DE19942363C2

DE19942363C2 - Induktiver Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE19942363C2
Application number: DE1999142363
Authority: DE
Inventors: Yan Lu; Marcus Weidner; Robert Griesbach
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-09-04
Filing date: 1999-09-04
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2019-09-05
Also published as: DE19942363A1

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Beschleunigungssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beschleunigungssensoren, die auf induktiver Basis arbeiten, sind allgemein bekannt.

So ist aus der DE 38 43 160 A1 ein Sensor zur Messung eines Weges oder eines Bewegungsverhaltens bekannt, bei dem eine in einem Gehäuse auf genommene Permanentmagnetanordnung durch die Abstoßungskräfte gleichnamiger Magnetpole in Schwebe gehalten ist. In einer Meßwicklung wird ein zur Bewegung oder Verschiebung der Anordnung proportionales elektrisches Signal induziert. Die Permanentmagnetanordnung umfaßt einen Gleit- und Führungskörper und zwei Permanentmagnete, die an den Stirnflä chen des Gleit- und Führungskörpers angeordnet sind.

Eine ähnliche Anordnung ist in der DE 38 09 887 A1 beschrieben. Zum wei teren Umfeld der Erfindung wird ferner auf die EP 857 945 A, EP 816 855 A, DE 37 05 920 A1 und DE 34 28 914 A1 hingewiesen.

Werden solche Beschleunigungssensoren jedoch bei Sicherheitseinrichtun gen, wie beispielsweise bei Insassen-Rückhaltesystemen in einem Fahr zeug, eingesetzt, müssen sie neben ihrer gewünschten Funktionalität auch noch funktionssicher und überprüfbar sein.

Funktionssicher bedeutet hierbei, daß der Sensor auch bei ungünstigen Be dingungen, z. B. beim Fahren durch ein Schlagloch oder gegen einen Bord stein und eine anschließende Vollbremsung, kein einen Unfall zum Ausdruck bringendes Meßsignal liefern soll. Ein solches Meßsignal soll erst ab einem bestimmten Schwellwert generiert werden.

Da ein im Sicherheitsbereich eingesetzter Beschleunigungssensor sehr si cherheitsrelevant ist, muß seine Arbeitsweise auch auf Korrektheit überprüft werden können. Diesen Anforderungen können von den in den eingangs genannten Dokumenten beschriebenen Vorrichtungen nicht erfüllt werden.

Aus den Vorrichtungen gemäß der DE 38 43 160 A1 und der DE 38 09 887 A1 ergeben sich vielmehr folgende Probleme. Die Fig. 3 zeigt magnetische Gegenkräfte, wie bei Anordnungen gemäß der DE 38 43 160 A1 und der DE 38 09 887 A1 auftreten. Demgemäß nimmt die magnetische Gegenkraft na hezu exponentiell mit abnehmendem Abstand zwischen dem beweglichen und den ortsfesten Permanentmagneten zu. In der Ruheposition befindet sich der bewegliche Permanentmagnet in seiner Mittellage, wo sich die bei den Gegenkräfte der ortsfesten Permanentmagnete aufheben.

Bereits durch kleine Beschleunigungen können jedoch Spannungen in der Meßspule induziert werden. Ein solches Meßverhalten ist bei der Anwen dung im Bereich der Insassen-Rückhaltesysteme zu vermeiden.

Würde nur eine Anordnung mit zwei Magneten, nämlich einem ortsfesten und einem beweglichen Permanentmagneten gewählt werden, so würde sich der in Fig. 4 dargestellte Kraftverlauf ergeben. Hierbei wirkt auf den bewegli chen Permanentmagneten zwar auch in seiner Ruheposition eine Gegen kraft ein, die vom Material und der Geometrie der Magnete abhängig ist. Je doch besteht das Problem nunmehr darin, daß die Gegenkraft über den ge samten Verfahrweg des beweglichen Permanentmagneten zu hoch wird, wenn die die Funktionssicherheit sicherstellende Beschleunigungsschwelle realisiert wird. In diesem Fall besteht nämlich die Gefahr, daß der bewegli che Magnet, aufgrund der zu hohen Gegenkraft, nur eine kurze Strecke verfahren kann. Die dadurch induzierte Meßspannung wäre zu klein. Ferner kann der Sensor wegen der zu hohen Gegenkraft nicht mehr auf richtige Funktionsweise überprüft werden.

Zur Gewährleistung der Prüfbarkeit ist es erforderlich, die Gegenkraft über den Verfahrweg klein zu halten. Dies widerspricht aber einer funktionssiche ren Arbeitsweise des Sensors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen induktiven Beschleuni gungssensor anzugeben, der neben seiner normalen Funktionalität funkti onssicher und überprüfbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß zum einen eine Prüfspule vorgesehen ist, die koaxial zur Meßspule angeordnet ist. Durch die Verwendung der Prüfspule ist eine Prüfung des Beschleunigungs sensors auf richtige Arbeitsweise möglich. Im Prüfbetrieb wird die Prüfspule mit Strom gespeist, dessen Feld gleichsinnig ist, wie das des verschiebbaren Magneten. Dadurch entsteht eine Kraft auf den verschiebbaren Magneten in Richtung zum ortsfesten ersten Magneten hin. Der verschiebbare Magnet wird solange bewegt, bis die Kraft durch die Prüfspule die Gegenkraft des ortsfesten ersten Magneten ausgleicht.

Zur Gewährleistung der ausreichenden Funktionssicherheit ist ein zweiter Magnet ortsfest angeordnet und derart ausgerichtet, daß sich der zweite Magnet und der verschiebbare Magnet anziehen. Zusätzlich wird eine Ju stierspule vorgesehen, die in der Ruheposition des verschiebbaren Magne ten zwischen diesem und dem zweiten ortsfesten Magneten angeordnet ist.

Durch die Anziehung des Magneten erhöht sich prinzipiell die Haltekraft in der Ruheposition sowie über den gesamten Verfahrweg.

Würde man anstelle des zweiten ortsfesten Magneten lediglich eine Platte aus ferromagnetischem Material verwenden, würde der bewegliche Magnet nur in der Ruheposition in ausreichendem Maße gehalten werden. Die Ge genkräfte über den verbleibenden Verfahrweg wären jedoch noch zu klein. Damit könnten die bei Vollbremsungen auftretenden Kräfte über denjenigen der Gegenkräfte liegen. Dieser Nachteil wird jedoch durch die Verwendung des zweiten ortsfesten Permanentmagneten vermieden.

Im Prüfbetrieb jedoch, wo eine kleine Gegenkraft notwendig ist, kann die Ju stierspule mit Strom beaufschlagt werden, und zwar so, daß dessen magne tisches Feld gegen das Feld des zweiten ortsfesten Magneten gerichtet ist. Dadurch wird die Feldkopplung zwischen dem zweiten ortsfesten Magneten und dem verschiebbaren Magneten geschwächt und folglich sinkt auch des sen Gegenkraft. Das magnetische Feld der Justierspule schwächt die Ge genkraft nicht nur in der Ruheposition, sondern auch über einen großen Teil des Verfahrweges. Durch Einschalten der Prüfspule kann die Prüfung durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird zwischen dem ortsfesten zweiten Magneten und dem verschiebbaren Magneten, im Bereich des zweiten ortsfesten Magneten ein ferromagnetischer Pol vorgesehen. Der Pol konzentriert im Prüfbetrieb das magnetische Feld der Justierspule und erhöht damit den Wirkungsgrad der Justierspule. Zur ausreichenden Funktionssicherheit im Normalbetrieb trägt der Pol bei, indem er den Wirkungsbereich des ortsfesten zweiten Magneten verlängert.

Weitere Merkmale sind in den Unteransprüchen definiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Ausfüh rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen induktiven Beschleu nigungssensors,

Fig. 2. ein Diagramm, welches den Verlauf einer Gegenkraft, resultie rend aus der Magnetanordnung der Fig. 1, darstellt,

Fig. 3. ein Diagramm, welches den Verlauf einer Gegenkraft, resultie rend aus einer Anordnung mit 3 Permanentmagneten bei ei nem Beschleunigungssensor nach dem Stand der Technik, zeigt und

Fig. 4. ein Diagramm, welches den Verlauf der Gegenkraft, resultie rend aus einer Anordnung mit 2 Permanentmagneten nach dem Stand der Technik, zeigt.

In Fig. 1 ist ein induktiver Beschleunigungssensor dargestellt, bei dem in ei nem Führungsrohr 6 ein Permanentmagnet 1 in Längsrichtung des Füh rungsrohres 6 beweglich aufgenommen ist. Am in Fig. 1 rechten Ende des Führungsrohres ist ein ortsfester Permanentmagnet 2 angeordnet, der so ausgerichtet ist, daß er eine abstoßende Kraft zum beweglichen Perma nentmagneten 1 hin aufbaut. Am in Fig. 1 linken Ende des Führungsrohres 6 ist ein zweiter ortsfester Permanentmagnet 7 angeordnet, der so ausgerich tet ist, daß er eine anziehende Kraft auf den beweglichen Permanentma gneten 1 aufbaut. Im Anschluß an den zweiten ortsfesten Permanentma gneten 7 ist ein Pol 8 zur Seite des beweglichen Permanentmagneten 1 hin angeordnet.

Drei Spulen, nämlich eine Meßspule 4, eine Prüfspule 5 und eine Justier spule 9 sind um das Führungsrohr 6 herum angeordnet. Die Justierspule 9 befindet sich etwa in Höhe des Pols 8, die Prüfspule ist in Längserstreckung des Führungsrohres 6 etwa mittig angeordnet und die Meßspule 4 ist zum rechten Rand des Führungsrohrs 6 hin angeordnet.

Im Normalbetrieb bleibt die Spule 9 ausgeschaltet. Der Permanentmagnet 7 koppelt über den Pol 8, der hier zur Verlängerung des Wirkungsbereichs des Magneten 7 dient, und die Luft mit dem beweglichen Permanentmagneten 1. Über diese Kopplung entsteht eine Anziehungskraft, welche die Gegenkraft sowohl in der Ruheposition als auch über den gesamten Verfahrweg auf die für die Funktionssicherheit erforderlichen Schwellen erhöht. Die dadurch ent stehende Kraftkurve ist der Fig. 2 (Normalbetrieb) zu entnehmen. Im Ver gleich mit Fig. 4 zeigen sich die Unterschiede der Kraftkurven.

Im Prüfbetrieb hingegen wird die Spule 9 mit Strom derart beaufschlagt, daß dessen magnetisches Feld gegen das Feld des Permanentmagneten 7 aus gerichtet ist. Dadurch wird die Feldkopplung zwischen dem ortsfesten Ma gneten 7 und dem bewegenden Magneten 1 geschwächt und folglich sinkt die Gegenkraft (vgl. Fig. 2 - Prüfbetrieb). Der Prüfbetrieb kann auch folgen dermaßen verstanden werden: das magnetische Feld der Spule 9 ist nicht nur gegen das Feld des Magneten 7, sondern auch gegen das Feld des be wegenden Magneten 1 ausgerichtet. So entstehen auf den beiden Seiten des Pols 8 und der Spule 9 Abstoßkräfte, und folglich wird die Gegenkraft kleiner. Der Pol 8 konzentriert dabei das magnetische Feld der Spule 9 und erhöht damit den Wirkungsgrad des Feldes der Spule 9. Das magnetische Feld der Spule 9 schwächt die Gegenkraft nicht nur in der Ruheposition, sondern auch über einen großen Teil des Verfahrwegs. Durch Einschalten der Prüfspule 5 kann die Prüfungsfunktion durchgeführt werden.

Insgesamt ist mit der vorliegenden Anordnung ein induktiver Beschleuni gungssensor geschaffen, der funktionssicher und prüfbar ist.

Claims

1. Induktiver Beschleunigungssensor mit
einem Führungselement (6),
einem auf oder in dem Führungselement (6) beweglich gelagerten und in dessen Längsrichtung verschiebbaren Magneten (1),
einem an einem Ende des Führungselements angeordneten ortsfesten ers ten Magneten (2), wobei der verschiebbare Magnet (1) und der ortsfeste Magnet (2) derart ausgerichtet sind, daß sie sich abstoßen, und
einer Meßspule (4), die derart um das Führungselement (6) angeordnet ist,
daß der bewegbare Magnet (1) im wesentlichen koaxial durch die Meßspule (4) hindurchführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
am anderen Ende des Führungselements ein zweiter Magnet ortsfest derart angeordnet ist, daß sich der zweite Magnet (7) und der verschiebbare Mag net (1) anziehen,
eine Prüfspule (5) vorgesehen ist, die koaxial zur Meßspule (4) angeordnet ist, so daß der verschiebbare Magnet (1) auch im wesentlichen koaxial durch die Prüfspule (5) hindurchführbar ist, und
daß eine Justierspule (9) vorgesehen ist, die koaxial zur Prüfspule (5) und in der Ruheposition des verschiebbaren Magneten (1) zwischen diesem und dem zweiten ortsfesten Magneten (7) angeordnet ist.

2. Induktiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ortsfesten zweiten Magneten (7) und dem verschiebbaren Magneten (1), im Bereich des zweiten ortsfesten Magneten (7) ein ferroma gnetischer Pol (8) vorgesehen ist.

3. Induktiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierspule (9) den ferromagnetischen Pol (8) umgibt.

4. Induktiver Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (4) zu dem ersten ortsfesten Magneten (2) hin angeordnet ist.

5. Induktiver Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspule (5) zwischen der Meßspule (4) und der Justierspule (9) angeordnet ist.

6. Induktiver Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (6) als Rohr ausgebildet ist, in dem der ver schiebbare Magnet (1) geführt ist.

7. Induktiver Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (1, 2, 7) als Permanentmagnete ausgebildet sind.