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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufigen Gasgenerator für
ein Airbag-Modul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Airbag-Modul
mit einem solchen Gasgenerator und einem Luftsack, sowie ein Verfahren
zum Befüllen des Luftsackes eines solchen Airbag-Moduls.
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Ein
Airbag-Modul für ein Kraftfahrzeug umfasst allgemein einen
Luftsack und einen Gasgenerator zum Befüllen des Luftsackes
mit einem Gas. Im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeuges befüllt
der Gasgenerator den Luftsack. Dieser dehnt sich daraufhin stark
aus und bildet eine Prallfläche für einen Fahrzeuginsassen. Solche
Airbag-Module können gleichermaßen zum Schutz
eines Fahrers oder Beifahrers des Kraftfahrzeuges vorgesehen sein
und hierzu beispielsweise in einem Lenkrad, einer Armaturentafel,
einer A-, B- oder C-Säule, einer Tür oder einem
Dachbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Vorzugsweise ist
der Luftsack im Ausgangszustand klein zusammengefaltet und hinter
einer Verkleidung aufgenommen, die er bei seiner Entfaltung durchbricht.
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Aus
der
US 5,346,254 ist
ein Airbag-Modul für ein Kraftfahrzeug mit einem zweistufigen
Gasgenerator zum Befüllen des Luftsackes mit einem Gas
bekannt. Der zweistufige Gasgenerator umfasst ein gaserzeugendes
Mittel in Form von Gassatz-Tabletten, die durch eine erste und eine
zweite Zündladung gezündet werden können,
um das Gas zum Befüllen des Luftsackes zu erzeugen.
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Sobald
eine Kollisionserfassungseinrichtung eine Kollision des Kraftfahrzeuges
erfasst hat, werden das erste und zweite Zündmittel simultan
gezündet. Hierdurch baut sich ein großer Explosionsdruck
auf, der die Gassatz-Tabletten stark zerlegt und so deren Oberfläche
deutlich vergrößert. Aufgrund dieser deutlich
vergrößerten Oberfläche reagiert das
gaserzeugende Mittel stärker und schneller und erzeugt
so rasch ein großes Gasvolumen, mit dem es den Luftsack
in einem ersten, kurzen Zeitraum befüllt.
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Solche
großen Befüllgeschwindigkeiten bergen jedoch eine
Reihe von Risiken. So entsteht zum einen ein starker Schalldruck,
der das Trommelfell der Insassen schädigen kann. Zudem
trifft der sich entfaltende Luftsack mit hohem Impuls auf die Fahrzeuginsassen
und kann zu Verletzungen führen, insbesondere, wenn diese
sich dem Luftsack entgegengelehnt haben und daher frühzeitig
in der Befüllungsphase von dem sich mit großer
Wucht entfaltendem Luftsack getroffen werden.
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Daher
schlägt die
US 5,346,254 vor,
das erste und zweite Zündmittel sequenziell zu zünden,
wenn sich der betreffende Fahrzeuginsasse bei der Kollision in einer
Out-of-Position Stellung befindet oder aufgrund der Fahrzeugverzögerung
festgestellt wird, dass es sich um eine leichte Kollision mit geringem
Gefährdungspotential handelt. Dadurch wird das gaserzeugende
Mittel nicht so stark zerlegt, es reagiert dementsprechend schwächer
und insbesondere langsamer, so dass das Gas mit einer niedrigeren
Gaserzeugungsrate erzeugt wird und den Luftsack in einem zweiten
Zeitraum befüllt, der länger als der erste Zeitraum
ist. Dadurch verringern sich die oben genannten Gefahren, wenn die
Kollision nicht so heftig ist oder sich der Fahrzeuginsasse beispielsweise
bereits näher am Airbag-Modul befindet.
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In ähnlicher
Weise schlägt die
US
5,460,405 vor, nur einen Teil der vorhandenen Zündmittel
zu zünden, wenn sich ein Fahrzeuginsasse bei der Kollision
in einer Out-of-Position Stellung befindet. Die
US 5,221,109 regt an, während
des Befüllvorgangs ein zweites Zündmittel zu zünden,
dadurch erzeugtes Gas an die Umgebung anstelle des Luftsacks abzuleiten
und so dessen Aufblasleistung und insbesondere die eingefüllte
Gasmenge zu verringern, wenn festgestellt wird, dass die Kollision
von geringerer Schwere ist.
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Nach
dem Stand der Technik wird die Füllung des Luftsackes jedoch
stets erst eingeleitet, sobald eine Kollisionserfassungseinrichtung
eine Kollision des Kraftfahrzeuges erfasst hat. Damit steht für
die Befüllung und Entfaltung des Luftsackes nur ein relativ
kurzer erster Zeitraum zur Verfügung. Wenn beispielsweise,
wie in 2 dargestellt, eine Kollision zum Zeitpunkt tc
stattfindet und in der Folge zum Zeitpunkt tr durch die Kollisionserfassungseinrichtung
erfasst wird, muss der Luftsack in dem kurzen Zeitraum t100–tr
vollständig gefüllt werden, um den sich aufgrund
der Trägheitskräfte nähernden Fahrzeuginsassen
rechtzeitig und ausreichend stark aufzufangen. Bei heutigen Reaktionszeiten
von circa 20 bis 40 ms zwischen erfolgter Kollision tc und deren
Erfassung tr durch die Kollisionserfassungseinrichtung verbleiben
beispielsweise nur noch 20 bis 40 ms für das Befüllen
des Luftsackes, bis der Fahrzeuginsasse bei t100 durch den Luftsack
aufgefangen werden muss, bevor er durch Teile des Fahrgastinnenraumes
oder eine Rückhaltevorrichtung verletzt wurde.
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Auch
wenn, wie beispielsweise in der
US
5,346,254 vorgeschlagen, die Luftsackentfaltung bei einer Out-of-Position
Stellung oder einer leichteren Kollision verlangsamt wird, geschieht
der Befüllvorgang weiterhin erst in dem relativ kurzen
Zeitraum zwischen Erfassung der Kollision und dem notwendigen Abfangen
des Fahrzeuginsassen.
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Diese
kurzen Zeiträume bergen die oben genannten Gefahren einer
Verletzung der Fahrzeuginsassen durch den sich rasch und dementsprechend
mit großer Wucht entfaltenden Luftsack, die nur in Kauf
genommen wird, um schwerere Verletzungen durch den Zusammenstoß mit
Teilen des Fahrgastinnenraumes oder ein Rückhaltesystem
zu vermeiden oder zu verringern.
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Bei
den vorgenannten mehrstufigen pyrotechnischen Gasgeneratoren wird
das Gas zum Befüllen des Luftsackes erst durch Verbrennung
erzeugt. Das Gas ist dementsprechend heiß und kann zudem
Schadstoffe enthalten und so Fahrzeuginsassen gefährden.
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Daher
ist aus der
EP 1 544
060 A1 auch ein einstufiger Kaltgasgenerator bekannt, bei
dem das Gas bereits in komprimierter Form in einer Druckkammer vorliegt.
Zur Aktivierung wird hier eine Membran, die eine Passage zwischen
Druckkammer und Luftsack verschließt, durch einen pyrotechnischen
Zünder zerstört, so dass das Gas durch die geöffnete
Passage in den Luftsack strömt und diesen befüllt.
Mit diesem einstufigen Kaltgasgenerator kann jedoch die Aufblasszeit
des Luftsackes nicht variiert werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Gefahr von Verletzungen,
insbesondere durch eine rasche Entfaltung des Luftsackes, zu verringern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1, 6 bzw. 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Ein
mehrstufiger Gasgenerator für ein Airbag-Modul für
ein Kraftfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung kann einen Luftsack
des Airbag-Moduls wahlweise in einem ersten Zeitraum oder in einem
zweiten, längeren Zeitraum befüllen.
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Der
Gasgenerator umfasst eine mit Gas gefüllte Druckkammer,
eine durch eine erste Sperreinrichtung öffenbare erste
Passage zwischen dem Luftsack und der Druckkammer und eine durch
eine zweite Sperreinrichtung öffenbare zweite Passage zwischen
dem Luftsack und der Druckkammer.
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Wird
die zweite Passage der normalerweise geschlossenen Druckkammer durch
die zweite Sperreinrichtung geöffnet, strömt Gas,
das in der Druckkammer gespeichert ist und einen gegenüber
der Umgebung höheren Druck aufweist, durch die zweite Passage
in den Luftsack und befüllt diesen, so dass er sich in
dem zweiten Zeitraum entfaltet.
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Die
Gasmenge, die pro Zeiteinheit aus der Druckkammer in den Luftsack
strömt und damit dessen Aufblasgeschwindigkeit bestimmt,
hängt dabei im Wesentlichen von dem minimalen durchströmten
Gesamtquerschnitt aller Verbindungen zwischen Druckkammer und Luftsack
ab.
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Wird
daher zusätzlich die erste Passage der normalerweise geschlossenen
Druckkammer durch die erste Sperreinrichtung geöffnet,
strömt das Gas aus der Druckkammer durch die erste und
zweite Passage in den Luftsack. Mithin vergrößert
sich der minimale Gesamtquerschnitt aller Verbindungen zwischen
Druckkammer und Luftsack, so dass pro Zeiteinheit mehr Gas in den
Luftsack strömt und dessen Aufblasgeschwindigkeit sich
vergrößert.
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Indem
die beiden Passagen nicht gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt
geöffnet werden, kann die Aufblaszeit noch weiter variiert
werden. Denn je früher die erste Passage „zugeschaltet"
wird, desto stärker verkürzt sich die zum Aufblasen
des Luftsackes erforderliche Gesamtzeit.
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Alternativ
kann die Aufblaszeit auch dadurch variiert werden, dass ein minimaler
durchströmter Querschnitt der geöffneten ersten
Passage größer ausgebildet ist als ein minimaler
durchströmter Querschnitt der geöffneten zweiten
Passage. Soll der Luftsack schneller aufgeblasen werden, wird die
erste Passage geöffnet, so dass das Gas durch den größeren
minimalen durchströmten Querschnitt schneller in den Luftsack
strömt. Soll umgekehrt der Luftsack langsamer aufgeblasen
werden, wird die zweite Passage geöffnet, so dass das Gas
durch den kleineren minimalen durchströmten Querschnitt
langsamer in den Luftsack strömt.
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Der
minimale durchströmte Querschnitt kann dabei auch durch
etwaige Strömungswiderstände, die ein Strömen
durch die Passage behindern, verringert sein. So weist eine erste
Passage, die beispielsweise den gleichen realen oder hydraulischen
Durchmesser hat wie eine zweite Passage, durch die jedoch aus der gleichen
Druckkammer mehr Gas pro Zeiteinheit entweicht, im Sinne der vorliegenden
Erfindung einen größeren minimalen durchströmten
Querschnitt auf.
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Bevorzugt
sind die beiden vorgenannten Ausführungen miteinander kombiniert.
So kann auch bei Passagen mit unterschiedlichen minimalen durchströmten
Querschnitten. zunächst die eine und dann die andere von
der ersten und der zweiten Passage geöffnet werden, wobei
die unterschiedlichen Zeiträume, in denen der Luftsack
befüllt wird, durch die Reihenfolge und/oder den zeitlichen
Abstand der Öffnung der beiden Passagen dargestellt werden.
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Beispielsweise
kann ein minimaler erster Zeitraum durch gleichzeitiges oder minimal
verzögertes Öffnen der ersten und zweiten Passage
erreicht werden, sodass von Anfang an der maximale Gesamtaustrittsquerschnitt
aus der Druckkammer genutzt wird. Umgekehrt kann ein maximaler zweiter
Zeitraum durch alleiniges Öffnen der zweiten Passage erreicht
werden, sodass stets nur der minimal Gesamtaustrittsquerschnitt zur
Verfügung steht. Je früher die erste Passage geöffnet
wird, desto größer ist die Aufblasgeschwindigkeit, die
auch umso größer ist, je früher die zweite
Passage zugeschaltet wird.
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Zur
Betätigung der ersten und zweiten Sperreinrichtung weist
ein Airbag-Modul nach der vorliegenden Erfindung eine erste und
eine zweite Steuereinrichtung auf, wobei die erste Steuereinrichtung
die erste Passage öffnet und die zweite Steuereinrichtung
die zweite Passage öffnet. Durch entsprechende Aktivierung
der ersten bzw. zweiten Steuereinrichtung können die vorstehend
erläuterten Varianten unterschiedlicher Öffnungszeitpunkte
und/oder Öffnungsreihenfolgen realisiert werden.
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Grundsätzlich
ist beispielsweise eine mechanische Betätigung der Sperreinrichtungen
durch die Steuereinrichtungen möglich. Aufgrund der Trägheiten
sind solche mechanischen Sperreinrichtungen jedoch insbesondere
zur Öffnung der ersten Passage weniger geeignet. Bevorzugt
weist daher die erste und/oder zweite Sperreinrichtung je einen
Zünder auf, der bei Aktivierung eine Barriere entfernt,
die die erste bzw. zweite Passage sperrt, sodass das Gas aus der
Druckkammer in den Luftsack strömt. Bei der Barriere kann
es sich beispielsweise um eine Membran handeln, wie sie in der
EP 1 544 060 A1 beschrieben
ist. Gleichermaßen kann ein Zünder auch als Zündpille
ausgebildet sein, die bei ihrer Explosion ein Gehäuse zerlegt,
das vorher die Passage sperrte.
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Die
erste und zweite Passage können in verschiedenen Bereichen
der Druckkammer vorgesehen sein und sich beispielsweise gegenüberliegen,
so dass das Ausströmen des Gases bei gleichzeitig geöffneten
Passagen maximiert wird. Gleichermaßen können
die erste und zweite Passage auch in demselben Bereich der Druckkammer
vorgesehen sein. Hierzu kann beispielsweise eine zweite Zündpille
eine zweite Membran zerlegen und eine erste Zündpille eine
diese umgebende erste Membran mit höherem Berstdruck zerlegen,
so dass sich die zweite Passage um eine diese umgebende erste Passage
zu einer gemeinsamen Passage vergrößert.
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Mit
einem schaltbaren, mehrstufigen Gasgenerator bzw. Airbag-Modul nach
der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise in der beispielsweise
aus der
US 5,346,254 ,
der
US 5,460,405 oder
der
US 5,221,109 bekannten
Weise die Aufblaszeit des Luftsacks entsprechend der Schwere des
Unfalles, der Position eines Fahrzeuginsassen, dessen Gewicht oder
dergleichen variiert werden. Hierzu umfasst ein Airbag-Modul nach
einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Bewertungseinrichtung
zum Aktivieren des Gasgenerators durch die erste Steuereinrichtung
derart, dass er den Luftsack in dem ersten, kürzeren Zeitraum befüllt,
wenn die Bewertungseinrichtung eine gefährliche Position
und/oder einen zu hohen Impuls eines Fahrzeuginsassen erfasst hat.
Eine gefährliche Position des Fahrzeuginsassen kann sich
beispielsweise ergeben, wenn der Insasse sich nach vorne lehnt und
so den Abstand zum sich entfaltenden Luftsack verkürzt.
Ein zu hoher Impuls kann gleichermaßen aus einer hohen
Fahrzeuggeschwindigkeit als auch einem hohen Gewicht des Insassen
resultieren.
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Die
vorstehend erläuterte Befüllung des Luftsackes
innerhalb des ersten Zeitraumes erfolgt somit in an sich bekannter
Weise, sobald eine Kollisionserfassungseinrichtung eine Kollision
des Kraftfahrzeuges erfasst hat, indem die erste Steuereinrichtung
den Gasgenerator entsprechend aktiviert. Die Kollisionserfassungseinrichtung
kann dabei beispielsweise eine Kollision des Kraftfahrzeuges erfassen,
sobald eine Längs- und/oder Querbeschleunigung einen bestimmten
Grenzwert übersteigt. Dieser ist vorzugsweise so gewählt, dass
er bei einem Abbremsen des Kraftfahrzeuges durch den Fahrer nicht überschritten
wird, sondern nur im Falle einer Kollision, also der abrupten Abbremsung
des Kraftfahrzeuges durch ein Hindernis. Zusätzlich oder alternativ
können beispielsweise Verformungssensoren eine beginnende
Verformung der Fahrzeugkarosserie bei einer Kollision erfassen.
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Mit
besonderem Vorteil kann ein erfindungsgemäßer
Gasgenerator jedoch zusätzlich oder alternativ dazu verwendet
werden, den zweiten Zeitraum erheblich zu vergrößern
und so eine möglichst frühzeitige Anbindung des
Fahrzeuginsassen an den Luftsack zu erreichen. In einer bevorzugten
Ausführung der vorliegenden Erfindung aktiviert die zweite
Steuereinrichtung den Gasgenerator hierzu derart, dass er den Luftsack
in dem zweiten, längeren Zeitraum befüllt, sobald
eine Kollisionsfrüherkennungseinrichtung eine erst bevorstehende
Kollision des Kraftfahrzeuges erkannt hat.
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Eine
solche Kollisionsfrüherkennungseinrichtung kann beispielsweise
eine Umgebungserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Umgebung
vor, neben und/oder hinter dem Kraftfahrzeug umfassen, die einen Relativabstand
und/oder eine Relativgeschwindigkeit zwischen einem Objekt in der
Umgebung und dem Kraftfahrzeug erfasst und bei geringem Relativabstand
und/oder großer Annäherungsgeschwindigkeit zwischen Objekt
und Kraftfahrzeug auf eine bevorstehende Kollision schließt.
Gleichermaßen kann die Kollisionsfrüherkennungseinrichtung über
eine Kommunikationseinrichtung verfügen, über
die sie mit anderen Fahrzeugen kommunizieren und die jeweiligen
Fahrzeugpositionen austauschen kann, so dass sie aus den empfangenen und
den eigenen Fahrzeugpositionen auf eine bevorstehende Kollision
schließen kann. Zusätzlich oder alternativ kann
die Kollisionsfrüherkennungseinrichtung beispielsweise
aus einer Verzögerung, die durch sehr starkes Bremsen durch
den Fahrer verursacht wird, darauf schließen, dass der
Fahrer eine bevorstehende Kollision erkannt hat. Selbstverständlich
sind auch andere Kollisionsfrüherkennungseinrichtungen
verwendbar.
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Dadurch,
dass der Gasgenerator bereits durch die zweite Steuereinrichtung
aktiviert werden kann, sobald im Vorfeld einer Kollision, also noch
bevor diese stattfindet, eine bevorstehende Kollision erkannt wird, vergrößert
sich der zum Befüllen des Luftsackes zur Verfügung
stehende Zeitraum deutlich. Daher kann der Luftsack in einem zweiten,
längeren Zeitraum befüllt werden, sobald eine
bevorstehende Kollision durch die Kollisionsfrüherkennungseinrichtung
erkannt worden ist. Durch die langsamere Befüllung und
Entfaltung des Luftsackes in dem zweiten, längeren Zeitraum
werden die Gefahren einer Verletzung der Fahrzeuginsassen verringert.
Insbesondere tritt nur ein geringerer Schalldruck auf und der Luftsack
trifft die Fahrzeuginsassen mit einem geringeren Impuls.
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Es
können jedoch Kollisionen auftreten, die von der Kollisionsfrüherkennung
nicht rechtzeitig im Vorfeld erkannt werden. Beispielsweise kann
ein Kraftfahrzeug, dessen Kollisionsfrüherkennungseinrichtung
die vor dem Kraftfahrzeug liegende Umgebung überwacht,
von einem anderen Kraftfahrzeug seitlich getroffen werden, ohne
dass die Kollisionsfrüherkennungseinrichtung dies rechtzeitig
vor der Kollision erkennt. Es ist auch möglich, dass Hindernisse,
beispielsweise in Folge eines Felssturzes, unvermittelt vor dem
Kraftfahrzeug auftauchen und mit diesem kollidieren, ohne dass sie
vorher von der Kollisionsfrüherkennungseinrichtung erkannt
worden sind. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise auch mit anderen
Verkehrsteilnehmern kollidieren, die unvermittelt von der Seite
in den Frontbereich vor dem Kraftfahrzeug eintreten und in Folge
dessen vorher von der Kollisionsfrüherkennungseinrichtung
nicht erkannt worden sind.
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In
diesem Fall ist es notwendig, den Luftsack rasch zu entfalten. Daher
ist erfindungsgemäß neben der zweiten Steuereinrichtung
weiterhin auch die erste Steuereinrichtung vorgesehen, die den Gasgenerator
derart aktiviert, dass er den Luftsack in dem ersten, kürzeren
Zeitraum befüllt, falls eine Kollision auftritt, die nicht im
Vorfeld von der Kollisionsfrüherkennungseinrichtung erkannt
worden ist, i. e. ohne dass der Luftsack in dem zweiten, längeren
Zeitraum entfaltet worden ist.
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Diese
zweistufige Aktivierung des Gasgenerators ist auch dann vorteilhaft,
wenn sich der Zeitraum zwischen der Kollisionsfrüherkennung
und der tatsächlichen Kollision unerwartet verkürzt,
so dass der Luftsack, der befüllt wird, sobald die bevorstehende
Kollision erkannt worden ist, nicht rechtzeitig vollständig
befüllt würde.
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Bevorzugt
kann also die erste Steuereinrichtung den Gasgenerator auch dann
(zusätzlich) aktivieren, sobald eine Kollision festgestellt
worden ist, auch wenn dieser bereits durch die zweite Steuereinrichtung
aktiviert worden ist. Hierdurch kann der Gasgenerator im letzten
Stadium der Befüllung verstärkt befüllt
werden. Alternativ kann die zweite Steuereinrichtung eine Aktivierung
des Gasgenerators durch die erste Steuereinrichtung auch verhindern,
sobald die Kollisionsfrüherkennungseinrichtung eine bevorstehende
Kollision erkannt hat, da in diesem Fall eine ausreichende Befüllung
des Luftsackes bereits durch die zweite Steuereinrichtung sichergestellt
ist.
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Durch
die Erkennung einer bevorstehenden Kollision. durch die Kollisionsfrüherkennungseinrichtung kann
der zweite Zeitraum zum Befüllen des Luftsackes deutlich
vergrößert werden. Er kann beispielsweise mindestens
80 ms, bevorzugt mindestens 100 ms, weiter bevorzugt mindestens
200 ms und besonders bevorzugt mindestens 500 ms betragen. Bei ausreichend
zuverlässiger und weit reichender Kollisionsfrüherkennung kann
der zweite Zeitraum auch darüber hinaus ausgedehnt werden
und beispielsweise wenigstens 1000 ms betragen. Insbesondere kann
die Reaktionszeit tr–tc, die bisher zwischen der Kollision
und deren Erfassung durch die Kollisionserfassungseinrichtung verstreicht,
mit genutzt werden.
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Durch
diese Verlängerung des Zeitraums zum Befüllen
des Luftsackes kann die Entfaltung sanfter erfolgen. Gleichzeitig
erfolgt vorteilhaft bereits eine frühzeitige Anbindung
des Fahrzeuginsassen an den sich entfaltenden Luftsack und verringert
so weiter das Verletzungsrisiko.
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Damit
der entfaltete Luftsack eine definierte Dämpfungscharakteristik
hat, weist dieser in einer bevorzugten Ausführung eines
erfindungsgemäßen Airbag-Moduls Austrittsöffnungen
auf, aus denen das eingefüllte Gas mit einer vorbestimmten
Rate entweicht, wenn ein Fahrzeuginsasse auf den Luftsack prallt.
Wird der Luftsack rasch, insbesondere in dem kürzeren ersten
Zeitraum befüllt, so können diese Austrittsöffnungen
bereits von Anfang an oder frühzeitig dauernd geöffnet
sein, da durch die erste bzw. zweite Passage deutlich mehr Gas in
den Luftsack einströmt, als durch die Austrittsöffnungen
abströmen kann und so der Luftsack trotz des Abströmens
des Gases durch die Austrittsöffnungen während
der Befüllung vollständig aufgeblasen werden kann.
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Wird
der Luftsack langsamer, insbesondere in einem deutlich längeren
zweiten Zeitraum befüllt, sind in der bevorzugten Ausführung
die Austrittsöffnungen in dem Luftsack zunächst
ganz oder teilweise geschlossen sind und werden erst während
der Befüllung oder nach deren Abschluss geöffnet.
Dies verhindert ein übermäßiges Abströmen
des Gases während der langsameren Befüllung. Das Öffnen
der Abströmöffnungen bereits vor Abschluss der
Befüllung kann dabei auch dann, wenn ein Fahrzeuginsasse
unerwartet früh in den Luftsack eintaucht, bereits eine
ausreichend weiche Dämpfung gewährleisten. Die Öffnung
der Austrittsöffnungen kann über die erste bzw.
zweite Steuereinrichtung oder unabhängig davon eingeleitet
werden.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 einen
Gasgenerator eines Airbag-Moduls nach einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung; und
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2 die
Befüllung des Luftsackes des Airbag-Moduls nach 1 über
der Zeit t.
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In 1 ist
schematisch ein Gasgenerator 1 eines Airbag-Moduls nach
einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Dieser
weist eine Druckkammer 6 auf, die mit einem komprimierten
Gas, beispielsweise Helium, einem Helium/Argongemisch oder einem
Helium/Argon/Sauerstoffgemisch unter einem Druck von 240 bis 1500
bar befüllt ist.
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Die
Druckkammer 6 weist eine erste Passage 2 auf,
die durch ein kastenartiges erstes Gehäuse versperrt ist,
in dessen Innerem eine erste Zündpille angeordnet ist.
Zündpille und Gehäuse bilden zusammen eine erste
Sperreinrichtung 30. Wird die erste Zündpille
durch eine erste Steuereinrichtung (nicht dargestellt) beispielsweise
elektrisch gezündet, so zerlegt der Explosionsdruck das
erste Gehäuse und öffnet die erste Passage 2.
Das in der Druckkammer 6 gespeicherte Gas entweicht dann
durch die erste Passage 2, wird durch einen Filter 4 gereinigt
und tritt aus einer Abströmöffnung 5 in
dem Gehäuse des Gasgenerators 1 in einen zunächst
zusammengefalteten Luftsack (nicht dargestellt) aus und befüllt
diesen. Dabei entfaltet sich der Luftsack, um einen Fahrzeuginsassen
aufzufangen. Durch den Druckstoß des Gases wird dabei ein
Stopfen in der Abströmöffnung 5 ausgestoßen.
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Die
Druckkammer 6 weist weiter eine der ersten gegenüberliegende
zweite Passage 3 auf, die durch ein kastenartiges zweites
Gehäuse versperrt ist, in dessen Innerem eine zweite Zündpille
angeordnet ist. Zündpille und Gehäuse bilden zusammen
eine zweite Sperreinrichtung 40. Wird die zweite Zündpille
durch eine zweite Steuereinrichtung (nicht dargestellt) beispielsweise
elektrisch gezündet, so zerlegt der Explosionsdruck das
zweite Gehäuse und öffnet die zweite Passage 3.
Das in der Druckkammer 6 gespeicherte Gas entweicht dann
durch die zweite Passage 3, wird durch den Filter 4 gereinigt
und tritt aus der Abströmöffnung 5 in
den Luftsack aus.
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Die
zweite Passage 3 ist ebenso wie die erste Passage 2 kreisförmig
ausgebildet, weist jedoch einen kleineren Durchmesser und damit
auch einen kleineren minimalen durchströmten Querschnitt
auf. Ein kleinerer minimaler durchströmter Querschnitt
kann jedoch beispielsweise auch durch ein Gitter vor einer zweiten Passage
mit größerem geometrischen Durchmesser realisiert
werden, sofern dieses Gitter die Ausströmung des Gases
so stark behindert, dass insgesamt weniger Gas pro Zeiteinheit durch
die zweite Passage strömt.
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Sobald
eine Kollisionserfassungseinrichtung (nicht dargestellt) eine schwache
Kollision feststellt, indem eine Verzögerungserfassungseinrichtung
(nicht dargestellt) feststellt, dass eine Fahrzeuglängsverzögerung
einen bestimmten ersten Grenzwert übersteigt, der größer
als die durch Bremsen des Fahrzeuges maximal erzielbare Verzögerung
gewählt ist, aktiviert die erste Steuereinrichtung den
Gasgenerator, indem die erste Zündpille gezündet
wird. In der Folge zerlegt diese das erste Gehäuse und öffnet
so die erste Passage 2. Das komprimierte Gas strömt
aus der Druckkammer 6 in den Luftsack und befüllt
diesen in einem ersten Zeitraum von 40 ms.
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Erfasst
die Kollisionserfassungseinrichtung hingegen eine schwere Kollision,
indem beispielsweise die Verzögerungserfassungseinrichtung
eine Verzögerung erfasst, die einen dritten Grenzwert übersteigt,
der größer als der erste Grenzwert ist, und beispielsweise
nur dann erreicht wird, wenn das Kraftfahrzeug durch Aufprall auf
ein feststehendes Hindernis mit hoher Geschwindigkeit oder Kollision
mit einem Hindernis, das sich mit entgegengesetzter Geschwindigkeit
auf das Kraftfahrzeug zubewegt hat, erreicht wird, zündet
die erste Steuereinrichtung simultan die erste und zweite Zündpille.
Hierdurch werden das erste und zweite Gehäuse zerlegt,
das heißt, die erste und zweite Passage 2, 3 geöffnet,
so dass pro Zeiteinheit mehr Gas aus der Druckkammer 6 ausströmt
und der Luftsack in einem ersten Zeitraum von 20 ms befüllt
wird.
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Hat
eine Kollisionsfrüherkennungseinrichtung (nicht dargestellt)
bereits im Vorfeld erkannt, dass eine Kollision bevorsteht, aktiviert
hingegen die zweite Steuereinrichtung nur das zweite Zündmittel,
das heißt zündet die zweite Zündpille
in dem zweiten Gehäuse. Hierdurch wird dieses zweite Gehäuse
zerlegt und die zweite Passage 3 mit dem kleineren minimalen
durchströmten Querschnitt geöffnet. Somit strömt
pro Zeiteinheit weniger Gas aus der Druckkammer 6 und befüllt
den Luftsack in einem zweiten, längeren Zeitraum von 150
ms. Der Luftsack entfaltet sich dabei langsamer und sanfter, so
dass der erzeugte Schalldruck geringer ist und die Gefahr einer
Trommelfellverletzung der Passagiere sich vermindert. Zum Zeitpunkt
der Kollision ist der Luftsack bereits teilweise entfaltet, so dass
es zu einer frühzeitigen Anbindung der Fahrzeuginsassen,
die sich dem Luftsack entgegenbewegen, kommt, was das Verletzungsrisiko
noch weiter reduziert.
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Dieser
Vorgang ist in 2 graphisch dargestellt. Zum
Zeitpunkt tc kollidiert das Fahrzeug mit einem Hindernis. Nach circa
20 ms, das heißt zum Zeitpunkt tr erfasst die Kollisionserfassungseinrichtung
aufgrund der sich ergebenden Verzögerung des Fahrzeuges
die Kollision und zündet, wie vorstehend erläutert,
die erste Zündpille. Innerhalb von weiteren 40 ms befüllt
der Gasgenerator den Luftsack, der sich somit 60 ms nach der Kollision
vollständig entfaltet hat (t100).
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Wird
die bevorstehenden Kollision jedoch bereits frühzeitig
im Vorfeld erkannt, beispielsweise zum Zeitpunkt tp 90 ms vor der
eigentlichen Kollision tc, so zündet bereits zu diesem
Zeitpunkt die zweite Steuereinrichtung die zweite Zündpille.
Hierdurch befüllt sich der Luftsack innerhalb von 150 ms.
Wie bei der vorstehend beschriebenen Aktivierung nach Erfassung
der erfolgten Kollision ist der Luftsack zum Zeitpunkt t100 vollständig
befüllt und entfaltet seine volle Schutzwirkung. Gleichzeitig
hat er sich wie insbesondere aus der Steigung des Füllungsgrades
F über der Zeit t in 2 ersichtlich, über
den Zeitraum t100–tp, das heißt in 150 ms und
somit langsamer entfaltet. Damit reduziert sich die Gefahr von Verletzungen
der Fahrzeuginsassen. Erfasst die Kollisionserfassungseinrichtung
eine leichte Kollision, nachdem die Kollisionsfrüherkennungseinrichtung
eine bevorstehende Kollision erkannt und die zweite Steuereinrichtung
die zweite Passage geöffnet hat, öffnet die erste
Steuereinrichtung die erste Passage nicht, da der Luftsack durch
das Gas, das durch die zweite Passage strömt, alleine bereits
ausreichend schnell befüllt wird.
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Stellt
die Kollisionserfassungseinrichtung jedoch eine schwere Kollision
fest, muss der Luftsack zu einem früheren Zeitpunkt t100'
vollständig befüllt sein, um den sich rascher
nähernden Fahrzeuginsassen rechtzeitig abzufangen. Hierzu
wird grundsätzlich, wie vorstehend erläutert,
die erste und zweite Zündpille simultan gezündet.
Wie aus 2 hervorgeht, ist auch im Falle
einer solchen schweren Kollision der Luftsack aufgrund der Auslösung
der Kollisionsfrüherkennungseinrichtung bereits im Wesentlichen
befüllt. Das Zündsignal der ersten Steuereinrichtung,
das simultan an die erste und zweite Zündpille gesendet
wird, zündet dann die noch nicht aktivierte erste Zündpille,
die den Befüllungsvorgang des Luftsackes im letzten Abschnitt
beschleunigt und so sicherstellt, dass der Luftsack zum Zeitpunkt
t100' vollständig befüllt ist. Doch auch ohne
diese zusätzliche Aktivierung wäre der durch den
Gasgenerator, der durch die zweite Steuereinrichtung aktiviert wurde,
befüllte Luftsack zum Zeitpunkt t100' bereits zum Großteil
befüllt und würde eine ausreichende Schutzwirkung ausüben.
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Falls
zum Zeitpunkt tc eine Kollision auftritt, die von der Kollisionsfrüherfassungseinrichtung
nicht erfasst worden ist, weil beispielsweise ein Fahrzeug von der
Seite in den Frontbereich vor dem Kraftfahrzeug eingetreten ist
und durch eine Umgebungserfassungseinrichtung nicht rechtzeitig
erfasst werden konnte, aktiviert die erste Steuereinrichtung in
vorstehen beschriebener Weise die erste und gegebenenfalls die zweite Zündpille,
so dass auch in diesem Fall eine Befüllung des Luftsackes
bis zum Zeitpunkt t100 bzw. t100' gewährleistet ist.
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Durch
die Aktivierung der ersten Zündpille werden in einer Abwandlung
des Ausführungsbeispiels Austrittsöffnungen in
dem Luftsack (nicht dargestellt) geöffnet, aus denen das
Gas in die Umgebung austreten kann, um eine definierte Dämpfungscharakteristik
zu realisieren. Wird der Luftsack in dem ersten, kürzeren Zeitraum
t100–tr bzw. t100'–tr aufgeblasen und hierzu die
erste Zündpille aktiviert, so werden daher die Austrittsöffnungen
bereits zu Anfang der Befüllung geöffnet. Dies
ist jedoch unkritisch, da bei der Befüllung in dem ersten
Zeitraum der Gaszustrom durch die erste Passage in den Luftsack
größer ist als der Abstrom durch die Austrittsöffnungen,
so dass der Luftsack ausreichend aufgeblasen wird.
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Wird
der Luftsack zunächst ohne Aktivierung der ersten Zündpille
aufgeblasen, so wird der Luftsack zunächst mit geschlossenen
Austrittsöffnungen aufgeblasen, um diesen rasch zu befüllen.
Am oder kurz vor Ende des Befüllvorgangs werden dann die
erste Zündpille gezündet und so die Austrittsöffnungen
geöffnet, um wiederum die gewünschte Dämpfungscharakteristik
des Luftsackes zu realisieren. Bezugszeichenliste
| 1 | Gasgenerator |
| 2 | erste
Passage |
| 3 | zweite
Passage |
| 4 | Filter |
| 5 | Abströmöffnung |
| 6 | Druckkammer |
| 30 | Erste
Sperreinrichtung |
| 40 | Zweite
Sperreinrichtung |
| tp | Zeitpunkt
Kollisionsfrüherkennung („precrash") |
| tc | Zeitpunkt
Kollision („collision") |
| tr | Zeitpunkt
Kollisionserfassung („reaction") |
| t100' | Zeitpunkt
vollständige Füllung (schwere Kollision) |
| t100 | Zeitpunkt
vollständige Füllung (leichte Kollision) |
| F | Füllungsgrad |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5346254 [0003, 0006, 0009, 0028]
- - US 5460405 [0007, 0028]
- - US 5221109 [0007, 0028]
- - EP 1544060 A1 [0012, 0026]