DE4114992C1 - Acceleration and inclination sensor for motor vehicle - has contact piece(s) in cavity responding to change in vertical extension of main contact - Google Patents

Acceleration and inclination sensor for motor vehicle - has contact piece(s) in cavity responding to change in vertical extension of main contact

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Abstract

The dual sensor contains a hollow chamber (10) in a sensor housing with inclined inner surfaces carrying electrically conducting contact pieces (18) and a contact body (16). The latter position varies with inclination and its vertical length varies with gravitational force independently of the sensor housing inclination. The hollow chamber has at least one contact piece (18.1) which responds to a change in the vertical length of the contact body. The contact body is a liquid body of high surface tension which approximates more and more to a sphere until gravitational separation is reached. USE/ADVANTAGE - Produces accurate measurement results despite its simplicity and is universally applicable as both an inclination and O-g sensor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungs- und Neigungssensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an acceleration and Tilt sensor according to the preamble of patent claim 1.

Es ist bekannt (US-PS 37 20 426), zur Anzeige kritischer Fahrzustände in Kraftfahrzeugen Beschleunigungs- und Nei­ gungssensoren zu verwenden, die als Kontaktkörper eine im Hohlraum freibewegliche Metallkugel enthalten, welche bei einer vorgegebenen Fahrzeugneigung oder Verzögerung zu dem der Hohlraumspitze abgewandten Hohlraumende wandert und dort einen elektrischen Kontakt zur Betätigung etwa eines Gurtstrammers oder eines aufblasbaren Insassenschutzkissens schließt. Ferner ist es bei Neigungssensoren allgemein be­ kannt (US-PS 23 38 811), anstelle einer Metallkugel einen zwischen den Hohlraumwänden linsenförmig eingeschlossenen Quecksilbertropfen vorzusehen, dessen Lage im Hohlraum mit Hilfe elektrischer Kontaktstücke abgetastet wird.It is known (US Pat. No. 3,720,426) to be more critical for display Driving conditions in motor vehicles acceleration and Nei tion sensors to use as a contact body in Cavity contain freely movable metal ball, which at a predetermined vehicle inclination or deceleration to that the cavity end facing away from the cavity tip migrates and there is an electrical contact for actuating about one Belt tensioner or an inflatable occupant protection cushion closes. Furthermore, it is generally in inclination sensors knows (US-PS 23 38 811), instead of a metal ball enclosed in a lenticular shape between the cavity walls To provide mercury drops, the location of which in the cavity Is sensed using electrical contact pieces.

Derartige Sensoren sind jedoch ungeeignet zur Überwachung kritischer Vertikalbeschleunigungen im 0-g-Bereich, also etwa in dem typischen sicherheitstechnischen Anwendungsfall eines automatisch ausfahrbaren Kraftfahrzeug-Überrollbügels, der betätigt werden muß, wenn sich das Fahrzeug dem Zustand der Schwerelosigkeit nähert und daher einen verringerten oder gar fehlenden Bodenkontakt besitzt.However, such sensors are unsuitable for monitoring critical vertical accelerations in the 0 g range, so for example in the typical safety-related application an automatically extendable motor vehicle roll bar, which must be operated when the vehicle is in the state approaches weightlessness and therefore a reduced one or even missing ground contact.

Andererseits sind die zur Überwachung solcher kritischen Bo­ denkontakt-Zustände bekannten 0-g-Sensoren, die zumeist ein federgestütztes Sensorelement enthalten, welches im Zustand der Schwerelosigkeit unter der Wirkung der Federkraft nach oben verschoben wird und dadurch einen elektrischen Kontakt betätigt, ausschließlich auf die Messung von Vertikalbe­ schleunigungen beschränkt, nicht aber als Horizontalbe­ schleunigungs- und Neigungssensoren verwendbar. Als noch wesentlich gravierender Nachteil kommt hinzu, daß die Ver­ schiebeachse des Sensorelements zur Vermeidung von Fehlmes­ sungen exakt in Vertikalrichtung ausgerichtet bleiben muß. On the other hand, those used to monitor such critical Bo the contact states known 0-g sensors, mostly a spring-loaded sensor element included, which in the state weightlessness under the action of spring force is moved up and thereby an electrical contact actuated, only for the measurement of vertical accelerations limited, but not as horizontal acceleration and inclination sensors can be used. Than yet Another serious disadvantage is that the Ver sliding axis of the sensor element to avoid incorrect measurements solutions must remain exactly aligned in the vertical direction.  

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der trotz einer einfachen Bau­ weise exakte Meßergebnisse liefert und universell, d. h. sowohl als Neigungs- als auch als 0-g-Sensor, verwendbar ist.The object of the invention is a sensor of the beginning to create the type mentioned, despite a simple construction provides exact measurement results and universal, d. H. usable both as a tilt and as a 0 g sensor is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentan­ spruch 1 gekennzeichneten Sensor gelöst.This object is achieved by the in the patent Say 1 marked sensor solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor wird die schwerkraftab­ hängige Eigenverformung des Kontaktkörpers aus einem Material, etwa dem für Neigungssensoren an sich bekann­ tem Quecksilber, welches bei Annäherung an die Schwere­ losigkeit von einem linsen- in eine kugelförmige Gestalt übergeht, in der Weise ausgenutzt, daß nicht nur die der Fahrzeugneigung entsprechende Lage sondern auch die Raumform des Kontaktkörpers im Hohlraum mittels der Kon­ taktstücke abgetastet und dadurch mit einem einzigen Sensor eine kombinierte 0-g- und Neigungsanzeige erreicht wird, mit der Besonderheit, daß die Eigenverformung des Kontaktkörpers positionsunabhängig und stets in Richtung des Gravitationsfeldes erfolgt und somit die eingangs geschilderten Fehlmessungen üblicher 0-g-Sensoren wirk­ sam eliminiert werden, ohne daß für den Sensor eine kom­ plizierte vertikalstabile Aufhängung benötigt wird. Die Erfindung eignet sich in hervorragender Weise für An­ wendungsfälle, in denen auf baulich sehr einfache und zuverlässige Weise der 0-g-Zustand eines Fahrzeuges zu­ sätzlich oder wahlweise zum Neigungswinkel bzw. der Hori­ zontalbeschleunigung überwacht werden muß. In the sensor according to the invention, gravity is reduced dependent self-deformation of the contact body from one Material, such as that known per se for inclination sensors mercury, which is approaching gravity Loose from a lenticular to a spherical shape takes over, exploited in such a way that not only that of Appropriate position of the vehicle inclination but also the Spatial shape of the contact body in the cavity by means of the con clocks scanned and thus with a single Sensor reached a combined 0 g and inclination display with the peculiarity that the inherent deformation of the Contact body regardless of position and always in the direction of the gravitational field takes place and thus the input incorrect measurements of conventional 0-g sensors sam can be eliminated without a com plicated, vertically stable suspension is required. The Invention is excellently suited for An use cases in which the construction is very simple and reliable way of the 0-g state of a vehicle in addition or optionally to the angle of inclination or the Hori zonal acceleration must be monitored.  

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung be­ steht der Kontaktkörper gemäß Anspruch 2 in besonders einfacher Weise aus einem die Hohlraum-Innenflächen nicht­ benetzenden Flüssigkeitstropfen hohen spezifischen Gewichts und hoher Oberflächenspannung, nämlich vorzugsweise gemäß Anspruch 3 - wie bereits erwähnt - aus Quecksilber.In a further advantageous embodiment of the invention be is the contact body according to claim 2 in particular simply not from the cavity interior surfaces wetting drops of liquid of high specific gravity and high surface tension, namely preferably according to Claim 3 - as already mentioned - from mercury.

Um mit Hilfe eines einzigen Kontaktkörpers ein hinsicht­ lich Fahrzeugneigung und -horizontalbeschleunigung richtungsabhängiges Ansprechverhalten des Sensors zu er­ reichen, empfiehlt es sich gemäß Anspruch 4, den Hohlraum nach Art eines auf die Spitze gestellten Rotationskörpers auszubilden.To do it with the help of a single contact body Lich vehicle inclination and horizontal acceleration directional response behavior of the sensor range, it is recommended according to claim 4, the cavity in the manner of a rotating body placed on the tip to train.

Im Hinblick auf eine feinfühlige Messung des Neigungs­ winkels bzw. der Horizontalbeschleunigung und einer hier­ von unabhängigen 0-g-Anzeige sind die Kontaktstücke gemäß Anspruch 5 vorzugsweise gleichförmig dicht über die Hohl­ raum-Innenflächen verteilt.With regard to a sensitive measurement of the inclination angle or the horizontal acceleration and one here The contact pieces are according to independent 0-g display Claim 5 preferably uniformly tight over the hollow interior surfaces distributed.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen beispiels­ weise näher erläutert. Es zeigen in schematischer Dar­ stellung:The invention will now be described with reference to the drawings explained in more detail. It shows a schematic diagram position:

Fig. 1 einen Sensor zur Überwachung des 0-g-Zustandes in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug; Fig. 1 is a sensor for monitoring the 0-g-state in conjunction with a motor vehicle;

Fig. 2a einen Längsschnitt des Sensors gem. Fig. 1; Fig. 2a shows a longitudinal section of the sensor. Fig. 1;

Fig. 2b einen Schnitt des Sensors gem. Fig. 2a längs der Linie I-I; Fig. 2b shows a section of the sensor. Fig. 2a along the line II;

Fig. 3 den Sensor gem. Fig. 2a im 0-g-Zustand; Fig. 3 shows the sensor. Fig. 2a in the 0-g state;

Fig. 4 den Sensor gem. Fig. 2a im geneigten Zustand und mit einer alternativen Hohlraumkonfiguration; Fig. 4 shows the sensor. FIG. 2a in the inclined state and with an alternative cavity configuration;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung des Sensors, jedoch im 0-g-Zustand. Fig. 5 is a Fig. 4 corresponding representation of the sensor, but in the 0-g state.

Das in Fig. 1 gezeigte Kraftfahrzeug-Cabriolet 2 enthält als Sicherheitseinrichtung einen automatisch ausfahrbaren Überollbügel 4 der unter der Steuerung eines fahrzeugfest montierten Neigungs- und Beschleunigungssensors 6 (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) in die gezeigte Aufprall- Schutzposition hochgefahren wird.The motor vehicle cabriolet 2 shown in FIG. 1 contains, as a safety device, an automatically extendable roll bar 4 which is raised into the impact protection position shown under the control of an inclination and acceleration sensor 6 (shown in dashed lines in FIG. 1).

Gemäß Fig. 2 besteht der Sensor 6 aus einem zweiteiligen Sensorgehäuse 8 z. B. aus Glas in welchem sich ein rotationssymmetrischer Hohlraum 10 befindet, der von im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Innenflächen 12 und 14 begrenzt ist. Der Hohlraum 10 ist nach Art eines mit der Spitze nach unten aufgestellten Ringkegels ausgebildet, und der Sensor 6 ist derart im Kraftfahrzeug 2 montiert, daß die Symmetrieachse A-A des Hohlraums 10 bei nicht-geneigtem Kraftfahrzeug 2 vertikal ausgerichtet ist.According to FIG. 2, 6, the sensor consists of a two-part sensor housing 8 z. B. of glass in which there is a rotationally symmetrical cavity 10 which is delimited by inner surfaces 12 and 14 which run essentially parallel to one another. The cavity 10 is designed in the manner of a ring cone set up with the tip downward, and the sensor 6 is mounted in the motor vehicle 2 in such a way that the axis of symmetry AA of the cavity 10 is oriented vertically when the motor vehicle 2 is not inclined.

Als Sensorelement enthält der Sensor 6 einen im Hohlraum 10 eingeschlossenen Kontaktkörper 16 in Form eines Queck­ silbertropfens der sich gemäß Fig. 2 d. h. bei neigungs und horizontalbeschleunigungsfreiem Kraftfahrzeug 2 im 1-g-Zustand an der Hohlraumspitze befindet und eine flach linsenförmige Gestalt annimmt. Neigt sich das Kraftfahrzeug 2, so verlagert sich der Quecksilbertropfen 16 ab einem durch den Scheitelwinkel des Ringkegels be­ stimmten Grenz-Neigungswinkel zum radial äußeren Hohlraum­ ende. Auch bei einer horizontalen Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung wandert der Quecksilbertropfen 16 in Abhängigkeit von der Größe der Beschleunigung mehr oder weniger weit auf der Hohlraum-Innenfläche 12 in Richtung des divergenten Hohlraumendes, wobei die Bewegungsrichtung des Quecksilbertropfens 16 in beiden Fällen mit der Nei­ gungs- bzw. Horizontalbeschleunigungsrichtung es Kraft­ fahrzeugs 2 übereinstimmt.As the sensor element of the sensor 6 includes a trapped in the cavity 10 contact body 16 in the form of a mercury drop which is shown in FIG. 2 ie tilt and horizontal acceleration-free motor vehicle 2 in the 1-g-state at the cavity tip and assumes a flat lenticular shape. If the motor vehicle 2 tilts, the mercury drop 16 shifts from a limit angle of inclination to the radially outer cavity end which is determined by the apex angle of the ring cone. Even with a horizontal vehicle acceleration or deceleration, the mercury drop 16 moves more or less depending on the size of the acceleration on the cavity inner surface 12 in the direction of the divergent cavity end, the direction of movement of the mercury drop 16 in both cases with the inclination or horizontal acceleration direction it matches vehicle 2 .

Unabhängig hiervon ändert der Quecksilbertropfen 16 seine Raumform in Abhängigkeit von der angreifenden Schwerkraft und geht im Schwebefall, d. h. im 0-g-Zustand, von der in Fig. 2 gezeigten Linsen - in die in Fig. 3 gezeigte Kugel­ form über. Die lichte Weite des Hohlraums 10, also der gegenseitige Abstand der Hohlraum-Innenflächen 12 und 14, ist so groß gewählt daß die mit einer derartigen Form­ änderung verbundene Vertikalexpansion des Quecksilber­ tropfens 16 unbehindert vonstatten geht.Irrespective of this, the mercury drop 16 changes its three-dimensional shape depending on the attacking gravity and passes in the case of suspension, ie in the 0-g state, from the lens shown in FIG. 2 - into the spherical shape shown in FIG. 3. The clear width of the cavity 10 , that is to say the mutual distance between the cavity inner surfaces 12 and 14 , is chosen to be so large that the vertical expansion of the mercury drop 16 associated with such a shape change takes place without hindrance.

Zur Ermittlung des Neigungs-, Horizontalbeschleunigungs- und Schwebezustandes sind die Hohlraum-Innenflächen 12, 14 mit einer Vielzahl von gleichförmig dicht verteilten Kontaktstücken 18 belegt, die jeweils über eine elektrische Verbindung 20 an einen Mikroprozessor 22 angeschlossen sind, welcher anhand der jeweils von dem Quecksilber­ tropfen 16 überbrückten Kontaktstücke 18 die Position und Raumform des Quecksilbertropfens 16 im Hohlraum 10 fest­ stellt und eine dementsprechende Information über den Neigungswinkel und die am Fahrzeug angreifenden Beschleuni­ gungen liefert.To determine the inclination, horizontal acceleration and levitation state, the cavity inner surfaces 12 , 14 are covered with a large number of uniformly distributed contact pieces 18 , each of which is connected via an electrical connection 20 to a microprocessor 22 , which is based on the mercury in each case drip 16 bridged contact pieces 18 determines the position and spatial shape of the mercury drop 16 in the cavity 10 and provides a corresponding information about the angle of inclination and the accelerations acting on the vehicle.

Anstatt aus Quecksilber kann der Kontaktkörper 16 auch aus einer anderen, die Hohlraum-Innenflächen 12, 14 nicht benetzenden, elektrisch leitenden Flüssigkeit hoher Ober­ flächenspannung und möglichst hohen spezifischen Gewichtes bestehen wobei es für die elektrische Leitfähigkeit ausreicht, daß sich der Stromdurchgang bei einer Überbrückung der Kontaktstücke signifikant ändert und demgemäß auch etwa mit Ionen dotierte Flüssig­ keiten mit einer relativ hochohmigen Kontaktabfrage ver­ wendbar sind. Instead of mercury, the contact body 16 can also consist of another, the cavity inner surfaces 12 , 14 not wetting, electrically conductive liquid high surface tension and as high as possible specific weight, it being sufficient for the electrical conductivity that the current passage when bridging the Contact pieces changes significantly and accordingly, for example, ions doped with ions can be used with a relatively high-resistance contact query.

Die Fig. 4 und 5 zeigen den Sensor 6 in der geneigten Lage einmal im 1-g-Zustand (Fig. 4) und zum anderen im Schwebezustand. Im Unterschied zu der Ringkegelform nach den Fig. 2 und 3 besitzt der Hohlraum 10 eine konvexe Querschnittskonfiguration, so daß der Quecksilbertropfen 16 - anders als bei der Ringkegelform - dem jeweiligen Neigungswinkel des Sensorgehäuses 8 entsprechend stabile Zwischenpositionen zwischen der Symmetrieachse A-A und dem radial äußeren Hohlraumende aufweist und daher mittels des Sensors 6 nicht nur eine Grenzwinkelüberschreitung angezeigt, sondern ein dem jeweiligen Neigungswinkel analoges Ausgangssignal erzeugt werden kann, dessen zeit­ liche Ableitung die für viele Anwendungsfälle benötigte Neigungswinkel-Geschwindigkeit angibt. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise des Sensors gemäß den Fig. 4 und 5 die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. FIGS. 4 and 5 show the sensor 6 in the inclined position once in 1-g-state (Fig. 4) and on the other in the floating state. In contrast to the ring cone shape according to FIGS . 2 and 3, the cavity 10 has a convex cross-sectional configuration, so that the mercury drop 16 - in contrast to the ring cone shape - corresponding to the respective angle of inclination of the sensor housing 8 stable intermediate positions between the axis of symmetry AA and the radially outer cavity end has and therefore by means of the sensor 6 not only a limit angle exceeded is indicated, but an output signal analogous to the respective angle of inclination can be generated, the time derivative of which indicates the angle of inclination speed required for many applications. Otherwise, the construction and operation of the sensor according to FIGS. 4 and 5 is the same as in the first embodiment.

Claims (5)

1. Beschleunigungs- und Neigungssensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem im Sensorgehäuse ausge­ bildeten, von im wesentlichen zueinander parallelen, schräg geneigten Innenflächen begrenzten Hohlraum mit an den Hohl­ raum-Innenflächen angeordneten, elektrisch leitenden Kon­ taktstücken sowie zumindest einem, im Hohlraum entsprechend der Neigung des Sensorgehäuses lageveränderlich positionier­ ten Kontaktkörper, der eine sich unabhängig von der Neigung des Sensorgehäuses selbsttätig schwerkraftabhängig ändernde Vertikalerstreckung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (10) mit zumindest einem, auf eine Anderung der Vertikalerstreckung des Kontaktkörpers (16) ansprechenden Kontaktstück (18.1) versehen ist. 1. Acceleration and inclination sensor, in particular for a motor vehicle, consisting of a cavity formed in the sensor housing, of essentially parallel, obliquely inclined inner surfaces limited cavity with arranged on the cavity inner surfaces, electrically conductive con tact pieces and at least one, in the cavity corresponding to the inclination of the sensor housing positionally variable contact body which has a vertical extension that changes automatically depending on the gravity, depending on the inclination of the sensor housing, characterized in that the cavity ( 10 ) with at least one contact piece which responds to a change in the vertical extension of the contact body ( 16 ) ( 18.1 ) is provided. 2. Beschleunigungs- und Neigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper (16) ein sich bis zum Erreichen der Schwerelosigkeit mehr und mehr der Kugelform annähern­ der Flüssigkörper hoher Oberflächenspannung ist.2. Acceleration and inclination sensor according to claim 1, characterized in that the contact body ( 16 ) is closer to reaching the weightlessness more and more of the spherical shape of the liquid body of high surface tension. 3. Beschleunigungs- und Neigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkörper aus Quecksilber besteht.3. Acceleration and inclination sensor according to claim 2, characterized in that the liquid body consists of mercury. 4. Beschleunigungs- und Neigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (10) eine rotationssymmetrische Hohl­ raum-Konfiguration aufweist und zumindest im Bereich der Symmetrieachse (A-A) mit einem auf die Vertikal- Erstreckung des Kontaktkörpers (16) ansprechenden Kontaktstück (18.1) versehen ist.4. Acceleration and inclination sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity ( 10 ) has a rotationally symmetrical cavity configuration and at least in the region of the axis of symmetry (AA) with a responsive to the vertical extent of the contact body ( 16 ) Contact piece ( 18.1 ) is provided. 5. Beschleunigungs- und Neigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (10) mit einer gleichförmig verteilten, sowohl auf die Position des Kontaktkörpers (16) im Hohlraum als auch hiervon unabhängig auf die Vertikal- Erstreckung des Kontaktkörpers ansprechenden Kontakt­ stück-Anordnung (18) versehen ist.5. Acceleration and inclination sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity ( 10 ) with a uniformly distributed, both on the position of the contact body ( 16 ) in the cavity and of this independently of the vertical extension of the contact body responsive contact piece arrangement ( 18 ) is provided.
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