Датчик соударения для автомобильных систем аварийной защиты

(53)5 6 О Р 15/04, 15/09 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,К ПЛТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) ДАТЧИК СОУДАРЕНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ(57) Использование: измерительная техника, датчики ударов и предельных ускорений,Сущность изобретения: датчик соударениядля автомобильных систем аварийной защиты содержит корпус 1, инерционный элемент 2, пьезоэлемент 3 и боек 4 с выпуклойповерхностью, Инерционный элемент 2,пьезоэлемент 3 и боек 4 жестко соединены Изобретение относится к области контроля параметров движения, а именно - к пороговым ударным датчикам скорости для автомобильных систем аварийной защиты.Суть изобретения становится понятной из рассмотрения конструктивной и механических схем, представленных на фиг. 1 - 3, На фиг, 1 показана конструктивная схема датчика соударения, где 1 - корпус, 2 - инерционный элемент, 3 - пьезоэлемент, 4 - боек, 5 - основание, 6 - пружина, 7 - изолятор, 8 - электрические выводы, 9 - центр масс, 10 - центр крепления. На фиг. 2 приведена механичсская схема датчика соударения во времи отрыва чувствительного Р.Ы 2000028 С между собой и установлены с зазором относительно боковой поверхности корпуса 1 и основания 5. Основание 5 выполнено вогнутым и подобным поверхности бойка 4 Центр масс 9 соединенных между собой инерционного элемента 2, пьезоэлемента 3 и бойка 4 смещен относительно геометрического центра 10 их крепления в корпусе в сторону основания 5. При действии ускорения при соударении выше порогового, обусловленного усилием поджатия пружины 6, соединенные между собой инерционный элемент 2, пьезоэлемент 3 и боек 4 преодолевают зазор и бойком 4 ударяются об основание 5, Пиковое значение электрического сигнала пропорционально скорости торможения при соударении. Пьезоэлемент 3 во время движения разомкнут от системы аварийной защиты и замыкается при соприкосновении бойка 4 с основанием 5 во время соударения, 3 ил. элемента от корпуса 1, где М 1 - масса инер- С) ционного элемента. М 2 - масса бойка, С 1 - С) жесткость верхней пружины, моделирую- С) щей пружину 6; С 2 - жесткость средней пру- (") жины, моделирующей пьезоэлемент З,Ь - зазор между бойком 4 и основанием 5, На фиг. 3 представлена механическая схема датчика соударения в момент соприкосно- ( ) вения чувствительного элемента с основанием 5, где Сз- жесткость нижней пружины, моделируЮщей стыковое соединение бойка 4 с основанием 5,Датчик соударения содержит размещенные в корпусе 1 инерционный элемент 2, пьезоэлемент 3 и боек 4 с выпуклой по 2000028Двизазорерассматначинаясопротный элесил пер го элемента в ние 5 следует ервом случае, корпуса 1 и до 5 чувствительинерционных ружину 6. Межение чувствительно и его удар об основа ривать отдельно. В и с момента отрыва от аления с основанием мент под действием емещается, сжимая и чверхностью, жестко соединенные между собой и установленные с воэможностью перемещения в сторону основания 5, Инерционный элемент 2, пьезоэлемент 3 и боек 4. соединенные между собой, пред ставляют чувствительный элемент и установлены с зазором относительно боковой поверхности корпуса 1. Поверхность основания 5 выполнена вогнутой и подобной поверхности бойка 4. Центр масс 10 чувствительного элемента 9 смещен относительно геометрического центра его крепления 10 в корпусе 1 в сторону основания 5. Инерционный элемент 2, пьезоэлемент 3 и боек 4 установлены с зазором относительно 15 боковой поверхности корпуса 1. Поверхность основания 5 выполнена вогнутой и подобной поверхности бойка 4. Центр масс чувствительного элемента 9 смещен относительно геометрического центра его крепле ния 10 в корпусе 1 в сторону основания 5. Пружина 6 поджимает чувствительный элемент к корпусу 1 и обеспечивает в исходном состоянии зазор между бойком 4 и основанием 5 и отрыв от корпуса 1 при превыше нии определенного уровня ускорения, Как правило, порог ускорений, при котором включается предварительная ступень предохранения, выбирается из условий обеспечения быстродействия и отсутствия 30 несанкционированнго (" ложного" ) срабатывания системы аварийной защиты (например, для системы - 49). Функционально пружина 6 работает в качестве предварительной ступени предохранения, После от рыва чувствительного элемента для уменьшения потерь кинетической энергии чувствительного элемента действие пружины 6 должно быть сведено к минимуму, что обуславливает выбор ее жесткости, формы 40 и размеров. Изолятор 7 обеспечивает изоляцию чувствительного элемента после отрыва от корпуса 1. При ударе чувствительного элемента об основание 5 под действием инерционных сил пьезоэле мент 3 деформируется, причем величина деформации, а соответственно и электрический заряд, образуемый на торцевых поверхностях пьезоэлемента 3, пропорциональны скорости соударения, 50 Электрический сигнал снимается посредством электрических выводов 8ханическую схему датчика соударения следует представить в виде колебательной системы с двумя степенями свободы, включающей два инерционных элемента и две пружины (фиг, 2).Во втором случае, чувствительный элемент находится в контакте с основанием 5, Соединение бойка 4 с основанием 5 следует представить в виде отдельного упругого элемента Сз, жесткость которого зависит от конструктивных параметров бойка 4 и основания 5. Механическая схема для этого случая представлена на фиг. 3.Выполнение поверхности основания 5 вогнутой и подобноР поверхности бойка 4 позволяет увеличить амплитуду электрического сигнала по сравнению с генератором напряжения эа счет увеличения жесткости стыкового соединения бойка 4 и основания 5. Увеличение жесткости стыкового соединения происходит в результате увеличения площади стыка бойка 4 и.основания 5. Очевидно. что при неизменной величине кинетической энергии чувствительноголемента ( 2 ), увеличение жест- кости Сз ведет к увеличению силы взаимодействия Между чувствительным элементом и стыковым соединением бойка 4 и основания 5 (элементом Сз), В свою очередь, увеличение этой силы ведет к увеличению деформаций пьезоэлемента 3 и соответственно к увеличению амплитуды электрического сигнала. Увеличение диапазона углов соударения достигается в результате обеспечения свободы движения чувствительного элемента в поперечном направлении, его развороту в процессе движения в направлении действующего ускорения торможения и формирования условий соударения бойка 4 и основания 5, при которых вектор силы взаимодействия между ними совпадает с осью чувствительного элемента. Свобода движению в поперечном направлении офрспечивается зазором между корпусом 1 и чувствительным элементом, разворот в направлении действующего ускорения - смещением центра масс чувствительного элемента относительно геометрического центра его крепления в сторону основания 5, а последнее условие - выполнением основания 5 вогнутым и годобным бойку 4. Причем в определенном диапазоне углов соударения амплитуда сигнала датчика соударений по сравнению с показаниями при осевом ударе сохраняется, в то время как у пьезоэлектрических датчиков ускорения, как правило; чувствительной в поперечном направлении падает в сюгветствии с функ2000028 цией косинуса угла между осью датчика и вектором действующего ускорения.Таким образом, совокупность свойств заявляемого датчика соударений, а именно; большая по сравнению с прототипом амплитуда сигнала, его узкий и относительно высокочастотный спектр, пропорциональность пикового значения сигнала скорости торможения и обеспечение чувствительности в поперечном направлении, позволяет увеличить диапазон углов соударения, упростить как систему аварийной защиты в целом. так и непосредственно датчик.Заявляемое устройство работает следующим образом. При действии ускорения торможения вдоль оси с амплитудой ниже порога отрыва инерционного элемента 2 от корпуса 1 сигнал на выходе датчика отсутствует, поскольку замкнуты электрические выводы 8, При действии ускорения о большей амплитудой чувствительный элемент отрывается от корпуса 1 и движется в сторону основания со скоростью, равной скорости торможения. При этом электрический сигнал на выходе датчика также отсутствует, поскольку разомкнута электрическая цепь, соединяющая нижнюю обкладку пьезоэлемента 3 и корпус 1, При действии скорости Формула изобретения Датчик соударения для автомобильных систем аварийной защиты, содержащий, размещенные в корпусе инерционный элемент, пьезоэлемент и боек с выпуклой поверхностью, жестко соединенные между собой и установленные с возможностью перемещения в сторону основания, о т л и ч аю щ и й с я тем, что инерционный элемент, . пьезоэлемент и боек установлены на пружи 5 10 15 20 25 торможения вьпие порогового значения чувствительный элемент преодолевает зазор между бойком 4 и основанием 5 и выпукл 6 й поверхностью бойка 4 ударяется в вогнутую поверхность основания 5. Электрический сигнал на выходе датчика соударения в этом случае пропорционален скорости торможения, которая была сообщена чувствительному элементу к моменту сопротивления бойка 4 и основания 5,При действии поперечных ускорений торможения работа датчика соударений аналогична вышеописанной за исключением тоо. что чувствительный элемент в процессе перемещения в зазоре разворачивается в направлении действующего ускорения. Причем в определенном диапазоне угла соударения амплитуда электрического сигнала при прочих равных условиях сохраняется,Порог отрыва чувствительного элемента от корпуса 1 обеспечивается предварительным поджатием пружины 6, Порог скорости торможения, с превышением которого чувствительный элемент достигает основания 5 и на выходе датчика появляется сигнал, выбором величины зазора между бойком 4 и основанием 5. не с поджатием к верхней части корпуса и с зазором относительно боковой поверхности корпуса, поверхность основания выполнена вогнутой и подобной поверхности бойка, при этом центр масс соединенных между собой инерционного элемента, пьезоэлемента и бойка смещен относительно геометрического центра их крепления в корпусе в сторону основания.