohlraum ist zumindest ein beweglicher Abschnitt vorgesehen, dergestalt dass bei einer auf den Abschnitt einwirkenden Beschleunigung (G) durch die Massenträgheit des Abschnitts eine Druckänderung im Hohlraum entsteht und aus dem Signals des Drucksensors die auf den Abschnitt wirkende Beschleunigung ableitbar ist. Dazu ist ein innerer Schlauch (1) und zumindest in Richtung der erwarteten Beschleunigung davon beabstandet ein äußerer Mantel (2) vorgesehen und weist der innere Schlauch (1) aus einem elastischen Werkstoff eine in einem vorgegebenen Beschleunigungsbereich vorgegebene elastische Verformbarkeit auf. Der Drucksensor erfasst dabei die Druckänderung im Inneren des inneren Schlauchs (1) und/oder zwischen äußerem Mantel (2) und innerem Schlauch (1), vorzugsweise beides.An acceleration sensor is presented, in particular for impact detection in motor vehicles, which has a cavity with a fluid and a pressure sensor for detecting pressure changes in the cavity. At least one movable section is provided in or on the cavity, such that when the acceleration (G) acts on the section, a change in pressure in the cavity occurs due to the mass inertia of the section and the acceleration acting on the section can be derived from the signal of the pressure sensor. For this purpose, an inner tube (1) and spaced apart at least in the direction of the expected acceleration of an outer jacket (2) is provided and has the inner tube (1) made of an elastic material in a predetermined acceleration range predetermined elastic deformability. The pressure sensor detects the pressure change in the interior of the inner tube (1) and / or between outer jacket (2) and inner tube (1), preferably both.
Description
Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor, insbesondere zur Aufprallerkennung in Kraftfahrzeugen.The invention relates to an acceleration sensor, in particular for impact detection in motor vehicles.
Aus der
Aus der
Darüber hinaus ist aus der
Des Weiteren ist aus der
Aus der
Darüber hinaus sind aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept zur druckbasierten Beschleunigungsmessung vorzustellen, welches einen einfachen Aufbau und zugleich eine zuverlässige Wirkungsweise ermöglicht.The object of the invention is to present an improved concept for pressure-based acceleration measurement, which allows a simple structure and at the same time a reliable mode of action.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims, and combinations and developments of individual features are conceivable with each other.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass ein innerer Schlauch, also ein hohles zumindest näherungsweise längliches Gebilde, aus einem elastischen Werkstoff mit einer in einem vorgegebenen Beschleunigungsbereich vorgegebenen elastischen Verformbarkeit vorgesehen ist. Dabei ist eine anwendungsspezifische Optimierung der Härte und Empfindlichkeit der Drucksensierung möglich. Ein solcher Schlauch ist jedoch jedenfalls empfindlicher als die bisher zur direkten Aufprallerkennung verwendeten Silikonschläuche.An essential idea of the invention is that an inner tube, that is to say a hollow, at least approximately elongated structure, is provided of an elastic material with an elastic deformability predetermined in a predetermined acceleration region. An application-specific optimization of the hardness and sensitivity of the pressure sensing is possible. However, such a tube is certainly more sensitive than the silicone hoses previously used for direct impact detection.
Daher ist vorgesehen, dass zumindest in Richtung der erwarteten Beschleunigung davon beabstandet ein äußerer Mantel vorgesehen ist, welcher zum einen den inneren Schlauch schützt, andererseits aber eben auch einen zweiten Hohlraum schafft. Therefore, it is provided that at least in the direction of the expected acceleration spaced therefrom an outer jacket is provided, which on the one hand protects the inner tube, but on the other hand just creates a second cavity.
Der Drucksensor erfasst nun entweder die Druckänderung im Inneren des inneren Schlauchs oder zwischen äußerem Mantel und innerem Schlauch oder aber es sind vorzugsweise zumindest zwei Drucksensoren vorgesehen und erfasst einer die Druckänderung im Inneren des inneren Schlauchs und zusätzlich der andere Drucksensor die Druckänderung im Hohlraum zwischen äußerem Mantel und dem inneren Schlauch.The pressure sensor now detects either the pressure change in the interior of the inner tube or between the outer jacket and the inner tube or at least two pressure sensors are preferably provided and detects the pressure change in the interior of the inner tube and additionally the other pressure sensor detects the pressure change in the cavity between the outer jacket and the inner tube.
Der äußere Mantel als auch der innere Schlauch weisen eine Längsausrichtung quer zur Richtung der erwarteten Beschleunigung auf, wobei die Länge in Längsausrichtung mindestens ein Zweifaches der Breite des äußeren Mantels in Richtung der erwarteten Beschleunigung ist. Wie auch bei der direkten Aufprallerkennung wird also mit nur einem Sensor über eine entsprechend große Länge die zu messende Größe erfasst. Während bisher jedoch für die Beschleunigungsmessung in der Fahrzeugfront bspw. in der Regel zumindest zwei, eher 3 räumlich verteilte Sensoren erforderlich waren und selbst dann noch bei einem Aufprall genau zwischen diesen Sensoren die Empfindlichkeit deutlich abnahm, kann die Schlauchanordnung, wie bei der Aufprallerkennung über die komplette Fahrzeugfront gezogen werden und damit der Aufwand auf nur einen solchen druckbasierten Beschleunigungssensor reduziert werden, welcher noch dazu eine vollflächige Abdeckung ermöglicht. Daher wird in einem Fahrzeug ein solcher schlauchförmiger Beschleunigungssensor zumindest näherungsweise parallel in einer Ebene zur Fahrbahn angeordnet, wobei kleinere Abweichungen ohne Konsequenzen für die Empfindlichkeit sind, da ein solcher Sensor ja in der Regel unidirektional empfindlich ist und es daher möglich ist, evtl. tragende Fahrzeugstrukturteile zu umgehen, d.h. hier weitgehende Gestaltungsfreiheit besteht. Zudem wird der Sensor in einer solchen Ebene parallel zur Fahrbahn vorzugsweise quer zur erwarteten Richtung einer an diesem Fahrzeugbereich zu sensierenden Beschleunigung, insbesondere in der Fahrzeugfront also auf einen Frontaufprall und damit quer zur Fahrrichtung, bei einer Anordnung in der Seitentür entsprechend auf einen Seitenaufprall und damit längs der Fahrtrichtungsachse angeordnet.The outer jacket as well as the inner tube have a longitudinal orientation transverse to the direction of the expected acceleration, wherein the length in the longitudinal direction is at least twice the width of the outer jacket in the direction of the expected acceleration. As with direct impact detection, the size to be measured is detected with only one sensor over a correspondingly long length. While so far, however, for the acceleration measurement in the vehicle front, for example, usually at least two, more spatially distributed sensors were required and even then in a crash precisely between these sensors, the sensitivity significantly decreased, the hose assembly, as in the impact detection on the be drawn complete vehicle front and thus the cost of only one such pressure-based acceleration sensor can be reduced, which also allows a full-coverage coverage. Therefore, such a tubular acceleration sensor is arranged in a vehicle at least approximately parallel in a plane to the roadway, with smaller deviations without consequences for the sensitivity, since such a sensor is usually unidirectionally sensitive and it is therefore possible, possibly bearing structural parts of the vehicle to circumvent, ie here extensive freedom of design exists. In addition, the sensor is in such a plane parallel to the roadway preferably transverse to the expected direction of an acceleration to be sensed in this vehicle area, in particular in the vehicle front so on a frontal impact and thus transverse to the direction of travel, with an arrangement in the side door according to a side impact and thus arranged along the direction of travel axis.
Vorzugsweise ist der äußere Mantel konzentrisch um den inneren Schlauch angeordnet. Der innere Schlauch kann dabei bspw. über ein spiralförmig um den inneren Schlauch gewickelten Abstandselement lokal in Position gehalten werden, ohne dass die Beschleunigungsmessung merklich davon beeinträchtigt würde. Preferably, the outer jacket is arranged concentrically around the inner tube. The inner tube can be held locally in position, for example, via a spirally wound around the inner tube spacer, without the acceleration measurement would be significantly affected.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and figures. Show it:
Die Figuren zeigen skizzenhaft eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors bzw. dessen Schlauchbereichs.The figures show a sketch of a particularly preferred embodiment of the acceleration sensor according to the invention or its hose area.
Die
Die konkrete Dimensionierung der Dicke bzw. Querschnitte, Formgebung und Volumina ist dabei in weiten Bereichen anpassbar und kann beispielsweise insbesondere der äußere Mantel
Für die Wirkungsweise der Erfindung erheblich ist, dass der innere Schlauch
So zeigten 1. Versuche mit einem handelsüblichen Silikonschlauch von ca 30 Shore A-Härte eine gute Empfindlichkeit in einem Beschleunigungsbereich von 5g bis 480g. Als obere Grenze wird bisher von einer maximalen Härte von 50 Shore A ausgegangen, der bevorzugte Bereich aber darunter gesehen, also zumindest kleiner gleich 50.For example, experiments with a commercially available silicone hose of about 30 Shore A hardness showed good sensitivity in an acceleration range of 5 g to 480 g. Up to now, the upper limit is assumed to be a maximum hardness of 50 Shore A, but the preferred range is seen below, ie at least equal to 50.
Der äußere Mantel
Der äußere Mantel (
Der äußere Mantel (
Die Figuren in
Wie bereits eingangs erläutert, kann daher ein in den Figuren nicht näher gezeigter Drucksensor entweder die Druckänderung im Inneren V1 des inneren Schlauchs
Sind an beiden Enden Drucksensoren vorgesehen, so kann aus den Laufzeitdifferenzen auch die ungefähre Position des Aufpralls erkannt werden. Dabei muss nicht zwingend am gleichen Hohlraum auf beiden Seiten ein Drucksensor vorgesehen sein, sondern kann zudem die Wechselwirkung beider Hohlräume ausgenutzt werden.If pressure sensors are provided at both ends, the approximate position of the impact can also be recognized from the transit time differences. In this case, a pressure sensor does not necessarily have to be provided on both sides of the same cavity, but in addition the interaction between the two cavities can be utilized.
Zudem ist denkbar, dass an einen der beiden Hohlräume V1 und V2 ein Druckänderungen erzeugendes Element, beispielsweise eine kleine Pumpe vorgesehen sein kann, mittels welcher gezielt eine Druckänderung herbeigeführt und so die Anordnung auf Dichtheit und Funktionsfähigkeit der Sensoren geprüft werden kann.In addition, it is conceivable that one of the two cavities V1 and V2, a pressure-changing element, such as a small pump may be provided by means of which specifically brought about a pressure change and so the arrangement can be checked for leaks and operability of the sensors.
Die
zumindest näherungsweise in einer Ebene zur Fahrbahn und quer zur erwarteten Richtung einer an diesem Fahrzeugbereich zu sensierenden Beschleunigung, insbesondere in der Fahrzeugfront quer zur Fahrrichtungat least approximately in a plane to the road and across the expected direction of an acceleration to be sensed at this vehicle area, in particular in the vehicle front transverse to the direction of travel
Nicht dargestellt sind jedoch die jeweiligen Drucksensor(en) zum Erfassen von Druckänderungen im Hohlraum, da deren Ausgestaltung im wesentlichen den bereits aus der Fußgängeraufprallerkennung bekannten Systemen entspricht, jedoch in der Empfindlichkeit und den ausgewerteten Frequenzbereichen und daher eventuellen Filtereigenschaften durchaus abweichen kann, was jedoch für die skizzenhafte Darstellung hier nicht erheblich ist.However, not shown are the respective pressure sensor (s) for detecting pressure changes in the cavity, since their design substantially corresponds to the already known from the pedestrian impact detection systems, but in the sensitivity and the evaluated frequency ranges and therefore possible filter characteristics may well vary, but what for the sketchy representation here is not significant.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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