DE3941606A1 - Sensor fuer das ausloesen eines rueckhaltesystems - Google Patents

Sensor fuer das ausloesen eines rueckhaltesystems

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Hans Spies
Peter Ing Grad Hora
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor für das Auslösen eines Rückhaltesystems für Fahrzeuge.
Stand der Technik:
Derzeit sind als Sensoren, insbesondere für Airbag-Systeme vielfältig bekannt:
  • a) das Lenkradsensorsystem
  • b) das Centralsensorsystem siehe MBB Prospekt 9.89-3109 und Siemens Prospekt WS 98910, 5.8
Bekannte Aufprallsensoren (z. B. DE 21 58 800 B2, DE 32 16 321 C1 und DE 37 27 351 A1) sind mit prinzipiellen Nachteilen behaftet. Sie sind in der Serie schlecht justierbar und reproduzierbar. Sie haben durch bewegte Teile erhöhten Verschleiß. Sie erfordern durch präzise Mechanik hohe Herstellkosten oder Investitionen.
Aufgabe:
Schaffung eines Schalters durch Beschleunigung (mit einfacher oder doppelter Integration) betätigt, einfach im Aufbau, gut justierbar und für Massenfertigung geeignet. Der Schalter soll leicht austauschbar sein.
Lösung:
Die Lösung ist in Anspruch 1 enthalten. Aus- und Weiterbildungen sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Vorteile sind dort entnehmbar. Es zeigen:
Fig. 1 eine Baueinheit im Blockschema,
Fig. 2 eine abgewandelte Baueinheit mit Netzwerk zum Temperaturausgleich und der Sensivität,
Fig. 3 eine weitere Abwandlung mit Prüfspule,
Fig. 4 eine weitere Abwandlung mit Prüfstromversorgung,
Fig. 5 eine Baueinheit mit Piezoelement,
Fig. 6 eine Baueinheit mit Piezoelement und zusätzlicher externer Prüfstromeinspeisung,
Fig. 6a eine Schutzschaltung gegen Falschpolen,
Fig. 7 eine an einer Spiralfeder aufgehängte bewegliche Masse,
Fig. 7a einen magnetischen Kreis,
Fig. 8 verschiedene Signalformen = Spannungen und
Fig. 9 eine Baueinheit mit elektr./magn./ therm. o. a. Spannungswandler/-generatoren.
Ein Ausführungsbeispiel ist entsprechend Fig. 1 so gestaltet, daß ein Halbleiterleistungsschalter 11 die Schaltfunktion übernimmt und sein Eingang direkt durch den Beschleunigungsaufnehmer 12 aufgesteuert wird. Der Beschleunigungsaufnehmer 12 liefert Signal und Energie für die Aufsteuerung. Die Baueinheit ist somit autark, d. h. unabhängig von äußerer Energiezufuhr, somit auch beliebig einbaubar.
Um die Temperaturabhängigkeiten der Bauelemente und des Aufnehmers ausgleichen zu können, wird entsprechend Fig. 2 ein Netzwerk 21 zwischen Aufnehmer 12 und Leistungsschalter 11 eingebracht. Aufnehmer 12/Schalter 11 oder Netzwerk 21 bilden eine Baueinheit. Die Baueinheit/der Baustein ist leicht austauschbar und prüfbar.
Auch in der Produktion kann ein entsprechender Funktionsbereichsabgleich mit z. B. Abgleichlasern durchgeführt werden.
Wird in dem Netzwerk 31 ein Verstärker und eine Referenzspannung benötigt, so kann auch entspr. Fig. 3 der Prüfstrom 32, der sowieso zur Überprüfung der Anschlüsse des Sensorschalters aufgebracht wird, zur Versorgung von weiteren aktiven Bauteilen verwendet werden. Zur Prüfung des Aufnehmers kann auch eine Spule 33 in das System mit eingebaut werden. Bei der heutigen Halbleitertechnik ist es durchaus möglich, die aktiven Komponenten zur Ansteuerung des Leistungsschalters mit einer Batterie 41 (z. B. Lithium) für die Lebensdauer von ca. 10 Jahren zu versorgen , entsprechend Fig. 4.
Die Batterie kann dabei über den Prüfström bei einer Ausführung entsprechend Fig. 3 nachgeladen werden. Diese Nachladung kann auch über EMV-Einstrahlung aus der Zündelektronik sowie aus den Beschleunigungen und/oder Vibrationen und/oder Temperaturschwankungen erfolgen.
Die Prüfung der Aufnehmer 12 kann durch eine zugeordnete Spule 33, wie in Fig. 3, oder durch andere Maßnahmen wie Magnetstriktion, Piezo-, termische Längendehnung, Körperschall und/oder über weitere vorhandene Sensoren erfolgen, wie z. B. für Traktionshilfe oder Fahrwerksregelung oder ABS üblich.
Entsprechende Ausführungsformen für die Prüfung der Aufnehmer sind in Fig. 5 bis 9 gezeigt.
Als Prüfstrom-Erzeuger kann z. B. gemäß Fig. 5 und Fig. 6 ein Piezoelement 12 als piezoelektrischer Spannungsgenerator dienen.
Dabei ist die Leistungskonstante des Piezoelements so gewählt, daß sie mit steigender Amplitude (linear) ansteigt, während ihre Spannungskonstante mit fallender Amplitude stetig (linear) abfällt, während die Temperatur zunimmt.
Die Ansprechschwelle des Leistungstransistors (FET) 11 wird zweckmäßig so gewählt, daß er bei relativ niedriger Spannung schaltet. Dazu dient in dem Netzwerk 21 ein Kondensator 21a, der parallel zu einem Teil- und Ableitwiderstand 21b geschaltet ist. Dieser Kondensator dient als Ausgleichskondensator und ist einem Integrationswiderstand 21c nachgeschaltet. Der Kondensator 21a und der Widerstand 21b sind mittels Laserstrahl abgleichbar auf die jeweiligen Werte, die zum Ausgleich/Einstellen der Schwelle des Leistungstransistors (FET) 11 gewünscht sind, über einen Rückkopplungstransformator. Mit 21d ist der Rückkopplungstransformator bezeichnet, der noch im Netzwerk 21 enthalten ist.
In Fig. 6 wird ein Prüfstrom bei 32 extern - z. B. von einem weiteren ähnlichen Sensor 12 oder - wie an anderen Stellen des Fahrzeuges üblicherweise vorhanden - eingeleitet in das Netzwerk 31, ggfs. über eine Schutzdiode D und einen Widerstand (Begrenzer) R. Dort ist in dem Netzwerk 31 ein Verstärker 31a, eine Bandbreiten-Referenz 31b und eine Zenerdiode 31c vorhanden. Außerhalb des Netzwerks 31 sind noch ein Spannungsteiler 32a sowie ein Widerstand 32b und ein Kondensator 32c vorgesehen. Diese Teile können als IC ausgeführt sein.
In Fig. 6a ist eine Schutzschaltung gegen Falschpolung mit einer Diodenbrücke 34 und einem Schalter 35 dargestellt.
Fig. 7 zeigt einen abgewandelten Aufnehmer 12a mit einer beweglichen Masse 36 an einer Spiralfeder 37 zwischen zwei Anschlägen 38 aufgehängt, die bei Beschleunigung einen magnetischen Kreis 12b unterbricht, wie er z. B. in Fig. 7a dargestellt ist, und so eine Spannung erzeugt, die über das Netzwerk 21 einen elektrischen Schalter 11 betätigt. Der magnetische Kreis 12b kann eine Spule 39 zur elektrischen Anregung/Abnahme und/oder ein oder mehrere Permanentmagnet(e) (-teile) 40 enthalten.
Fig. 8 zeigt verschiedene Formen von Elementen 12, 12a, 12b erzeugten Spannungen U über der Zeit aufgetragen. Die auftretenden Beschleunigungen b sollen nur bestimmte Sollwerte Ψs innerhalb eines Bereiches (Φ0,6-1) verwendet werden.
In Fig. 9 dient die Spule 12 als Aufnehmer und der Schalter 11 ist als MOS FET ausgeführt. Dabei ist im Netzwerk 21 eine Diode D1 und ein Transistor C1 sowie ein Kondensator C2 und ein weiterer Widerstand RS zur Sicherheit vorgesehen (alternativ zur Nullspannungskompensation).
Die Diode D1 dient zum Ausgleich eventueller Unsymmetrien. Ferner ist über C1 ein Spannungsteiler Ri/Ra angeordnet.

Claims (10)

1. Sensor für das Auslösen eines Rückhaltesystems im Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen elektronischen Leistungsschalter aufweist, zur Erfassung von Beschleunigung ausgebildet ist und eine selbständige Baueinheit bildet, die ohne externe Stromversorgung ein ausreichendes Signal und Energie für die Auslösung liefert, indem der Sensor direkt oder über einen Leistungsschalter oder ein Netzwerk auf die Anschlüsse für das Auslösen der Zündung des Airbags schaltet.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit von außen prüfbar ist.
3. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk für einen automatischen Abgleich bzw. Kalibrierung (Autozero) ausgebildet ist.
4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk eine Referenz- und/oder eine Verstärker- und/oder Integratorschaltung aufweist.
5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk einen Ausgleichskondensator einen Teilerwiderstand und/oder einen Rückkopplungstransformator enthält.
6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter als MOS FET ausgebildet ist.
7. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für seine Eigenstromversorgung der Prüfstrom für die Überprüfung der Kontaktierung zum Steuergerät genutzt wird.
8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für seine Eigenstromversorgung eine Batterie dient.
9. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle ein piezoelektrischer Generator, magnetoelektrischer Generator, magnetostriktiver, thermoelektrischer oder ähnlicher Generator ist.
10. Sensor für das Auslösen eines Rückhaltesystems im Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zu sensierende Beschleunigung einer an einer Spiralfeder aufgehängten Masse ein magnetischer Kreis unterbrochen und eine Spannung erzeugt wird, die über ein Netzwerk einen elektronischen Schalter betätigt.
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