DE102018201284A1

DE102018201284A1 - Airbagmodul und Airbagsystem

Info

Publication number: DE102018201284A1
Application number: DE102018201284.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bleeck; Christoph Aumüller
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Airbagmodul (16) und ein Airbagsystem (18), das ein solches Airbagmodul (16) aufweist, wobei das Airbagmodul (16) ein elektrisch ansteuerbares Proportionalventil (34) aufweist, mit dem ein von einem Gasgenerator (28) zu einem Airbagsack (22) zugeführter Massenstrom (m) eines Airbaggases (24) vordefiniert eingestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Airbagmodul sowie ein Airbagsystem, die für gewöhnlich in Kraftfahrzeugen Teil eines Insassenrückhaltesystems bilden.
Airbagsysteme bilden heutzutage gemeinsam mit Sicherheitsgurten die wichtigsten passiven Sicherheitselemente eines Insassenrückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, das schwerwiegenden Verletzungen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeuges auf ein Hindernis entgegenwirken soll.
Airbagsysteme weisen zumeist mehrere Airbagmodule auf, die jeweils wenigstens einen Airbagsack umfassen, der, wenn es zu einem Aufprall kommt, mit einem Airbaggas befüllt wird. Dabei entfaltet sich der Airbagsack innerhalb eines kurzen Zeitbereichs zwischen 10 ms und 50 ms zwischen einem Insassen des Kraftfahrzeuges und Teilen eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges und bildet ein Kissen. Dadurch wird verhindert, dass der Insasse gegen harte Teile des Innenraumes wie beispielsweise ein Lenkrad oder Armaturenbrett prallt.
Airbagsysteme weisen weiter wenigstens einen Sensor auf, der im Falle eines Aufpralls eines Aufprallzeitpunkt to detektiert. Nach einer gewissen Zeit (ms-Bereich) nach diesem Aufprallzeitpunkt to wird die Airbagauslösung gestartet. Dazu weisen die Airbagmodule einen Gasgenerator auf, der das Airbaggas, mit dem der Airbagsack befüllt werden soll, bereitstellt. Das Airbaggas kann beispielsweise durch Zündung eines Festtreibstoffes, der bei Verbrennung das Airbaggas freisetzt, oder durch unter Hochdruck gespeichertes Gas bereitgestellt werden. Das Airbaggas aus dem Gasgenerator strömt in den Airbagsack, füllt diesen und sorgt für seine Entfaltung.
Derzeit löst das Airbagsystem kurz nach dem Aufprallzeitpunkt to aus, d. h. erst wenn der Aufprall bereits erfolgt ist. Bei zukünftigen Airbagsystemen ist es jedoch geplant, durch geeignete Sensoren und Auswertung deren Signale einen Zeitpunkt t_n zu erkennen, bei dem ein Aufprall unvermeidbar ist. Dieser Zeitpunkt t_n liegt in der sog. Pre-Crash-Phase vor dem eigentlichen Zeitpunkt to des Aufpralls. Es ist geplant, mit dieser Information das Airbagsystem bereits vor dem Aufprall zu aktivieren, um so die Insassen eines Fahrzeuges noch besser vor Verletzungen schützen zu können.
Bislang ist geplant, hierzu zweistufige Airbagmodule zu verwenden, bei denen zwei Gasgeneratoren vorgesehen sind, die zeitversetzt ausgelöst werden. Hier wird in zwei aufeinanderfolgenden Phasen je ein konstanter Massenstrom an Airbaggas in den Airbagsack eingeleitet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiter verbessertes Airbagmodul für ein Airbagsystem vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mit einem Airbagmodul mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
Ein Airbagsystem, das ein solches Airbagmodul aufweist, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Airbagmodul weist einen Airbagsack, der im Betrieb mit einem Airbaggas befüllt wird, und einen Gasgenerator zum Bereitstellen des Airbaggases für den Airbagsack auf. Weiter weist das Airbagmodul eine Gaszuführung zwischen Gasgenerator und Airbagsack zum Zuführen des bereitgestellten Airbaggases von dem Gasgenerator in den Airbagsack auf. In der Gaszuführung ist ein elektrisch ansteuerbares Proportionalventil angeordnet, das einen Ventilbereich und einen Aktorbereich aufweist. Der Ventilbereich weist eine mit einem Gasgenerator fluidisch in Verbindung stehende Zuströmbohrung und ein die Zuströmbohrung in einer Schließposition verschließendes Ventilelement auf. Der Aktorbereich weist einen Proportionalmagneten auf, der im bestromten Zustand eine Bewegungskraft zum Bewegen des Ventilelements zwischen der Schließposition und einer Öffnungsposition induziert. Zum Einstellen eines vordefinierten Massenstroms des Airbaggases von dem Gasgenerator zu dem Airbagsack wird eine vordefinierte Öffnungsposition des Ventilelementes geregelt, indem ein von dem auf das Ventilelement von dem Gasgenerator wirkender Hochdruck mit der durch eine vordefinierte Strombeaufschlagung des Proportionalmagneten induzierte Bewegungskraft zusammenwirken.
Dadurch, dass in der Gaszuführung zwischen dem Gasgenerator und dem Airbagsack ein gezielt ansteuerbares Proportionalventil vorgesehen ist, ist es möglich, die Füllung des Airbagsackes mit dem Airbaggas gezielt an einen Aufprallverlauf anpassen zu können. Um einen optimalen Füllverlauf des Airbagsackes durchführen zu können, z. B. indem der Airbagsack bereits vor dem erwarteten Aufprall vorgefüllt und später noch nachgefüllt wird, ist eine Steuerung des Massenstromes des Airbaggases aus dem Gasgenerator erforderlich. Mit den bisher bekannten Airbagsystemen, bei denen zwei Gasgeneratoren zeitversetzt ausgelöst werden, ist es nur möglich, einen konstanten Massenstrom in dem Airbagsack zu erzeugen, eine gezielte Steuerung des Massenstroms ist jedoch nicht möglich. Dadurch, dass nun das ansteuerbare Proportionalventil vorgesehen ist, kann zu jedem Zeitpunkt vor, während und nach dem Aufprall der Massenstrom über das Proportionalventil gezielt gesteuert und somit die Befüllung des Airbagsackes zu jedem Zeitpunkt geregelt werden. So ist es möglich, die Füllung des Airbagsackes gezielt an den Aufprallverlauf anpassen zu können.
Proportionalventile wirken derart, dass sie die Bewegung eines Ventilelementes nicht allein über einen aktiv geregelten Aktorbereich mit Proportionalmagnet bewirken, sondern auch der Strömungsdruck eines Mediums, das durch das Ventil hindurchfließt, genutzt wird, um das Ventilelement zu bewegen. Die Öffnungsbewegung bzw. die sich ergebende Öffnungsposition des Proportionalventiles und seines Ventilelementes hängen daher einerseits von dem in das Proportionalventil einströmenden Massenstrom m und andererseits von einer Magnetkraft des Proportionalmagneten ab, der durch eine vordefinierte Strombeaufschlagung des Proportionalmagneten eingestellt wird. Dadurch kann das Ventilelement des Proportionalventiles unterschiedliche Öffnungspositionen entlang seiner Bewegungsachse einnehmen, wodurch unterschiedliche Massenströme m des Airbaggases zu dem Airbagsack hin eingestellt werden können. Der Massenstrom m des Airbaggases ist dabei definiert durch die Masse, die pro Zeiteinheit zu dem Airbagsack hin strömt (m/t).
Das Ventilelement, das den Massenstrom des Airbaggases von dem Gasgenerator zu dem Airbagsack freigibt oder verschließt, kann als eine Kugel ausgebildet sein, die von einem Stift geführt wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Ventilelement integral mit einem solchen Stift an dessen Endbereich ausgebildet ist.
Vorzugsweise weist das Proportionalventil einen Anschlag auf, der eine Öffnungsbewegung des Ventilelementes begrenzt. Dieser Anschlag kann beispielsweise an einem Gehäuse des Proportionalventiles gebildet sein.
Vorzugsweise weist der Aktorbereich ein feststehendes Polstück, einen beweglichen Anker und eine Spule auf. Wird die Spule mit Strom beaufschlagt, baut sich ein Magnetfeld in dem derart gebildeten Proportionalmagneten auf, und der Anker bewegt sich von dem Polstück weg oder auf dieses zu. Vorteilhaft ist der Stift, der das Ventilelement führt oder mit dem das Ventilelement integral ausgebildet ist, fest mit dem Anker verbunden. So wird eine Bewegung des Ankers direkt auf das Ventilelement übertragen.
Vorteilhaft ist der Anker als Plattenanker ausgebildet, wobei das feststehende Polstück zwischen dem Plattenanker und dem Ventilelement angeordnet ist. Dabei erstreckt sich der Stift durch das Polstück und ist in diesem beweglich geführt.
Vorteilhaft ist die Zuströmbohrung des Proportionalventiles in einem Ventilsitzelement angeordnet, das den Ventilsitz bereitstellt.
Das Airbaggas wird in dem Gasgenerator mit einem Hochdruck zwischen 50 bar und 1000 bar bereitgestellt.
Bei dem Gasgenerator kann es sich um einen Heißgasgenerator (pyrotechnischer Gasgenerator), einen Kaltgasgenerator oder auch um einen Hybridgasgenerator handeln.
In einer möglichen Ausführungsform ist das Proportionalventil als stromlos geschlossenes Proportionalventil ausgebildet und weist eine Druckfeder aus, die das Ventilelement in die Schließposition auf einen Ventilsitz vorspannt, wobei die Druckfeder einen Öffnungsdruck des Proportionalventils derart festlegt, dass der Öffnungsdruck kleiner ist als ein durch die Aktivierung des Gasgenerators im Gasgenerator herrschender Hochdruck des Airbaggases. Die Kraft der Druckfeder ist daher so gering, dass der erforderliche Druck des Airbaggases zum Öffnen des Proportionalventiles weit unterhalb des Hochdruckes in dem Gasgenerator - und somit in der Zuströmbohrung des Proportionalventiles - liegt. Durch die Vorspannung der Druckfeder wird lediglich ein Ausgangszustand des Ventilelementes zur Regelung des Massenstroms des Airbaggases definiert. In diesem Ausgangszustand befindet sich das Ventilelement immer definiert in dem Ventilsitz.
Wenn das Proportionalventil als stromlos geschlossenes Proportionalventil ausgebildet ist, erfolgt die Regelung der Öffnungsposition des Ventilelementes und somit das Einstellen des Massenstroms des Airbaggases wie folgt:
Nach der Aktivierung des Gasgenerators steigt der Druck in der Zuströmbohrung des Proportionalventils. Das Airbaggas öffnet das Proportionalventil und das Ventilelement hebt vom Ventilsitz ab, bis maximal zum Anschlag des Ventilelements bzw. des Ankers. Der sich einstellende Massenstrom des Airbaggases, der u. a. von der Geometrie der Zuströmbohrung im Ventilsitz abhängig ist, strömt von der Zuströmbohrung zu dem Airbagsack. Dadurch wird der Airbagsack gefüllt. Ist eine geringere oder gar keine Menge an Massenstrom des Airbaggases erforderlich, wird die Spule des Proportionalmagneten elektrisch angesteuert. Durch den elektrischen Strom baut sich ein Magnetfeld auf, und der Anker wirkt mit einer Bewegungskraft, die abhängig ist vom elektrischen Strom in der Spule, über den Stift auf das Ventilelement. Diese Bewegungskraft drückt das Ventilelement gegen das durch den Ventilsitz strömende Airbaggas, und der Massenstrom sinkt. Wird der elektrische Strom in der Spule noch weiter erhöht, erhöht sich auch die Kraft des Proportionalmagneten und es kann ein Zustand erreicht werden, bei dem das Proportionalventil vollständig geschlossen ist. Ist zum Füllen des Airbagsackes ein höherer Massenstrom des Airbaggases erforderlich, wird der Strom in der Spule gesenkt oder ganz weggenommen.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Proportionalventil als stromlos offenes Proportionalventil ausgebildet und weist eine Druckfeder auf, die das Ventilelement in eine definierte Öffnungsposition vorspannt.
In dieser Ausführungsform wirkt das Proportionalventil wie folgt:
Nach der Aktivierung des Gasgenerators steigt der Druck in der Zuströmbohrung des Proportionalventiles. Die Druckfeder übt eine definierte Kraft auf das Ventilelement aus, die entgegen der Wirkrichtung zum Verschließen des Proportionalventiles wirkt. Dadurch entsteht ein Spalt zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz, so dass das Proportionalventil in der Ausgangsstellung definiert geöffnet ist.
Abhängig von der Geometrie der Zuströmbohrung strömt das Airbaggas von dem Gasgenerator durch diesen Spalt zu dem Airbagsack. Ist eine geringere oder gar keine Menge an Massenstrom erforderlich, wird die Spule des Proportionalmagneten elektrisch angesteuert und der Anker wirkt mit einer Bewegungskraft, die abhängig ist vom elektrischen Strom in der Spule, auf das Ventilelement. Die Federkraft der Druckfeder wird zunächst überwunden, und die restliche Bewegungskraft wird über den Stift auf das Ventilelement übertragen. Diese Bewegungskraft auf das Ventilelement wirkt gegen das durch den Ventilsitz strömende Airbaggas, und der Massenstrom sinkt. Wird der elektrische Strom in der Spule noch weiter erhöht, erhöht sich auch die Kraft des Proportionalmagneten, der durch einen Zustand erreicht wird, bei dem das Proportionalventil vollständig geschlossen ist. Ist im Regelbereich für den Airbagsack ein höherer Massenstrom des Airbaggases erforderlich, wird der Strom in der Spule gesenkt oder ganz weggenommen.
Ein Airbagsystem weist ein oben beschriebenes Airbagmodul und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Proportionalventiles auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Aufprallverlauf zu erkennen und basierend auf dem erkannten Aufprallverlauf eine dem Airbagsack zuzuführenden Masse des Airbaggases zu definieren. Über die Steuereinrichtung kann demgemäß das Airbagmodul und damit die Zuführung des Airbaggases zu dem Airbagsack gezielt an den bekannten Aufprallverlauf angepasst werden.
Vorteilhaft weist das Airbagsystem weiter wenigstens einen Sensor auf, der zeitlich vor einem Aufprall Parameter zum Berechnen einen voraussichtlichen Aufprallverlaufes erfasst und an die Steuereinrichtung überträgt.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, aus den erfassten Parametern den voraussichtlichen Aufprallverlauf und darauf basierend die zu jedem Zeitpunkt des Aufprallverlaufes benötigte Masse des Airbaggases in dem Airbagsack zu definieren.
Über die erfassten Parameter des Sensors ist es daher möglich zu erkennen, wann ein Aufprall unvermeidbar ist, wann beispielsweise der Aufprallzeitpunkt t_n vorliegt, welche Kräfte beim Aufprall voraussichtlich wirken, und daraus zu schließen, in welchem Maße der Airbagsack aufgeblasen sein muss, um Verletzungen des Insassen zu vermeiden.
Dazu ist es vorteilhaft, wenn nicht nur beispielsweise ein Sensor vorhanden ist, der eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges und einen Abstand zum Hindernis erfasst, sondern auch einen Sensor, der die Eigenschaften von Insassen wie beispielsweise Größe und Gewicht erkennen kann, so dass die Aktivierung des Airbagsackes auch abhängig von Insassenparametern durchgeführt werden kann.
Vorteilhaft ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Proportionalventil derart anzusteuern, dass das Proportionalventil die abhängig von dem voraussichtlichen Aufprallverlauf benötigte Masse des Airbaggases aus dem Gasgenerator freigibt.
Beispielsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Proportionalventil derart anzusteuern, dass das Proportionalventil mehrere definierte Teilmassen der benötigten Masse des Airbaggases zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Aufprallverlaufs aus dem Gasgenerator freigibt.
Beispielsweise kann das Proportionalventil eine Teilmasse bereits vor dem erwarteten Aufprall in den Airbagsack freigeben, so dass dieser bereits vorgefüllt ist. Weiter ist es auch möglich, während des Aufpralls den Airbagsack mit einer weiteren Teilmasse zu füllen und auch nach dem eigentlichen Aufprall, wenn der Insasse aufgrund der Masseträgheit verzögert auf die negative Beschleunigung reagiert, den Airbagsack mit einer weiteren Teilmasse nachzufüllen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug, das sich entlang einer Zeitachse t einem Hindernis nähert;
2 eine Momentaufnahme zu einem Aufprallzeitpunkt to des Fahrzeuges aus 1 auf das Hindernis, wenn ein Airbagmodul in einem Innenraum des Fahrzeuges aktiviert wird;
3 eine schematische Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des Airbagmoduls aus 2 mit einem Proportionalventil, das von einer Steuereinrichtung angesteuert wird;
4 ein schematisches Diagramm, dass die Abhängigkeit eines durch das Proportionalventil aus 3 fließenden Massenstromes eines Airbaggases in Abhängigkeit eines Druckes des Airbaggases und einem an das Proportionalventil angelegten elektrischen Strom darstellt;
5 eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung aus 3;
6 eine schematische Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Airbagmoduls aus 2 mit einem Proportionalventil, das von einer Steuereinrichtung angesteuert wird; und
7 eine schematische Längsschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Airbagmoduls aus 2 mit einem Proportionalventil, das von einer Steuereinrichtung angesteuert wird.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 10, das sich einem Hindernis 12 nähert, auf das es mit hoher Wahrscheinlichkeit aufprallen wird. Der Näherungsvorgang ist zeitlich anhand einer Zeitachse mit dem Zeitverlauf t dargestellt, wobei to einen Aufprallzeitpunkt definiert, d. h. den Zeitpunkt, zu dem sich das Kraftfahrzeug 10 und das Hindernis 12 berühren.
Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Sensor 14 auf, der eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges 10 und eine Entfernung zu dem Hindernis 12 erfasst. Die Geschwindigkeit und die Entfernung sind Parameter, die zeitlich vor dem voraussichtlichen Aufprall erfasst werden, und aus denen es möglich ist, einen voraussichtlichen Aufprallverlauf zu berechnen.
2 zeigt eine Innen- (oben) und eine Außenansicht (unten) des Kraftfahrzeuges 10 aus 1 als Momentaufnahme zum Zeitpunkt to des Aufpralles.
In der Innenansicht ist eine Momentaufnahme einer Aktivierung eines Aibagmodules 16 eines Airbagsystems 18 in dem Kraftfahrzeug 10 zu sehen, wenn, wie in der Außenansicht des Kraftfahrzeuges 10 dargestellt ist, das Kraftfahrzeug 10 auf das Hindernis 12 aufgeprallt ist.
Um einen Insassen 20 in dem Kraftfahrzeug 10 vor Verletzungen zu schützen, wird ein Airbagsack 22 des Airbagmoduls 16 mit einem Airbaggas 24 gefüllt, entfaltet sich dadurch und trennt den Insassen 20 von harten Teilen des Kraftfahrzeuges 10. Dadurch können Verletzungen des Insassen 20 vermieden werden.
In dem Kraftfahrzeug 10 ist ein weiterer Sensor 26 angeordnet, der Eigenschaften des Insassen 20 erfasst, wie beispielsweise seine Größe und sein Gewicht.
Auf Basis der Parameter, die die Sensoren 14, 26 erfassen, ist es möglich, einen Aufprallverlauf des unvermeidbaren Aufpralles vorauszuberechnen und zu ermitteln, zu welchem vorbestimmten Zeitpunkt t_n der Airbagsack 22 wie stark aufgeblasen sein muss, um den Insassen 20 maximal schützen zu können.
Damit der Airbagsack 22 gezielt entsprechend des vorhergesagten Aufprallverlaufes gefüllt werden kann, ist ein spezielles, in den 3, 6 und 7 in schematischer Längsschnittdarstellung gezeigtes Airbagmodul 16 vorgesehen.
Zunächst wird mit Bezug auf 3 eine erste Ausführungsform des Airbagmodules 16 beschrieben. Das Airbagmodul 16 weist neben dem Airbagsack 22 einen Gasgenerator 28 auf, der das Airbaggas 24 für den Airbagsack 22 bereitstellt. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass das Airbaggas 24 über einen Kaltgasgenerator zur Verfügung gestellt wird und somit von Anfang an in gasförmiger Form vorliegt, es ist jedoch auch möglich, dass ein pyrotechnischer Gasgenerator 28 verwendet wird, wobei sich in dem Gasgenerator 28 ein Festtreibstoff befindet, der zunächst entzündet wird, um das Airbaggas 24 in benötigten Fall freizusetzen.
Zwischen dem Airbagsack 22 und dem Gasgenerator 28 ist eine Gaszuführung 32 angeordnet, über die das Airbaggas 24 von dem Gasgenerator 28 zu dem Airbagsack 22 geleitet werden kann.
In der Gaszuführung 32 ist ein Proportionalventil 34 angeordnet, das elektrisch gezielt ansteuerbar ist und somit die Gaszuführung 32 gezielt öffnen bzw. verschließen kann, so dass ein von dem Gasgenerator 18 zu dem Airbagsack 22 zugeführter Massenstrom m des Airbaggases 24 gezielt und vordefiniert gesteuert werden kann. Die Ansteuerung des Proportionalventiles 34 erfolgt dabei über eine entsprechend ausgebildete Steuereinrichtung 36, die Signale zur Strombeaufschlagung des Proportionalventiles 34 vordefiniert und gezielt an das Proportionalventil 34 sendet.
Das Proportionalventil 34 weist einen Ventilbereich 38 auf, bei dem ein Ventilelement 40 mit einem Ventilsitz 42 zusammenwirkt, um das Proportionalventil 34 in einer Schließposition zu verschließen.
Das Proportionalventil 34 weist weiter einen Aktorbereich 44 auf, der in einem elektrisch angesteuerten Zustand eine Bewegungskraft B auf das Ventilelement 40 ausübt, so dass sich das Ventilelement 40 zwischen der Schließposition und einer Öffnungsposition bewegt.
Der Aktorbereich 44 weist magnetische Elemente - ein feststehendes Polstück 46 und einen beweglichen Anker 48 -, sowie einen Stift 50 auf, der mit dem Anker 48 fest verbunden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ventilelement 40 durch eine Kugel 52 gebildet, die von dem Stift 50 geführt wird, es ist jedoch auch möglich, das Ventilelement 40 integral mit dem Stift 50 an dessen Endbereich 56 auszubilden.
Dadurch, dass der bewegliche Anker 48 über den Stift 50 mit dem Ventilelement 40 gekoppelt ist, überträgt er seine Bewegung auf das Ventilelement 40. Um die Bewegung des Ankers 48 zu induzieren, umfasst der Aktorbereich 44 eine Spule 58, die hierfür bestromt wird.
Das Polstück 46 ist zwischen dem Anker 48, der als Plattenanker ausgebildet ist, und dem Ventilelement 40 angeordnet und sitzt fest in einem Gehäuse 60 des Proportionalventiles 34. Das Gehäuse 60 bildet einen Anschlag 62 aus, der eine Bewegung des Ankers 48 und somit eine Bewegung des Ventilelementes 40 weg von dem Ventilsitz 42 begrenzt.
Die Spule 58 bildet mit den magnetischen Elementen des Proportionalventiles 34 einen Proportionalmagneten 64 aus.
Das Ventilelement 40 verschließt in der Schließposition eine Zuströmbohrung 66 in dem Ventilsitz 42, durch die das Airbaggas 24 aus dem Gasgenerator 28 zu dem Airbagsack 22 strömen kann.
Das Proportionalventil 34 der ersten Ausführungsform in 3 arbeitet wie folgt: In der Ausgangsposition verschließt das Ventilelement 40 die Zuströmbohrung 66, befindet sich demgemäß in der Schließposition. Da der Gasgenerator 28 nicht aktiviert ist, wirkt von der Seite der Zuströmbohrung 66 keine durch einen Hochdruck P_H des Airbaggases 24 induzierte Kraft auf das Ventilelement 40, so dass das Ventilelement 40 in dem Ventilsitz 42 verbleibt.
Nach der Aktivierung des Gasgenerators 28 steigt der Druck in der Zuströmbohrung 66 auf einen Hochdruck P_H , so dass sich zwischen dem Ventilelement 40 und dem Ventilsitz 42 ein Spalt bildet, durch den das Airbaggas 24 strömt. Der Hub des Ventilelementes 40 ist durch den Anschlag 62 des Ankers 48 an dem Gehäuse 60 begrenzt. Dadurch stellt sich ein definierter Spalt und somit ein definierter Massenstrom m ein, der von der Geometrie der Zuströmbohrung 66 in dem Ventilsitz 42 abhängt. Das Airbaggas 24 strömt von der Zuströmbohrung 66 in dem Ventilsitz 42 zu einem Ablauf 68 des Proportionalventiles 34, der gleichzeitig einen Zulauf 70 für den Airbagsack 22 darstellt. Dadurch wird der Airbagsack 22 gefüllt. Ist eine geringere oder keine Menge an Massenstrom m erforderlich, wird die Spule 58 des Proportionalmagneten 64 elektrisch angesteuert. Durch den elektrischen Strom I baut sich ein Magnetfeld im Magnetkreis auf, und der Anker 48 wird mit einer Bewegungskraft B, die abhängig ist von einem elektrischen Strom I in der Spule 58, über den Stift 50 auf das Ventilelement 40. Diese Bewegungskraft B auf das Ventilelement 40 wirkt gegen das durch den Ventilsitz 42 strömende Airbaggas 24, und der Massenstrom m sinkt. Wird der elektrische Strom I in der Spule 58 noch weiter erhöht, erhöht sich auch die durch den Proportionalmagneten 64 induzierte Bewegungskraft B. Dadurch kann auch ein Zustand erreicht werden, bei dem das Proportionalventil 34 vollständig geschlossen ist. Ist im Regelbereich für den Airbagsack 22 ein höherer Massenstrom m des Airbaggases 24 erforderlich, wird der Strom I in der Spule 58 gesenkt oder ganz weggenommen.
4 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Abhängigkeit des Massenstromes m von einem wirkenden Hochdruck P_H des Airbaggases 24 in dem Gasgenerator 28 auf das Ventilelement 40 und eines Stromes I, der an der Spule 58 angelegt ist, darstellt.
Ein erster Strom I₁ ist dabei kleiner als ein zweiter Strom I₂ , der wiederum kleiner ist als ein dritter Strom I₃ . Aus dem Diagramm geht hervor, dass der Massenstrom m mit einem steigenden Hochdruck P_H in dem Airbaggas 24 in der Zuströmbohrung 66 ansteigt. Gleichzeitig ist zu erkennen, dass, wenn ein kleinerer Strom I an den Proportionalmagneten 64 angelegt wird, der Massenstrom m, der von dem Proportionalventil 34 freigegeben wird, größer ist als bei Anlegen eines größeren Stromes I an den Proportionalmagneten 64. Dies rührt daher, dass ein höherer Strom I eine größere Bewegungskraft B zum Schließen des Proportionalventiles 34 in dem Ventilelement 40 induziert.
5 zeigt schematisch in größerem Detail die Steuereinrichtung 36 aus 3, die das Proportionalventil 34 gezielt ansteuert.
Die Steuereinrichtung 36 ist dazu ausgelegt, auf Basis der von den Sensoren 14, 26 ermittelten Parameter einen voraussichtlichen Aufprallverlauf zu berechnen und daraus die zu jedem Zeitpunkt t_n benötigte Masse m des Airbaggases 24 in dem Airbagsack 22 zu definieren. Dazu weist die Steuereinrichtung 36 eine Erfassungseinheit 72 auf, mit der die Steuereinrichtung 36 die von den Sensoren 14, 26 ermittelten Parameter wie Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 10, Abstand zu dem Hindernis 12, Gewicht und Größe des Insassen 20 und evtl. weitere Parameter erfassen kann. Weiter umfasst die Steuereinrichtung 36 eine erste Berechnungseinheit 74, mit der die Steuereinrichtung 36 basierend auf den erfassten Parametern einen voraussichtlichen Aufprallverlauf des Aufpralls des Kraftfahrzeuges 10 auf das Hindernis 12 berechnet. Es ist eine zweite Berechnungseinheit 76 vorgesehen, die basierend auf dem berechneten Aufprallverlauf die zu jedem Zeitpunkt t_n des Aufprallverlaufs benötigte Masse m des Airbaggases 24 in dem Airbagsack 22 berechnet.
Auf Basis dieser benötigten Masse m steuert die Steuereinrichtung 36 das Proportionalventil 34 entsprechend an, so dass ein entsprechender Massenstrom m des Airbaggases 24 zu jedem Zeitpunkt t_n aus dem Gasgenerator 28 in Richtung zu dem Airbagsack 22 freigegeben wird.
Die Steuereinrichtung 36 kann dabei das Proportionalventil 34 auch so ansteuern, das mehrere vordefinierte Teilmassen m zu unterschiedlichen Zeitpunkten t_n während des Aufprallverlaufes aus dem Gasgenerator 28 freigegeben werden.
So ist eine gezielte Ansteuerung des Airbagsackes 22 mit beispielsweise einer Vorfüllung vor dem Aufprallzeitpunkt to und einer oder mehrerer Nachfüllungen während oder nach dem Aufprallzeitpunkt to möglich.
6 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Airbagmodules 16. Das Airbagmodul 16 ist im Wesentlichen ausgebildet wie das Airbagmodul 16 der ersten Ausführungsform, mit einer Ausnahme, nämlich einer zwischen dem Gehäuse 60 und dem Anker 48 angeordneten Druckfeder 78. Diese Druckfeder 78 spannt das Ventilelement 40 in die Schließposition auf den Ventilsitz 42 vor. Die Druckfeder 78 legt einen Öffnungsdruck des Proportionalventiles 34 fest, wobei jedoch die Kraft dieser Druckfeder 78 so gering ist, dass der erforderliche Hochdruck P_H zum Öffnen des Proportionalventiles 34 weit unterhalb des tatsächlich herrschenden Hochdruckes P_H in der Zuströmbohrung 66 des Proportonalventiles 34 liegt. Durch die Vorspannung der Druckfeder 78 ist lediglich ein Ausgangszustand der Regelung des Massenstromes m des Proportionalventiles 34 definiert. Denn das Ventilelement 40 befindet sich in diesem Ausgangszustand durch die Vorspannung der Druckfeder 78 immer definiert in dem Ventilsitz 42. Das Proportionalventil 34 ist daher als stromlos geschlossenes Proportionalventil 34 ausgebildet. Die Funktionsweise entspricht im Wesentlichen der Funktionsweise der ersten Ausführungsform.
7 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Airbagmodules 16, wobei hier das Proportionalventil 34 als stromlos offenes Propotionalventil 34 ausgebildet ist. Dazu ist die Druckfeder 78 nicht zwischen Gehäuse 60 und Anker 48 angeordnet, wie das bei der zweiten Ausführungsform in 6 der Fall ist, sondern zwischen dem Polstück 46 und dem Anker 48. Dadurch wird der Anker 48 und somit das Ventilelement 40 von dem Ventilsitz 42 weg in eine definierte Öffnungsposition gedrückt.
Das Proportionalventil 34 der dritten Ausführungsform funktioniert wie folgt:
Die Druckfeder 78 übt eine definierte Kraft gegen den Anker 48 bzw. den Stift 50 entgegen der Wirkrichtung zum Dichten des Proportionalventiles 34 aus. Dadurch entsteht ein Spalt zwischen dem Ventilelement 40 und dem Ventilsitz 42, so dass das Proportionalventil 34 in einer definierten Ausgangsstellung geöffnet ist.
Wird nun der Gasgenerator 28 aktiviert, strömt ein abhängig von der Geometrie der Zuströmbohrung 66 anstehender Massenstrom m in den Airbagsack 22. Ist eine geringere oder gar keine Menge an Massenstrom m erforderlich, wird die Spule 58 des Proportionalmagneten 64 elektrisch angesteuert. Durch den elektrischen Strom I baut sich ein Magnetfeld im Magnetkreis auf und der Anker 48 wird mit einer Bewegungskraft B, die abhängig ist vom dem elektrischen Strom I in der Spule 58, bewegt. Die Kraft der Druckfeder 78 wird zunächst überwunden, und die restliche Bewegungskraft B wird über den Stift 50 auf das Ventilelement 40 übertragen. Das Ventilelement 40 wirkt gegen das durch den Ventilsitz 42 strömende Airbaggas 24 und der Massentrom m sinkt. Wird der elektrische Strom I in der Spule 58 noch weiter erhöht, erhöht sich auch die Kraft des Proportionalmagneten 34. Dadurch kann ein Zustand erreicht werden, bei dem das Proportionalventil 34 vollständig geschlossen ist. Ist im Regelbereich für den Airbagsack 22 ein höherer Massenstrom m des Airbaggases 24 erforderlich, wird der Strom I in der Spule 58 gesenkt oder ganz weggenommen.

Claims

Airbagmodul (16), aufweisend: - einen Airbagsack (22), der im Betrieb mit einem Airbaggas (24) befüllt wird; - einen Gasgenerator (28) zum Bereitstellen des Airbaggases (24) für den Airbagsack (22); und - eine Gaszuführung (32) zwischen Gasgenerator (28) und Airbagsack (22) zum Zuführen des bereitgestellten Airbaggases (24) von dem Gasgenerator (28) in den Airbagsack (22); wobei in der Gaszuführung (32) ein elektrisch ansteuerbares Proportionalventil (34) angeordnet ist, das einen Ventilbereich (38) und einen Aktorbereich (44) aufweist, wobei der Ventilbereich (38) eine mit dem Gasgenerator (28) fluidisch in Verbindung stehende Zuströmbohrung (66) und ein die Zuströmbohrung (66) in einer Schließposition verschließendes Ventilelement (40) aufweist, wobei der Aktorbereich (44) einen Proportionalmagneten (64) aufweist, der im bestromten Zustand eine Bewegungskraft (B) zum Bewegen des Ventilelements (40) zwischen der Schließposition und einer Öffnungsposition induziert, wobei eine zum Einstellen eines vordefinierten Massenstroms (m) des Airbaggases (24) von dem Gasgenerator (28) zu dem Airbagsack (22) vordefinierte Öffnungsposition des Ventilelements (40) durch Zusammenwirken von dem auf das Ventilelement (40) von dem Gasgenerator (28) wirkenden Hochdruck (P_H) mit von der durch eine vordefinierte Strombeaufschlagung des Proportionalmagneten (64) induzierten Bewegungskraft (B) geregelt wird.
Airbagmodul (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (64) als stromlos geschlossenes Proportionalventil (64) ausgebildet ist und eine Druckfeder (78) aufweist, die das Ventilelement (40) in die Schließposition auf einen Ventilsitz (42) vorspannt, wobei die Druckfeder (78) einen Öffnungsdruck des Proportionalventils (34) derart festlegt, dass der Öffnungsdruck kleiner ist als ein durch die Aktivierung des Gasgenerators (28) im Gasgenerator (28) herrschender Hochdruck (P_H) des Airbaggases (24).
Airbagmodul (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (34) als stromlos offenes Proportionalventil (34) ausgebildet ist und eine Druckfeder (78) aufweist, die das Ventilelement (40) in eine definierte Öffnungsposition vorspannt.
Airbagsystem (18), aufweisend: - ein Airbagmodul (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und - eine Steuereinrichtung (36) zum Ansteuern des Proportionalventils (34), wobei die Steuereinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, einen Aufprallverlauf zu erkennen und basierend auf dem erkannten Aufprallverlauf eine dem Airbagsack (22) zuzuführende Masse (m) des Airbaggases (24) zu definieren.
Airbagsystem (18) nach Anspruch 4, weiter aufweisend wenigstens einen Sensor (14, 26), der zeitlich vor einem Aufprall Parameter zum Berechnen eines voraussichtlichen Aufprallverlaufes erfasst und an die Steuereinrichtung (36) überträgt.
Airbagsystem (18) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, aus den erfassten Parametern den voraussichtlichen Aufprallverlauf und darauf basierend die zu jedem Zeitpunkt des Aufprallverlaufs benötigte Masse (m) des Airbaggases (24) in dem Airbagsack (22) zu definieren.
Airbagsystem (18) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, das Proportionalventil (34) derart anzusteuern, dass das Proportionalventil (34) die abhängig von dem voraussichtlichen Aufprallverlauf benötigte Masse (m) des Airbaggases (24) aus dem Gasgenerator (28) freigibt.
Airbagsystem (18) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, das Proportionalventil (34) derart anzusteuern, dass das Proportionalventil (34) mehrere definierte Teilmassen (m) der benötigten Masse (m) des Airbaggases (24) zu unterschiedlichen Zeitpunkten (t_n) des Aufprallverlaufs aus dem Gasgenerator (28) freigibt.