DE2745620C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gassack-System zum Schutz der Insas­ sen eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gassack für den Fahrer und einem in zwei Stufen aufblasbaren Gassack für den Beifahrer und mit einem Sensorsystem, welches einen ersten und einen zweiten Schwellwert der Fahrzeugverzögerung bei einem Unfall erfaßt und durch Abgabe entsprechender Signale in Abhängigkeit vom Errei­ chen dieser Schwellwerte das Auslösen der Aufblasvorrichtung steuert, wodurch beim Erreichen des ersten Schwellwertes der Gassack für den Beifahrer teilweise aufgeblasen wird und beim Erreichen des zweiten Schwellwertes die Gassäcke für Fahrer und Beifahrer vollständig aufgeblasen werden und wobei das voll­ ständige Aufblasen mindestens eines der Gassäcke zeitlich ver­ zögert bezüglich des Erreichens des ersten Verzögerungsschwell­ wertes ausgelöst wird, mit einem Zeitverzögerungsglied, das ein von dem Sensor bei Überschreitung eines bestimmten Schwellwertes abgegebenes Signal um eine definierte Zeitspanne verzögert.

Bei bekannten Gassack-Systemen dieser Art hat der dem Fahrer zugeordnete Gassack im aufgeblasenen Zustand ein Volumen von etwa 60 Litern, während der dem Beifahrer zugeordnete Gassack erheblich größer ist und in der ersten Aufblasstufe ein Gasvo­ lumen von etwa 80 Litern und in der zweiten Aufblasstufe ein zusätzliches Gasvolumen von etwa 70 Litern aufnimmt. Das Aufblasen der Gas­ säcke erfolgt durch Abbrennen von Feststofftreibsätzen, die mit kleinen Feststoffraketen vergleichbar sind und während ihres etwa 20 bis 25 msec dauernden Abbrandes die genannten Gasvolu­ mina entwickeln, wobei der Abbrand der Feststofftreibsätze durch elektrische Zündung sogenannter Zündpillen eingeleitet wird. Beim Zünden der Treibsätze und beim Entfalten der Gas­ säcke entsteht ein scharfer Knall, dessen Schalldruck sehr groß ist, so daß dieser Knall für die Insassen eines Fahrzeuges nicht lediglich unangenehm ist, sondern auch zu Verletzungen, wie etwa Trommelfellrissen führen kann. Um diese Gefahr einzu­ schränken, werden bekannte Gassack-Systeme daher abgestuft aus­ gelöst, wobei in einer ersten Stufe das erste Teilvolumen des Beifahrer-Gassackes und in einer zweiten Stufe das Restvolumen des Beifahrer-Gassackes und der Fahrer-Gassack aufgeblasen werden. Diese abgestufte Auslösung ermöglicht eine bessere An­ passung des Gassack-Systems an die Unfallschwere und vermindert durch Aufteilung auf die beiden Auslösestufen den maximalen Schalldruck, dem die Insassen eines Kraftfahrzeuges ausgesetzt sind. Das die bei einem Unfall auftretende, als negative Beschleunigung meßbare Verzögerung erfassende Sensorsystem, das einen oder mehrere übliche Beschleunigungsmeßgeräte umfaßt und bei Erreichen des unteren Schwellwertes die erste Stufe und bei Erreichen des zweiten Schwellwertes der Verzögerung die zweite Stufe des Aufblasvorganges der Gassäcke auslöst, kann so ausgestaltet werden, daß bei einer bestimmten Aufprallgeschwin­ digkeit und -art (z. B. 50 km/h, Frontalaufprall) ein für die Reduzierung des Schalldruckes maßgeblicher optimaler zeitlicher Abstand zwischen der ersten und der zweiten Stufe gewährleistet ist. Eine solche Optimierung ist bei den bekannten Gassack-Sy­ stemen aber nur für eine ganz bestimmte Aufprallart und in Ver­ bindung mit dieser nur für einen begrenzten Bereich der Auf­ prallgeschwindigkeit möglich, d. h. nur für einen kleinen Teil der insgesamt möglichen Unfallsituationen.

Ein Gassack-System der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 23 39 048 bekannt. Dort ist eine Fahrzeug-Sicherheitseinrich­ tung beschrieben, die verzögert arbeitende Zündkapseln und so­ fort arbeitende Zündkapseln enthält (Fig. 13 und S. 35 und 36). Die verzögert arbeitenden Zündkapseln werden bei einer niedri­ geren Geschwindigkeit ausgelöst, während die sofort arbeitenden Zündkapseln bei einer höheren Geschwindigkeit ausgelöst werden. Es liegt damit eine verzögerte Zündung vor, die jedoch bei ei­ ner höheren Aufprallgeschwindigkeit durch eine sofortige Zün­ dung übersteuert werden kann, d. h. die Zündung erfolgt entwe­ der, wenn die niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten wurde und wenn die Verzögerungszeit vorüber ist, oder, wenn die höhere Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten wurde (ODER-Ver­ knüpfung). Als Folge dieser ODER-Verknüpfung werden bei einem Aufprall mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die über der höhe­ ren Geschwindigkeit liegt, sämtliche Gasgeneratoren gleichzei­ tig gezündet, wodurch sich die bekannten negativen physiologi­ schen Folgen für die Fahrzeuginsassen ergeben, beispielsweise Trommelfellrisse.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gassack-System zu schaffen, das unabhängig vom zeitlichen Verlauf der bei einem Unfall auf­ tretenden Verzögerung den optimalen Zeitabstand zwischen dem Auslösen der ersten und dem Auslösen der zweiten Aufblasstufe des Gassack-Systems gewährleistet.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß bei einem Gassack-System der eingangs genannten Art mindestens ein UND-Glied vorgesehen ist, dessen einem Eingang das bei Überschreiten des ersten Schwellwertes abgegebene Sensorsignal zeitverzögert zugeführt wird und dessen anderem Eingang das bei Überschreiten des zwei­ ten Schwellwertes erzeugte Sensorsignal unverzögert zugeführt wird und dessen Ausgang das Aufblasen der zweiten Stufe des Beifahrer-Gassacks und/oder das Aufblasen des Fahrer-Gassacks auslöst.

Mittels der UND-Verknüpfung können die Nachteile der bekannten Gassack-Systeme vermieden werden. Bei einem Aufprall mit einer geringen Relativgeschwindigkeit zum Hindernis, bei der die zweite Schwelle nicht überschritten wird, wird der Fahrer-Gas­ sack und die zweite Stufe des Beifahrer-Gassackes nicht aufge­ blasen. Bei einem Aufprall mit einer höheren Relativgeschwin­ digkeit, bei der die zweite Schwelle überschritten wird, er­ folgt die Zündung der verschiedenen Stufen verzögert, so daß physiologische Nachteile vermieden werden.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gassack-Systemes weist das Sensorsystem ein weiteres Verzögerungsglied auf, das das Aufblasen des Fahrer-Gassackes gegenüber dem Auslösen der ersten Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes um eine definierte Zeitspanne verzögert, die kürzer ist als die Zeitspanne, um die das Auslösen der zweiten Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes gegenüber dem Auslösezeitpunkt seiner ersten Aufblasstufe ver­ zögert ist. Wählt man hierbei die kürzere Zeitspanne etwa halb so groß wie die längere Zeitspanne, d. h. die Folge der Zündvor­ gänge etwa zeitlich äquidistant, so ergibt sich eine quasi kon­ tinuierliche Schalldruckentwicklung.

Ein Unfall, bei dem sowohl der Beifahrer-Gassack als auch der Fahrer-Gassack aufgeblasen werden, kann beispielsweise wie folgt ablaufen:

Ein Fahrzeug, das mit der Geschwindigkeit V fährt, triftet in einer Kurve zu weit nach außen und streift mit seiner Längssei­ te ein entgegenkommendes Fahrzeug. Während der Berührungszeit wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges stoßartig vermindert, wobei die insgesamt auftretende Verzögerung derart ist, daß der erste Schwellwert S ₁ erreicht und die erste Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes gezündet wird. Nach diesem ersten Zusammenstoß gerät das Fahrzeug ins Schleudern, wobei sich das Fahrzeug bei gleichzeitiger Drehung um seine vertikale Trägheitsachse im wesentlichen geradlinig weiterbewegt. Schließ­ lich stößt das schleudernde Fahrzeug an ein Hindernis, etwa ei­ ne Leitplanke, die in einem spitzen Winkel zur Bewegungsbahn des Fahrzeuges verläuft. Dabei wird in der Regel unter Verfor­ mung der Karosserie und der Leitplanke ein großer Teil der ki­ netischen Energie des Fahrzeuges vernichtet und das Fahrzeug kommt schließlich, nachdem es wieder auf die Fahrbahn zurückge­ schleudert worden ist, zum Stehen. Erst wenn das Fahrzeug an die Leitplanke prallt, wird die Verzögerung so groß, daß auch der zweite Schwellwert S ₂ überschritten und die zweite Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes gezündet wird, wenn sowohl der zweite Schwellwert S ₂ überschritten als auch die Zeitverzögerung Δ T ₁ verstrichen ist, was gegebenenfalls erst nach Überschreiten des Schwellwertes S ₂ der Fall sein kann. Je nach Ausführungsform des Gassack-Systems wird dann der Fahrer-Gassack entweder schon bei Erreichen des zweiten Schwellwertes S ₂ oder gleichzeitig mit der zweiten Aufblas­ stufe des Beifahrer-Gassackes aufgeblasen oder nach einer be­ stimmten Verzögerungszeit Δ T ₂, die kürzer ist als die Verzöge­ rungszeit Δ T ₁, falls der zweite Schwellwert schon vor Ablauf dieser zweiten, kürzeren Verzögerungszeit erreicht wird.

Man erkennt, daß bei einem solchen Unfallgeschehen ein Zeitver­ lauf der auf das Fahrzeug wirkenden Verzögerung entsteht, der beim Zusammenstoß der Fahrzeuge ein erstes Maxi­ mum und beim Aufprallen des Fahrzeuges gegen die Leitplanke ein zweites Maximum aufweist; man erkennt auch, daß diese Maxima erheblich niedriger sind als in dem Fall, in dem das Fahrzeug mit gleicher Geschwindigkeit gegen eine starre Wand frontal auf­ prallt. Trotzdem kann man sich bei der Festlegung der Schwell­ werte S ₁ und S ₂ natürlich auf diesen theoretisch übersicht­ lichen Fall beziehen, und man erhält eine für die meisten praktisch vorkommenden Unfälle optimale Folge der Aufblasvor­ gänge, wenn der erste Schwellwert S ₁ so festgelegt ist, daß die erste Aufblasstufe dann aktiviert wird, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 18 km/h ± 10% frontal auf eine starre Wand aufprallt, und wenn der zweite Schwellwert S ₂ so festge­ legt wird, daß die Aktivierung der zweiten Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes bzw. das Aufblasen des Fahrer-Gassackes dann erfolgt, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 25 km/h frontal auf eine starre Wand aufprallt.

Welche Werte am günstigsten sind, mag von Fahrzeugtyp zu Fahr­ zeugtyp etwas verschieden sein, so daß die optimalen Werte, die um ±10% variieren können, gegebenenfalls experimentell ermit­ telt werden müssen.

Das eines oder mehrere Beschleunigungsmeßgeräte aufweisende Sen­ sor-System, das die Steuersignale für die die Aufblasvorrich­ tungen steuernden Zündendstufen erzeugt, kann so ausgebildet sein, daß diese Steuersignale, die mit den Schwellwerten S ₁ und S ₂ zu vergleichen sind, dem jeweiligen Wert der Verzöge­ rung proportional sind. Den verschiedenen Auf­ blasstufen sind dann ganz bestimmte Momentanwerte der Verzöge­ rung zugeordnet.

Besonders vorteilhaft ist es aber auch, wenn diese Steuersigna­ le zu dem Zeitintegral ∫b(t)bt der im Verlauf des Unfallgesche­ hens auftretenden Verzögerung b(t) proportional sind. Hierzu kann das beschleunigungsproportionale Spannungs­ ausgangssignal eines Beschleunigungsmeßgerätes einem üblichen Integrationsglied zugeführt sein, dessen mit den Schwellwer­ ten S ₁ und S ₂ zu vergleichendes Ausgangssignal dann im wesent­ lichen der Spannungs-Zeitfläche unter einer in üblicher Weise aufgetragenen Beschleunigungs-(Spannungs-)/Zeit-Kurve proporti­ onal ist. Den beiden verschieden hohen Schwellwerten S ₁ und S ₂ entsprechen die verschieden großen Werte dieser Fläche bzw. des Zeitintegrals der Verzögerung.

Im Vergleich zu einem Gassack-System, das lediglich auf be­ stimmte Momentanwerte der Verzögerung anspricht, hat man hier den Vorteil, daß beispielsweise die zweite Auf­ blasstufe auch dann aktiviert wird, wenn die Verzögerung nach der Aktivierung der ersten Zündstufe zwar nur noch wenig ansteigt, dafür aber verhältnismäßig lange aufrecht­ erhalten bleibt oder wenn auf einen ersten Aufprall mehrere weitere folgen, die für sich allein nur zur Aktivierung der er­ sten Aufblasstufe führen würden.

Um nun aber zu verhindern, daß bei einem kontrollierten Brems­ vorgang, bei dem das Fahrzeug von einer sehr hohen Anfangsge­ schwindigkeit scharf auf eine niedrigere abgebremst wird, wobei über einen verhältnismäßig langen Zeitraum erhebliche Werte der Verzögerung erreicht werden, das Gassack-System ebenfalls aktiviert wird, weil das Zeitintegral der Verzöge­ rung dann ebenfalls Werte annehmen würde, die mit den bei einem Unfall auftretenden vergleichbar wären, ist es zweckmäßig, daß das mit den Schwellwerten zu vergleichende Signal mit einer Zerfalls-Konstanten geeigneter Größe abnimmt, was mit einfachen elektronischen Mitteln realisierbar ist. Es versteht sich, daß diese Zeitkonstante erheblich größer sein muß als die Verzögerungszeit T ₁ und in der Größenordnung einer oder mehrerer Sekunden liegen kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, die ein erfindungsgemäßes Gassack-System mit einer Sensor-Einrichtung und einem Beschleunigungsmeßgerät zeigt.

Das in der Figur dargestellte Gassack-System (Airbag-System) für einen nicht näher dargestellten Personenkraftwagen weist einen Gassack (1) für den Fahrer und einen Gassack (2) für den Beifahrer, Aufblasvorrichtungen (3 und 4) mit nicht näher dar­ gestellten elektrisch aktivierbaren Zündpillen, die einen Fest­ stoff-Treibsatz zünden, der in einer durch die Zündung einge­ leiteten chemischen Reaktion die zum Aufblasen der Gassäcke (1 und 2) erforderliche Gasmenge entwickelt und eine Sensor-Ein­ richtung (21) mit einem Beschleunigungsmeßgerät (22) auf. Die Auf­ blasvorrichtung (4) für den Beifahrer-Gassack hat eine erste Zündkammer (14) und eine zweite Zündkammer (16), die beide über eine Gasdüse mit dem Innenraum des Beifahrer-Gassackes (2) kom­ munizierend verbunden sind.

Bei der Sensor-Einrichtung (21) ist das Beschleunigungsmeßge­ rät (22) vorgesehen, das ein Spannungs-Ausgangssignal erzeugt, das in einer monotonen Relation mit der von dem Beschleuni­ gungsmeßgerät (22) erfaßten Verzögerung an­ steigt, beispielsweise zu diesem proportional ist. Das Aus­ gangssignal des Beschleunigungsmeßgerätes (22) ist als Steuer- Eingangssignal einer ersten Zündendstufe (23) zugeführt, die dieses Eingangssignal mit einem unteren Schwellwert S ₁ ver­ gleicht und über eine Ausgangsleitung (24) ein Spannungs-Aus­ gangssignal mit vorzugsweise konstantem Pegel abgibt, sobald der untere Grenzwert S ₁ der Verzögerung über­ schritten ist. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmeßgerätes (22) ist weiter als Eingangssignal einer zweiten Zündendstufe (26) zugeführt, die dieses Eingangssignal mit einem zweiten, höheren Schwellwert S ₂ vergleicht und ein Konstant-Spannungs- Ausgangssignal an der Ausgangsleitung (27) erzeugt, sobald der höhere Schwellwert S ₂ überschritten wird. Über die Ausgangs­ leitung (24) der ersten Zündendstufe (23) wird an die Zündpille der ersten Zündkammer (14) der Aufblasvorrichtung (4) des Bei­ fahrer-Gassackes (2) die Zündspannung für die erste Aufblasstu­ fe des Beifahrer-Gassackes geführt.

Über ein erstes Zeitverzögerungsglied (28) mit einer Verzöge­ rungszeit Δ T ₁ von etwa 18 msec ± 4,5 msec liegt das Ausgangs­ signal der ersten Zündendstufe (23) an dem einen Eingang (29) eines ersten Zwei-Eingangs-UND-Gliedes (30), dessen anderem Eingang (31) über die Leitung (27) das Ausgangssignal der zweiten Zündendstufe (26) zugeführt ist. Die Ausgangslei­ tung (32) dieses ersten UND-Gliedes (30) ist die Zündsignallei­ tung für die Zündpille der zweiten Zündkammer (16) für die zweite Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes (2).

Über ein zweites Zeitverzögerungsglied (33) mit einer Verzöge­ rungszeit Δ T ₂ von etwa 9 ± 2 msec liegt das Ausgangssignal der ersten Zündendstufe (23) an dem einen Eingang (34) eines zwei­ ten Zwei-Eingangs-UND-Gliedes (35), dessen anderem Eingang (36) das Ausgangssignal der zweiten Zündendstufe (26) zugeführt ist. Die Ausgangsleitung (37) dieses zweiten UND-Gliedes (35) ist die Zündsignalleitung für die Zündpille der Aufblasvorrichtung (3) des Gassackes (1).

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist die folgende:

Bei Erreichen des ersten Schwellenwertes S ₁ wird die erste Auf­ blasstufe des Beifahrer-Gassackes ausgelöst, während der in ei­ nem Zeitraum von etwa 30 msec das erste Teilvolumen 2′ des Bei­ fahrer-Gassackes aufgeblasen wird. Sofern der zweite Schwellen­ wert S ₂ früher als 9 msec nach dem Auslösen der ersten Aufblas­ stufe erreicht wird, zündet nach 9 msec, d. h. nach Ablauf der Verzögerungszeit Δ T ₂ des zweiten Verzögerungsgliedes (33) die Zündpille der Aufblasvorrichtung (3) für den Fahrer-Gassack (1), und es wird dieser innerhalb von etwa 30 msec aufgeblasen. Nach weiteren 9 msec, d. h. nach Ablauf der Verzögerungszeit Δ T ₁ des zweiten Verzögerungsgliedes (28) wird die Zündpille der zweiten Zündkammer (16) gezündet und das restliche Volumen des Beifahrer-Gassackes (2) aufgeblasen. Wird das Zündsignal für die Aufblasvorrichtung (3) des Fahrer-Gassackes das Ausgangs­ signal des ersten Zwei-Eingangs-UND-Gliedes (30) ausgenutzt, so können das zweite Zeit-Eingangs-UND-Glied (35) und das zweite Zeitverzögerungsglied (33) entfallen.

Claims (7)

1. Gassack-System zum Schutz der Insassen eines Kraftfahr­ zeuges, mit einem Gassack für den Fahrer und einem in zwei Stu­ fen aufblasbaren Gassack für den Beifahrer und mit einem Sen­ sorsystem, welches einen ersten und einen zweiten Schwellwert der Fahrzeugverzögerung bei einem Unfall erfaßt und durch Abga­ be entsprechender Signale in Abhängigkeit vom Erreichen dieser Schwellwerte das Auslösen der Aufblasvorrichtung steuert, wo­ durch beim Erreichen des ersten Schwellwertes der Gassack für den Beifahrer teilweise aufgeblasen wird und beim Erreichen des zweiten Schwellwertes die Gassäcke für Fahrer und Beifahrer vollständig aufgeblasen werden und wobei das vollständige Auf­ blasen mindestens eines der Gassäcke zeitlich verzögert bezüg­ lich des Erreichens des ersten Verzögerungsschwellwertes ausge­ löst wird, mit einem Zeitverzögerungsglied, das ein von dem Sensor bei Überschreitung eines bestimmten Schwellwertes abge­ gebenes Signal um eine definierte Zeitspanne verzögert, gekenn­ zeichnet durch mindestens ein UND-Glied (30 bzw. 35), dessen einem Eingang (29 bzw. 34) das bei Überschreiten des ersten Schwellwertes (S 1) abgegebene Sensorsignal zeitverzögert zuge­ führt wird und dessen anderem Eingang (31 bzw. 36) das bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes (S 2) erzeugte Sensor­ signal unverzögert zugeführt wird und dessen Ausgang (32 bzw. 37) das Aufblasen der zweiten Stufe (16) des Beifahrergassacks (2) und/oder das Aufblasen des Fahrergassacks (1) auslöst.

2. Gassack-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit (Δ T ₁) eines ersten Verzögerungsgliedes (28) zwischen 15 und 20 msec beträgt.

3. Gassack-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorsystem (21) ein weiteres Verzögerungs­ glied (33) aufweist, das das Aufblasen des Fahrer-Gassackes (1) gegenüber dem Auslösen der ersten Aufblasstufe des Beifahrer- Gassackes (2) um eine definierte Zeitspanne (Δ T ₂) verzögert, die kürzer ist als die Zeitspanne (Δ T ₁), um die das Auslösen der zweiten Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes (2) gegenüber dem Auslösezeitpunkt seiner ersten Aufblasstufe verzögert ist.

4. Gassack-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit (Δ T ₂) des zweiten Verzögerungsgliedes (33) etwa halb so groß ist wie die Verzögerungszeit (Δ T ₁) des ersten Verzögerungsgliedes (28).

5. Gassack-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrigere Schwellwert (S ₁) so festgelegt ist, daß die Aktivierung der ersten Aufblasstufe zu­ mindest dann erfolgt, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindig­ keit von mindestens 19 km/h ± 10% frontal auf eine starre Wand auf­ prallt.

6. Gassack-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der höhere Schwellwert (S ₂) so festgelegt ist, daß die Aktivierung der zweiten Aufblasstufe des Beifahrer-Gassackes und/oder des Fahrer-Gassackes erfolgt, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von mindestens 25 km/h ± 10% frontal auf eine starre Wand aufprallt.

7. Gassack-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Schwellwerten (S ₁ und S ₂) zu vergleichende mit dem zeitlichen Ablauf der Verzöge­ rung verknüpfte Ausgangssignal des Sensor-Sy­ stems dem Zeitintegral ∫b(t)bt der zeitlich variierenden Ver­ zögerung b(t) proportional ist.