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Die
vorliegende Erfindung betrifft Airbags und Sensoren, die verwendet
werden, um im allgemeinen die Airbagentfaltung zu steuern, und Sensoren,
die die tatsächliche
Entfaltungsfolge insbesondere überwachen.
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Wenn
ein Fahrzeuginsasse so positioniert wird, dass die Airbagentfaltung
gefährlich
sein könnte,
bezieht man sich darauf, dass sich der Insasse „Out-of-Position" befindet. Verschiedene
Systeme wurden entwickelt, um eine „Out-of-Position" des Fahrzeuginsassen
nachzuweisen. Sensorsysteme, die konstruiert wurden, um die Position
des Fahrzeuginsassen nachzuweisen, erfordern oftmals eine konstante Überwachung,
so dass im Fall eines Zusammenstoßes die Position des Insassen
bekannt ist. Sensorsysteme, die konstruiert wurden, um die Position
des Fahrzeuginsassen nachzuweisen, wurden auf der Basis von Ultraschall-,
optischen oder kapazitiven Sensoren vorgeschlagen. Eine konstante Überwachung
der Sensoren, die hohe Datenübertragungsraten
aufweisen kann, erfordert den Aufbau von Algorithmen, die die Sensordaten
auf eine einzelne Bedingung oder eine begrenzte Anzahl von Datenbedingungen
reduzieren können,
die bei einer Airbagentfaltungsentscheidung verwendet werden, um eine
Airbagentfaltung zu verhindern oder bei einem zweistufigen Airbag
das Niveau der Entfaltung auszuwählen.
Das Aufrechterhalten der Datenintegrität zwischen den Nichtzusammenstoßpositionsdaten und
den Positionsdaten, die während
des Entfaltens des Airbags benötigt
werden, wird durch die geräuschvolle
Umgebung kompliziert, die durch einen Zusammenstoß hervorgerufen
wird. Das Befassen mit den Problemen der Datenintegrität erfordert
verstärkte
Prozessorfähigkeiten
und eine Algorithmenentwicklung, was ebenfalls eine zusätzliche
Prüfung erfordert.
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Verfahrensweisen
nach dem bisherigen Stand der Technik versuchen auf der Basis von
verschiedenen Sensoren den Abstand zwischen dem Airbag und dem Fahrzeuginsassen
zu ermitteln, bevor der Airbag entfaltet wird. In vielen Fällen wird
der Fahrzeuginsasse zum Zeitpunkt der Entscheidung, ob die Entfaltung
des Airbags veranlasst wird, nicht zu nahe am Airbag sein, sondern
der Fahrzeuginsasse wird wegen der Geschwindigkeit, mit der sich
der Fahrzeuginsasse dem Airbag nähert,
zu nahe sein, wenn sich der Airbag tatsächlich entfaltet. Um diese Situation
zu handhaben, werden technisch ausgereiftere Sensoren und Algorithmen
benötigt,
um zu versuchen, die Position des Insassen vorauszusagen, wenn der
Airbag tatsächlich
oder nahezu vollständig entfaltet
wird. Mit anderen Worten, das ideale Airbagentfaltungssystem funktioniert
so, dass sich der Airbag vollständig
oder nahezu vollständig
entfaltet, bevor der Fahrzeuginsasse mit dem Airbag in Berührung kommt.
Vorhandene Systeme blockieren die Airbagentfaltung, wenn auf der
Basis von verschiedenen Sensoren und Algorithmen ermittelt wird,
dass wegen der Position des Fahrzeuginsassen der Airbag für den Insassen
eher wahrscheinlich schädlich als
vorteilhaft ist. Das erfolgreiche Entwickeln eines Sensor- und Algorithmensystems
wird insoweit kompliziert, da im allgemeinen eine sehr geringe Verzögerung zwischen
der Entscheidung zur Entfaltung und der tatsächlichen Entfaltung zu verzeichnen
ist.
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Ein
System, das Positionssensoren für
Fahrzeuginsassen und Algorithmen anwendet, muss in der Lage sein,
zu allen Zeiten einen Hinweis darauf zu liefern, ob die Entfaltung
des Airbags blockiert werden sollte, so dass die Entscheidung für eine Blockierung
angewandt werden kann, wann auch immer die Entscheidung betreffs
der Airbagentfaltung erfolgt. Das bedeutet, dass die Sensoren und
Algorithmen, die für
die Entwicklung des Insassenpositionsblockiersignals verwendet werden,
nicht optimiert werden können,
um sich mit einem spezifischen Zeitrahmen zu befassen, in dem die
Entscheidung betreffs der tatsächlichen
Entfaltung getroffen wird. Das Endresultat ist, dass derartige Algorithmen
weniger genau sein können
als es gewünscht
wird, weil sie Ereignisse relativ weit in der Zukunft voraussagen müssen, vielleicht
in mehreren zehn von Millisekunden. Eine Airbagvorrichtung entsprechend
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 wird im
EP 0990567 A1 gezeigt. Sie
wendet eine Vielzahl von Bändern
an, die sich zwischen der Vorderseite des Airbags und einer Bandausgabepatrone
erstrecken, die am Airbaggehäuse
montiert ist. Bandherausziehsensoren innerhalb der Patrone überwachen
die Geschwindigkeit, mit der das Band aus der Patrone herausgezogen
wird, und können
einen Airbagaufprall mit einem Fahrzeuginsassen durch eine Verringerung
der Airbaggeschwindigkeit nachweisen, wie sie durch die Geschwindigkeit
des Herausziehens des Bandes aus der Patrone gemessen wird.
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Entsprechend
der Erfindung wird eine Airbagvorrichtung nach Patentanspruch 1
bereitgestellt, die eine Bandpatrone mit verbesserter Funktionsfähigkeit
und Zuverlässigkeit
der Überwachungssensoren
für die
Band-Airbagentfaltung aufweist.
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Es
zeigen:
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1 eine
isometrische Darstellung, teilweise im Schnitt, des Airbagmoduls
dieser Erfindung, während
der Airbag entfaltet wird;
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2 eine
teilweise auseinandergezogene isometrische Darstellung der Bandpatrone
dieser Erfindung;
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3 eine
teilweise auseinandergezogene isometrische Darstellung einer Bandpatrone
einer alternativen Ausführung
dieser Erfindung;
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4 eine
vergrößerte Detailschnittdarstellung
des Bandaustrittes der Bandpatrone aus 2, die eine
Ringdichtung zeigt;
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5 eine
vergrößerte Detailschnittdarstellung
des Bandaustrittes der Patrone aus 2, die eine
elastomere Dichtung zeigt;
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6 eine
vergrößerte Detaildarstellung
des Bandaustrittes der Patrone aus 2, die eine
Ringdichtung einer alternativen Ausführung zeigt;
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7 eine
vergrößerte Detaildarstellung
des Bandes, das unter einer Vielzahl von Winkeln aus dem Austritt
der Patrone aus 2 herausgezogen wird;
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8a eine
vergrößerte Teildarstellung
der Ultraschallverbindung, die verwendet wird, um die Bandpatrone
aus 2 vor der Montage abzudichten;
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8b eine
vergrößerte Teildarstellung
der Ultraschallverbindung, die verwendet wird, um die Bandpatone
aus 2 nach der Montage abzudichten;
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9 eine
Draufsicht eines Bremsmechanismus einer alternativen Ausführung, der
bei der Bandpatrone aus 2 verwendet wird;
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10 eine
isometrische Darstellung eines unteren Abschnittes einer alternativen
Ausführung der
Bandpatrone aus 2, die eine integrierte geformte
Bremsfeder aufweist.
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Speziell
mit Bezugnahme auf 1 bis 10, worin
gleiche Zahlen gleiche Teile betreffen, wird ein Airbagmodul 20,
der einen Airbag 22 entfaltet, in 1 gezeigt.
Ein Airbaggehäuse 24 enthält einen
Zünder 26 und
eine Menge des Gaserzeugungsmittels 28, wie beispielsweise
5-Aminotetrazol, und ist hinter einem Armaturenbrett 30 montiert.
Ein Fahrzeuginsasse 32 sitzt in einem Fahrzeugsitz 34, wobei
er zum Airbag 22 hin blickt. Stoffbänder 36 sind an der
Innenfläche 38 des
Airbags 22 befestigt und werden innerhalb der Bandausgabepatronen 40 gehalten,
die am oder hinter dem Airbaggehäuse 24 montiert
sind. Die Patronen 40 sind mit Bezugnahme auf das Airbaggehäuse stationär montiert,
so dass die relative Bewegung des Airbags 22 gemessen werden
kann. Wenn der Airbagmodul 20 aktiviert wird, entfaltet
sich der Airbag 22 in Richtung des Fahrzeuginsassen 32,
und die Bänder 36 werden
aus den Patronen 40 herausgezogen. Der Zweck der Patronen 40 und
der Bänder 36,
die aus den Patronen herausgezogen werden, ist, dass der Nachweis
einer „Out-of-Position" des Fahrzeuginsassen
gestattet und die Entfaltung des Airbags als Reaktion auf das Nachweisen
der „Out-of-Position" des Fahrzeuginsassen
reguliert oder unterbrochen wird.
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Wie
in 2 gezeigt wird, wird das Herausziehen eines Bandes 36 aus
einer Ausgabepatrone 40 durch eine Lichtemissionsdiode 42 überwacht,
die innerhalb der Patrone 40 montiert ist. Die Lichtemissionsdiode 42 führt Licht
durch das Band 36 zu einem Lichtsensor 44, der
entgegengesetzt der Diode 42 montiert ist. Der Sensor weist
die sich ändernde Lichtstärke nach,
während
sich das Band 36 zwischen der Lichtemissionsdiode 42 und
dem Lichtsensor 44 bewegt. Das Band 36 weist Streifen 46 von dunkler
Farbe auf, die auf das Band gedruckt oder in das Band gewebt werden
können.
Während
das Band 36 aus einer Patrone 40 herausgezogen
wird, empfängt
der Lichtsensor 44 abwechselnd Licht von der Diode 42 oder
nicht. Durch Überwachen
der Geschwindigkeit (Frequenz), mit der der Lichtsensor 44 vom
Empfangen von Licht zum Nichtempfangen von Licht übergeht,
kann die Anzahl der Streifen 46, die sich zwischen der
Lichtemissionsdiode und dem Lichtsensor bewegt haben, ermittelt
werden. Wenn eine Wechselbeziehung mit der Zeit erfolgt, können der
Abstand, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung eines Airbagabschnittes 48,
an dem ein Band 36 befestigt ist, aus dem Signal ermittelt
werden, das von den Bandpatronen 40 erhalten wird.
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Wenn
der Abschnitt 48 des Airbags, an dem das Band 36 befestigt
ist, mit einem Gegenstand in Berührung
kommt, vermindert der Airbagabschnitt die Geschwindigkeit oder kommt
zum Stillstand. Wie in 2 gezeigt wird, wird das Herausziehen
des Bandes 36 kontinuierlich durch eine Bremse 50 verzögert, die
einen Kolben 52 aufweist, der aus einem Patronengehäuse mittels
einer Feder 54 vorgespannt wird. Der Kolben 52 treibt
kontinuierlich das Band 36 gegen eine gegenüberliegende
Bremsfläche 56.
Die Bremse 50 überwindet
das Moment des Bandes 36, so dass, sobald der Airbagabschnitt 48 nicht
mehr das Band 36 aus der Bandausgabepatrone 40 zieht,
das Band innerhalb weniger Millimeter bis zu etwa einem Zentimeter
zum Stillstand kommt.
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Wie
in 2 gezeigt wird, wird das Band 36 in einer
Bandkammer 58 gefaltet gelagert, die etwa drei Fuß (etwa
einen Meter) Band lagert. Der Austritt 60 der Bandkammer 58 wird
zwischen zwei abgerundeten Ecken 62 gebildet, die jeweils
einen Radius von annähernd
sechs Millimeter aufweisen. Der abgerundete Austritt 60 gestattet,
dass das Band 36 ohne Blockieren durch die Bandpatrone 40 gezogen wird.
Das Band 36 bewegt sich von der Bandkammer 58 an
der Bremse 50 und dem Sensor 44 vorbei und danach
aus der Patrone in einem Patronenaustritt 64 heraus. Der
Patronenaustritt 64 wird ebenfalls durch zwei abgerundete
Ecken 66 gebildet, um ein Festklemmen des Bandes 36 zu
verhindern, während
es mit hoher Geschwindigkeit aus der Patrone 40 gezogen
wird. Der Austritt 60 der Bandkammer 58 und der Patronenaustritt 64 bilden
abgerundete Schrägen, d.h.,
eine Schräge,
wo der Abschrägungswinkel
in der Richtung größer wird,
in der das Band die Patrone 40 verlässt. Wie in 7 gezeigt
wird, kann das Band 36 während der anfänglichen
Entfaltung des Airbags 22 unter einem Winkel mit Bezugnahme
auf den Patronenaustritt 64 vorwärts und rückwärts gezogen werden. Die glatten,
abgerundeten Ecken 66 sind wesentlich, um das Funktionieren
des Herausziehens des Bandes mit hoher Geschwindigkeit zu gestatten,
das sich gleichzeitig infolge des Flatterns des Airbags von Seite
zu Seite bewegt.
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Wegen
der langen Lebensdauer, die bei Airbagbauteilen erwartet wird, ist
es wichtig, dass der Airbagmodul 20 alterungsbeständig ist.
Insbesondere wird die Bandpatrone 40 abgedichtet, um zu
verhindern, dass Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen in das
Innere 68 der Patrone 40 wandern. Wie in 2 gezeigt
wird, kann eine Abdeckung 70 mittels Ultraschall an einen
unteren Abschnitt 74 angeschweißt werden, wie detailliert
in 8a und 8b gezeigt
wird. Eine Ultraschallverbindung 72 wird zwischen der Abdeckung 70 und
dem unteren Abschnitt 74 der Patrone gebildet. Die Schweißnaht wird
zwischen einem abgefassten Rand 76 und einer überhängenden
Kante 78 gebildet. Die Abdeckung 70 wird mit hoher
Frequenz in Schwingungen versetzt und mit dem unteren Abschnitt 74 in
Eingriff gebracht, wodurch eine hermetische Dichtung gebildet wird.
Das Band 36 kann am Patronenaustritt in einer einer Anzahl
von Verfahrensweisen abgedichtet werden, wie in 4 bis 6 gezeigt
wird. Eine Gummiringdichtung 80, wie sie in 4 gezeigt
wird, kann am Ende des Bandes befestigt werden, wobei Finger 82 vorhanden
sind, die in Nuten 84 im Austritt 64 der Patrone 40 passen.
Alternativ kann, wie in 6 gezeigt wird, eine Ringdichtung 86,
die mit dem Band 36 verbunden ist, mittels der Nuten 88 befestigt
werden, die über
Flansche 90 passen, die aus beiden Seiten des Austrittes
vorstehen. Wenn das Band aus der Patrone herausgezogen wird, bewegt
sich die Ringdichtung 86 mit dem Band und zieht sich vom Austritt 64 weg,
der vorher abgedichtet wurde. Eine weitere alternative Konstruktion,
wie in 4 gezeigt wird, weist ein Dichtungsmaterial auf,
wie beispielsweise ein Wachs oder ein Elastomer, wie z.B. Gummi,
das eine Dichtung 92 bildet, die sich gleichfalls mit dem
Band 36 beim Entfalten des Airbags wegzieht.
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Eine
Bandpatrone 94 einer alternativen Ausführung wird in 3 gezeigt,
bei der die Bandpatrone Band 36 lagert, das zu einer Rolle 96 aufgewickelt ist,
die um eine Spindel 98, die in einer Bandlagerkammer 100 positioniert
ist, positioniert aber nicht daran befestigt ist. Die Bandpatrone 94 weist
den Vorteil auf, dass sich das Band dem Lagerkammeraustritt 102 von
einem verträglicheren
Winkel aus nähert.
Bei Vorrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik wurde eine
Bremse bei einer Trommel zur Anwendung gebracht, auf die das Band
aufgewickelt wurde, um das Moment der sich drehenden Trommel zu überwinden,
während
das Band herausgezogen wurde. Die Bandpatrone 94 wendet
eine Bremse 104 nur beim Band selbst an, weil die Prüfung gezeigt
hat, dass es nicht notwendig ist, die Rolle 96 abzubremsen.
Die Bremse 104 ist ausreichend, um zu verhindern, dass
das Band weiterhin die Patrone verlässt und sich zwischen dem Sensor 106 und
dem Patronenaustritt 108 bewegt, wenn der Airbag 22 nicht
länger
am Band 36 zieht. Eine Trommel (nicht gezeigt) könnte bei
der Bandrolle 96 verwendet werden, und das Bandende 110 kann
an der Trommel oder an der Spindel 98 befestigt werden.
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Die
Abdeckung 112 der Bandpatrone 94 kann durch Anpassen
von Stiften 114 auf dem unteren Abschnitt 116,
die in Löcher
(nicht gezeigt) in der Abdeckung (112) passen, und Stifte
(nicht gezeigt) auf der Abdeckung befestigt werden, die in Löcher 118 am
unteren Abschnitte 116 der Patrone 94 passen.
Eine Nut 120 umgibt den Umfang des unteren Abschnittes 116 und
wird mit einer Dichtung oder einem verteilten Elastomer oder Klebstoff
gefüllt,
um die Dichtung mit der Abdeckung 112 zu bilden.
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Eine
Bremse 122 von alternativer Konstruktion innerhalb der
Bandpatrone wird in 9 gezeigt. Eine erste Blattfeder 124 ist
an einem ersten Stift 126 montiert und wird mittels eines
Flansches 128 positioniert. Die erste Blattfeder 124 wird
in Richtung einer zweiten Blattfeder 130 vorgespannt, die
an einem zweiten Stift 132 montiert ist und mittels eines
zweiten Flansches 134 positioniert wird.
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Eine
noch weitere Konstruktion einer Bremse 136 innerhalb der
Patrone 138, wie sie in 10 gezeigt
wird, soll ein Kunststofffederelement 140 mit formen, das
mittels beweglicher Gelenke 142 an der Patrone 138 montiert
wird. Das Federelement 140 wird in einer ersten Position 144 geformt
und über
die Mitte in eine zweite Position 146 gedrückt, wie
in 10 gezeigt wird, wo es gegen eine Bremsfläche 148 vorgespannt
wird. Um eine freie Bewegung des Kunststofffederelementes 140 zu
gestatten, kann die Feder vom unteren Abschnitt 150 der
Patrone freigeschnitten werden müssen
oder könnte
mit einem Loch unterhalb der Feder geformt werden, das danach mittels
eines Stopfens (nicht gezeigt) abgedichtet wird. Eine Form mit seitlicher
Betätigung
könnte, während die
Kompliziertheit der Form vergrößert wird,
verwendet werden, damit sich die Feder ungehindert mit Bezugnahme
auf den unteren Abschnitt 150 der Patrone bewegen kann.
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Mit
Bezugnahme auf 1 und 2 funktioniert
das Band 36 als ein Abtastmittel, das über einen Sensor hinaus abgetastet
wird, und kann aus Gewebe konstruiert werden, wie beispielsweise Baumwolle,
Flachs, Glasfaser, Nylon und ähnliche Materialien.
Das Band 36 kann ebenfalls eine Folie auf Polymerbasis
oder eine Fasermatte oder ein dünnes
Metall sein. Wo Licht bei entweder der Übertragung oder Reflexion verwendet
wird, um die Kodierung nachzuweisen, kann das Band mittels einer Vielzahl
von Verfahren kodiert werden. Beispielsweise kann ein Stoffband
gefärbt,
bemalt oder mit einem starken Kontrastmuster gewebt werden. Folien
können
metallisiert und anschließend
geätzt
werden, um ein Kontrastmuster herzustellen. Physikalische Löcher können ebenfalls
verwendet werden, insbesondere in einer Polymerfolie oder einem
Metallband.
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Das
Abtastmittel oder Band 36 kann mit einem Magnetmuster durch
Verwendung einer magnetisierbaren Metallbeschichtung auf einer Folie
oder eines magnetisierbaren Magnetstreifens oder magnetisierbaren
Fasern innerhalb eines Faserbandes oder durch Verwendung einer magnetisierbaren Druckfarbe
oder dergleichen kodiert werden. Das magnetisierbare Material kann
selektiv positioniert werden oder selektiv magnetisierbar sein,
um ein nachweisbares Muster zu bilden, wenn das Band an einem Magnetsensor
vorbeibewegt wird, wie beispielsweise einem Hallsensor oder GMR-Sensor. Eine
leitende Folie, leitende Teilchen oder Fäden können ebenfalls mit einem induktiven
Sensor nachgewiesen werden.
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Es
sollte verstanden werden, dass das Abtastmittel aus gewebtem Band,
einem Bindfaden oder einem Kord bestehen kann. Die Breite, Dicke, Länge und
das Material, aus dem das Abtastmittel hergestellt wird, können variiert
werden. Weitere Verfahrensweisen umfassen einen Draht, eine Kunststofffolie,
ein Metallband oder ein anderes längliches Element, die innerhalb
der Patrone untergebracht werden können, und die so kodiert werden
können, dass
sie ein Signal erzeugen, wenn sie an einem Sensor vorbeibewegt werden,
das der Länge
oder Geschwindigkeit des Abtastmittels proportional ist.
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Das
kodierte Band kann mit gleichmäßig beabstandeten
Markierungen konstruiert werden, die optisch oder magnetisch gelesen
werden. Der Abstand kann ebenfalls ungleichmäßig sein, beispielsweise kann
der erste Abschnitt des Bandes nicht irgendwelche Markierungen aufweisen,
um Licht zu einem Sensor zu führen
oder zu reflektieren. Auf diese Weise können das Vorhandensein des
Bandes und das Funktionieren des Lichtes und des Lichtsensors geprüft werden.
Außerdem
kann das Muster variiert werden, beispielsweise eine logarithmische
Anordnung oder eine Veränderung
beim Abstand der Markierungen, um eine variierende Auflösung während der
unterschiedlichen Abschnitte des Entfaltens des Airbags zu bewirken.
Für die
Einfachheit der Signalverarbeitung kann das Ziel die Bildung eines
wechselnden Signals sein, das verarbeitet und verstärkt werden
kann, und das in einer Weise gefiltert wird, was Vorteile in Form
des Überwindens
der Lärmquellen,
der Einfachheit der Verarbeitung und der Zuverlässigkeit der Algorithmen aufweisen
kann.
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Bei
einem vorgegebenen erwarteten Beschleunigungsprofil könnten die
Markierungen auf dem Band so angeordnet werden, dass eine einzige Frequenz
durchgängig
bei der Entfaltung erzeugt wird, bis die Vorwärtsbewegung des Kissens zum Stillstand
kommt. Eine derartige Anordnung kann die Elektronik vereinfachen,
die für
das Nachweisen und für
das Überwachen
der Entfaltung des Airbags verwendet wird.
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Die
Information von den Sensoren, die die Markierungen auf dem Band
nachweisen, wird zu einer elektronischen Steuereinheit gesendet,
die benutzt werden kann, um die Öffnungen 152 zu
steuern, die durch Zündpillen
aktiviert werden können oder
die anderweitig aktiviert werden können, um Gase aus dem Airbagmodulgehäuse 24 herauszulassen,
um das Aufblasen zu verlangsamen oder zum Stillstand zu bringen.
Das Öffnen
einer Öffnung verringert
fast sofort den Druck im Airbag 22.
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Es
sollte verstanden werden, dass, wo die sensorbeeinflussenden Attribute
als nicht gleichmäßig längs des
länglichen
Abtastmittels verteilt beschrieben werden, nicht die Art und Weise
erwähnt wird,
in der die Information kodiert wird (beispielsweise durch dunkle
Linien, Löcher,
Magnetfeldumkehrungen, usw.), sondern eher die Tatsache, dass die Kodierung,
wie beispielsweise die dunklen Linien, Löcher, Magnetfeldumkehrungen,
nicht gleichmäßig verteilt
ist. Mit anderen Worten, wenn das Band mit einer konstanten Geschwindigkeit
herausgezogen würde,
würde die
Frequenz oder ein anderer Aspekt des durch das Band erzeugten Signals
nicht konstant bleiben.