DE102011014650A1

DE102011014650A1 - Kniegassack mit einer zweistufigen Aufblaseinheit

Info

Publication number: DE102011014650A1
Application number: DE201110014650
Authority: DE
Inventors: Thomas Reiter; Nico Wallat
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-09-27
Also published as: WO2012126608A1

Abstract

Es wird ein Kniegassackmodul mit einer Aufblaseinheit und einem Kniegassack (12), welcher durch die Aufblaseinheit zwischen einem unteren Bereich einer Armaturentafel (40) und dem Knie-Schienbeinbereich eines Fahrzeuginsassen aufblasbar ist, beschrieben. Um sowohl für große, schwere Insassen als auch für kleine und leichte Insassen einen guten Schutz zu erreichen, ist die Aufblaseinheit zweistufig ausgebildet, wobei die zweite Stufe gegenüber der ersten Stufe zeitverzögert zündbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kniegassackmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kniegassackmodule finden zunehmend Verbreitung im Automobilbau und werden insbesondere bei Personenkraftwagen mit sehr hartem Crash-Puls eingesetzt. Solche Kniegassackmodule weisen grundsätzlich ein Gehäuse, einen in dieses Gehäuse eingefalteten Kniegassack und eine Aufblaseinheit für diesen Kniegassack auf. Das Gehäuse befindet sich in der Armaturentafel oder in einem sich an die Armaturentafel anschließenden Bereich der Fußraumdecke und der Kniegassack ist so ausgestaltet, dass er sich nach dem Aufblasen durch die Aufblaseinheit zumindest abschnittsweise zwischen einem unteren Bereich der Armaturentafel und dem Knie-Schienbein-Bereich des Fahrzeuginsassen befindet.
Der aufgeblasene Kniegassack des Kniegassackmoduls hat zwei Aufgaben: Zum einen verhindert er das Aufschlagen des Knie-Schienbein-Bereichs des Insassen auf die harte Armaturentafel, zum anderen wirkt er einer Vorverlagerung des Beckens entgegen und trägt so auch zur Gesamtrückhaltung des Insassen bei. Da die Anbindung des Insassen an den Kniegassack zu einem sehr frühen Zeitpunkt erfolgt, insbesondere deutlich früher als der Aufprall auf einen Beifahrer-Gassack, spielt der Kniegassack beim Insassenschutz eine sehr spezielle Rolle, da er einen großen Einfluss auf die Kinematik des Insassen hat. Der Kniegassack ist insbesondere dann wichtig, wenn der Insasse nicht angegurtet ist, jedoch kann der auch einen wichtigen Beitrag zur schonenden und sicheren Rückhaltung eines gegurteten Insassen leisten. Ist kein Kniegassackmodul vorhanden und ist der Insasse angeschnallt, so ist der Gurt in einer Anfangsphase des Rückhalteprozesses das einzige Rückhaltemittel für den Insassen, welcher diesen so lange zurückhalten muss, bis der Frontgassack, beispielsweise der Beifahrer-Frontgassack, vollständig aufgeblasen ist. Um dieses Ziel erreichen zu können, ist es häufig notwendig, dass der Gurt den Insassen insbesondere im Schulterbereich mit einer sehr hohen Kraft zurückhält, was zu Verletzungen im Schulter- und Brustbereich führen kann. Ein frühzeitig aufgeblasener und eine entsprechende Haltekraft zur Verfügung stellender Kniegassack kann die Kräfte, die zu diesem frühen Zeitpunkt zwischen Gurt und Insassen wirken, vermindern, da Kräfte vom Oberkörper über die sich im Wesentlichen waagrecht erstreckenden Oberschenkel und den Kniegassack ins Kraftfahrzeug eingeleitet werden können. Man sieht also, dass der Kniegassack sowohl bei gegurteten als auch bei ungegurteten Insassen eine wichtige Rolle spielen kann.
Problematisch hierbei ist, dass dann, wenn die Haltekräfte des Kniegassacks für einen schweren Mann – beispielsweise ein 95% Mann – ausreichend wären, in der Regel die zulässigen Oberschenkelkräfte für eine 5% Frau überstritten würden, so dass Kniegassäcke derzeit für ihren Einsatz bei einem schweren Mann, insbesondere wenn dieser nicht angegurtet ist, hinter dem zurückbleiben müssen, was sie für diese Konstellation eigentlich leisten könnten.
Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Kniegassackmodul zur Verfügung zu stellen, welches sowohl für große, schwere Insassen als auch für kleine und leichte Insassen einen guten Schutz bietet.
Diese Aufgabe wird durch ein Kniegassackmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Aufblaseinheit, welche vorgesehen ist, um den Kniegassack aufzublasen, zweistufig ausgebildet, wobei die zweite Stufe gegenüber der ersten Stufe zeitverzögert zündbar ist. So kann es erreicht werden, dass zu einem sehr frühen Zeitpunkt eine Anbindung des Knie-Schienbein-Bereichs an den Kniegassack erfolgt – dies jedoch mit nicht all zu großer Kraft – und die maximale Haltekraft zeitverzögert aufgebaut wird. Hierdurch wird der hohe Kraftimpuls, welcher bei Auftreffen des expandierenden Gassackes auf den Knie-Schienbein-Bereichs auftritt, reduziert werden und dennoch kann insgesamt eine sehr große Haltekraft zur Verfügung gestellt werden, welche die oben genannten positiven Effekte sowohl bei einem gegurteten als auch bei einem ungegurteten Insassen hat.
Die erwünschte Charakteristik kann noch dadurch verbessert werden, dass die Aufblaseinheit aus zwei Gasgeneratoren besteht, welche weiter vorzugsweise von einem unterschiedlichen Typ sind, nämlich derart, dass die erste Stufe durch einen schnellen Kaltgasgenerator und die zweite Stufe durch einen pyrotechnischen Gasgenerator gebildet wird. Hierbei füllt der Kaltgasgenerator den Kniegassack sehr schnell mit einem bestimmten Druck, welcher jedoch so bemessen ist, dass er auch im Fall einer 5% Frau nicht zu einer Überschreitung der zulässigen Oberschenkelkräfte führt. Der zeitverzögert gezündete und deutlich langsamere, heißes Gas ausstoßende pyrotechnische Gasgenerator erhöht dann den Druck durch zusätzliches Gas und auch dadurch, dass sich im Kniegassack befindendes Gas aufgeheizt wird. Dies geschieht jedoch vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, zu dem bereits eine Anbindung zwischen dem Knie-Schienbein-Bereich des Insassen und der Prallfläche des Kniegassackes erfolgt ist, wodurch die Belastung durch den Gassack selbst reduziert wird. Trotz der großen Rückhaltekraft, die der Kniegassack nach seinem vollständigen Befüllen dann zur Verfügung stellen kann, ist der Aufprallimpuls der Prallfläche relativ gering. Durch das Nachheizen des Gases mittels des pyrotechnischen Gasgenerators wird auch eine relativ lange Standzeit des Kniegassackes mit einem relativ konstanten Druckniveau erreicht, was in vielen Unfallszenarien vorteilhaft ist.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung der Kombination von einem Kaltgasgenerator und einem pyrotechnischen Gasgenerator ist, das in einem Temperaturbereich zwischen –35°C bis 80°C die bisher auftretenden Leistungsschwankungen deutlich reduziert werden können.
Die Zündverzögerung zwischen erster und zweiter Stufe beträgt vorzugsweise maximal 15 ms, weiter vorzugsweise zwischen 5 und 15 ms.
In manchen Lastfällen wird die zweite Stufe überhaupt nicht benötigt, dies ist insbesondere bei einem leichten Insassen (5%-Frau) der Fall, insbesondere wenn dieser gegurtet ist. In diesem Fall bringt die Zündung der zweiten Stufe in vielen Fällen keinen zusätzlichen Schutz, sondern kann eine zusätzliche Belastung ohne Nutzen bedeuten. Gemäß Anspruch 7 ist es deshalb zu bevorzugen, eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Aufblaseinheit vorzusehen, wobei die Steuereinrichtung die zweite Stufe nur dann zündet, wenn zusätzlich zur Detektion eines Frontal- oder seitlich versetzen Frontalzusammenstoßes wenigstens eine weitere Bedingung vorliegt. Diese weitere Bedingung kann insbesondere die Detektion eines ungegurteten Insassen und/oder die Detektion eines Insassen sein, dessen Gewicht einen vorbestimmten Wert überschreitet. Eine solche Steuereinrichtung kann weiter vorzugsweise aus den gegebenen Parametern auch die passende Zündverzögerung zwischen den beiden Stufen (sofern sie beide gezündet werden) errechnen.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
1: Einen schematisierten Längsschnitt durch den Beifahrer-Bereich eines Personenkraftwagens und
2: Das in 1 Gezeigte während eines Frontalzusammenstoßes.
Die Erfindung wird nun anhand der besten und aufwendigsten Ausführungsform beschrieben. Nach der Beschreibung dieser Ausführungsform wird auf einfachere Varianten hingewiesen, welche mit weniger Sensoren auskommen und welche für manche Anwendungsfälle ebenfalls befriedigende Ergebnisse liefern können.
Die 1 zeigt schematisch einen Fahrzeugsitz 50, nämlich einen Beifahrersitz, und die sich vor dem Fahrzeugsitz 50 befindende Armaturentafel 40. In einem unteren Bereich der Armaturentafel 40 beziehungsweise in einem Übergangsbereich zwischen Armaturentafel 40 und Fußraumdecke ist ein Gehäuse 10 eines Kniegassackmoduls angeordnet. Es handelt sich also um ein sogenanntes „low mount” Kniegassackmodul. Es ist an dieser Stelle jedoch darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung auch bei Kniegassackmodulen mit anderen Geometrien anwendbar ist. In das Gehäuse 10 ist ein Kniegassack 12 eingefaltet, welcher im Falle eines Unfalls zwischen einem unteren Bereich der Armaturentafel 40 und dem Knie-Schienbein-Bereich eines auf dem Fahrzeugsitz 50 sitzenden Insassen aufblasbar ist (siehe 2).
Zum Aufblasen des Kniegassacks dient eine Aufblaseineinheit, welche über eine Steuereinrichtung 20 ansteuerbar ist und welche zwei Stufen aufweist. Im hier gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Zweistufigkeit der Aufblaseinrichtung dadurch erreicht, dass zwei Gasgeneratoren, nämlich ein erster Gasgenerator 14 und zweiter Gasgenerator 16 vorgesehen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Gasgeneratoren 14, 16 jeweils als längliche Zylinder ausgebildet, welche sich innerhalb des Gehäuses 10 befinden. Es sind jedoch auch andere Geometrien möglich. Der erste Gasgenerator 14 ist ein Kaltgasgenerator und der zweite Gasgenerator 16 ist ein pyrotechnischer Gasgenerator. Die Steuereinrichtung 20 verfügt über zwei Ausgänge, nämlich einen ersten Ausgang 26 und einen zweiten Ausgang 27, wobei der erste Ausgang 26 dem ersten Gasgenerator 14 und der zweite Ausgang 27 dem zweiten Gasgenerator 16 zugeordnet ist. Weiterhin verfügt ist Steuereinrichtung 20 über einen ersten Eingang 21, einen zweiten Eingang 22 und einen dritten Eingang 23. Der erste Eingag 21 ist mit einem Crash-Sensor 56, der zweite Eingang 22 mit einem Anschnallsensor in einem Gurtschloss 54 und der dritte Eingang 23 mit einem Gewichtsensor 52 in der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes 50 verbunden. Die Steuereinrichtung 20 ist hier als separates Bauteil dargestellt, physisch betrachtet kann sie natürlich auch ein Teil einer Fahrzeug-ECU sein. Insofern ist der Begriff „Steuereinrichtung 20” als funktionaler Begriff zu verstehen.
Die Funktionsweise des Kniegassackmoduls ist wie folgt: Wird der Steuereinrichtung 20 über den ersten Eingang 21 ein Signal dahingehend zugeleitet, dass sich ein Frontalzusammenstoss oder ein seitlich versetzter frontaler Zusammenstoss geeignet hat, so zündet die Steuereinrichtung 20 über ihren ersten Ausgang 26 den ersten Gasgenerator 14, also den Kaltgasgenerator, zu einem frühstmöglichen Zeitpunkt. Kaltgasgeneratoren sind sehr schnell, so dass eine sehr frühe Ankopplung zwischen Knie-Schienbein-Bereich des Insassen und dem Kniegassack 12 erfolgt (2). Abhängig davon, was der Steuereinrichtung 20 über seine Eingänge 21, 22, 23 weiterhin an Informationen erhält, steuert diese mit einer gewissen Zeitverzögerung, welche beispielsweise 10 ms betragen kann, den zweiten Gasgenerator 16 an. Eine beispielhafte Entscheidungsmatrix ist in nachfolgender Tabelle angegeben:

Angeschnallt? Gewicht Zündung des zweiten Gasgenerators?

nein > 70 kg ja

ja > 70 kg ja

nein 50 bis 70 kg ja

ja 50 bis 70 kg nein

nein < 50 kg nein

ja < 50 kg nein
Diese Entscheidungsmatrix ist nur als beispielhaft zu verstehen, die Werte hängen von den konkreten Gegebenheiten des Kraftfahrzeugs ab. Weiterhin kann die Entscheidungsmatrix grundsätzlich noch wesentlich differenzierter ausgeführt sein und insbesondere ist es auch möglich, dass keine feste Zeitverzögerung gegeben ist, sondern dass eine ideale Zeitverzögerung aus den vorliegenden Parametern, welche auch die Schwere des Unfalls beinhalten können, errechnet wird. In den Fällen, in denen der Insasse angeschnallt ist und der zweite Gasgenerator 16 nicht gezündet wird, wird die Haltefunktion des Gurtbandes, mit dem der Insasse angeschnallt ist, nur etwas unterstützt und ein Durchschlagen des Knie-Schienbein-Bereiches des Insassen auf die Armaturentafel 40 verhindert. Es werden hierbei keine sehr großen Kräfte in die Oberschenkel des Insassen eingeleitet. In den Fällen, in denen der zweite Gasgenerator 16 gezündet wird, übernimmt der Kniegassack einen wesentlichen Teil Rückhaltearbeit, so dass auch entsprechend große Kräfte in die Oberschenkel des zu schützenden Insassen eingeleitet werden.
Wie dies bereits erwähnt wurde, werden die Kraftspitzen schon allein aufgrund der zeitverzögerten Zündung der beiden Gasgeneratoren und aufgrund ihrer unterschiedlichen Charakteristik erzielt, so dass es in manchen Anwendungsfällen möglich sein kann ohne den Gewichtssensor 52 und ohne den Gurtsensor im Gurtschloss 54 auszukommen, wobei der zweite Gasgenerator 16 dann immer gezündet wird. Mischformen zwischen dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel und dem eben Gesagtem sind ebenso möglich, beispielsweise dergestalt, dass der zweite Gasgenerator 16 grundsätzlich im Falle eines nicht angeschnallten Insassen oder grundsätzlich bei der Überschreitung eines bestimmten Gewichtes des Insassen gezündet wird.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
12: Kniegassack
14: erster Gasgenerator (Kaltgasgenerator)
16: zweiter Gasgenerator (pyrotechnischer Gasgenerator)
20: Steuereinrichtung
21: erster Eingang
22: zweiter Eingang
23: dritter Eingang
26: erster Ausgang
27: zweiter Ausgang
40: Armaturentafel
50: Fahrzeugsitz
52: Gewichtssensor
54: Gurtschloss
56: Crash-Sensor

Claims

Kniegassackmodul mit einer Aufblaseinheit und einem Kniegassack (12), welcher durch die Aufblaseinheit zwischen einem unteren Bereich einer Armaturentafel (40) und dem Knie-Schienbeinbereich eines Fahrzeuginsassen aufblasbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblaseinheit zweistufig ausgebildet ist, wobei die zweite Stufe gegenüber der ersten Stufe zeitverzögert zündbar ist.
Kniegassackmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblaseinheit ein zweistufiger Gasgenerator ist.
Kniegassackmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblaseinheit durch zwei Gasgeneratoren gebildet ist, so dass die erste Stufe durch einen ersten Gasgenerator (14) und die zweite Stufe durch einen zweiten Gasgenerator (16) gebildet wird.
Kniegassackmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasgenerator (14) ein Kaltgasgenerator ist und dass der zweite Gasgenerator ein pyrotechnischer Gasgenerator (16) ist.
Kniegassackmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerung zwischen der ersten und der zweiten Stufe bis zu 15 ms beträgt.
Kniegassackmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerung zwischen 5 und 15 ms beträgt.
Kniegassackmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (20) zur Ansteuerung der Aufblaseinheit vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung (20) die zweite Stufe nur dann zündet, wenn zusätzlich zur Detektion eines Frontal- oder seitlich versetzten Frontalzusammenstoßes wenigstens eine weitere Bedingung vorliegt.
Kniegassackmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Bedingung die Detektion eines nicht gegurteten Insassen ist.
Kniegassack nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Bedingung die Detektion eines Insassen ist, dessen Größe und/oder Gewicht einen vorbestimmten Wert überschreitet.