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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Aufblasens eines
Airbags einer Insassenrückhaltevorrichtung,
bei dem bei einer Aktivierung der Insassenrückhaltevorrichtung in einem
Gasgenerator ein brennbares Gas und ein Oxidationsgas zur Reaktion
gebracht und die entstehenden Verbrennungsgase in den Airbag geleitet
werden. Die Erfindung betrifft weiter eine Insassenrückhaltevorrichtung
mit einem aufblasbaren Airbag und einem Gasgenerator, in welchem
bei einer Aktivierung der Insassenrückhaltevorrichtung ein brennbares
Gas und ein Oxidationsgas zur Reaktion gebracht und die entstehenden
Verbrennungsgase in den Airbag geleitet werden.
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Die
gattungsbildende Patentanmeldung
GB 2 281 228 A beschreibt einen Gasgenerator
für einen Airbag.
Der Gasgenerator weist eine Verbrennungskammer auf, an die ein Airbag
angeschlossen ist. Der Gasgenerator umfasst zwei Behälter, die über ein
gemeinsames Ventil mit der Brennkammer gekoppelt sind. In dem einen
Behälter
befinden sich ein Brennstoff und ein Inertgas und in dem anderen
Behälter befindet
sich Sauerstoff und ebenfalls ein Inertgas. Bei der Auslösung des
Gasgenerators wird sowohl Brennstoff als auch Sauerstoff aus den
jeweiligen Behältern
in die Brennkammer geleitet, in der sich ein brennbares Gasgemisch
erzeugt und durch einen katalytischen Zünder gezündet werden kann.
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Aus
der
DE 42 31 356 A1 sind
bereits ein Verfahren und eine Insassenrückhaltevorrichtung der eingangs
genannten Art bekannt, bei denen zum Aufblasen eines Airbags ein
brennbares Gas und ein Oxidationsgas gezündet und zur Reaktion gebracht werden
und bei denen die Aufblasgeschwindigkeit, der Druck im Airbag und
die zum Aufblasen benötigte Zeit
gesteuert wird, um zu einem gegebenen Zeitpunkt nach der Zündung der
Reaktionsgase ein gewünschtes
Airbagvolumen zu erhalten. Der Begriff Steuerung der Aufblasgeschwindigkeit,
des Drucks und der Aufblaszeit bedeutet dort jedoch nur, dass bei
der Entwicklung und Konstruktion der Insassenrückhaltevorrichtung Maßnahmen
getroffen werden, die dafür
sorgen, dass sich die gewünschte
Aufblasgeschwindigkeit und nach Ablauf der vorgesehenen Zeit der
gewünschter
Druck im Airbag einstellen. Diese Maßnahmen umfassen beispielsweise
die Einstellung eines bestimmten Verhältnisses zwischen der Menge
des brennbaren Gases und der Menge des Oxidationsgases, die Einstellung
des Öffnungsquerschnitts
von Flußsteuerzumeßöffnungen
in den Austrittsöffnungen
der Gasbehälter
oder eine unterschiedlich große
Anzahl von Stellen, an denen das brennbare Gas gezündet wird,
sie gestatten jedoch sämtlich
keine Anpassung des Aufblasvorgangs an unterschiedlichen Aufprallbedingungen.
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Bekannt
ist weiterhin ein variabler Hybrid-Generator für eine Insassenrückhaltevorrichtung der
es ermöglicht,
die Aufblasgeschwindigkeit eines Airbags in Abhängigkeit von den Aufprallbedingungen
zu steuern, indem je nach Stärke
des Aufpralls von zwei Zündpillen
entweder beide oder nur eine gezündet
und der Airbag damit aggressiver oder weniger aggressiv aufgeblasen
wird. Abgesehen von den beiden unterschiedlich großen Aufblasgeschwindigkeiten
sind jedoch keine Variationen des Aufblasvorgangs möglich.
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Aus
der
DE 41 35 776 C1 ist
ein Gasgenerator für
eine Insassenrückhaltevorrichtung
der eingangs genannten Art bekannt, in dem ein Gemisch aus Distickstoffmonoxid
als Oxidationsgas und einem oder mehreren kurzkettigen Kohlenwasserstoffen wie
Butan als brennbarem Gas zur Reaktion gebracht wird, wobei im Reaktionsgasgemisch
zusätzlich
CO
2 oder Xenon als Inertgas enthalten ist,
um die Umsetzungsgeschwindigkeit des Reaktionsgasgemischs nach der
Zündung
zu steuern.
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Abschließend beschreibt
die Druckschrift
DE 22
56 146 A eine Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem aufblasbaren
Luftsack, an den zum Aufblasen zwei Gasbehälter separat angeschlossen sind,
welche jeweils mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt sind.
Ferner umfasst die bekannte Sicherheitsvorrichtung einen Sensor
zum Erkennen von Hindernissen. Durch diese Vorhersagemöglichkeit
kann dann bei einem kurz bevorstehenden Unfall das unter Druck stehende
Gas aus einem der Gasbehältern
in den Luftsack der Sicherheitsvorrichtung einströmen, um
den Luftsack in einen halbexpandierten Zustand zu bringen. Erst
wenn ein Beschleunigungsmesser den Unfall detektiert, wird der Luftsack vollständig durch
das unter Druck stehende Gas aus dem zweiten Gasbehälter aufgeblasen.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Insassenrückhaltevorrichtung
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich
das Aufblasen des Airbags in Abhängigkeit
von den Aufprallbedingungen variabler verändern lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass in Abhängigkeit
von den Aufprallbedingungen wahlweise mindestens eine zusätzliche Menge
eines Inertgases in den Airbag zugeführt wird bzw. zuführbar ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch diese Maßnahme größere Variationsmöglichkeiten
im Hinblick auf das Aufblasen des Airbag geschaffen werden, da sich
nicht nur der Volumenstrom der in den Airbag einströmenden Gase
und damit die Aufblasgeschwindigkeit, sondern auch die Gesamtmenge
dieser Gase sowie der zeitliche Ablauf der Gaszufuhr in unterschiedlicher
Weise variieren lässt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Inertgas an einer
Stelle zwischen einer Austrittsöffnung
eines das brennbare Gas und das Oxidationsgas enthaltenden Reaktionsgasbehälters und
einer Eintrittsöffnung
des Airbags in den Strömungskanal
der Verbrennungsgase zugeführt,
wodurch erstens keine weiteren Zufuhrkanäle erforderlich sind, zweitens
eine gute Durchmischung bewirkt werden kann und drittens die Temperatur
der Verbrennungsgase bereits vor Erreichen des Airbag verringert
wird. Vorzugsweise erfolgt die Zufuhr des Inertgases in die Verbrennungskammer,
um die Temperatur der Oxidationsreaktion und damit die Reaktionsgeschwindigkeit
und die Aufblasgeschwindigkeit des Airbags zu steuern. Außerdem wird
das Inertgas bei einer Zufuhr in die Verbrennungskammer durch die
ausströmenden
Verbren nungsgase aus dem Inertgasbehälter gesaugt und dadurch schneller
zugeführt.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Inertgas
aus mindestens einem und vorzugsweise mehreren Inertgasbehältern zugeführt wird,
die vom Reaktionsgasbehälter und
auch untereinander getrennt sind und unabhängig voneinander und vom Reaktionsgasbehälter mit der
Verbrennungskammer oder ggf. auch einer anderen Stelle des Strömungskanals
verbunden werden können.
Die Inertgasbehälter
können
unterschiedliche Mengen Inertgas unter verschiedenen Drücken enthalten
und/oder unterschiedlich große
Ausströmquerschnitte
aufweisen, so daß sich
die Bedingungen beim Aufblasen des Airbag durch die Wahl des jeweiligen
Inertgasbehälters,
aus dem das Inertgas zugeführt
wird, oder durch eine geeignete Kombination mehrerer Inertgasbehälter, aus
denen Inertgas zugeführt
wird, in vielfältiger
Weise verändern
und optimal an die Bedingungen des jeweiligen Aufpralls anpassen
lassen.
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Eine
weitere Variationsmöglichkeit
besteht gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung darin, den Zeitpunkt,
in dem das Inertgas zugeführt
wird, zu verändern
oder entsprechend dem gewünschten
Aufblasverhalten zu wählen, und/oder
das Inertgas aus mehreren Inertgasbehältern jeweils einzeln nacheinander
oder gleichzeitig zuzuführen.
Während
beispielsweise eine Zufuhr von größeren Mengen Inertgas in die
Verbrennungskammer kurz nach einer Zündung der brennbaren Gase eine
beträchtliche
Herabsetzung der Verbrennungstemperatur und damit eine entsprechende
Verminderung der Reaktionsgeschwindigkeit und ein weniger aggresssives
Aufblasen des Airbag bewirkt, kann durch eine Zufuhr von Inertgas
im Anschluß an
die Zufuhr der Verbrennungsgase bewirkt werden, daß der Airbag
zuerst mit hoher Geschwindigkeit, d. h. aggressiv aufgeblasen wird
und anschließend
länger aufgeblasen
bleibt, was beispielsweise dann von Vorteil sein kann, wenn sich
ein Fahrzeug mehrmals überschlägt und mehrfach
aufprallt.
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Eine
Veränderung
des Zeitpunkts der Zufuhr von Inertgas erfolgt zweckmäßig über die
Zündfolge, mit
welcher ein Hauptzünder
für die
Zündung
des Reaktionsgases und ein oder mehrere Nebenzünder gezündet werden, um eine zwischen
den jeweiligen Inertgasbehältern
und der Verbrennungskammer angeordnete Berstscheibe zu zerstören und
die Inertgasbehälter
mit der Verbrennungskammer zu verbinden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Reaktionsgasbehälter und der
oder die Inertgasbehälter
jeweils durch Berstscheiben oder Berstmembranen von der Verbrennungskammer
getrennt sind, die bei einer Aktivierung des Hauptzünders oder der
Nebenzünder
mit Hilfe eines Schlagbolzen oder durch eine Druckerhöhung im jeweiligen
Behälter
zerstört
werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt einen Längsschnitt
durch einen Gasgenerator für
einen Airbag einer erfindungsgemäßen Insassenrückhaltevorrichtung.
Der in der Zeichnung dargestellte Gasgenerator 1 besteht
im wesentlichen aus einem als druckfeste Stahlflasche ausgebildeten
Reaktionsgasbehälter 2 mit
einem im Bereich einer Austrittsöffnung durch
eine Berstscheibe 3 verschlossenen Hals 4, einem über eine
Schraubkappe 5 mit dem Hals 4 des Reaktionsgasbehälters 2 verschraubten
Verbrennungskammergehäuse 6,
das eine an die Berstscheibe 3 angrenzende Verbrennungskammer 7 umschließt und eine
seitliche Austrittsöffnung 8 für die Verbrennungsgase
aufweist, einem im Verbrennungskammergehäuse 6 verschiebbar
gelagerten Schlagbolzen 9 zum Aufsprengen der Berstscheibe 3,
einem der Berstscheibe 3 gegenüberliegenden Hauptzünder 10,
sowie drei Inertgasbehältern 11,
die in Winkelabständen
von 90 bzw. 180 Grad von der Austrittsöffnung 8 für die Verbrennungsgase
in die zylindrische Umfangsfläche
der Verbrennungskammer 7 münden und jeweils durch weitere
Berstscheiben 12 von der Verbrennungskammer 7 getrennt sind.
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Der
Reaktionsgasbehälter 2 enthält ein unter Druck
stehendes ganz oder teilweise verflüssigtes Reaktionsgas, welches
ein brennbares Gas, ein Oxidationsgas und ggf. ein Inertgas umfaßt, wie
beispielsweise eine Mischung von Butan, Distickstoffmonoxid und
CO2, oder von Wasserstoff und Sauerstoff.
Die aus Glas oder Keramik oder einem anderen geeigneten Material
bestehende Berstscheibe 3 liegt gegen die mit einem Dichtmittel
(nicht dargestellt) beschichtete ebene Stirnfläche des Halses 4 des
Reaktionsgasbehälters 2 an
und verschließt
diesen druckdicht. Die Berstscheibe 3 wird von der Schraubkappe 5 festgehalten,
die mit einem Innengewinde auf ein Außengewinde auf dem Hals 4 des
Reaktionsgasbehälters 2 aufgeschraubt
ist. Die Schraubkappe 5 weist eine runde Durchtrittsöffnung 14 auf,
deren Rand in axialer Richtung gegen die Berstscheibe 3 anliegt
und diese gegen den Hals 4 des Reaktionsgasbehälters 2 drückt. Die äußere Umfangsfläche der
Schraubkappe 5 trägt
ein Außengewinde,
das bis zum Anschlagen ihres Stirnendes gegen eine Ringschulter 16 des
Verbrennungskammergehäuses 6 in eine
Gewindebohrung 17 in dessen einer Stirnseite 18 eingeschraubt
ist.
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In
einem Abstand von der Berstscheibe 3 befindet sich das
spitze vordere Ende des Schlagbolzens 9, der eine mittige
Durchlaßöffnung 19 in
einer im Abstand von der Berstscheibe 3 in der Verbrennungskammer 7 angeordneten
Zentrierscheibe 20 durch setzt und von dieser in axialer
Ausrichtung der Mitte der Berstscheibe 3 gegenüberliegend
gehalten wird. Die in ein Innengewinde im Verbrennungskammergehäuse 6 eingeschraubte
Zentrierscheibe 20 weist Perforationen 21 auf,
die nach einer Zerstörung der
Berstscheibe 3 den Hindurchtritt des Reaktionsgases in
die Verbrennungskammer 7 ermöglichen. Das hintere Ende des
Schlagbolzens 9 ist starr in einer Sacklochbohrung eines
scheibenförmigen
Kolbens 22 befestigt, der in der Verbrennungskammer 7 in
Richtung der Berstscheibe 3 verschiebbar gelagert ist.
Die Verschiebebewegung der Kolbens wird durch eine als Anschlag
dienende Ringschulter 24 begrenzt, deren Abstand von der
Vorderseite des Kolbens 22 größer als der Abstand zwischen
der Spitze des Schlagbolzens 9 und der Berstscheibe 3 ist.
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Der
hinter dem Kolben 22 angeordnete Hauptzünder 10 ist mit einem
auf seiner Umfangsfläche
angeordneten Außengewinde
in eine Gewindebohrung 25 auf der anderen Stirnseite 26 des
Verbrennungskammergehäuses 6 eingeschraubt
und weist eine dem Kolben 22 gegenüberliegende Zündladung
(nicht dargestellt) auf, welche beim Aktivieren des Hauptzünders 10 den
Kolben 22 und mit ihm den Schlagbolzen 9 in Richtung
der Berstscheibe 3 treibt, bis die vordere Spitze des Schlagbolzens 9 die
Berstscheibe 3 zerstört.
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Der
Kolben 22 weist ebenfalls Perforationen 27 auf,
durch die ein Teil der heißen
Verbrennungsgase der Zündladung
in die Verbrennungskammer 7 bzw. nach dem Zerstören der
Berstscheibe 3 ein Teil des Reaktionsgases in den Raum
zwischen dem Kolben 22 und dem Hauptzünder 10 gelangen kann,
so daß es
zu einer Zündung
des Reaktionsgases kommt.
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Die
seitliche, zu einem Airbag (nicht dargestellt) führende Austrittsöffnung 8 ist
durch eine weitere Berstscheibe 29 verschlossen, welche
bei Überschreiten
eines vorgegebenen Drucks zerbirst und die in der Verbrennungskammer 7 gebildeten
heißen Verbrennungsgase
in den Airbag freigibt. Die Berstscheibe 29 wird von einer
Ringschraube 30 festgehalten, die in eine radiale Gewindebohrung 31 des Verbrennungskammergehäuses 6 eingeschraubt
ist.
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Die
drei Inertgasbehälter 11,
von denen in der Zeichnung nur derjenige sichtbar ist, der im Winkelabstand
von 180 Grad zur der Austrittsöffnung 8 angeordnet
ist, bestehen jeweils aus einer Gaspatrone 32, die ein
unter Druck stehendes Inertgas, beispielsweise CO2,
Stickstoff oder Argon enthält.
Die Volumina der Inertgasbehälter 11 und/oder
die Gasdrücke
innerhalb derselben sind unterschiedlich groß, so daß bei einer Aktivierung in Abhängigkeit vom
aktivierten Inertgasbehälter 11 unterschiedliche Gasmengen
freigesetzt und in die Verbrennungskammer 7 zugeführt werden.
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In
das vom Verbrennungskammergehäuse 6 abgewandte
geschlossene äußeren Ende
der Inertgasbehälter 11 ist
jeweils ein Nebenzünder 33 eingesetzt,
der von einer elektronischen Airbag-Steuerung (nicht dargestellt)
unabhängig
vom Hauptzünder 10 und
von den anderen Nebenzündern 33 gezündet werden
kann. Die Zündung
des Hauptzünders 10 und eines
oder mehrerer der Nebenzünder 33 kann
sowohl gleichzeitig als auch unmittelbar nacheinander erfolgen,
wobei die Zündfolge
und die Zeitabstände zwischen
den einzelnen Zündzeitpunkten
durch in der Airbag-Steuerung gespeicherte vorgegebene Zündprogramme
festgelegt sind, von denen dann eines in Abhängigkeit von den sensorisch
ermittelten Aufprallbedingungen durch die Airbag-Steuerung eingeleitet
wird.
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Vor
dem Nebenzünder 33 befindet
sich jeweils ein im Inertgasbehälter 11 verschiebbar
gelagerter Kolben 35, in den ein Schlagbolzen 36 eingesetzt
ist, der jedoch im Unterschied zum Kolben 22 keine Perforationen
aufweist. Das vordere Ende des Schlagbolzens 36 wird von
einem in die Gaspatrone 32 eingesetzten Speichenrad 37 mit
einer mittigen Durchlaßöffnung für den Schlagbolzen 36 zentriert, wobei
sich dessen Spitze in einem kleinen Abstand von der die Gaspatrone 32 verschließenden Berstscheibe 12 befindet.
Die Berstscheibe 12 wird von einem Rohrstück 41 mit
Außengewinde
gehalten, dessen eines Ende in ein Innengewinde im vorderen Ende
der Gaspatrone 32 eingeschraubt ist und die Berstscheibe 12 gegen
eine Ringschulter der Gaspatrone 32 drückt, während sein anderes Ende in
eine Gewindebohrung 44 des Verbrennungskammergehäuses 6 geschraubt
ist, so daß das
Rohrstück 41 im Abstand
von der Berstscheibe 3 des Reaktionsgasbehälters 2 in
die Verbrennungskammer 7 mündet. Die Strömungsquerschnitte
der Rohrstücke 41 der drei
Inertgasbehälter 11 können ebenfalls
unterschiedlich groß gewählt sein,
um die durch unterschiedliche Volumina und/oder Drücke hervorgerufenen
unterschiedlichen Wirkungen zu verstärken.
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Bei
einem Aufprall eines mit der erfindungsgemäßen Insassenrückhaltevorrichtung
ausgestatteten Fahrzeugs ermitteln im Fahrzeug eingebaute Verzögerungssensoren
(nicht dargestellt) die negative Beschleunigung, der das Fahrzeug
beim Aufprall ausgesetzt ist. Werden dabei vorgegebene, im Speicher
der Airbag-Steuerung gespeicherte Grenzwerte überschritten, so kommt es zu
einer gesteuerten Aktivierung der Insassenrückhaltevorrichtung und damit zu
einem Aufblasen des Airbag, ggf. nachdem zuvor ein Gurtstraffer
aktiviert worden ist. Das Überschreiten
eines ersten unteren Grenzwerts führt zu einem vergleichsweise
milden Aufblasen des Airbag, was dadurch erreicht werden kann, daß sämtliche
Nebenzünder 33 in
einem sehr kurzen Zeitabstand z. B. von wenigen Millisekunden nach
dem Hauptzünder 10 gezündet werden,
wodurch das gesamte, in den drei Inertgasbehältern 11 gespeicherte
Inertgas unmittelbar nach der Zündung
des Reaktionsgases in die Verbrennungskammer 7 strömt, wo es
durch seine Entspannung zu einem Temperaturabfall führt, durch den
die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidationsreaktion dergezündeten Reaktionsgase
und damit die Aufblasgeschwindigkeit des Airbag entsprechend verringert
wird.
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Das Überschreiten
höherer
Grenzwerte führt dazu,
daß von
der Airbag-Steuerung entsprechend nur zwei, nur einer oder keiner
der Nebenzünder 33 gezündet wird,
so daß die
während
des Ablaufs der Oxidationsreaktion in die Verbrennungskammer 7 eintretende
Inertgasmenge kleiner und damit die Temperatur und die Reaktionsgeschwindigkeit
der Oxidationsreaktion größer ist,
was zu einem aggressiveren Aufblasen des Airbag führt. Eine
zusätzliche Staffelung
der Aufblasgeschwindigkeiten des Airbag kann wegen der unterschiedlichen
Volumina, Drücke und/oder
Ausströmquerschnitte
der drei Inertgasbehälter 11 im
Fall einer Zündung
von einem oder von zwei Nebenzündern 33 durch
die Auswahl des jeweils gezündeten
Nebenzünders 33 bzw.
durch unterschiedliche Kombinationen der beiden gezündeten Nebenzünder 33 erreicht
werden. Das heißt,
daß von
den drei Nebenzündern 33 derjenige
gezündet wird,
bei dem der Inertgas-Volumenstrom
aus dem zugehörigen
Inertgasbehälter 11 entsprechend
dem in der Airbag-Steuerung gespeicherten Programm die beste Wirkung
bei den ermittelten Aufprallbedingungen erzielt.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Steuerung des Aufblasvorgangs besteht darin, bei einem mehrfachen
Aufprall des Fahrzeugs, wie es beispielsweise beim Überschlagen
des Fahrzeugs der Fall sein kann, oder bei einem mehrfachen Aufprall
auf das Fahrzeug, wie es beispielsweise bei einem Serienunfall der
Fall sein kann, nacheinander diejenigen Nebenzünder 33 zu zünden, die
beim ersten Aufprall infolge einer verhältnismäßig geringen Beschleunigung
nicht gezündet
worden sind, um durch das in den jeweiligen Inertgasbehältern 11 enthaltene
Inertgas den Airbag über
einen längeren
Zeitraum aufgeblasen zu halten bzw. einen bereits teilweise erschlafften
Airbag wieder neu zu straffen.