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STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Airbag-System, welches für einen Personenschutz von Fahrzeuginsassen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
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Obwohl auf beliebige Messebenen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf die durch die X-Achse definierte Längsachse des Fahrzeugs und die durch die Y-Achse definierte Querachse des Fahrzeugs aufgespannte Ebene näher erläutert.
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Der Personenschutz im Kraftfahrzeug erlangt eine stetig steigende Bedeutung und es existieren bereits die unterschiedlichsten Systeme und Verfahren, durch welche die Insassen eines Kraftfahrzeuges im Falle eines Unfalls vor Verletzungen bewahrt werden bzw. durch welche derartige Verletzungen abgemildert werden können. Somit spielen aktive und passive Sicherheitssysteme im Kraftfahrzeugbereich eine immer größer werdende Rolle bei der Fortentwicklung von Fahrzeugen. Die Erwartungen der Kunden erfordern sowohl Leistungsfähigkeit und Komfort, gerichtet auf eine zunehmende Sicherheit für die Fahrzeuginsassen.
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Ein Beispiel für derartige Sicherheitssysteme sind Rückhaltesysteme, welche beispielsweise aus einem Airbag, einem Seitenaufprall-Schutzsystem, einem Sicherheitsgurt, einem Überrollbügel, oder dergleichen bestehen. Rückhaltesysteme sollen im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeuges Verletzungen der Insassen möglichst gering halten oder im optimalen Fall vollständig verhindern.
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Beispielsweise werden bei der üblichen Bewertung des Insassenschutzes bei Kraftfahrzeugen Front- und Seitenunfälle untersucht. Um die Unfallschwere sensieren zu können, sind demnach uni-axiale Sensoren in dem Kraftfahrzeug vorgesehen, von denen manche ihre Messachse in Längsrichtung des Fahrzeugs und andere ihre Messachse in Querrichtung des Fahrzeugs aufweisen. Ferner ist ein zentrales Airbag-Steuergerät (ECU) im Kraftfahrzeug vorgesehen, in welchem die Sensoren integriert sind.
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An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass die in dem zentralen Airbag-Steuergerät integrierten Sensoren nicht im Verformungsbereich des Fahrzeugs vorgesehen sind. Somit entsteht eine gewisse Zeitspanne zwischen dem Beginn des Unfalls und der Sensierung durch die Sensoren. Daher kann dies schlimmstenfalls zu einer Spätauslösung der vorgesehenen Airbags führen, was die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erheblich verringert. Ferner müssen mindestens zwei Sensoren für eine Plausibilitätsüberprüfung der gemessenen Signale für eine Unfallentscheidung vorhanden sein. Dies vergrößert das zentrale Airbag-Steuergerät.
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Zudem muss das zentrale Airbag-Steuergerät äußerst robust aufgebaut werden, um die erfassten Sensorsignale nicht durch irgendwie geartete Resonanzen zu verfälschen.
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Ferner besteht ein Nachteil darin, dass nur bestimmte Einbauorte für das zentrale Airbag-Steuergerät zugelassen sind, an welchen die in dem Steuergerät integrierten Sensoren sinnvolle und symmetrische Beschleunigungswerte erfassen.
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Die
DE 197 40 021 A1 ,
DE 197 19 454 A1 ,
DE 103 61 095 A1 und
DE 103 48 999 A1 beschreiben an Kraftfahrzeugen angebrachte uni-axiale Beschleunigungssensoren, deren Messachsen entweder parallel zur Längsachse des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs oder parallel zur Querachse des jeweiligen Kraftfahrzeugs ausgerichtet sind. Die
DE 10 2004 029 816 A1 offenbart einen uni-axialen Beschleunigungssensor, der mit seiner Messachse in der durch die Längsachse und die Querachse eines Fahrzeugs aufgespannten Ebene unter einem vorbestimmten Neigewinkel bezüglich der Querachse geneigt in dem Fahrzeug montiert ist.
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Somit liegt der vorliegenden Erfindung allgemein die Aufgabe zugrunde, ein Airbag-Steuergerät für ein Fahrzeug zu schaffen, bei welchem die oben genannten Nachteile beseitigt werden und insbesondere das zentrale Airbag-Steuergerät kleiner ausgeführt und an günstigeren Einbauorten montiert werden kann.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Airbag-System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Somit weist das erfindungsgemäße Airbag-System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass durch Verwendung billiger und einfach zu integrierender uni-axialer Beschleunigungssensoren ein zuverlässiges System zur Erkennung eines Kraftfahrzeugunfalls gewährleistet wird. Ferner kann das zentrale Airbag-Steuergerät aufgrund der Ausgliederung der Beschleunigungssensoren kleiner und kostengünstiger ausgeführt werden. Ferner kann durch die Auslagerung der Sensoren aus dem zentralen Airbag-Steuergerät dieses an beliebigen, günstigeren Einbauorten im Kraftfahrzeug vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Einbauort hinsichtlich der Verkabelung optimiert werden. Zusätzlich wirken sich Leiterplattenresonanzen des zentralen Airbag-Steuergerätes nicht nachteilig auf die von den Sensoren empfangenen Sensorsignale aus, da eine Entkopplung dieser Komponenten gewährleistet ist. Somit wird durch die vorliegende Konfiguration, insbesondere für den Low-Cost-Bereich, eine bessere Leistungsfähigkeit ohne große Zusatzkosten geschaffen.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Airbag-Systems.
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Beispielsweise beträgt der Neigewinkel jeweils zwischen 30° und 60°, vorzugsweise in etwa 45°, wobei die Beschleunigungssensoren in Richtung der Kraftfahrzeugvorderseite geneigt sind. Vorteilhaft sind die beiden uni-axialen Beschleunigungssensoren jeweils auf Höhe der A-Säule, B-Säule oder des Schwellers integriert. Selbstverständlich sind sowohl andere Neigewinkel als auch andere Einbauorte vorstellbar.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Von den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit integriertem Airbag-System gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit integriertem Airbag-System, welches nicht von der Erfindung umfasst wird; und
- 3 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit integriertem Airbag-System, welches nicht von der Erfindung umfasst wird.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Im Folgenden wird anhand der schematischen Draufsicht in 1 ein in einem Kraftfahrzeug 1 integriertes Airbag-System gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
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Wie in 1 ersichtlich ist, sind in dem Kraftfahrzeug 1 zwei vorzugsweise uni-axiale periphere Beschleunigungssensoren 2 und 3 integriert. Selbstverständlich können die beiden uni-axialen Sensoren 2, 3 auch als bi-axiale oder tri-axiale Beschleunigungssensoren ausgebildet werden. Allerdings stellen uni-axiale Beschleunigungssensoren eine besonders kostengünstige Variante dar.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist ein rechtsseitiger Beschleunigungssensor 2 und ein linksseitiger Beschleunigungssensor 3 vorzugsweise jeweils an der Längsträgerstruktur auf Höhe vorzugsweise der B-Säule des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet. Eine Integration der peripheren Beschleunigungssensoren 2, 3 im Bereich der B-Säulen gewährleistet eine optimale Sensierung, da diese nahe an einem etwaigen Seiten-Crash-Geschehen angeordnet sind. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die Beschleunigungssensoren 2, 3 auch beispielsweise an der A-Säule, an der C-Säule oder im Bereich des Schwellers integriert sein können. Entscheidend ist lediglich, dass die bei einem Aufprallunfall entstehende Deformation durch die jeweils eingebauten Beschleunigungssensoren 2, 3 erfasst wird. Dafür ist eine gute mechanische Kopplung zwischen den jeweiligen Sensoren 2, 3 und der zugeordneten Trägerstruktur vorgesehen.
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Wie in
1 ferner illustriert ist, sind die jeweiligen Messachsen der beiden uni-axialen Beschleunigungssensoren
2,
3 unter einem Neigewinkel α bezüglich der
Y-Achse bzw. der Querachse des Kraftfahrzeuges
1 in Richtung der Fahrzeugvorderseite geneigt eingebaut, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Dabei empfängt jeder periphere Beschleunigungssensor
2,
3 ein Beschleunigungssignal a, welches ein Maß für die Beschleunigung in Richtung der Messachse darstellt. Das Beschleunigungssignal in Richtung der Messachse kann durch Berechnen der jeweiligen Projektoren in ein Beschleunigungssignal
aX bezüglich der
X-Achse des Kraftfahrzeuges
1 und in ein Signal
aY bezüglich der
Y-Achse des Kraftfahrzeuges
1 umgewandelt werden. Dabei ergeben sich die Projektionen auf die
X-Achse bzw. die Längsachse des Fahrzeuges
1 und die
Y-Achse bzw. die Querachse des Kraftfahrzeuges
1 durch folgende Gleichungen:
und
wobei a die kombinierte Beschleunigung in Richtung der Messachse und
α der Neigewinkel der Messachse bezüglich der Querrichtung des Kraftfahrzeuges
1 bezeichnen.
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Der Neigewinkel α liegt ungefähr zwischen 30° und 60°, und beträgt insbesondere in etwa 45°. Bei einem Neigewinkel α von 45° wird am besten gewährleistet, dass die Projektionen der Beschleunigung in Richtung der Messachse auf die Längs- bzw. Querachse des Kraftfahrzeuges 1 einen genügend großen Betrag für eine zuverlässige Detektion eines etwaigen Unfalls darstellen. Selbstverständlich können auch andere Neigewinkel verwendet werden.
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Somit erfasst ein lediglich uni-axial ausgebildeter peripherer Beschleunigungssensor 2 bzw. 3 aufgrund des schrägen Einbaus seiner Messachse ein kombiniertes Beschleunigungssignal bzw. drei auswertbare Signalverläufe, nämlich die Beschleunigung a in Richtung der Messachse und die Projektionen aX und aY der Beschleunigung in Richtung der Längsachse (X-Achse) und in Richtung der Querachse (Y-Achse) des Kraftfahrzeuges 1.
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Bei einem Seitenunfall wird die Erkennung des Unfalls vorzugsweise über die Y-Komponente des seitlich zugeordneten Beschleunigungssensoren geliefert, während die Plausibilisierung beispielsweise über die Y-Komponente des auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Beschleunigungssensors erfolgt.
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Bei einer derartigen Integration der Beschleunigungssensoren 2, 3 mit einer zueinander ausgebildeten Verkippung besteht der Vorteil darin, dass durch die räumliche Auftrennung der Sensorachsen eine Zusatzinformation gewonnen werden kann, welche eine Offset- oder Winkel-Crash-Erkennung unterstützen. Durch den Einbau an der Fahrzeugperipherie, vorzugsweise außerhalb des Bereiches der Knautschzonen, ist zusätzlich eine bessere Seiten-Performance zu erwarten.
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Die beiden Beschleunigungssensoren 2, 3 sind über beispielsweise einen CAN-Bus 6 mit vorzugsweise dem zentralen Airbag-Steuergerät 4 des Airbags 5 datenverbunden.
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2 illustriert eine schematische Darstellung eines Airbag-Systems, welches nicht von der Erfindung umfasst wird. Bei dem Airbag-System sind drei vorzugsweise uni-axiale Beschleunigungssensoren 7, 8, 9 in dem Kraftfahrzeug 1 integriert. Zwei dieser Sensoren sind vorzugsweise als periphere Beschleunigungssensoren 7, 8 ausgebildet und jeweils wiederum in einem Seitenbereich des Kraftfahrzeuges, beispielsweise in der B-Säule, integriert. Dabei ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel eine gute Ankopplung dieser Sensoren 7, 8 an die Längsstrukturen gewährleistet, um sichere Überschreitungen der Plausibilitätsschwellen für eine Auslösung zugeordneter Insassenschutzmaßnahmen, insbesondere des zugeordneten Airbags, zu gewährleisten. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Messachsen der beiden Beschleunigungssensoren 7, 8 jedoch in Richtung der Y-Achse ausgerichtet, wie in 2 durch die Pfeildarstellungen angedeutet ist.
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Zusätzlich zu den beiden peripheren Beschleunigungssensoren 7, 8 ist ein Frontsensor 9 im mittigen vorderen Bereich des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet. Vorzugsweise wird der Frontsensor 9 auf dem Fahrzeugtunnel montiert, um eine zentrale Einbauposition zu gewährleisten. Beispielsweise kann der Frontsensor 9 zentral an der Stirnwand, d.h. der Trennwand Motorraum-Fahrgastzelle, befestigt werden. Der Vorteil besteht darin, dass einerseits der Frontsensor 9 in der Verlängerung der X-Achse bzw. des Tunnels angebracht ist und höhere Signale detektiert, da er näher am Crash-Geschehen liegt. Zudem wird der Frontsensor 9 vorteilhaft außerhalb der Deformationszone des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet. Die Messachse des Frontsensors 9 ist vorteilhaft in Richtung der X-Achse des Kraftfahrzeuges 1 ausgerichtet, wie in 2 ebenfalls durch die Pfeildarstellungen illustriert ist.
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Erfolgt eine Detektion eines Frontalunfalls mittels des Frontsensors 9, können die beiden peripheren Beschleunigungssensoren 7, 8 für eine Plausibilisierung des Front-Crashes verwendet werden, um eine fehlerfreie Auslösung eines zugeordneten Insassenschutzmittels zu gewährleisten.
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Wie in 2 ferner dargestellt ist, sind die drei Sensoren 7, 8, 9 jeweils wiederum vorzugsweise über einen CAN-Bus oder eine andere Datenverbindung mit dem zentralen Airbag-Steuergerät 4 datenverbunden, welches wiederum mit dem Airbag 5 verbunden ist.
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3 illustriert eine schematische Darstellung eines Airbag-Systems, welches nicht von der Erfindung umfasst wird . Hierbei kann im wesentlichen auf die Ausführungen bezüglich der 2 verwiesen werden. Im Unterschied zur 2 wird der mittig angeordnete Frontsensor 9 jedoch durch zwei Frontsensoren 10, 11 ersetzt. Die beiden Frontsensoren 10, 11 sind vorzugsweise wiederum auf dem Fahrzeugtunnel des Kraftfahrzeuges 1 montiert und vorzugsweise räumlich voneinander beabstandet, wobei ihre jeweiligen Messachsen parallel zueinander jeweils in Richtung der X-Achse des Kraftfahrzeuges ausgerichtet sind. Beispielsweise können die Upfront-Sensoren 10, 11 zentral an der Stirnwand, d.h. der Trennwand Motorraum-Fahrgastzelle, befestigt werden. Der Vorteil besteht darin, dass einerseits die Sensoren in der Verlängerung der X-Achse bzw. des Tunnels angebracht sind und höhere Signale detektieren, da sie näher am Crash-Geschehen liegen. Zudem werden die Sensoren 10 und 11 vorteilhaft außerhalb der Deformationszone des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet.
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Durch eine Montage von zwei voneinander beabstandeten Frontsensoren 10, 11 wird eine sichere Plausibilisierung eines Front-Crashes gewährleistet. Durch eine Sensierung von Beschleunigungsdaten an beiden Seiten des Längsträgers durch die peripheren Beschleunigungssensoren 7, 8 ergeben sich zudem bei einem Front-Crash für den Auslöse-Algorithmus neue Möglichkeiten, da beispielsweise eine Offset-Erkennung auf einfache Weise gewährleistet wird. Eine sichere Plausibilisierung von Unfällen kann durch Auswertung von Beschleunigungsdaten sämtlicher oder mehrerer der Sensoren 7, 8, 10, 11 erreicht werden.
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Die vier Beschleunigungssensoren 7, 8, 10, 11 sind über einzelne Datenverbindungen oder vorzugsweise einen CAN-Bus 6 wiederum mit dem zentralen Airbag-Steuergerät 4 datenverbunden. Das zentrale Airbag-Steuergerät 4 ist wiederum mit dem Airbag 5 für eine Aktivierung desselben im Falle einer Überschreitung von Auslöseschwellwerten aufgrund der erfassten Beschleunigungsdaten durch die Beschleunigungssensoren 7, 8, 10, 11 verbunden.
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Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Airbag-System für ein Kraftfahrzeug 1, welches zum Erkennen eines Unfalls mit mehreren uni-axialen Beschleunigungssensoren ausgestattet ist, wobei die Messachsen der einzelnen Beschleunigungssensoren unter einem Neigewinkel α ausgerichtet sind. Die einzelnen Beschleunigungssensoren messen Beschleunigungsdaten und senden diese über das BUS-System 6 vorzugsweise dauerhaft an das zentrale Airbag-Steuergerät 4. Durch eine Anordnung von mehreren Beschleunigungssensoren bzw. Beschleunigungssensoren mit geneigten Messachsen wird eine zuverlässige Plausibilisierung eines Unfalls gewährleistet. Dadurch kann eine rechtzeitige und zuverlässige Auslösung von Rückhaltesystemen bei Unfällen auf einfache und kostengünstige Weise gewährleistet werden. Man erreicht eine stärkere Abdeckung der Fahrzeugumgebung mit einer gleichbleibenden Anzahl an Sensorelementen, wodurch die Kosten sowie die Anzahl der Bauelemente bzw. der Verkabelungsaufwand reduziert werden.
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Ferner wird durch die vorliegende Erfindung ein kostengünstiges, einfaches und zuverlässiges Airbag-System geschaffen, bei welchem die zugeordneten Beschleunigungssensoren aus dem zentralen Airbag-Steuergerät ausgelagert sind. Dadurch kann dieses zentrale Airbag-Steuergerät mit kleineren Abmessungen ausgebildet und an günstigeren Bereichen im Kraftfahrzeug installiert werden. Die Einbauorte können hinsichtlich der Kabellänge oder des zur Verfügung stehenden Stauraumes optimiert werden. Zudem beeinflussen Leiterplattenresonanzen des zentralen Airbag-Steuergerätes nicht die Sensorsignale der Beschleunigungssensoren negativ.
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Obwohl in 1 das zentrale Airbag-Steuergerät 4 im Bereich des Airbags 5 dargestellt ist, kann durch die Auslagerung der Beschleunigungssensoren das zentrale Airbag-Steuergerät 4 an beliebigen Einbauorten in dem Kraftfahrzeug 1 und von dem Airbag 5 beabstandet eingebaut und mit dem Airbag 5 datenverbunden werden. Beispielsweise kann das Airbag-Steuergerät im Kofferraum, unter einem Fahrzeugsitz, im Fahrzeugdach, im Motorraum, oder dergleichen vorgesehen werden. Eine weitere Ausführungsform des Steuergerätes ohne Sensorik stellt ein Einschubmodul dar, also ein Steckmodul, welches in standardisierte Steckplätze montiert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass ein einfaches Update in der Werkstatt vorgenommen werden kann, indem das Steckmodul durch die neuere Version ersetzt wird. Dafür können beispielsweise 9-Zoll-Racks verwendet werden.
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Ferner können die Sensoren aufgrund der Auslagerung derselben ebenfalls klein ausgestaltet werden, wodurch sich bei beengten Platzverhältnissen dennoch eine leichte Montage, wie beispielsweise auf dem Mitteltunnel, ergibt. Weiterhin können die einzelnen Sensoren aufgrund ihrer Kompaktheit besser an die Fahrzeugstruktur angeschlossen werden, wodurch eine schnellere Aufnahme von Beschleunigungen bzw. Verzögerungen gewährleistet wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Beispielsweise ist eine Miteinbeziehung der Z-Achse (Hochachse) des Kraftfahrzeuges 1 auf analoge Art und Weise möglich, obwohl der vorliegende Erfindungsgedanke lediglich bezüglich der X-Achse und der Y-Achse erläutert wurden,.
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Als Datenverbindung zwischen den einzelnen Sensoren und dem zentralen Airbag-Steuergerät 4 kann beispielsweise eine bereits existierende Zweidraht-Schnittstelle verwendet werden, wobei jedoch auch andere Schnittstellen denkbar sind. Solche Alternativen stellen beispielsweise das bereits erwähnte BUS-System dar. Dadurch können mehrere Sensoren sowie Aktuatoren zusammengeschaltet werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass andere Steuergeräte auf die Sensorinformationen zugreifen und diese Informationen für weitere Funktionen verwenden. Dazu zählen beispielsweise Fahrdynamikregelungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- rechtsseitiger peripherer Beschleunigungssensor
- 3
- linksseitiger peripherer Beschleunigungssensor
- 4
- zentrales Airbag-Steuergerät
- 5
- Airbag
- 6
- BUS-System
- 7
- rechtsseitiger peripherer Beschleunigungssensor
- 8
- linksseitiger peripherer Beschleunigungssensor
- 9
- Front-Sensor
- 10
- Front-Sensor
- 11
- Front-Sensor