AT410777B - Airbagsystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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Friedrich Dipl Ing Dr Haberl
Roland Dipl Ing Dr Reicher
Heinz Ing Homolka
Erich Dipl Ing Dr Eibensteiner
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Hirtenberger Praez Stechnik Gm
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Description


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   Die Erfindung betrifft ein Airbagsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Gassack, der nach Sen- sorauslösung durch eine Fülleinrichtung mit Gas aufblasbar ist und sich hiebei in den Fahrgast- raum des Kraftfahrzeugs vorschiebt. 



   Beim Befüllen des Gassackes treten hohe Reaktionskräfte auf, die insbesondere beim Auftref- fen des Kopfes des Fahrzeuginsassen auf das Gaskissen zu Verletzungen führen können. Diese Gefährdung ist insbesondere auf der Beifahrerseite gegeben, wenn sich der Fahrzeuginsasse in einer "Out-Of-Position"-Lage befindet. In einer Reihe von Offenlegungsschriften, wie DE 40 23 109 A1, DE 43 41 500 A1 oder WO 96/38323 A1, werden Sensorsysteme und ihre Anordnung im Fahrgastraum beschrieben, welche die Position der Insassen erfassen und im Falle einer Kollision in Abhängigkeit von der Position der Insassen Rückhaltesysteme auslösen bzw. diese steuern. Eine aufwendige Ausstattung des Fahrzeugs mit diversen Sensoren und den dazu- gehörigen Auswerteeinheiten, bestehend aus elektronischen Schaltungen und Software, ist hierfür erforderlich. 



   So ist aus der US 5 722 686 A ein Verfahren und ein Airbagsystem bekannt, bei dem die kapa- zitive Einrichtung in der Lenkradnabe angeordnet ist und die Auslösung des Systems über Ultra- schall bzw. Ultraschallsensoren erfolgt. Nachteilig bei diesem System ist, dass aufwendige Bauteile Verwendung finden und auch eine statische Auslösung über den sogenannten Crash-Sensor vorgesehen ist. 



   Auch aus der US 5 330 226 A ist ein Verfahren und ein Airbagsystem bekannt, bei dem Ultra- schallsensoren eingesetzt werden. Darüber hinaus wird die Position des Insassen mittels Infrarot- Sensoren überwacht. Als Nachteil ist hier anzusehen, dass durch den hohen Aufwand an schal- tungstechnischen Massnahmen eine hohe Störanfälligkeit zu erwarten ist. 



   In der US 5 118 134 A ist ein Verfahren und eine Einrichtung für die Sicherheit eines Fahrzeug- insassen beschrieben, die ein überaus aufwendiges Messsystem aufweist. Durch die Kombination von Radar-, Ultraschall- und Infrarotmessung sind sehr sensible Baugruppen erforderlich, die wie- derum eine hohe Störanfälligkeit erwarten lassen. 



   Ferner ist aus der WO 94/23 974 A1 ein Airbagsystem bekannt, bei dem die Position des zu schützenden Insassen optisch überwacht wird. Dieses System ist sicher anfällig auf Verunreini- gungen, die beim Betrieb eines Fahrzeuges unvermeidlich sind. Darüber hinaus ist auch ein hoher Aufwand erforderlich, der die Wirtschaftlichkeit, die im heutigen Fahrzeugbau gefordert wird, nicht gerade unterstützt. 



   Eine andere Lösung wird in der EP 0 599 377 A1 beschrieben. Im Gassack befinden sich Ven- tile, die über Bänder mit der Stirnfläche des Luftkissens verbunden sind. Bei Auftreffen des Kopfes des Fahrzeuginsassen auf den Gassack wird in Abhängigkeit vom Entfaltungszustand des Gas- sackes bzw. von der Auftreffstelle auf dem Gassack über die Bänder ein Teil der Ventile betätigt, die den Gasstrom ableiten und dadurch die Schlagwirkung des sich entfaltenden Luftkissens mindern. Als nachteilig bei diesem System erscheint es, dass die entsprechenden Steuerungs- mechanismen zur Abfederung der Reaktionskräfte des Gassackes erst nach Aufschlagen des Kopfes eingeleitet werden, und darüber hinaus das mechanische Steuerungssystem verhältnis- mässig verzögert zu wirken beginnt, wodurch dessen Effektivität eingeschränkt wird.

   Weiters kann es im Zuge des Auffüllens und Entfaltens des Gassackes zu einer Beschädigung der Bänder und schliesslich zu einem Ausfall des mechanischen Systems kommen. 



   In der DE 196 11 384 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem das Auftreffen des Kopfes auf den Gassack dadurch detektiert wird, dass die Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Gassackes ermittelt wird. Als Messmedium dient ein Band, das mit der Stirnfläche des Gassackes verbunden ist. Über Codierungen am Band, die induktiv oder optisch abgetastet werden, kann die Vorschublänge des Gassackes in den Fahrgastraum erfasst und bei gleichzeitiger Zeitmessung die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Luftkissens ermittelt werden. Die Befüllung des Gassackes wird über die Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. über die Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit gesteuert.

   Trifft beispielsweise der Kopf eines Fahrzeuginsassen auf den Gassack auf, so wird dies als eine Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sackes registriert und in der Folge die Zuschaltung von Gasgeneratoren in diesem Bereich begrenzt. Auch dieses mechanische Mess- system reagiert erst nach dem Aufprall des Kopfes auf den Gassack, wodurch wiederum Verzöge- rungen in der Reaktionszeit gegeben sind. Als störanfällig ist bei diesem System die Wegmessung über das Band anzusehen. Die Ausfallursachen reichen von Bandriss bis zur Verschmutzung der 

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 Codiermarken auf dem Band. 



   Ziel der Erfindung ist es, ein Airbagsystem zu schaffen, mit dem eine Risikoverminderung für den Fahrzeuginsassen oder ein sonstiges Objekt bei Annähern des sich entfaltenden Airbags erreicht werden kann. 



   Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Der Vorteil der hier dargelegten Erfin- dung besteht darin, dass mit Entfalten des Gassackes die Abstandsmessung zwischen der dem Gassack am nächsten gelegenen Extremität des Fahrzeuginsassen, insbesondere dessen Kopf, oder eines Objektes und der Gassackstirnfläche eingeleitet wird und im Zuge des Vorschubs der Stirnfläche des Gassackes laufend der Abstand zwischen der relevanten Extremität und Gassack- stirnfläche gemessen und gleichzeitig auch die Annäherungsgeschwindigkeit zwischen beiden Objekten ermittelt wird. Es kann bei Erreichen eines Minimalabstandes, also noch vor dem Aufprall der Extremität auf dem Gassack, die Befüllung des Sackes gesteuert werden, wobei die aktuelle Geschwindigkeit der Extremität als wichtige Zusatzinformation mitberücksichtigt werden kann. 



  Darüber hinaus ist das System dahingehend redundant ausgeführt, dass beim Aufprall eines belie- bigen Gegenstandes auf den sich entfaltenden Gassack ein Steuersignal für die Befülleinrichtung zur Unterbrechung der Befüllung generiert wird. 



   Vorteilhaft ist also, dass durch die relativ einfache Ausführung des Positionsindikators als kapa- zitiver Näherungssensor die Befüllung des Gassackes gesteuert wird. Ferner kann auch die Befül- lung des Gassackes sogar abgebrochen werden, wenn ein unbelebtes Objekt auf den Gassack auftrifft. Die sicherheitsrelevanten Grössen, wie Abstand und/oder Annäherungsgeschwindigkeit der Extremität werden erfasst und als Zusatzinformation mitberücksichtigt, so dass ein redundantes System vorliegt. 



   Weitere Vorteile zu den Weiterbildungen gemäss den Ansprüchen 2 bis 9 sind der nachfolgen- den Beschreibung des Ausführungsbeispiels zu entnehmen. 



   Im folgenden wird die Erfindung in einer bevorzugten Ausführung als Sicherheitseinrichtung für den Lenker eines Kraftfahrzeugs beschrieben. 



   Dabei zeigen: 
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Airbagsystems im eingebauten Zustand; 
Fig. 2 die Entfaltung des Gassackes in der Anfangsphase der Befüllung; 
Fig. 3 den vollkommen entfalteten Gassack; 
Fig. 4 einen Teil des Gassackes, in Seitenansicht geschnitten gemäss Pfeil IV in Fig. 3; 
Fig. 5 eine Stirnfläche des Gassackes mit einer eingearbeiteten Elektrode in Seitenansicht geschnitten gemäss den Linien V-V in Fig. 3; 
Fig. 6 eine Trennfläche des Gassackes mit einer eingearbeiteten Ringelektrode in Seiten- ansicht geschnitten gemäss den Linien VI-VI in Fig. 3; 
Fig. 7 ein Blockschaltbild der Auswerteelektronik für den kapazitiven Näherungssensor und den Berührungssensor; 
Fig. 8 eine Ausführungsvariante der Elektrode gemäss Fig. 5. 



   Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merk- malskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie- len für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen. 



   Das in Fig. 1 dargestellte Airbagsystem 1 besteht aus einem Gassack 2, der gefaltet in Ruhe- zustand gezeigt ist und der über ein Befüllungsrohr 3, an dem ein Ventil 4, insbesondere ein Gas- ventil, sitzt, an einem ein- oder mehrstufigen Gasgenerator 5 angeschlossen ist. Das Airbagsystem 1 kann, wie hier dargestellt, in der Lenkradnabe 6 oder auf der Beifahrerseite im Armaturenbrett vor dem Beifahrersitz untergebracht sein. Im gefalteten Zustand berühren einander eine in das Gassackgewebe eingearbeitete Elektrode 7 auf der Stirnfläche 8 des Gassackes 2 und eine ring- förmige Elektrode 9, die sich auf einer Trennfläche 10 zwischen Vorkammer 11 und einer Kammer 12 (Fig. 2) befindet. 

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   Nach Auslösen des Zündsatzes wird das vom Gasgenerator 5 gelieferte Füllgas über das Be- füllungsrohr 3 in ein konisch ausgeführtes Faltenbalgrohr 13 des Gassackes 2 geleitet, wobei ein Gasstrom 14 auf die Stirnfläche 8 des Gassackes 2 auftrifft (Fig. 2). Der Gasstrom 14 bewirkt nun    ein Entfalten des Gassackes 2 in folgender Weise : Stirnfläche 8 hebt durch das Anströmen mit   Füllgas von der Trennfläche 10 ab, wodurch sich die Vorkammer 11 als Druckpolster ausbildet. Der Gasstrom 14 wird entlang der Stirnfläche 8 umgelenkt und strömt durch Öffnungen 15 der Trenn- fläche 10, wodurch sich die Kammer 12 aufbaut. Die Stirnfläche 8 des Gassackes 2 ist, wie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt, über Spannbänder 16 mit der Trennfläche 10 verbunden.

   Während des nahe- zu geradlinigen Vorschubs des Gassackes 2 in einen Fahrgastraum 17 wird laufend die Position jedes sich dem Gassack 2 nähernden Körperteils des Fahrzeuginsassen ermittelt. 



   Dies geschieht vorzugsweise mit einem in Fig. 7 gezeigten kapazitiven Sensor 18. Dieser wird von der Elektrode 7, die an der Stirnfläche 8 des Gassackes 2 angeordnet ist und als Gegenelek- trode 19 von jenem Körperteil des Fahrzeuginsassen (z. B. dessen Kopf), der sich im geringsten Abstand zum Gassack und auf Massepotential befindet, gebildet (Fig. 3 und Fig. 7). 



   Die Elektrode 7 kann entweder durch Einweben von elektrisch leitenden Fäden, wie z. B. metal- lisierten Fäden oder Kohlefasern, in das Gassackgewebe oder durch Aufbringen von elektrisch leitfähigem Lack auf das Gewebe in der in Fig. 5 dargestellten Form ausgeführt werden. Die Elek- trode 7 ist über eine Leitung 20, z. B. eine elektrisch leitfähige Bahn oder Zuleitung, die in gleicher Weise wie die Elektrode 7 auf dem Gassackgewebe hergestellt wird, mit der als Prinzipschaltung in Fig. 7 ausgeführten Messschaltung bzw. Auswerteelektronik 21 bzw. 30 verbunden. Die Elektrode 7 wird von einem Oszillator 22, beispielsweise mit einer Frequenz von 50 kHz, gespeist. Die Leitung 20 bildet gegenüber der Masse einen verteilten Ankoppelkondensator 23 mit einem Vorwiderstand 24. Die Extremität des Fahrzeuginsassen, die die Gegenelektrode 19 bildet, z.

   B. dessen Kopf, der sich im Kollisionsfall dem sich ausbreitenden Gassackgewebe nähert, bildet mit der Elektrode 7 auf dem Gassack 2 einen Kondensator, dessen Kapazität Gfuft sich durch das Aufeinanderzubewegen beider Objekte kontinuierlich erhöht. Der Ankoppelkondensator 23 und der Kondensator bilden einen kapazitiven Spannungsteiler. 



   Eine am Kondensator abfallende Spannung 26 ist ein Mass für den Abstand zwischen Kopf und Gassack 2, der an einem Ausgang 27 der Auswerteelektronik 21 anliegt. Die Änderung der Span- nung 26, aufgenommen über ein Zeitintervall, liefert die momentane Annäherungsgeschwindigkeit zwischen Gegenelektrode 19 und Gassack 2. Sinkt die Spannung 26 auf einen Spannungswert UAo ab, der einen bestimmten Abstand zwischen den beiden Objekten darstellt, so liefert ein einem Gleichrichter 25 nachgeschalteter Schwellwertschalter 28 über einen Ausgang 29 ein Signal, das bei Bedarf mit der zu diesem Zeitpunkt durch Abfragen der Spannung 26 in diskreten Zeitinterval- len ermittelten Annäherungsgeschwindigkeit zur Steuerung der weiteren Befüllung des Gassackes 2 durch Schliessen oder Sperren des Ventils 4, insbesondere Gasventil, genutzt werden kann. 



   Wenn während der Ausbreitungsphase des Gassackes 2 ein Hindernis, das mit dem kapaziti- ven Sensor 18, z.B. Näherungssensor, nicht erfasst werden kann, beispielsweise in Form eines Kindersitzes die Vorschubbewegung behindert, so berühren sich bei Aufeinandertreffen von Gas- sack 2 und Hindernis durch Deformation des Gassackes 2 die Elektroden 7 und 9, wodurch von der Auswerteelektronik 30 für den von den beiden Elektroden 7 und 9 und dem Druckpolster gebil- deten Berührungssensor 31 ein Schaltsignal auf der in Fig. 7 gezeigten Leitung 20 ausgelöst wird. 



  Die Elektrode 9 ist über eine Zuleitung 20' an einer Gleichspannungsquelle 32 angeschlossen. 



  Durch das Berühren der beiden Elektroden 7 und 9 kommt es nach Aussieben des hochfrequenten Signalanteils in einem Tiefpass 33 zu einem Stromfluss in einen Gleichspannungsverstärker 34, der den Schwellwertschalter 35 ansteuert, der wiederum ein Schaltsignal an den Ausgang 36 zum Sperren des Ventils 4 liefert. Es liegt somit ein redundantes Steuerungssystem für die Befüllung des Gassackes 2 vor. 



   Während der kapazitive Sensor 18 als Näherungssensor bereits vor dem Aufeinandertreffen der Gegenelektrode 19, z. B. des Kopfes des Fahrzeuginsassen, unter Berücksichtigung der Rela- tivgeschwindigkeit des Kopfes entsprechende Steuerungsmassnahmen über die Auswerteelektronik 21 betreffend der weiteren Befüllung des Gassackes 2 einleiten kann, bilden die beiden Elektroden 7 und 9 einen Berührungssensor 31, der erst bei Auftreffen des Gassackes 2 auf ein Hindernis Steuerungsmassnahmen über die Auswerteelektronik 30 veranlasst. 



   Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass erfindungsgemäss mit diesem Airbagsystem 1 

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 durch die Ausstattung des Gassackes 2 mit dem Sensoren 18 und dem Berührungssensor 31, die das Annähern von Körperteilen des Fahrzeuginsassen und das Auftreffen von beliebigen lebenden oder auch unbelebten Objekten auf dem Gassack 2 erfassen, sichergestellt ist, dass selbst bei Störung oder Ausfall eines der beiden Systeme das weitere Auffüllen des Gassackes 2 gesteuert und damit die Verletzungsgefahr für den Fahrzeuginsassen durch den sich ausbreitenden Gassack 2 wesentlich gesenkt werden kann. Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass im Falle des Auf- treffens eines Hindernisses im Vorschubweg des Gassackes 2 die Befüllung des Gassackes 2 nur begrenzt durchgeführt wird.

   Die auf das Hindernis einwirkende Kraft ist aufgrund des verringerten Füllungsgrades des Gassackes 2 geringer als bei einem voll entfaltenden Gassack 2. 



   In Fig. 8 ist eine andere Ausführungsform der Elektrode 7 auf der Stirnfläche 8 des Gassackes 2 gezeigt, bei der die Elektrode 7 in Teilelektroden 7a unterteilt ist, wobei zur Determinierung der Richtungsabhängigkeit der sicherheitsrelevanten Grössen die Anzahl und Anordnung der Teilelek- troden 7a beliebig erweitert werden kann. 



   Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Airbagsystems 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden. 



   Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Be- schreibung entnommen werden. 



   Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1,2; 3,4; 5,6; 7 ; 8 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Airbagsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Gassack, der nach Sensorauslösung durch eine Fülleinrichtung mit Gas aufblasbar ist und sich hiebei in den Fahrgastraum des Kraft- fahrzeugs vorschiebt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionsindikator, bestehend aus einer Sensorelektrode (7), die auf der Stirnfläche (8) des Gassackes (2) angeordnet ist und einer von der Stirnfläche (8) des Gassackes (2) am nächsten gelegenen Extremität des auf 
Massepotential sich befindlichen Fahrzeuginsassen gebildeten Gegenelektrode (19), vor- gesehen ist, wobei dieser Positionsindikator sicherheitsrelevante Grössen, wie Abstand und/oder Annäherungsgeschwindigkeit, zwischen der Extremität des Fahrzeuginsassen und der Stirnfläche (8) des sich entfaltenden Gassackes (2) misst bzw. erfasst.

Claims (1)

  1. 2. Airbagsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (7) auf der Stirnfläche (8) des Gassackes (2) in Segmente (7a) zur Erkennung der Richtungsab- hängigkeit der sicherheitsrelevanten Grösse (n) unterteilt ist.
    3. Airbagsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach der Abstandsmessung und/oder Geschwindigkeitsbestimmung der Gasstrom (14) in Abhän- gigkeit des Abstands und/oder der Geschwindigkeit reduzierbar ist oder endet.
    4. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sen- sorelektrode (7) auf der Stirnfläche (8) des Gassackes (2) und eine weitere Elektrode (9) auf einer dahinterliegenden Fläche (10) die Kontakte eines Schalters bilden, wobei die Sensorelektrode (7) und die weitere Elektrode (9) durch einen Luftpolster in einer Vorkam- mer (11) getrennt sind und der Luftpolster sich während des Ausbreitens des Gassackes (2) ausbildet und wobei sich die beiden Elektroden (7,9) bei Auftreffen eines belebten oder unbelebten Hindernisses auf der Stirnfläche (8) des Gassackes (2) berühren.
    5. Airbagsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Berührung der beiden Elektroden (7,9) eine Kontaktauslösung gegeben ist, die den Füllvorgang des Gassackes (2) reduziert oder beendet.
    6. Airbagsystem nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Befüllung des Gassackes (2) mit einem einstufigen Gasgenerator (5) die Befüllung über ein Gasven- til (4) reduziert oder beendet wird.
    7. Airbagsystem nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Befüllung <Desc/Clms Page number 5> des Gassackes (2) mit kaskadierten Gasgeneratoren das Zünden nachfolgender Gasgene- ratoren unterbrochen wird.
    8. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elek- troden (7,9) und die Zuleitungen (20,20') auf dem Gassack (2) entweder durch Einweben von elektrisch leitfähigen Fäden, wie beispielsweise dünne Metalldrähte, Kohlefasern, Kunststoffäden, oder durch Aufbringen elektrisch leitfähiger Beschichtungen, wie beispiels- weise Lacke, aufgedampfte/ -gesputterte oder stromlos/galvanisch abgeschiedene metalli- sche Schichten, gebildet sind.
    9. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ge- webe des Gassackes (2) faltenbalgartig gefaltet ist, wobei sich bereits in der Anfangspha- se des Füllvorganges des Gassackes (2) ein Druckpolster in der Kammer (11) unterhalb der Stirnfläche (8) des Gassackes (2) ausbildet und dass das sich entfaltende Gewebe des Gassackes (2) durch das konisch geformte Faltenbalgrohr (13) und die durch Öffnungen (15) in der Trennfläche (10) miteinander verbundenen Kammern (11,12) eine im Wesentli- chen geradlinig in den Fahrgastraum (17) gerichtete Ausbreitung erfährt.
    HIEZU 5 BLATT ZEICHNUNGEN
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