DE3828307A1

DE3828307A1 - Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE3828307A1
Application number: DE19883828307
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Phys Dr Winner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-08-20
Filing date: 1988-08-20
Publication date: 1990-03-01
Also published as: GB2222684A; GB8918889D0; FR2635588A1; GB2222684B; JPH02112766A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Beschleunigungssensor nach der Gat tung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten Beschleunigungssensor befinden sich an einer Blattfeder eine seismische Masse, die je nach Größe und Richtung der auftretenden Beschleunigung mehr oder weniger ausgelenkt wird. Mit Hilfe eines an der seismischen Masse befestig ten Hall-Elements wird ein der Beschleunigung proportionales Meßsi gnal erzeugt. Die Bewegung der seismischen Masse wird durch eine am freien Ende der Biegefeder angeordnete Wirbelstrombremse gedämpft. Der Beschleunigungssensor hat aber den Nachteil, daß nur eine be grenzte Dämpfung möglich ist. Die Dämpfung ist nicht den individuel len Gegebenheiten, insbesondere bei höheren Resonanzfrequenzen an paßbar.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sehr große und sehr unterschiedliche Dämpfungswerte realisierbar sind. Der Beschleunigungssensor ist leicht den individuellen Gegebenheiten anpaßbar, so daß er immer im relativ optimalen Resonanzfrequenz bereich mißt. Dabei ist eine Vergrößerung der Bandbreite des Sensors ohne Verlust der Empfindlichkeit für die niedrigeren Frequenzen realisierbar. Durch Verwendung einer Stromquelle als Treiber der Tauchspule ist eine Kompensation der Widerstandsänderung der Tauch spule und somit eine relativ gute Temperaturstabilität der Dämpfung möglich. Diese Temperaturstabilität der Dämpfung kann noch mit Hilfe von temperaturabhängigen Widerständen erhöht werden. Der Frequenz und der Phasengang kann in einfacher Weise geglättet werden. Der Platzbedarf des Beschleunigungssensors selbst ist gering.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Beschleu nigungssensors möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben. Es zeigen die Fig. 1 bis 3 Längsschnitte des mechanischen Teils von Beschleunigungssensoren und Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur aktiven Dämpfung der Beschleunigungssensoren.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 ein Beschleunigungssensor bezeichnet, dessen Biegefeder 11 einseitig an einem Steg 12 befestigt ist. Am freien Ende 11 a der Biegefeder 11 ist ein Metallblock als seismische Masse 13 angeordnet. Ferner befinden sich auf der Biegefeder 11 in seinem Biegebereich vier, wie in Fig. 4 näher dargestellt, in einer Wheatstone′schen-Schaltung verschaltete dehnungsempfindliche Sensor widerstände 14. Dabei sind zwei Sensorwiderstände parallel und zwei Sensorwiderstände senkrecht zur Achse der Biegefeder 11 angeordnet. Auf der Unterseite der Biegefeder 11 ist im Bereich der seismischen Masse 13 eine ringförmige, im Querschnitt U-förmige Halterung 15 befestigt, um deren Schenkel 16 eine Spule 17 gewickelt ist. Die Halterung 15 ist so ausgebildet, daß ihre Schenkel 16 zwischen die Schenkel eines im Querschnitt W-förmigen Topfmagneten 18 aus einem Permanentmagneten eingreifen. Die beiden äußeren Schenkel 19 des Topfmagneten 18 weisen den Südpol auf, während der mittlere Schenkel 20 den Nordpol darstellt. Selbstverständlich ist auch eine ent sprechend umgekehrte Polung, außen Nordpol, innen Südpol möglich. Ferner kann auch der Topfmagnet aus Weicheisen mit Permanentmagneten bestehen.

In Fig. 4 ist ein geschlossener, elektrischer Schaltkreis darge stellt, in den die Sensorwiderstände 14 und die Tauchspule 17 ver schaltet sind. Die Mittelabgriffe 22, 23 der Wheatstone′schen Brücken schaltung der Widerstände 14 sind mit einem Brückenverstärker 24 verbunden, von dem das Meßsignal einem aktiven Filter 25 mit Hoch paßcharakteristik zugeführt wird. Zwischen dem Brückenverstärker 24 und dem Hochpaß 25 wird das Meßsignal über einen elektrischen Paral lelzweig 26 einem Addierer 27 zugeführt. Der Hochpaß 25 ist über ei ne elektrische Leitung 28 mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle 29 der Tauchspule 17 verbunden. Ferner führt von einer Abzweigung 30 nach dem Hochpaß 25 eine elektrische Leitung 31 zum Addierer 27. Im Addierer 27 wird eine einfache, gewichtete Addition des Signals des Brückenverstärkers 24 und des Signals des Hochpasses 25 vorgenommen, so daß bis zur mechanischen Resonanzfrequenz f _o des Biegefeder- Masse-Systems ein glatter Frequenzverlauf (± 1 dB) bei geringer Phasendrehung (< 20 Grad) möglich ist. Vom Addierer 27 wird das Meß signal einer nicht dargestellten Auslöseeinheit zugeführt, die die Insassenschutzvorrichtungen des Kraftfahrzeugs steuert, wie z. B. Gurtstraffer, Airbag, Überrollbügel, Warnblinkanlage, Zentralverrie gelung. Auch kann das Antiblockiersystem für die Bremsen als auch das Fahrwerk geregelt werden.

Der Hochpaß 25 weist eine vorgegebene Grenzfrequenz f _H auf. Im Be reich kleiner Frequenzen der Anregung der Biegefeder 11, d.h. f < f _H, wirkt der Hochpaß 25 als Differenzierer des zur Auslenkung der seismischen Masse 13 proportionalen Signals des Brückenverstär kers 24. Dadurch wird aufgrund der negativen Rückkopplung über die spannungsgesteuerte Stromquelle 29 und die Tauchspule 17 eine zur Geschwindigkeit der seismischen Masse 13 proportionale Kraft be wirkt, die einer viskosen Dämpfung entspricht.

Oberhalb der Hochpaßgrenzfrequenz f _H, d. h. im Bereich der Fre quenz f < f _H wird hingegen eine zur Auslenkung der seismischen Masse 13 proportionale Kraft von der Tauchspule 17 auf die seis mische Masse 13 ausgeübt. Dadurch wird indirekt die effektive Stei figkeit der Biegefeder 11 erhöht, was zu einer höheren Resonanzfre quenz des Masse 13/Feder 11 -Systems führt. Für eine optimale Ausge staltung der aktiven Dämpfung des Beschleunigungssensors 10 ist die Grenzfrequenz f _H des aktiven Hochpaßfilters 25 und der Rückkopp lungsfaktor, der durch die Eigenschaften und die Qualität der elek trischen Leitungen, der Stromquelle 29 und der Tauchspule 17 bewirkt wird, aufeinander abzustimmen.

In Fig. 2 ist ein Beschleunigungssensor 10 a dargestellt, der im Un terschied zur Fig. 1 eine doppelte, S-förmig geformte Biegefeder 35 aufweist. Diese Biegefeder 35 besteht aus zwei parallel angeordneten Biegefedern 35 a und 35 b, die mit Hilfe des Blocks 36 befestigt sind und zwischen denen am freien Ende die seismische Masse 13 angeordnet ist. Die Sensorwiderstände 14 sind auf einer der beiden Biegefedern 35 a, 35 b aufgebracht. Durch die S-förmige Ausbildung der Biegefeder 35 führt die seismische Masse 13 eine im wesentlichen senkrechte Be wegung während der Auslenkung aus. Dadurch wird die Tauchspule nahe zu senkrecht zu den vom Topfmagnet 18 erzeugten Magnetfeld bewegt, wodurch ein größeres und genaueres Signal möglich ist. Im Unter schied dazu wird die seismische Masse 13 in Fig. 1 leicht gedreht, was bedeutet, daß die Masse 13 auf einer um den Aufhängepunkt der Biegefeder 11 als Mittelpunkt verlaufenden Bahn bewegt wird.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausbildung des Beschleunigungs sensors 10 nach Fig. 1 dargestellt. Die seismische Masse besteht aus einem Permanentmagneten 38, der an der Unterseite der Biegefeder 11 angeordnet ist. Die Tauchspule 17 ist auf einer feststehenden Halterung 15 a befestigt. Es ist ferner auch möglich, die S-förmige Doppel-Biegefeder aus der Fig. 2 bei der Ausbildung nach Fig. 3 zu verwenden.

Das dem Hochpaß zugeführte Meßsignal kann auch kapazitiv abgegriffen werden, wobei kein Brückenverstärker notwendig ist.

Claims

1. Beschleunigungssensor (10) mit einem Feder (11)-Masse (13)-System für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug zur Auslösung von Sicherheitseinrichtungen oder zur Regelung, mit einer Dämpfungsvor richtung für das Feder-Masse-System, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung eine aktive Dämpfung ist, die aus einer aktiven elektronischen, einen als Differenzierer wirkenden Hochpaß (25) auf weisenden Schaltung und aus einem elektrodynamischen Antrieb (17, 18) besteht.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal des Feder (11)-Masse (13) -Systems und das Ausgangssignal des Hochpas ses (25) einem passiven oder aktiven Netzwerk (27) zur Addition zu geführt wird, und das sich ergebende Signal in einer Auswerteschal tung ausgewertet wird.

3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltung zwischen dem Hochpaß (25) und dem Antrieb (17, 18) ei ne spannungsgesteuerte Stromquelle (29) verschaltet ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal mit Hilfe von auf der Biegefeder (11) angeordneten dehnungsempfindlichen Widerständen (14) abgegriffen und einem Brücken verstärker (24) zugeführt wird.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Topfmagnet (19) mit einer Tauchspule (17) ist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb aus einem Permanentmagneten (38) , der mindestens teilweise die seismische Masse darstellt, und einer feststehenden Spule (17) besteht.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine S-förmige ausgebildete Biegefeder (35) mit zwei parallel angeordneten Federästen (35 a, 35 b) ist.