DE4242230A1

DE4242230A1 - Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Aufpralles auf ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4242230A1
Application number: DE19924242230
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Werner
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1994-06-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Sensoreinrichtung ist aus der DE-A 42 01 822 bekannt. Diese bekannte Sensoreinrichtung weist ein Sensorelement auf, das bspw. mit einer trägen Masse ausgebildet ist, die mit einer Feder in einem Gehäuse verbunden ist, wobei eine durch einen Seitenaufprall bewirkte Bewegung der Masse relativ zum Gehäuse einen Schalter betätigt und ein entsprechendes Ausgangssignal auslöst. Anstelle der genannten trägen Masse kann bei dieser bekannten Sensoreinrichtung das Sensorelement bspw. eine elektrische Spule und einen Magnetanker aufweisen, wobei infolge eines seitlichen Aufpralls auf das Kraftfahrzeug eine Relativbewegung von Spule und Magnetanker bewirkt wird, durch die in der Spule eine Spannung induziert wird, die ein entsprechendes Ausgangssignal liefert. Bei dieser bekannten Sensoreinrichtung ist also ein bewegliches Teil vorgesehen, was als nachteilig angesehen werden muß, weil diese Beweglichkeit bspw. durch Verschmutzung, wie sie insbesondere nach einer sehr langen Einsatzzeit bei Kraftfahrzeugen kaum zu vermeiden ist, zumindest beeinträchtigt werden kann, was in einer Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Sensoreinrichtung resultieren kann.

Diverse Sensoreinrichtungen zur Anwendung bei Kraftfahrzeugen sind bspw. auch in der DE-Z "Markt und Technik" Nr. 16, 16.04.1992, Seiten 36 und 38 beschrieben. Dort werden insbesondere Halbleitersensoren diskutiert. Derartige Halbleitersensoren sind in ihrer Herstellung jedoch relativ aufwendig, außerdem sind bei derartigen Halbleitersensoren infolge ihrer Temperaturempfindlichkeit Anwenderprobleme oftmals nicht auszuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach ausgebildet und jederzeit zuverlässig wirksam ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung das Sensorelement mindestens einen elektrischen Kondensator aufweist, ergibt sich der Vorteil, daß auf relativ zueinander frei bewegliche Teile verzichtet werden kann, so daß durch Verschmutzungen bedingte Beeinträchtigungen der Beweglichkeit des Sensorelementes ausgeschlossen sind, bzw. daß Verschmutzungen des Sensorelementes auf die elektrischen und physikalischen Eigenschaften des Sensorelementes bzw. des das Sensorelement bildenden Kondensators keinen Einfluß haben. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung besteht darin, daß durch den Einsatz des genannten Kondensators als frequenzbestimmendes Schaltungselement einer Oszillatorschaltung, die mit einem Frequenz-Spannungs- Wandler zusammengeschaltet ist, jedes gewünschte Ausgangssignal-Verhalten realisierbar ist. Durch die Ausbildung des Kondensators des Sensorelementes der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung mit mindestens einem formstabilen Plattenelement und dem Dielektrikum zwischen den Kondensatorelektroden ergibt sich außerdem der Vorteil, daß die Sensoreinrichtung gleichsam eine zusätzliche Verstärkung des Kraftfahrzeuges gegen mechanische Einwirkungen darstellen kann. Da bei Kraftfahrzeugen die entsprechenden Hohlräume regelmäßig ausgeschäumt sind, ist es erfindungsgemäß möglich, die Sensoreinrichtung in diese Hohlraum-Ausschäumung zu integrieren.

Eine gegen Temperaturschwankungen unempfindliche Sensoreinrichtung ergibt sich, wenn das Sensorelement zwei elektrische Kondensatoren aufweist, die in einer Brückenschaltung diagonal gegenüberliegend geschaltet sind. Wenn diese beiden elektrischen Kondensatoren zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, ergibt sich der weitere Vorteil einer einfachen Handhabbarkeit des Sensorelementes beim Einbau in ein entsprechendes Kraftfahrzeug. Bei einer derartigen Ausbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung können die beiden elektrischen Kondensatoren das gleiche Dielektrikummaterial aufweisen, es ist jedoch auch möglich, daß das zwischen den beiden formstabilen Plattenelementen als Elektroden vorgesehene Dielektrikum aus einem nicht oder weniger verformbaren Material und daß nur das Dielektrikum des zweiten Kondensators, d. h. das zwischen einem formveränderbaren Plattenelement und dem einen formstabilen Plattenelement vorgesehene Dielektrikum, aus einem verformbaren Material besteht.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug kann zur Anordnung in einer Seitentür oder zur Anordnung in einem seitlichen Karosserieteil des Kraftfahrzeuges vorgesehen und bspw. mit einer Auslöseeinrichtung für einen Airbag oder mit einer Einrichtung zum Gurtstraffen wirkverbunden sein.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Stoßes auf ein Kraftfahrzeug. Es zeigen:

Fig. 1 einen Abschnitt einer Tür bzw. eines Seitenteils eines Kraftfahrzeuges mit einem Sensorelement, das als elektrischer Kondensator ausgebildet ist, in einem Längsschnitt,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Schnittdarstellung eines Abschnittes einer Kraftfahrzeugtür oder eines Kraftfahrzeugseitenteils mit einem Sensorelement, das zwei elektrische Kondensatoren aufweist,

Fig. 3 eine Blockdarstellung der elektrischen Schaltung des Sensorelementes der Sensoreinrichtung, und

Fig. 4 eine Brückenschaltung der beiden elektrischen Kondensatoren gemäß Fig. 2 in Kombination mit einem Frequenz-Spannungs-Wandler.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung abschnittweise eine Seitentür 10 bzw. ein Seitenteil der Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Im Inneren 12 der Seitentür 10 ist eine Sensoreinrichtung 14 zum Erkennen eines seitlichen Aufpralls auf das Kraftfahrzeug angeordnet. Die Sensoreinrichtung 14 weist ein Sensorelement 16 auf, das als elektrischer Kondensator ausgebildet ist. Der elektrische Kondensator weist ein formstabiles Plattenelement 18 und ein quasi kraftlos formveränderbares Plattenelement 20 auf, welche die beiden Elektroden des Kondensators bilden. Zwischen den beiden Plattenelementen 18 und 20 ist ein verformbares Material vorgesehen, welches das Kondensatordielektrikum 22 bildet. Das formstabile Plattenelement 18 kann mit Hilfe eines Montageelementes 24 an der einen Wand 26 der Seitentür 10 befestigt sein; es ist jedoch auch möglich, daß die besagte Wand 26 selbst das Plattenelement 18 des als Kondensator ausgebildeten Sensorelementes 16 bildet. Bei der genannten Wand 26 handelt es sich z. B. um die Innenwand der Seitentür 10 bzw. um die Innenwand des entsprechenden Karosserieteils eines Kraftfahrzeuges. Mit der Bezugsziffer 28 ist die zweite Wand bezeichnet, bei der es sich um die Außenwand der Seitentür 10 bzw. des entsprechenden Karosserieteils eines Kraftfahrzeuges handelt. Das Kondensatordielektrikum 22 weist zweckmäßigerweise eine derartige Wanddicke a auf, daß das formveränderbare Plattenelement 20 von der benachbarten Wand 28 einen kleinen Abstand besitzt, so daß nicht jede mechanische Einwirkung auf die Wand 28 sofort zu einer Kapazitätsänderung des Sensorelementes 16 führt.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung abschnittweise eine Seitentür 10 oder ein anderes Seitenteil der Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit einer Innenwand 26 und einer Außenwand 28, zwischen welchen ein Hohl- bzw. Innenraum 12 der Seitentür 10 bzw. des entsprechenden Karosserieteils des Kraftfahrzeuges festgelegt ist. Im Inneren 12 ist ein Sensorelement 16 einer Sensoreinrichtung 14 vorgesehen, das zwei formstabile Plattenelemente 18 und ein formveränderbares Plattenelement 20 aufweist. Zwischen den beiden formstabilen Plattenelementen 18 ist ein Kondensatordielektrikum 22′ vorgesehen, das zweckmäßigerweise aus einem kaum oder nicht verformbaren Material besteht. Zwischen dem formveränderbaren Plattenelement 20 und dem zu diesem benachbarten formstabilen Plattenelement 18 ist ein Kondensatordielektrikum 22′ vorgesehen, das aus einem formveränderbaren Material besteht. Durch diesen Mehrschichtsaufbau ergibt sich ein erster Kondensator C1 (siehe Fig. 4), bestehend aus den beiden formstabilen Plattenelementen 18 und dem zwischen diesen vorgesehenen Kondensatordielektrikum 22′, sowie ein zweiter elektrischer Kondensator C2 (siehe Fig. 4), bestehend aus dem formveränderbaren Plattenelement 20 und dem dazu benachbarten formstabilen Plattenelement 18 und dem zwischen diesen befindlichen Kondensatordielektrikum 22 aus verformbarem Material. Die beiden elektrischen Kondensatoren C1 und C2 sind in einer Brücke 30 diametral gegenüberliegend geschaltet, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, so daß durch Temperatureinflüsse bewirkte Kapazitätsänderungen eliminiert werden.

Der das Sensorelement 16 bildende elektrische Kondensator c bildet bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 14 ein frequenzbestimmendes Schaltungselement einer Oszillatorschaltung 32, die in Fig. 3 durch einen Block angedeutet ist. Die Induktivität der Oszillatorschaltung 32 ist mit L_o bezeichnet, womit zum Ausdruck gebracht werden soll, daß sich die Induktivität der Oszillatorschaltung 32 nicht ändert, sondern konstant ist. Die Resonanzfrequenz der Oszillatorschaltung 32 ist in Fig. 3 mit f (L_o,C) bezeichnet, d. h. sie ist von der konstanten Induktivität L_o und von der Kapazität C des Sensorelementes bzw. der Oszillatorschaltung 32 abhängig. Die Oszillatorschaltung 32 ist mit einem Frequenz-Spannungs-Wandler 34 zusammengeschaltet, mit welchem jeder Frequenz f (L_o,C) eine elektrische Spannung U (L_o,C) zugeordnet wird, die das entsprechende Ausgangssignal der Sensoreinrichtung 14 bildet, das eine zugehörige (nicht gezeichnete) Einrichtung eines Kraftfahrzeuges, wie die Auslöseeinrichtung eines Airbags, die Auslöseeinrichtung eines Gurtstraffers o. dgl. geeignet beeinflußt.

In Fig. 4, die bereits weiter oben in Verbindung mit den beiden in einer Brücke 30 zusammengeschalteten elektrischen Kondensatoren C1 und C2 erwähnt worden ist, ist ebenfalls ein Frequenz-Spannungs-Wandler 34 gezeichnet, um die Resonanzfrequenz f (L_o,C) in ein entsprechendes Spannungssignal U (L_o,C) umzuwandeln.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der Sensoreinrichtung 14 gemäß Fig. 1, d. h. der Sensoreinrichtung 14 mit einem einzigen elektrischen Kondensator C beschrieben. Im Originalzustand weist das Sensorelement 16 die Kapazität

auf, wobei
∈_o = Dielektrizitätskonstante des Vakuums
∈_r = relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums 22
A = Fläche des formstabilen bzw. des formveränderbaren Plattenelementes 18, 20
a_o = Wanddicke des Dielektrikums 22 im Originalzustand.

Erfolgt ein entsprechender seitlicher Aufprall, so wird nicht nur die Tür 10 bzw. das entsprechende Seitenteil des Kraftfahrzeuges deformiert, sondern es wird auch das Dielektrikum 22 eingedellt. Das bedeutet eine Reduktion der Wanddicke von a_o auf einen Wert a, wobei a < a_o ist. Das bedeutet jedoch eine entsprechende Vergrößerung der Kapazität C des das Sensorelement 16 bildenden Kondensators entsprechend der Formel

Wie ohne weiteres klar ist, ist die Änderung der Wanddicke a während eines seitlichen Aufpralls eine Funktion der Zeit, d. h. a = a (t) woraus folgt, daß die Kapazität des das Sensorelement 16 bildenden Kondensators eine entsprechende Funktion der Zeit ist, d. h. C = C (t). Der Zeitgradient der Kapazität des Sensorelementes 16

ist also ein Maß für die Aufprall-Geschwindigkeit. Dem Zeitgradienten der Kapazitätsänderung entspricht ein bestimmter Zeitgradient der Resonanzfrequenz der Oszillatorschaltung 32 (siehe Fig. 3), der durch

beschrieben wird. Dem Zeitgradienten der Resonanzfrequenz entspricht ein bestimmter zeitlicher Spannungsgradient

am Ausgang des Frequenz-Spannungs-Wandlers 34, der in einer (nicht gezeichneten) nachgeordneten Auswerteeinrichtung passend gewertet wird, um bspw. einen Airbag zu zünden oder einen Gurtstraffer zu aktivieren.

Außer einer Bestimmung der Aufprallgeschwindigkeit, die durch den Zeitgradienten der Spannung bestimmt ist, ist es erfindungsgemäß auch möglich, mit der Sensoreinrichtung 14 die Gesamtdeformation zu bestimmen, die durch (a - Δa) gegeben ist. Diesem Deformationswert entspricht eine Kapazität (C + ΔC) mit

Diesem (C + ΔC) entspricht eine bestimmte Resonanzfrequenz (f - Δf), die im Frequenz-Spannungs-Wandler 34 in eine bestimmte Ausgangsspannung U (L_o,C + ΔC) umgewandelt wird.

Claims

1. Sensoreinrichtung zum Erkennen eines seitlichen Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug, mit einem Sensorelement (16), das bei einem seitlichen Aufprall auf das Kraftfahrzeug ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (16) mindestens einen elektrischen Kondensator aufweist, der ein frequenzbestimmendes Schaltungselement einer Oszillatorschaltung (32) bildet, die mit einem Frequenz-Spannungs-Wandler (34) zur Abgabe einer elektrischen Spannung (U) als Ausgangssignal zusammengeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator ein formstabiles Plattenelement (18) und ein quasi kraftlos formveränderbares Plattenelement (20) aufweist, welche die Kondensatorelektroden bilden, zwischen denen ein verformbares Material als Kondensatordielektrikum (22) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatordielektrikum (22) von einem Kunststoffschaummaterial gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (16) zwei elektrische Kondensatoren aufweist, die eine Einheit bilden und in einer Brückenschaltung (30) diagonal gegenüberliegend geschaltet sind, wobei der eine Kondensator (C1) als Elektroden zwei voneinander beabstandete formstabile Plattenelemente (18) und ein zwischen diesen vorgesehenes Kondensatordielektrikum (22′) und der zweite Kondensator (C2) ein Kondensatordielektrikum (22) aus einem verformbaren Material aufweist, das zwischen einem quasi kraftlos formveränderbaren Plattenelement (20) und dem einen der formstabilen Plattenelemente (18) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (22′) des ersten Kondensators (C1) aus einem formstabilen Material besteht.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das/jedes formstabile Plattenelement (18) aus einem Blechmaterial besteht.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das formveränderbare Plattenelement (20) eine Metallfolie ist.

8. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Anordnung in einer Seitentür eines Kraftfahrzeuges.

9. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Anordnung in einem seitlichen Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges.