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Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Aktivator, insbesondere für die Fahrzeug-Sicherheitstechnik, mit einem Kolben und mit einem Zünder, durch dessen Zündung der Kolben mit Druck beaufschlagt wird.
Pyrotechnische Aktivatoren werden im Fahrzeugbau schon seit langer Zeit eingesetzt, vor allem im Insassenschutz. Typische Beispiele sind Sicherheitsgurtstraffer oder verstellbare Kopfstützen. Wenn ein Sensor einen Unfall detektiert, dann wird der pyrotechnische Aktivator ausgelöst, wodurch der Kolben verschoben wird, so dass der Sicherheitsgurt gestrafft wird bzw. die Kopfstütze ein Stück nach vor bewegt wird.
Es ist relativ leicht, einen Aufprall eines Fahrzeugs auf ein schweres Hindernis zu erkennen, da hierbei die auftreten- den Verzögerungen ganz erheblich grösser sind als im normalen Fahrbetrieb. Aus diesem Grunde sind Fehlauslösungen beim In- sassenschutz relativ selten.
In jüngster Zeit wird aber neben dem Insassenschutz auch dem Fussgängerschutz erhöhte Bedeutung beigemessen. In der WO 01/23225 A ist beschrieben, dass anhebbare Motorhauben be- reits im praktischen Einsatz sind. Dieser Idee liegen fol- gende Überlegungen zu Grunde:
Bei einem Zusammenprall zwischen einem Fahrzeug und einem Fussgänger schlägt der Kopf des Fussgängers meist auf der Motorhaube auf, was schwere (meist tödliche) Kopfverletzungen zur Folge haben kann. Es wurde deshalb versucht, die Motor- haube aus einem weicheren Material herzustellen. Hier zeigte es sich jedoch, dass nun der Kopf bis zum Motorblock des Fahrzeugs durchschlagen kann, was noch schlimmer ist als ein Aufprall auf der (harten) Motorhaube.
Um Fussgänger wirkungsvoll zu schützen, muss also eine Motorhaube aus relativ weichem Material (zumindest beim Un- fall) einen genügenden Abstand zum Motorblock haben. Um keinen Platz zu vergeuden, hebt man die Motorhaube erst im Falle eines Zusammenstosses mit einem Fussgänger an.
Damit wird aber jetzt erstmals ein Sensor benötigt, der in der Lage ist, eine Kollision mit einem Fussgänger zu erkennen.
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Dies ist insofern wesentlich schwieriger, als die Masse eines
Fussgängers verglichen mit der Masse eines Fahrzeugs sehr ge- ring ist, sodass also nur eine geringe Verzögerung bei der Kollision auftritt. Solche geringfügigen Verzögerungen unter- scheiden sich wesentlich weniger deutlich von Verzögerungen, wie sie auch im normalen Fahrbetrieb auftreten. Dadurch sind Fehlauslösungen wesentlich häufiger als beim Insassenschutz.
Da ein pyrotechnischer Aktivator normalerweise nur einmal ausgelöst werden kann, bedeutet dies, dass das Fahrzeug nach jeder Fehlauslösung in eine Werkstatt gebracht werden muss, wo es dann mit einem neuen Aktivator bestückt wird. Dies ist umständlich und kostet Geld.
Obwohl die Vorteile der pyrotechnischen Aktuatorik gross sind (schnelle Aktivierung, hoher Energieinhalt bei geringem Gewicht, grosse Kräfte möglich, langzeitstabil, kein Druckbe- hälter), trifft man daher insbesondere bei Anwendungen für den Fussgängerschutz immer auf den Einwand der mangelnden Reversibilität. Verschiedene Kfz-Hersteller versuchen, alternative Systeme zu realisieren, z. B. pneumatische Muskel (d. h. mit Druckluft angetriebene Bewegungselemente), Gedächt- nismetalle und ähnliches, welche zwar schlechtere Performance erzielen, jedoch wiederverwendbar sind. Für den Fall des Gedächtnismetalls ebenso wie bei magnetisch aktivierten Systemen wie Federspeichern werden sehr hohe Ströme zur Aktivierung benötigt, welche mit den normalen Airbag- Steuergeräten nicht bereit gestellt werden können.
Dies kann durch spezielle Leistungsendstufen umgangen werden, jedoch müssen bei einem Unfall auch nach Abtrennung der Batterie alle Sicherheitssysteme funktionstüchtig bleiben. Es müssen also grosse Mengen an Energie gespeichert werden, während py- rotechnische Systeme die Energie bereits in sich beinhalten.
Für die pneumatischen Systeme gilt, dass einerseits ein Kom- pressor oder ähnliches die Druckluft bereitstellen muss und andererseits diese auch gespeichert werden muss, um im Fall eines Unfalls bereitzustehen.
In der bereits erwähnten WO 01/23225 A wird als Lösung
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dieses Problems vorgeschlagen, als Sensor einen Pre-Crash- Sensor einzusetzen, sodass also die Motorhaube angehoben wird, bevor der Unfall tatsächlich passiert. Man kann also beispielsweise die Motorhaube bei jeder Notbremsung anheben.
Hier steht natürlich genug Zeit zum Anheben der Motorhaube zur Verfügung, das System versagt aber, wenn der Fahrer vor dem Unfall nicht mehr reagieren kann, weil zum Beispiel der Fussgänger zwischen parkenden Fahrzeugen hervor läuft und nicht rechtzeitig gesehen werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Akti- vator zu schaffen, der die Vorteile der pyrotechnischen Ak- tuatorik aufweist und dennoch wiederverwendbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen pyrotechnischen Zünder der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Kolben nach der Zündung in die Ausgangslage zurückschieb- bar ist und dass zumindest ein weiterer Zünder vorgesehen ist, durch dessen Zündung der Kolben ebenfalls mit Druck be- aufschlagt wird.
Die erfindungsgemässe Ausführung eines Aktivators umgeht den Nachteil der mangelnden Reversibilität dadurch, dass der Ak- tivator mehrfach gezündet werden kann und nach jeder Auslö- sung wieder in die Ausgangslage zurückgeschoben wird.
Auch wenn die Vorteile beim Fussgängerschutz am deutlichsten zur Geltung kommen, kann ein erfindungsgemässer Aktivator na- türlich auch beim Insassenschutz oder auch bei allen anderen Anwendungsfällen für herkömmliche Aktivatoren eingesetzt wer- den.
Es ist günstig, wenn zwischen den Zündern und dem Kolben ein Filter vorgesehen ist. Das Filter verhindert die Ver- schmutzung der Kolbenlaufbahn. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der Kolben normalerweise mit einem O-Ring gedichtet ist, und dieser bei verschmutzter Kolbenlaufbahn beim Zurückschie- ben des Kolbens in die Ausgangslage beschädigt werden könnte.
Vorzugsweise sind die Zünder symmetrisch um die Mittelachse des Aktivators angeordnet. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Wirkung aller Zünder auf den Kolben gleich ist. Au-
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#erdem bleibt in der Mitte Platz für weitere Bauelemente, beispielsweise für eine Elektronik.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält der pyrotechnische Aktivator eine Elektronik, die - solange noch ein intakter Zünder vorhanden ist - die Kontakte des py- rotechnischen Aktivators mit einem der intakten Zünder ver- bindet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der er- findungsgemässe Aktivator einfach an Stelle eines herkömmli- chen Aktivators eingesetzt werden kann. Es sind keine Ände- rungen am Steuergerät zur Auslösung des Aktivators notwendig.
Die zusätzlich notwendige Intelligenz ist in der Elektronik, die ihm Aktivator eingebaut ist, realisiert. Die Elektronik kann beispielsweise den Widerstand der Zündbrücke messen.
Wenn dieser den üblichen Wert (natürlich mit entsprechender Toleranz) hat, dann ist dieser Zünder funktionsfähig, und die Elektronik verbindet die Kontakte des Aktivators mit dieser Zündbrücke. Ist der Widerstand wesentlich zu hoch (durchge- brannte Zündbrücke), wird dieser Test der Reihe nach mit allen weiteren Zündbrücken durchgeführt, bis ein funktions- fähiger Zünder gefunden ist. Ist kein funktionsfähiger Zünder mehr vorhanden, dann verhält sich der Aktivator wie ein herkömmlicher, bereits verwendeter Aktivator.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt : Fig.1 einen Längs- schnitt durch einen erfindungsgemässen Aktivator in zwei Ebenen A-A bzw. B-B (siehe Fig. 2); Fig. 2 einen Schnitt ent- lang der Ebene C-C in Fig. 1; und Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer Elektronik für den erfindungsgemässen Aktivator.
In einem Gehäuse 1 (siehe Fig. 1 und 2) befindet sich ein Kolben 2, der mittels eines O-Rings 5 abgedichtet ist. Es sind drei Zünder 3, 3', 3" vorgesehen (in Fig. 1 sind die vor der Ebene B-B liegenden Zünder 3', 3" nur durch eine strich- punktierte Linie angedeutet). Der Kolben 2 kann von jedem der eingebauten Zünder 3, 3', 3" in die Endlage geschossen wer- den. Ein Filter 4 verhindert die Verschmutzung der Kolben-
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laufbahn und vermeidet so Beschädigungen des O-Rings 5 beim Zurückschieben des Kolbens in die Ausgangslage. Eine Elektro- nik 6 schaltet Kontakte 7 des pyrotechnischen Aktivators zwi- schen den einzelnen Zündern 3 nach Gebrauch weiter.
Die Elektronik im Detail (siehe Fig. 3):
Die Elektronik 6 prüft das Vorhandensein der Zündbrücken 8, 8', 8" aller Zünder 3, 3' und 3" im Aktivator mittels Strom- pulsen. Dies wird ausgenützt, um über die aktuelle Zündbrücke 8, 8' oder 8" einen Spannungsabfall zu erzeugen und daraus die Funktionsfähigkeit des Zünders 3,3' bzw. 3" zu überprü- fen. Ist der Widerstand der Zündbrücke 8, 8', 8" nicht inner- halb eines bestimmten Fensters (abgeschossener Zünder 3, 3', 3"), schaltet die Elektronik 6 zur nächsten Zündbrücke 8, 8', 8" weiter. Sind alle Zünder 3, 3', 3" verbraucht, verhält sich das System wie eine abgeschossene "normale" Zündpille mit unterbrochener Zündbrücke. Andernfalls wird das Steuerge- rät 9 an einen der noch funktionsfähigen Zünder 3, 3', 3" ge- schaltet.
Gemäss dem Stand der Technik ist am Zündausgang des Steuer- gerätes 9 nur ein Zünder angeschlossen. Wird der Zünder durch das Steuergerät 9 ausgelöst, muss man danach diesen Zünder durch einen neuen ersetzen, um die Funktion wieder herzustel- len. Erfindungsgemäss ist eine Elektronik 6 vorgesehen, die nach einer erfolgten Auslösung eines Zünders 3, 3', 3" auf einen weiteren Zünder 3, 3', 3" einer Mehrfachzündeinheit um- schaltet, solange, bis kein funktionstüchtiger Zünder 3,3', 3" mehr vorhanden ist.
Der erfindungsgemässe Aktivator kann zum Beispiel mit drei Zündern 3, 3', 3" realisiert werden. Eine von dem Steuergerät 9 durchgeführte Zünderprüfung zeigt solange keinen Fehler an, solange die Elektronik 6 den Zündausgang des Steuergerätes 9 mit einer intakten Zündbrücke 8, 8', 8" verbinden kann.
Die Elektronik 6 kann auf einer doppelseitigen Platine auf- gebaut sein, die vorzugsweise rund ist, wobei die Anschlüsse für die Zünder 3,3' und 3" auf einem Kreis symmetrisch um die Mittelachse des Aktivators angeordnet sein sollten (damit
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können auch Bauelemente in der Mitte der Platine platziert werden). Die Elektronik 6 wird vorteilhaft eingespritzt oder eingegossen, um sie vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen, wie sie beispielsweise im Motorraum eines Kfz auf- treten.
Die Reversierung (Zurückdrücken der Kolbenstange in die Ausgangslage) kann in Fussgängerschutzanwendungen durch Anhe- ben der Motorhaube erfolgen, wobei eine Abströmöffnung bei Erreichen der Kolbenendlage die Druckfreiheit des Systems nach erfolgter Aktivierung ermöglicht.
Die Kontakte 7 des Aktivators können - wie in Fig. 1 darge- stellt - in einem Stecker realisiert sein, ebenso ist aber eine Leadwire-Ausführung (d. h. mit Kabelabgang) möglich.
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The present invention relates to a pyrotechnic activator, in particular for vehicle safety technology, with a piston and with an igniter, by the ignition of which the piston is pressurized.
Pyrotechnic activators have been used in vehicle construction for a long time, especially in occupant protection. Typical examples are seat belt pretensioners or adjustable headrests. When a sensor detects an accident, the pyrotechnic activator is triggered, causing the piston to move so that the seat belt is tightened or the headrest is moved a little forward.
It is relatively easy to detect a vehicle colliding with a heavy obstacle, since the delays that occur are considerably greater than in normal driving. For this reason, false triggers in occupant protection are relatively rare.
However, in addition to occupant protection, pedestrian protection has recently also become more important. WO 01/23225 A describes that hoods that can be raised are already in practical use. This idea is based on the following considerations:
In the event of a collision between a vehicle and a pedestrian, the pedestrian's head usually hits the bonnet, which can result in serious (usually fatal) head injuries. An attempt was therefore made to manufacture the bonnet from a softer material. Here, however, it was shown that the head can now penetrate to the engine block of the vehicle, which is worse than an impact on the (hard) hood.
In order to protect pedestrians effectively, a bonnet made of relatively soft material (at least in the event of an accident) must be at a sufficient distance from the engine block. To avoid wasting space, the bonnet is only raised in the event of a collision with a pedestrian.
However, this is the first time that a sensor is required that is able to detect a collision with a pedestrian.
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This is much more difficult than the bulk of one
Pedestrian is very small compared to the mass of a vehicle, so that there is only a slight delay in the collision. Such slight delays differ significantly less clearly from delays that also occur in normal driving. As a result, false trips are much more common than for occupant protection.
Since a pyrotechnic activator can normally only be triggered once, this means that the vehicle has to be taken to a workshop after each false trigger, where it is then fitted with a new activator. This is cumbersome and costs money.
Although the advantages of pyrotechnic actuators are great (quick activation, high energy content with low weight, high forces possible, long-term stability, no pressure vessel), the objection of lack of reversibility is always encountered, especially in applications for pedestrian protection. Various car manufacturers are trying to implement alternative systems, e.g. B. pneumatic muscles (ie moving elements driven by compressed air), memory metals and the like, which achieve poorer performance but are reusable. In the case of the memory metal as well as in magnetically activated systems such as spring accumulators, very high currents are required for activation, which cannot be provided with the normal airbag control units.
This can be avoided by using special power output stages, but in the event of an accident, all safety systems must remain functional even after the battery has been disconnected. Large amounts of energy must therefore be stored, while pyro-technical systems already contain the energy.
It applies to the pneumatic systems that, on the one hand, a compressor or the like must provide the compressed air and, on the other hand, this must also be stored in order to be available in the event of an accident.
In the already mentioned WO 01/23225 A is used as a solution
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of this problem proposed to use a pre-crash sensor as the sensor, so that the bonnet is raised before the accident actually happens. So you can, for example, lift the bonnet with every emergency stop.
There is of course enough time here to raise the bonnet, but the system fails if the driver is unable to react before the accident because, for example, the pedestrian runs out between parked vehicles and cannot be seen in time.
It is the object of the present invention to create an actuator which has the advantages of pyrotechnic actuation and which is nevertheless reusable.
This object is achieved according to the invention by a pyrotechnic detonator of the type mentioned at the outset in that the piston can be pushed back into the starting position after the ignition and in that at least one further igniter is provided, by the ignition of which the piston is also pressurized.
The embodiment of an activator according to the invention circumvents the disadvantage of the lack of reversibility in that the activator can be fired several times and is pushed back into the starting position after each triggering.
Even if the advantages in pedestrian protection come into play most clearly, an activator according to the invention can of course also be used for occupant protection or in all other applications for conventional activators.
It is advantageous if a filter is provided between the igniters and the piston. The filter prevents the piston race from becoming dirty. This is advantageous because the piston is normally sealed with an O-ring and this could be damaged if the piston raceway is dirty when the piston is pushed back into the starting position.
The detonators are preferably arranged symmetrically about the central axis of the activator. On the one hand, this has the advantage that the effect of all igniters on the piston is the same. Au-
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# There is also space in the middle for other components, such as electronics.
According to a special embodiment of the invention, the pyrotechnic activator contains electronics which - as long as there is still an intact igniter - connects the contacts of the pyrotechnic activator with one of the intact igniters. This embodiment has the advantage that the activator according to the invention can simply be used instead of a conventional activator. No changes to the control unit are necessary to trigger the activator.
The additional intelligence required is implemented in the electronics built into the activator. The electronics can measure the resistance of the ignition bridge, for example.
If this has the usual value (of course with a corresponding tolerance), then this igniter is functional and the electronics connect the contacts of the activator to this ignition bridge. If the resistance is significantly too high (blown fuse bridge), this test is carried out in sequence with all other fuse bridges until a functional fuse is found. If there is no longer a functional igniter, the activator behaves like a conventional activator that has already been used.
The present invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. 1 shows a longitudinal section through an activator according to the invention in two planes A-A and B-B (see FIG. 2); 2 shows a section along the plane C-C in FIG. 1; and FIG. 3 shows a schematic block diagram of electronics for the activator according to the invention.
In a housing 1 (see FIGS. 1 and 2) there is a piston 2 which is sealed by means of an O-ring 5. Three detonators 3, 3 ', 3 "are provided (in Fig. 1, detonators 3', 3" lying in front of plane B-B are only indicated by a dash-dotted line). The piston 2 can be shot into the end position by any of the built-in igniters 3, 3 ', 3 ". A filter 4 prevents the piston
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raceway and thus prevents damage to the O-ring 5 when pushing the piston back into the starting position. Electronics 6 switches contacts 7 of the pyrotechnic activator between the individual detonators 3 after use.
The electronics in detail (see Fig. 3):
The electronics 6 checks the presence of the ignition bridges 8, 8 ', 8 "of all igniters 3, 3' and 3" in the activator by means of current pulses. This is used to generate a voltage drop via the current ignition bridge 8, 8 'or 8 "and to check the functionality of the igniter 3, 3' or 3" therefrom. If the resistance of the ignition bridge 8, 8 ', 8 "is not within a certain window (fired igniter 3, 3', 3"), the electronics 6 switches to the next ignition bridge 8, 8 ', 8 ". All igniters are 3, 3 ', 3 ", the system behaves like a shot" normal "squib with an interrupted ignition bridge. Otherwise, the control device 9 is switched to one of the still functional igniters 3, 3 ', 3 ".
According to the prior art, only one igniter is connected to the ignition output of the control device 9. If the igniter is triggered by the control unit 9, this igniter must then be replaced by a new one in order to restore the function. According to the invention, electronics 6 are provided which, after triggering one igniter 3, 3 ', 3 ", switches over to another igniter 3, 3', 3" of a multiple ignition unit until no functional igniter 3, 3 ', 3 "there is more.
The activator according to the invention can be implemented, for example, with three detonators 3, 3 ', 3 ". A detonator test carried out by the control unit 9 does not indicate a fault as long as the electronics 6 control the ignition output of the control unit 9 with an intact ignition bridge 8, 8', 8 "can connect.
The electronics 6 can be built on a double-sided circuit board, which is preferably round, the connections for the igniters 3, 3 'and 3 "being arranged in a circle symmetrically about the central axis of the activator (thus
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components can also be placed in the middle of the board). The electronics 6 are advantageously injected or cast in to protect them from harmful environmental influences, such as occur, for example, in the engine compartment of a motor vehicle.
Reversing (pushing the piston rod back to the starting position) can be done in pedestrian protection applications by lifting the bonnet, whereby a discharge opening when the piston reaches the end position enables the system to be depressurized after activation.
As shown in FIG. 1, the contacts 7 of the activator can be implemented in a plug, but a lead wire version (ie with a cable outlet) is also possible.