DE102007004176A1

DE102007004176A1 - Verfahren und eine Vorrichtung zur variablen Befüllung eines Airbags

Info

Publication number: DE102007004176A1
Application number: DE102007004176A
Authority: DE
Inventors: Dan-Axel Ingmar Person
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2007-01-27
Filing date: 2007-01-27
Publication date: 2008-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur variablen Befüllung eines Airbags (20) mit Entfaltungsgas, bei dem der Airbag (20) strömungstechnisch mit einem Gasauslass (3) einer Gasgeneratoreinheit (6, 8) mit einem Gehäuse (10, 2) verbunden ist und die Gasgeneratoreinheit (6) eine Lüftungseinrichtung (5) aufweist, die bei Vorliegen von Sensordaten eine Verbindung mit der Umgebung herstellt. Es ist vorgesehen, dass ein zweiter Gasauslass (4) in strömungstechnischer Verbindung mit dem Airbag (20) steht, der im inaktivierten Zustand verschlossen ist und dem ein Aktuator (15) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von Sensordaten den zweiten Gasauslass (4) öffnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur variablen Befüllung eines Airbags mit Entfaltungsgas über eine Gasgeneratoreinheit, die zumindest eine Druckgasquelle und eine Lüftungseinrichtung aufweist, bei dem die Druckgasquelle und die Lüftungseinrichtung bei Vorliegen entsprechender Sensordaten aktiviert werden und eine Verbindung mit der Umgebung herstellt.
Aus der US 6,227,564 B1 ist eine Vorrichtung zum Schützen von Insassen in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem in Abhängigkeit von Sensordaten ein Entfaltungsmodus für den Airbag festgelegt wird, der auf einer schnellen Einschätzung der Position des Insassen beruht. Wird ein Pre-Crash-Szenario ermittelt, wird über ein Sensor die Position des Insassen beim Beginn des Entfaltungsvorganges des Airbags abgeschätzt und in Abhängigkeit von dem abgeschätzten Aufprall eine unterschiedliche Entfaltungsgeschwindigkeit durch Zünden eines oder mehrerer Gasgeneratoren bereitgestellt.
In bestimmen Unfallsituationen ist es außerordentlich wünschenswert, in Abhängigkeit von dem zu erwartenden Unfall und der Position des Insassen zu entscheiden, ob eine Airbageinrichtung vor dem tatsächlichen Unfall aktiviert werden muss. Dadurch kann wertvolle Zeit zum Einstellen der Airbagleistung gewonnen werden, beispielsweise im Hinblick auf die korrekte Positionierung des Airbags oder ein Vorabauslösen. Dies ist insbesondere bei einem Seitenaufprall förderlich, bei dem nur eine kurze Entfernung zwischen den Fahrzeuginsassen und dem Seitenairbag und der Fahrzeugstruktur vorhanden ist. Dementsprechend sind die Entfaltungszeiten sehr kurz zu bemessen, da keine großen Verformungswege, wie bei einem Frontalaufprall, bereitstehen. Auch bei einem Frontalaufprall kann die Entfaltung eines Airbags für einen Fahrzeuginsassen unangenehm sein, wenn dieser sich außerhalb der normalen Position, beispielsweise nach vorne gelehnt, befindet. Dann kann ein sich schnell aufblasender Airbag für einen Insassen unangenehm werden. Ebenfalls hängt das Maß des Aufblasens maßgeblich von dem Körpergewicht und der Körpergröße des Insassen ab.
Ausgehend von dieser Problemstellung und dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem auf einfache Art und Weise eine schnelle Anpassung des Entfaltens eines Airbags an unterschiedliche Unfallsituationen vorgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur variablen Befüllung eines Airbags mit Entfaltungsgas über eine Gasgeneratoreinheit, die zumindest eine Druckgasquelle und eine Lüftungseinrichtung aufweist, bei dem die Druckgasquelle und die Lüftungseinrichtung bei Vorliegen entsprechender Sensordaten aktiviert werden, sieht vor, dass mehrere Gasauslässe der Gasgeneratoreinheit mit dem Airbag in strömungstechnischer Verbindung stehen, von denen zumindest einer verschlossen ist und der in Abhängigkeit von Sensordaten geöffnet wird. Statt einer selektiven Zündung verschiedener Gasgeneratoren ist vorgesehen, dass eine Veränderung des effektiven Strömungsquerschnittes durch selektives Öffnen verschlossener Gasdurchlässe in den Airbag erfolgt, wodurch der Airbag mit Entfaltungsgas in Abhängigkeit von der Schwere des zu erwartenden Unfalls und gegebenenfalls von dem Gewicht des Insassen oder dessen Person stattfindet.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sämtliche Gasauslässe, die in strömungstechnischer Verbindung mit dem Airbag stehen, verschlossen sind und separat in Abhängigkeit von den Sensordaten geöffnet werden. Während üblicherweise ein Gasdurchgang von dem Gasgenerator zu dem Airbag stets geöffnet ist, der in der Regel einen sehr großen Strömungsquerschnitt aufweist, um eine schnelle Entfaltung des Airbags zu gewährleisten, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Gas in ein Generatorgehäuse eingeleitet wird, von dem aus es in den Airbag eingeleitet wird. Je nach Aufprallschwere, Körpergröße und Position können dann die Gasauslässe bzw. Gasdurchlässe geöffnet werden. Das Öffnen der Gasauslässe kann auch vor einer Zündung des Gasgenerators bzw. vor einer Freigabe der Druckgasquelle erfolgen. Das Entfaltungsgas kann dabei von einem pyrotechnischen Treibsatz und/oder einem Druckgas aus einer Druckkammer bereitgestellt werden, als über eine Hybrid-Druckgasquelle.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur variablen Befüllung eines Airbags mit Entfaltungsgas, bei dem der Airbag strömungstechnisch mit einem Gasauslass an der Gasgeneratoreinheit mit einem Gehäuse verbunden ist und die Gasgeneratoreinheit eine Lüftungseinrichtung aufweist, die bei Vorliegen von Sensordaten eine Verbindung mit der Umgebung herstellt, sieht vor, dass ein zweiter Gasauslass in strömungstechnischer Verbindung mit dem Airbag steht, der im inaktivierten Zustand verschlossen ist und dem ein Aktuator zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von den Sensordaten den zweiten Gasauslass öffnet.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gasgenerator einen pyrotechnischen Treibsatz oder einen Druckgasspeicher aufweist. Die Gasauslässe können über eine Membran verschlossen sein, die im Bedarfsfall von dem Aktuator zerstört oder geschwächt wird.
Die Lüftungseinrichtung kann eine strömungstechnische Verbindung mit der Umgebungsluft bereitstellen, die durch eine Verschlusseinrichtung im nicht aktivierten Zustand verschlossen ist. Dadurch wird gewährleistet, dass sämtliches Druckgas von dem Gasgenerator bzw. der Druckgasquelle in den Airbag eingeleitet wird, also dass kein Generatorgas bzw. Druckgas aus dem Generatorgehäuse entweicht, ohne in den Gassack bzw. Airbag zu gelangen.
Der Verschlusseinrichtung kann ebenfalls ein Aktuator zugeordnet sein, der bei Vorliegen von Sensordaten das Verschlussmittel öffnet, so dass im Bedarfsfall das Druckgas bzw. das Generatorgas entweichen kann und den Airbag nicht befüllt.
Zur Erfassung eines bevorstehenden Unfalles und zur Abschätzung der zu erwartenden Unfallschwere ist es vorgesehen, dass Näherungssensoren zur Erfassung des bevorstehenden Unfalles mit der Gasgeneratoreinheit gekoppelt sind. Ebenso sind Sensoren zur Erfassung der Position des Sitznutzers mit dem Gasgenerator gekoppelt, um eine eventuell vorliegende Out-off-position-Situation erfassen zu können.
Um verschiedene Unfallszenarien abbilden zu können und unterschiedliche Strömungsquerschnitte zur Befüllung des Airbags bereitzustellen, sind die Gasauslässe in den Airbag mit unterschiedlichen Durchlassraten ausgestattet, so dass eine variable Befüllung des Airbags mit Generatorgas möglich ist.
Eine Steuereinheit, insbesondere ein Computer, ist mit den Sensoren und der Gasgeneratoreinheit verbunden und aktuiert in Abhängigkeit von den Sensordaten die Gasauslässe oder die Lüftungseinrichtung bzw. die Aktuatoren, die den Verschlusseinrichtungen der Gasauslässe und der Lüftungseinrichtung zugeordnet sind. Als Aktuator kann ein pyrotechnischer Treibsatz oder ein mechanischer Kraftspeicher vorgesehen sein. Die Gasgeneratoreinheit ist bevorzugt als Hybrid-Generator mit einem pyrotechnischen Treibsatz oder einer pyrotechnischen Ladung und einer mit Druckgas befüllten Druckgaskammer ausgebildet, die separat oder gemeinsam für die Befüllung des Airbag mit Entfaltungsgas eingesetzt werden können.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 – eine Querschnittsansicht einer Airbageinrichtung; sowie
2 – unterschiedliche Entfaltungsstufen einer Airbagentfaltung.
1 zeigt in Querschnittsansicht eine Entfaltungseinrichtung 1 für einen Airbag 20 mit einem Gehäuse 2, das einen ersten Gasauslass 3 zum Einleiten des Entfaltungsgases eines pyrotechnischen Treibsatzes 9 oder einer pyrotechnischen Ladung in den Airbag 20 bereitstellt. Ein weiterer Gasauslass 4 stellt eine weitere strömungstechnische Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 bzw. der von dem Gehäuse gebildeten Druckkammer 8 und dem Airbag 20 her. Die Druckkammer 8 kann mit einem Druckgas, bevorzugt einem Inertgas wie Argon, Helium oder Stickstoff oder Gasgemischen befüllt sein.
Ein dritter Gasauslass 5 als Lüftungseinrichtung stellt eine strömungstechnische Verbindung der Druckkammer 8 mit der Umgebungsluft her und ist im Normalzustand über eine Membran 16 verschlossen. Die Membran 16 kann über einen pyrotechnischen Aktuator 19 geöffnet werden, wenn dies aufgrund der Sensordaten erforderlich ist, so dass das innerhalb der Druckkammer 8 vorhandene Entfaltungsgas durch Auslasskanäle 13 in die Umgebung austreten kann. Dadurch wird eine verringerte Gasmenge zum Einströmen in den Airbag 20 bereitgestellt.
Auch die beiden zum Airbag 20 führenden Gasauslässe 3, 4 sind über Membrane 14, 15 oder Berstscheiben verschlossen, wobei dem zweiten Gasauslass 4 ein pyrotechnischer Aktuator 18 zugeordnet ist, der die Membran 15 zerstören kann, um einen freien Gasdurchtritt aus der Druckkammer 8 in den Airbag 20 hinein zu ermöglichen.
Der Hauptgasauslass 3 weist ein Diffusorgehäuse 7 auf, in dem Ausströmöffnungen 27 angeordnet sind, durch die das Entfaltungsgas aus der Druckkammer 8 durch den Hauptdurchströmkanal 11 in den Airbag 20 einströmen kann. Die Membran 14 kann bei Vorliegen eines bestimmten Druckes innerhalb der Druckkammer 8 versagen, wobei das Entfaltungsgas innerhalb der Druckkammer 8 über einen pyrotechnischen Gasgenerator 9 innerhalb eines Gehäuses 10 in der Druckkammer 8 erzeugt werden kann und/oder dort unter einem hohen Druck gespeichert ist. Der Gasgenerator 9 ist ebenfalls mit einem pyrotechnischen Aktuator 17 versehen, der bei Vorliegen entsprechender Sensordaten gezündet wird und eine entsprechende Reaktion innerhalb des Gehäuses 10 auslöst. Das System aus pyrotechnischer Treibladung 9, Gehäuse 10 und pyrotechnischem Aktuator 17 kann auch als Gasgeneratormodul bezeichnet werden. Das Gasgeneratormodul und das Gehäuse 2 bilden die Gasgeneratoreinheit 6, die als Hybrid-Gasgenerator ausgebildet ist. Andere Gasgeneratorbauformen sind ebenfalls möglich und vorgesehen.
Sämtliche Gasauslässe 3, 4, 5 können mit Membranen 14, 15, 16 verschlossen sein. Statt pyrotechnischer Aktuatoren 18, 19 können auch mechanische Aktuatoren vorgesehen sein, um die entsprechenden Membranen 15, 16 zu zerstören. Hierzu sind beispielsweise mechanische Kraftspeicherelemente einsetzbar. Auch die Membran 14 oder Berstscheibe des Hauptgasauslasses 3 kann über einen Aktuator geschwächt oder zerstört werden, alternativ versagt die Membran bei einem vorbestimmten Innendruck in der Druckkammer 8. Statt einer pyrotechnischen Druckgasquelle 9 in dem Gasgeneratormodul kann auch ein anderer Druckgasspeicher eingesetzt werden.
Grundsätzlich ist es auch möglich, mehr als drei Gasauslässe an und in der Entfaltungseinrichtung 1 beziehungsweise an der Gasgeneratoreinheit 6 vorzusehen.
Von einer nicht dargestellten Steuereinheit werden Sensordaten, beispielsweise die eines Pre-Crash-Sensors oder eines herkömmlichen Sensors zur Erfassung eines Unfalles, aufgenommen und ausgewertet. Darüber hinaus werden Daten über die zu erwartende Unfallschwere, beispielsweise aus Geschwindigkeitsdaten des ABS-Systems oder eines Näherungssensors für herannahende Objekte, berücksichtigt. Ebenfalls können in der Steuereinheit Daten über das Gewicht, die Körpergröße oder die gegenwärtige Position des Fahrzeuginsassen auf dem jeweiligen Fahrzeugsitz verarbeitet werden, der die Entfaltungseinrichtung 1 zugeordnet ist. Aus allen diesen Sensordaten wird in Abhängigkeit von der Unfallsituation bzw. der erwarteten Unfallsituation errechnet, wann welche Komponenten der Entfaltungseinrichtung 1 aktiviert werden.
Üblicherweise werden fünf Unfallsituationen unterschieden, die sich anhand der Vorwarnzeit und der zu erwartenden Schwere des Aufpralles klassifizieren lassen. Die 2 zeigt verschiedene Druckverläufe des Druckes P innerhalb des Airbags 20, wobei als Zeit t₀ der Aufprall auf ein Hindernis angenommen wird. Wird ein Unfall detektiert, vergeht nach der Aufprallzeit t₀ eine gewisse Zeitspanne, bis der Gasgenerator 9 bzw. das Gasgeneratormodul aktiviert wird, so dass Enfaltungsgas innerhalb der Druckkammer 8 zur Verfügung steht. Zum Zeitpunkt t₂, bei dem das Gasgeneratormodul Generatorgas bereitstellt, liegt beispielsweise 5 Millisekunden nach der Detektion eines Aufpralls.
Kann ein Unfallszenario bereits im Voraus erkannt werden, beispielsweise über Pre-Crash-Sensoren, kann eine Aktivierung zu einem frühren Zeitpunkt t₁ vor dem Aufprall erfolgen, beispielsweise 50 Millisekunden vor dem eigentlichen Aufprall. Zu einem Zeitpunkt t₃ ist der Airbag 20 vollständig befüllt, beispielsweise nach 30 Millisekunden.
Bei einem ersten Unfallszenario wird ein schwerer Unfall vorausgesetzt, so dass eine maximale Menge an Entfaltungsgas möglichst schnell zugeführt werden muss. Sofern keine Restriktionen hinsichtlich des Gewichts oder der Position des Fahrzeuginsassen zu beachten sind, ist die maximale Gasmenge bei maximaler Geschwindigkeit dem Airbag 20 zuzuführen. Ist keine Vorwarnzeit möglich, werden sämtliche Druckgasquellen aktiviert, beispielsweise der pyrotechnische Treibsatz 9 innerhalb der Gasgeneratoreinheit 6 und gegebenenfalls schon bestehendes Druckgas innerhalb der Druckgaskammer 8. Bei einer Aktivierung nach dem eigentlichen Aufprallzeitpunkt t₀ ergibt sich die Kurve C, wenn sowohl der Gasauslass 3 als auch der Gasauslass 4 geöffnet sind und die maximale Durchströmrate erfolgen kann.
Für den Fall eines schweren Aufpralles, bei dem jedoch eine größere Zeitspanne zur Befüllung des Airbags 20 bereitsteht, wird vor dem Aufprallzeitpunkt t₀, zum Zeitpunkt t₁ der Gasgenerator 9 aktiviert, und das Generatorgas tritt durch den Hauptgasauslass 3 in den Airbag 20 ein. Dadurch wird eine geringere Füllgeschwindigkeit erreicht, was sich an dem weniger steilen Anstieg der Kurve A im Vergleich zur Kurve C verdeutlicht.
Bei einem relativ schweren Aufprall, bei dem sich der Fahrzeuginsasse außerhalb der Normalposition befindet oder bei dem Kinder eine schnelle und entsprechende heftige Befüllung des Airbags 20 nicht zulassen, ist eine Verringerung des maximalen Druckes P erforderlich. Dazu wird die Entlüftungseinrichtung mit dem Gasauslass 5 aktiviert, bei dem die Membran 16 durch den pyrotechnischen Aktuator 19 zerstört wird. Dadurch ergibt sich ein geringerer Maximaldruck. Wird bereits im Vorfeld ein Unfall detektiert, ergibt sich die Kurve D, bei einer Aktivierung der Gasgeneratoreinheit 6 nach dem Unfall ergibt sich die Druckkurve E, die aus zwei Gründen der Übersichtlichkeit unterhalb der Kurve D endet.
Wird in einem vierten Szenario nur ein gering schwerer Unfall erwartet, der auch noch vorhersehbar ist, stellt sich die Druckkurve B ein, bei der Generatorgas nur durch den Gasauslass 4 mit einem verringerten Durchlassquerschnitt in den Airbag eintritt.
Wird im Vorfeld eines Unfalles die Gefahr eines solchen erkannt, dieser als gering schwer eingestuft und über einen Insassensensor festgestellt, dass sich die Person außerhalb der Normposition befindet oder dass es sich bei der Person um ein Kind handelt, wird zusätzlich zu dem verringerten Durchströmquerschnitt des Gasauslasses 4 auch noch eine externe Ventilation durch den Gasauslass 5 bereitgestellt, so dass sich der Druckverlauf der Kurve F über die Zeit ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6227564 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur variablen Befüllung eines Airbags (20) mit Entfaltungsgas über eine Gasgeneratoreinheit (6), die zumindest eine Druckgasquelle und eine Lüftungseinrichtung (5) aufweist, bei dem die Druckgasquelle und die Lüftungseinrichtung (5) bei Vorliegen entsprechender Sensordaten aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gasauslässe (3, 4) der Gasgeneratoreinheit (6) mit dem Airbag in strömungstechnischer Verbindung stehen, von denen zumindest einer verschlossen ist und der in Abhängigkeit von Sensordaten geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Gasauslässe (3, 4), die in strömungstechnischer Verbindung mit dem Airbag (20) stehen, verschlossen sind und separat in Abhängigkeit von den Sensordaten geöffnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslässe (3, 4) in Abhängigkeit von der zu erwartenden Schwere und/oder von der zur Verfügung stehenden Entfaltungszeit geöffnet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslässe (3, 4) und/oder die Lüftungseinrichtung (5) in Abhängigkeit von einer detektierten Sitzposition oder der Körpergröße des Sitznutzers geöffnet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfaltungsgas von einem pyrotechnischen Treibsatz (9) und einem in einer Druckkammer (8) gespeicherten Druckgas in den Airbag (20) eingeleitet wird.
Vorrichtung zur variablen Befüllung eines Airbags (20) mit Entfaltungsgas, bei dem der Airbag strömungstechnisch mit einem Gasauslass (3) einer Gasgeneratoreinheit (6) mit einem Gehäuse (2) verbunden ist und die Gasgeneratoreinheit (6) eine. Lüftungseinrichtung (5) aufweist, die bei Vorliegen von Sensordaten eine Verbindung mit der Umgebung herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Gasauslass (4) in strömungstechnischer Verbindung mit dem Airbag (20) steht, der im inaktivierten Zustand verschlossen ist und dem ein Aktuator (15) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von den Sensordaten den zweiten Gasauslass (4) öffnet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeneratoreinheit (6) einen pyrotechnischen Treibsatz oder einen Druckgasspeicher aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslässe über eine Membran verschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungseinrichtung (5) eine strömungstechnische Verbindung mit der Umgebungsluft bereitstellt, die durch eine Verschlusseinrichtung im nicht aktivierten Zustand verschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusseinrichtung ein Aktuator (15) zugeordnet ist, der bei Vorliegen von Sensordaten das Verschlussmittel öffnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Näherungssensoren zur Erfassung eines bevorstehenden Unfalles mit der Gasgeneratoreinheit (6) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zur Erfassung der Position des Sitznutzers mit der Gasgeneratoreinheit (6) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslässe (3, 4) in den Airbag (20) unterschiedliche Durchlassraten aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit, insbesondere ein Computer, mit den Sensoren und der Gasgeneratoreinheit (6) verbunden ist und in Abhängigkeit von den Sensordaten die Gasauslässe (3, 4) oder die Lüftungseinrichtung (5) aktuiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator (15) ein pyrotechnischer Treibsatz oder ein mechanischer Kraftspeicher vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeneratoreinheit (6) als Hybrid-Gasgenerator mit einer mit Druckgas befüllten Druckkammer (8) und einem pyrotechnischen Treibsatz (9) ausgebildet ist.