DE19703173A1

DE19703173A1 - Acceleration sensor, for vehicles, etc.

Info

Publication number: DE19703173A1
Application number: DE1997103173
Authority: DE
Inventors: Robert Griesbach
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1998-07-30

Abstract

The acceleration sensor has two acceleration dependent parts, which can be moved relative to each other in one direction. One of the parts is a permanent magnet (1). The other part is an induction coil (2). The permanent magnet is movable relative to the coil in the axial direction of the induction coil. An analysis circuit (6) is associated with the induction coil. This transmits the induced voltage and provides an output signal representative of the effective acceleration. Preferably, the permanent magnet is elastically held in its final position, e.g. by a spring force or a magnetic force (4). Current may be applied to the induction coil for test purposes so that the permanent magnet can move relative to the coil.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor mit zwei beschleuni gungsabhängig in einer Richtung relativ zueinander beweglichen Teilen.The invention relates to an acceleration sensor with two acceleri parts that are movable relative to one another in one direction.

Ein derartiger eindimensionaler Beschleunigungssensor ist in verschiedenen Aus führungsformen bekannt. Bei Fahrzeugen beispielsweise ist ein derartiger Sensor unter der Bezeichnung "saving-sensor" bekannt. Er ist an zentraler Stelle innerhalb des Fahrzeugs postiert und dient dazu, tatsächlich auftretende anormale Be schleunigungen, wie sie bei einem Verkehrsunfall auftreten können, zu erkennen und gegebenenfalls Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise einen Airbag oder einen Gurtstrammer, auszulösen. Bei den beiden relativ zueinander bewegli chen Teilen handelt es sich um einen Stabszylinder, der innerhalb eines Gehäuses bei einer Beschleunigung abrollt und nach Zurücklegen eines definierten Weges ein entsprechendes Ausgangssignal liefert.Such a one-dimensional acceleration sensor is off in different ways known forms of management. In vehicles, for example, is such a sensor known as the "saving sensor". It is at a central point within of the vehicle is positioned and is used to actually occur abnormal detect accelerations that can occur in a traffic accident and possibly safety devices, such as an airbag or a belt tensioner. Movable relative to each other Chen parts is a rod cylinder that is inside a housing rolls off at acceleration and after covering a defined path provides a corresponding output signal.

Ein derartiger Beschleunigungssensor ist mechanisch aufwendig und ermöglicht lediglich, einen definierten maximalen Beschleunigungswert zu erkennen. Darüber hinaus ist es nicht möglich, den Beschleunigungsverlauf und Beschleunigungsspit zen mit einem Wert kleiner als dem Maximalwert zu detektieren.Such an acceleration sensor is mechanically complex and enables only to recognize a defined maximum acceleration value. About that in addition, it is not possible to track the acceleration and acceleration zen with a value smaller than the maximum value.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleunigungssensor der ein gangs genannten Art zu schaffen, der durch einen einfachen mechanisch kon struktiven Aufbau auszeichnet und der eine genaue Aussage über das gesamte Beschleunigungsverhalten der auftretenden Beschleunigungen ermöglicht.The invention has for its object an acceleration sensor gangs mentioned type to create by a simple mechanical kon structural structure and which gives a precise statement about the whole Acceleration behavior of the accelerations occurring.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention solves this problem by the features of claim 1.

Kernstück des Sensors ist der Dauermagnet, der relativ zur Spule unter dem Ein fluß der Beschleunigung beweglich ist. Bei der Bewegung des Magneten im Be reich der Spule wird eine Spannung induziert, die in der Auswerteschaltung aufbe reitet wird. Hierbei werden Störeinflüsse, die ebenfalls in der Spule eine Spannung induzieren, ausgefiltert. Kriterium hierfür ist der bei einer Beschleunigung erwartete Spannungsverlauf, der ein definiertes und lediglich vom Verlauf der Beschleuni gung abhängiges Verhalten aufweist. Hochfrequente Störungen, wie sie beispiels weise durch externe HF-Sender auftreten, können dadurch problemlos ausgefiltert werden. Je nach Anwendungsfall kann das Ausgangssignal für den auftretenden Maximalwert, davor auftretende definierte Extremwerte, den Gradienten der Span nung usw. eine Aussage liefern, die über eine nachgeschaltete Entscheidungslogik beispielsweise wie im beschriebenen Anwendungsfall zum Auslösen von Sicher heitskomponenten eines Fahrzeugs führen.The heart of the sensor is the permanent magnet, which is relative to the coil under the one flow of acceleration is movable. When moving the magnet in the loading When the coil is rich, a voltage is induced which is stored in the evaluation circuit is riding. This causes interference, which is also a voltage in the coil induce, filtered out. The criterion for this is the expected acceleration Voltage curve, which is a defined one and only from the course of the acceleration dependent behavior. High-frequency interference, such as that wise occur by external RF transmitters, can be filtered out easily will. Depending on the application, the output signal for the occurring Maximum value, previously defined extreme values, the gradient of the chip etc. etc. provide a statement that is based on a subsequent decision logic for example, as in the use case described to trigger safe lead components of a vehicle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Beschleunigungssensors sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche. Sie ergeben sich ferner aus den Figuren, in denen bei spielhaft einige Beschleunigungssensoren dargestellt sind. Es zeigtAdvantageous embodiments of the acceleration sensor are the subject of further claims. They also result from the figures in which some acceleration sensors are shown playfully. It shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 1 shows a first embodiment of the invention,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform und Fig. 2 shows another embodiment and

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des Beschleunigungssensors. Fig. 3 shows a third embodiment of the acceleration sensor.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind schematisch die wesentlichen Kompo nenten des Beschleunigungssensors dargestellt. In the embodiment of FIG. 1, the essential components of the acceleration sensor are shown schematically.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 befinden sich ein Ringmagnet 1 mit der dar gestellten Polung (N/S) innerhalb einer feststehenden Spule 2. Der Ringmagnet 1 ist auf einer Stange 3, die zentral angeordnet ist, beweglich. Die Stange 3 wieder um ist an einem feststehenden und mit der Spule 2 starr verbundenen Gegen- Magneten 4 gehalten, der die gezeigte Polung (N/S) besitzt. Bedingt durch die ab stoßende Wirkung der sich benachbarten Südpole der beiden Magneten 1 und 4 erfährt der Ringmagnet 1 eine abstoßende Wirkung und wird damit in der gezeich neten, durch einen an der Stange 3 befestigten Anschlag 3' gehalten.In the embodiment of FIG. 1 there is a ring magnet 1 with the polarity (N / S) provided within a fixed coil 2 . The ring magnet 1 is movable on a rod 3 , which is arranged centrally. The rod 3 again is held on a fixed and rigidly connected to the coil 2 counter magnet 4 , which has the polarity shown (N / S). Due to the repelling effect of the adjacent south poles of the two magnets 1 and 4 , the ring magnet 1 experiences a repulsive effect and is thus held in the drawn, by a 3 attached to the rod stop 3 '.

Bei einer Beschleunigung, die gegen die abstoßenden Kraft der beiden Magneten 1 und 4 wirkt, führt der Magnet 1 eine beschleunigte Bewegung in der durch einen Pfeil 5 dargestellten Bewegungsrichtung aus. Dabei wird in der Spule 2 eine Span nung induziert, die über eine nachgeschaltete Auswerteelektronik 6 ausgewertet wird.With an acceleration that acts against the repulsive force of the two magnets 1 and 4 , the magnet 1 executes an accelerated movement in the direction of movement represented by an arrow 5 . A voltage is induced in the coil 2 , which is evaluated via a downstream evaluation electronics 6 .

Da der Ringmagnet 1 durch die abstoßende Kraft zwischen den beiden Magneten 1 und 4 quasi federnd gelagert ist, ist die induzierte Spannung ein Maß für die auf tretende Relativbeschleunigung des Ringmagneten 1 gegenüber dem Magneten 4 und der Spule 2. Dadurch ist es möglich, die auftretende Beschleunigung hinsicht lich ihres Verlaufs und dem Erreichen bzw. Überschreiten definierter Schwellwerte zu analysieren und nicht dargestellte Sicherheitseinrichtungen, wie sie sie bei An wendung bei einem Fahrzeug vorgesehen sind, auszulösen.As the ring magnet 1 by the repulsive force between the two magnets 1 and 4 is effectively resiliently supported, the induced voltage is a measure for the passing on relative acceleration of the ring magnet 1 opposite to the magnet 4 and the coil. 2 This makes it possible to analyze the acceleration occurring with regard to its course and the reaching or exceeding of defined threshold values and to trigger safety devices, not shown, as they are intended for use in a vehicle.

Die dargestellte Anordnung zeichnet sich durch einen besonders einfachen me chanisch konstruktiven Aufbau aus. Sie ist auch bei Auftreten hoher Temperaturen weiterhin wirksam. Ferner bietet sie die Möglichkeit, jederzeit auf Funktionsfähigkeit untersucht werden zu können. Hierzu ist ein Schalter S in der Stromzuführung 7 der Spule 2 vorgesehen. Beim Schalter S handelt es sich um einen Transistor, der über einen Eingang "Test" aktivierbar ist. Wird die Spule 2 dadurch bestromt, läßt sich der Magnet 1 entgegen der abstoßenden Magnetkraft auslenken. Bei ord nungsgemäßer Funktion ist die Auslenkung hinsichtlich ihres Verlaufs und ihres maximalen Werts abhängig von dem Verlauf der durch die Spule 2 erzeugten, ge gen die Magnetkraft gerichteten Magnetwirkung. The arrangement shown is characterized by a particularly simple me mechanical construction. It remains effective even when high temperatures occur. Furthermore, it offers the possibility to be checked for functionality at any time. For this purpose, a switch S is provided in the power supply 7 of the coil 2 . Switch S is a transistor that can be activated via an input "Test". If the coil 2 is energized thereby, the magnet 1 can be deflected against the repelling magnetic force. With proper function, the deflection in terms of its course and its maximum value depends on the course of the magnetic force directed by the coil 2 generated against the magnetic force.

Die Auslenkung des Magneten 1 kann sowohl mechanisch oder optisch oder aber auch elektrisch detektiert werden. Letzteres geschieht sowohl bei der eigentlichen Auslenkbewegung durch eine entsprechend auftretende gegeninduzierte Span nung innerhalb der Spule 2 sowie bei Abschalten des Erregerstroms für den Ma gneten 2 durch die dann unter dem Einfluß der Magnetkraft durchgeführte Bewe gung des Magneten 1 verbunden mit der dabei induzierten Spannung innerhalb der Spule 2.The deflection of the magnet 1 can be detected mechanically or optically or else electrically. The latter happens both in the actual deflection movement by a correspondingly occurring counterinduced voltage within the coil 2 and when the excitation current for the magnet 2 is switched off by the movement of the magnet 1 then carried out under the influence of the magnetic force and connected to the voltage induced within it Coil 2 .

Der besondere Vorteil der dargestellten Anordnung ist, daß keinerlei temperatu rempfindliche Bauteile wie Halbleiter oder Piezo-Elemente verwendet werden und daß der Sensor ohne zusätzliche Bauteile hinsichtlich seiner Funktionsfähigkeit untersucht werden kann. Damit ergibt sich ein kostengünstiger und robuster Be schleunigungssensor, der auch bei extremen Temperaturen, wie sie z. B. im Motor raum eines Fahrzeugs auftreten, einsetzbar ist.The particular advantage of the arrangement shown is that no temperatu sensitive components such as semiconductors or piezo elements are used and that the sensor without additional components in terms of its functionality can be examined. This results in an inexpensive and robust loading acceleration sensor, even at extreme temperatures such as z. B. in the engine space of a vehicle occur, can be used.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 befindet sich wiederum ein auf einer Stange 13 beweglich gelagerter Ringmagnet 1' im Inneren einer feststehenden Spule 2' angeordnet. Der Ringmagnet 1' wird durch einen Anschlag 13' in der einen Endla ge gehalten. Ferner ist ein weiterer Anschlag 13'' vorgesehen, gegen den der Ringmagnet 1' bei einer extremen Beschleunigung anschlägt. Die Stange 13 ist mit einer Türaußenhaut 9 eines nicht gezeigten Fahrzeugs verbunden.In the exemplary embodiment of FIG. 2, a ring magnet 1 'which is movably mounted on a rod 13 is in turn arranged inside a fixed coil 2 '. The ring magnet 1 'is held by a stop 13 ' in one end position. Furthermore, a further stop 13 ″ is provided, against which the ring magnet 1 ′ strikes during extreme acceleration. The rod 13 is connected to an outer door skin 9 of a vehicle, not shown.

Dringt ein Hindernis in die Außenhaut 9 ein, so wird der Ringmagnet 1' innerhalb der Spule 2' bewegt. Dadurch wird auch hier wiederum eine Spannung in der Spule 2' induziert, die über eine nachgeschaltete Auswerteelektronik 6 detektiert wird. Auch hier besteht die Möglichkeit, zu Testzwecken den Ringmagneten 1' wie bei einer Beschleunigung zu bewegen. Hierzu wird wiederum die Spule 2' bestromt und der Ringmagnet 1' gegen die Wirkung des Magneten 4' bewegt. Ein derartiger Beschleunigungssensor eignet sich beispielsweise bei einem Fahrzeug in Verbin dung mit einem Seitenairbag, da er schnell und sicher das Eindringen eines Hin dernisses im Türbereich erkennt und ein Ausgangssignal entsprechend der dabei auftretenden Beschleunigung des Ringmagneten 1' liefert. If an obstacle penetrates the outer skin 9 , the ring magnet 1 'is moved within the coil 2 '. As a result, a voltage is again induced in the coil 2 ′ here, which is detected via a downstream evaluation electronics 6 . Here, too, there is the possibility of moving the ring magnet 1 'for test purposes as when accelerating. For this purpose, the coil 2 'is in turn energized and the ring magnet 1 ' is moved against the action of the magnet 4 '. Such an acceleration sensor is suitable, for example, in a vehicle in conjunction with a side airbag, since it quickly and reliably detects the intrusion of an obstacle in the door area and delivers an output signal corresponding to the acceleration of the ring magnet 1 'that occurs.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 befindet sich ein Dauermagnet 11 ebenfalls im Bereich einer Spule 12. Er ist mit einem Konstruktionselement in Form einer Stoßstange eines Fahrzeugs 14 über eine Stange 15 verbunden. Die Stange 15 ist in einem Pralltopf 16 gehalten, die zusätzlich die Spule 12 aufnimmt und gegen einen Träger 17 abgestützt ist.In the embodiment of Fig. 3 is a permanent magnet 11 is also in the region of coil 12. It is connected to a construction element in the form of a bumper of a vehicle 14 via a rod 15 . The rod 15 is held in an impact pot 16 , which additionally receives the coil 12 and is supported against a carrier 17 .

Bei einer Relativbewegung des Dauermagneten 11 gegenüber der Spule 12, wie sie beispielsweise beim Auftreffen des Fahrzeugs auf ein Hindernis durch die dann auf die Stoßstange 14 ausgeübte beschleunigte Bewegung auftritt, wird der Dau ermagnet 11 in der Spule 12 bewegt. Auch hier wird eine Spannung innerhalb der Spule 12 induziert, die über eine nachgeschaltete Auswerteschaltung entspre chend den Teilen 6 aus Fig. 1 und 2 ausgewertet werden kann und somit eine frühzeitige Erkennung eines Fahrzeugunfalls ermöglicht.With a relative movement of the permanent magnet 11 with respect to the coil 12 , as occurs, for example, when the vehicle strikes an obstacle due to the accelerated movement then exerted on the bumper 14 , the permanent magnet 11 is moved in the coil 12 . Here, too, a voltage is induced within the coil 12 , which can be evaluated accordingly via a downstream evaluation circuit parts 6 from FIGS . 1 and 2 and thus enables early detection of a vehicle accident.

Auch hier zeichnet sich die Anordnung durch einfachen konstruktiven Aufbau und sichere Funktion aus. Ein weiterer Vorteil besteht in dem schnellen Ansprechen des Sensors auf Beschleunigungen, da bereits mit der Bewegung der Stoßstange eine Relativbewegung zwischen dem Dauermagneten 11 und der Spule 12 ver bunden ist und somit frühzeitig eine derartige, nur bei einem starken Unfall auftre tenden Beschleunigung des Fahrzeugs erkannt werden kann. Das von der Auswer teelektronik gelieferte Analogsignal kann auch hier hinsichtlich seines Verlaufs, seines Maximalwerts usw. ausgewertet werden und liefert auch hier eine äußerst zuverlässige Aussage über die Schwere eines Fahrzeugunfalls.Here too, the arrangement is characterized by a simple construction and reliable function. Another advantage is the fast response of the sensor to accelerations, since a relative movement between the permanent magnet 11 and the coil 12 is already connected with the movement of the bumper, and thus early detection of such a tendency of the vehicle, which only occurs in a severe accident can be. The analog signal supplied by the evaluation electronics can also be evaluated here with regard to its course, its maximum value etc. and also provides an extremely reliable statement about the severity of a vehicle accident.

Claims

1. Acceleration sensor with two acceleration-dependent parts that are movable in one direction, characterized in that one part is a permanent magnet and the other part is an induction coil, that the permanent magnet is movable in the axial direction of the induction coil relative to the latter, and that the induction coil is assigned an evaluation circuit is, which processes the induced voltage and delivers a representative output signal for the effective acceleration.

2. Acceleration sensor according to claim 1, characterized in that the permanent magnet is held elastically in its initial position.

3. Acceleration sensor according to claim 2, characterized in that the permanent magnet is held in its initial position by spring force.

4. Acceleration sensor according to claim 2, characterized in that the permanent magnet is held in its initial position by magnetic force.

5. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the magnet on a ver in its direction of movement Running rod is held, which in turn on an end at an accelerator Construction-dependent movable structural element is present.

6. Acceleration sensor according to claim 5, characterized in that the construction element is a bumper of a vehicle.

7. Acceleration sensor according to claim 5, characterized in that the construction element is an outer door panel of a vehicle.

8. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the induction coil can be energized in this way for test purposes is that the permanent magnet is then movable relative to the induction coil.