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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugsicherheitssystems mit einem Gasgenerator.
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Ein bekannter Gasgenerator, eines entsprechenden Fahrzeugsicherheitssystems weist ein oder mehrere pyrotechnische Materialien, welche unterschiedliche chemische Zusammensetzung und/oder verschiedene geometrische Erscheinungsformen, wie z.B. in Form von Pulver, Granulat, extrudierte oder gepresste Formkörper haben, auf. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein derartiger reiner pyrotechnischer Gasgenerator auch noch einen im Ruhezustand mit komprimierten Gas gefüllten Druckgasbehälter aufweisen und wird in solch einem Fall dann als ein sogenannter Hybridgasgenerator bezeichnet. Im Aktivierungsfall des Gasgenerators wird das pyrotechnische Material unter einer Gasentwicklung kontrolliert abgebrannt, wobei das dadurch gebildete Gas zur Befüllung eines Luftsacks bereitgestellt werden kann. Das Abbrandverhalten derartiger pyrotechnischer Materialien sowie auch das Expansionsverhalten komprimierter Gase ist grundsätzlich temperaturabhängig. Somit ist bekanntermaßen auch der Betrieb eines Fahrzeugsicherheitssystems mit einem derartigen Gasgenerator, und damit auch beispielsweise das Befüllen eines Gassacks oder das Betätigen eines Gurtstraffers, in gewissem Maße temperaturabhängig. Jedoch ist es selbstverständlich wünschenswert, dass das Fahrzeugsicherheitssystem seine Schutzwirkung stets zu einem für den Fahrzeuginsassen optimalen Zeitpunkt bereitstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Betrieb eines Fahrzeugsicherheitssystems hinsichtlich des Auslöseverhaltens des Gasgenerators zu verbessern.
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Dies wird mit einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugsicherheitssystems erreicht, das die in Patentanspruch 1 genannten Schritte umfasst. Das Fahrzeugsicherheitssystem weist einen Gasgenerator, insbesondere mit einem pyrotechnischen Anzünder, auf, sowie ein Pre-Crash-Sensorsystem, das einen vorhergesagten Aufprallzeitpunkt liefert, einen Temperatursensor und eine Steuerung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird abhängig von der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur auf das Ansprechen des Pre-Crash-Sensorsystems hin durch die Steuerung ein Zündzeitpunkt des Gasgenerators relativ zum vorhergesagten Aufprallzeitpunkt festgelegt und der Gasgenerator zum Zündzeitpunkt aktiviert.
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Das Pre-Crash-Sensorsystem erfasst beispielsweise einen bevorstehenden (unvermeidlichen) Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis, wobei das Pre-Crash-Sensorsysteme etwa 30-100 ms vor dem tatsächlichen Zusammenprall in der Lage sein soll, ansprechen zu können. Diese Zeitspanne vor dem vorhergesagten Aufprallzeitpunkt wird erfindungsgemäß genutzt, um den Zündzeitpunkt des Gasgenerators in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur so festzulegen, dass das Fahrzeugsicherheitssystem zum gewünschten Zeitpunkt kurz vor, zeitgleich mit oder kurz nach dem tatsächlichen Aufprall für den Fahrzeuginsassen zur Verfügung steht und seine volle Rückhaltewirkung für den Fahrzeuginsassen entfaltet.
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Die Temperatur wird vorteilhaft in unmittelbarer Nähe des Gasgenerators gemessen, um eine möglichst genaue Aussage über die zu erwartende Gasentwicklung bei einem Abbrand der pyrotechnischen Materialien bzw. dem Expansionsverhalten eines komprimierten Gases im Gasgenerator zu erhalten. Zu diesem Zweck kann für jeden Gasgenerator im Fahrzeug ein eigener Temperatursensor vorgesehen sein, der dann bevorzugt in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Gasgenerators angeordnet ist, beispielsweise innerhalb eines Gassackmoduls oder integriert in einen Gurtstraffer des jeweiligen Fahrzeugsicherheitssystems.
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Alternativ ist es auch möglich, einen allgemeinen Temperatursensor zu verwenden, dessen Messwert quasi als allgemeiner Temperaturwert bei einem bestimmten Zeitpunkt für sämtliche Gasgeneratoren im Fahrzeug verwendet wird.
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Der Temperaturwert des Temperatursensors kann grundsätzlich ständig in festgelegten Zeit-Intervallen erfasst werden, oder eine Temperaturmessung kann alternativ oder zusätzlich zu dem Zeitpunkt erfolgen, in dem das Pre-Crash-Sensorsystem anspricht.
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Bevorzugt wird eine Gasentwicklung des Gasgenerators bzw. in dem oder durch den Gasgenerator bei einer niedrigsten spezifizierten Betriebstemperatur zur Festlegung des Zündzeitpunkts zugrunde gelegt, und in Abhängigkeit der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur wird der Zündzeitpunkt mit steigender Temperatur in Richtung des vorhergesagten Aufprallzeitpunkts verschoben. Auf diese Weise ist eine temperaturabhängige Füllzeit eines Gassacks anpassbar bzw. einstellbar. Die niedrigste spezifizierte Betriebstemperatur für den Gasgenerator bzw. für ein Fahrzeugsicherheitssystem mit einem derartigen Gasgenerator beträgt beispielsweise -35 °C.
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Eine signifikante Verschiebung des Zündzeitpunkts ist insbesondere für Gasgeneratoren sinnvoll, die pyrotechnisches Material enthalten, das zum Betrieb des Fahrzeugsicherheitssystems beiträgt, z.B. zur Füllung eines Gassacks, wobei der Gasgenerator ein Füllgas zur Füllung des Gassacks liefert. Derartige Gasgeneratoren enthalten auch außerhalb des pyrotechnischen Anzünders ein pyrotechnisches Material zur Gasentwicklung. Eine Verwendung bei Hybridgasgeneratoren, die zusätzlich zu pyrotechnischem Material ein Inertgas enthalten, ist jedoch auch möglich, da auch dieser Typ von Gasgenerator eine Temperaturabhängigkeit bei der Gasentwicklung zeigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Fahrzeugsicherheitssystem einen Gassack, der insbesondere temperaturabhängig innerhalb einer Füllzeit von ca. 20 - 100 ms im Wesentlichen komplett mit Füllgas gefüllt wird. Bei der Verwendung eines entsprechenden Pre-Crash-Sensorsystems ist es damit möglich, bereits zum oder kurz nach dem Aufprallzeitpunkt einen komplett gefüllten Gassack bereitzustellen, um den Fahrzeuginsassen aufzufangen.
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Natürlich ist die Erfindung auch für andere Fahrzeugsicherheitssysteme umsetzbar, beispielsweise für einen Gurtstraffer, dessen Mechanik von einem Gasgenerator angetrieben wird.
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Vorteilhaft wird der Zündzeitpunkt des Gasgenerators in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur so gesetzt, dass der Zeitpunkt der maximalen Gassackfüllung mit dem vom Pre-Crash-Sensorsystem vorhergesagten Aufprallzeitpunkt zusammenfällt oder etwa 1 - 50 Millisekunden nach dem vorhergesagten Aufprallzeitpunkt liegt, sodass der Fahrzeuginsasse bereits zu Beginn seiner Verlagerungsbewegung, die er aufgrund eines Aufpralls des Fahrzeuges auf ein Hindernis erfährt, mittels eines aufgeblasenen Luftsacks aufgefangen werden kann.
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Der Zündzeitpunkt des Gasgenerators kann z.B. um ca. 20 - 90 ms, abhängig vom verwendeten Pre-Crash-Sensorsystem, vor den vorhergesagten Aufprallzeitpunkt gesetzt werden.
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Entsprechend der Temperaturabhängigkeit der chemischen Reaktionen beim Abbrand von pyrotechnischem Material sollte der Zündzeitpunkt des Gasgenerators bei niedrigen vom Temperatursensor gemessenen Temperaturen früher gesetzt werden als bei hohen Temperaturen, damit der Gassack relativ zum Aufprallzeitpunkt eines Fahrzeuges auf ein Hindernis im Wesentlichen stets zum selben Zeitpunkt komplett gefüllt ist.
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Vorzugsweise liefert das Pre-Crash-Sensorsystem auch eine Vorhersage über eine Kollisionsgeschwindigkeit, die in die Festlegung des Zündzeitpunkts des Gasgenerators mit eingeht.
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Auch andere Vorhersagen über die Schwere des bevorstehenden Aufpralls, wie beispielsweise ein Aufprallwinkel, ein seitlicher Versatz des Fahrzeugs bezüglich des Hindernisses, oder ob eine Kollision mit einem anderen Fahrzeug oder einem feststehenden Hindernis erfolgt, lassen sich bei der Festsetzung des Zündzeitpunkts berücksichtigen.
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Falls der Gasgenerator mehrere voneinander unabhängig aktivierbare Stufen bzw. Kammern mit pyrotechnischen Material hat, kann auch die Anzahl der gezündeten Stufen sowie ein Zeitversatz der einzelnen Stufen von der Steuerung in Abhängigkeit der vom Pre-Crash-Sensorsystem und dem Temperatursensor gelieferten Daten festgelegt werden.
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So lässt sich auch ein Schweregrad des Aufpralls mitberücksichtigen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem schweren Aufprall ein komplettes Befüllen des Gassacks möglichst schnell erfolgt, um eine größere Rückhaltewirkung zu entfalten, wohingegen bei einem leichteren Aufprall der Gassack langsamer befüllt wird, um ein weicheres Eintauchen bzw. Zurückhalten des Fahrzeuginsassen in den Gassack zu ermöglichen. Dies lässt sich gegebenenfalls auch durch die Wahl eines früheren oder späteren Zündzeitpunkts erreichen, um über den Füllgrad des Gassacks zum Zeitpunkt des Eintauchens des Fahrzeuginsassens in den Gassack die Härte des Gassacks einzustellen.
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Für eine schnelle Festlegung des Zündzeitpunkts sind vorzugsweise in der Steuerung für vorab festgelegte Temperaturen und Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und/oder Kollisionsgeschwindigkeiten Verschiebungszeiten zum Verändern des Zündzeitpunkts des Gasgenerators relativ zum Aufprallzeitpunkt hinterlegt. Somit kann die erforderliche Verschiebung des Zündzeitpunkts einfach in einer in der Steuerung abgespeicherten Tabelle abgerufen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsicherheitssystems, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann; und
- - 2 ein schematisches Diagramm, das eine Verschiebung des Zündzeitpunkts eines Gasgenerators des Fahrzeugsicherheitssystems in Abhängigkeit der Temperatur gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht.
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In 1 ist schematisch ein Fahrzeugsicherheitssystem 10 dargestellt, das einen Gasgenerator 12 mit einem pyrotechnischen Anzünder 13 umfasst, sowie eine Steuerung 14, die mit dem Gasgenerator 12 verbunden ist. Außerdem ist ein Temperatursensor 16 vorgesehen sowie ein Pre-Crash-Sensorsystem 18, die beide Daten an die Steuerung 14 liefern. Die Steuerung 14 kann Einfluss auf einen Zündzeitpunkt tz des Gasgenerators 12 nehmen und diesen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zwischen einem frühesten Zündzeitpunkt tZ,min und einem spätesten Zündzeitpunkt tZ,max verschieben.
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Das Pre-Crash-Sensorsystem 18 ist auf bekannte, nicht näher beschriebene Weise dazu in der Lage, einen unvermeidbaren, unmittelbar bevorstehenden Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis vorherzusagen. Hierzu umfasst das Pre-Crash-Sensorsystem 18 beispielsweise eine Abstandsmessvorrichtung, insbesondere basierend auf einem Kamera- und/oder Radarsystem und/oder einer Laser-oder Ultraschallmessung. Das Pre-Crash-Sensorsystem 18 kann in diesem Beispiel auch eine Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs zum Hindernis und gegebenenfalls auch einen Aufprallwinkel und/oder einen seitlichen Versatz des Fahrzeugs bezüglich des Hindernisses erfassen.
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Auch andere, auf das Fahrzeug und/oder das Hindernis bezogene Daten können gegebenenfalls vom Pre-Crash-Sensorsystem 18 erfasst oder von anderen Systemen an dieses oder an die Steuerung 14 übermittelt werden.
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Das Fahrzeugsicherheitssystem 10 umfasst in diesem Beispiel einen Gassack 20, der vom Gasgenerator 12 mit Füllgas versorgt wird.
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Der Temperatursensor 16 ist in diesem Beispiel in unmittelbarer Nähe des Gasgenerators 12 angeordnet, beispielsweise innerhalb eines Gassackmoduls, in dem der Gasgenerator 12 und der Gassack 20 aufgenommen sind. Daher gibt die vom Temperatursensor 16 gemessene Temperatur T eine aktuelle Temperatur des Gasgenerators 12 wieder.
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Anstelle eines Gassacks 20 konnte das Fahrzeugsicherheitssystem 10 beispielsweise auch einen Gurtstraffer umfassen, der durch das von Gasgenerator 12 erzeugte Gas angetrieben wird (nicht gezeigt).
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Wenn im Fahrzeug mehrere Fahrzeugsicherheitssysteme 10 vorhanden sind, beispielsweise mehrere Gassackmodule und/oder mehrere Gurtstraffer, so kann jedem der Fahrzeugsicherheitssysteme 10 ein eigener Temperatursensor 16 zugeordnet sein, wobei dieser Temperatursensor 16 dann jeweils möglichst in der Nähe des zugeordneten Gasgenerators 12 des jeweiligen Fahrzeugsicherheitssystems 10 angeordnet sein sollte.
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Alternativ kann ein gemeinsamer Temperatursensor 16 für mehrere Fahrzeugsicherheitssysteme 10 verwendet werden, der dann beispielsweise an zentraler Stelle im Fahrzeug angeordnet ist.
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Wenn das Pre-Crash-Sensorsystem 18 anspricht und einen vorhergesagten Aufprallzeitpunkt tA an die Steuerung 14 übergibt, legt die Steuerung 14 einen Zündzeitpunkt tz fest, zu dem der Gasgenerator 12 aktiviert wird, also der Anzünder 13 des Gasgenerators 12 gezündet wird.
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Der Zündzeitpunkt tz wird in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur Tz, die vom Temperatursensor 16 ermittelt wurde, festgesetzt, wobei der Zündzeitpunkt tz zwischen dem frühesten Zündzeitpunkt tZ, min und dem spätesten Zündzeitpunkt tZ,max variiert werden kann. Der früheste Zündzeitpunkt tZ,min korreliert mit einer festgelegten Minimaltemperatur Tmin zum Betrieb des Fahrzeugsicherheitssystems 10, die beispielsweise -35 °C betragen kann, während der späteste Zündzeitpunkt tZ, max mit einer maximalen Betriebstemperatur Tmax korreliert, die beispielsweise bei +85 °C liegen kann.
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Als Referenzwert ist hier der früheste Zündzeitpunkt tZ, min gewählt. Liegt die aktuell gemessene Temperatur Tz oberhalb der Minimaltemperatur Tmin, so wird der aktuelle Zündzeitpunkt tz auf einen späteren Zeitpunkt in Richtung zum vorhergesagten Aufprallzeitpunkt tA hin verschoben.
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Der Zündzeitpunkt tz des Gasgenerators 12 wird also bei niedrigen vom Temperatursensor 16 gemessenen Temperaturen Tz früher gesetzt als bei hohen Temperaturen TZ,, um eine temperaturbedingte Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit des pyrotechnischen Materials bei höheren Temperaturen auszugleichen.
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In einer möglichen Variante wird die aktuelle Temperatur Tz zu dem Zeitpunkt ermittelt, in dem das Pre-Crash-Sensorsystem 18 anspricht, und diese Temperatur Tz wird an die Steuerung 14 übermittelt, worauf hin der Zündzeitpunkt tz festgelegt wird.
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In einer anderen möglichen Variante ermittelt der Temperatursensor 16 zu festgelegten Zeitabständen, beispielsweise im Abstand von wenigen Minuten, während des normalen Fahrbetriebs eine Temperatur T und übermittelt diese an die Steuerung 14. Spricht das Pre-Crash-Sensorsystem 18 an, so wird der zuletzt übermittelte Wert als aktueller Temperaturwert Tz zur Festlegung des Zündzeitpunkts tz herangezogen.
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Die Verschiebungszeit Δt des Zündzeitpunkts tz in Abhängigkeit von der Temperatur T ist hier in einer vorab durch Experimente und/oder Simulationen ermittelten Tabelle abgelegt, die in der Steuerung 14 abgespeichert ist.
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Von der Aktivierung des Gasgenerators an benötigt der Gassack 20 eine temperaturabhängige Füllzeit tF, bis er seine maximale Gasfüllung erreicht hat. Der Gassack 20 weist beispielsweise eine Füllzeit tF von 20 - 100 ms auf.
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Der Zündzeitpunkt tz wird von der Steuerung 14 so festgelegt, dass die Füllzeit tF zum einem gewünschten Zeitpunkt kurz vor, genau zum oder kurz nach dem vorhergesagten Aufprallzeitpunkt tA verstrichen ist. Der Zeitpunkt tF,max, zu dem die maximale Gassackfüllung erreicht ist, ist in diesem Beispiel in einem Zeitraum von +/- 15 ms um den vorhergesagten Aufprallzeitpunkt tA festlegbar.
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Der Zeitpunkt tF,max, wird dabei in Abhängigkeit der Art und Geometrie des Fahrzeugsicherheitssystem 10 festgelegt. Dabei können beispielsweise auch ein aktueller Abstand und/oder eine Bewegung des Fahrzeuginsassen relativ zum Gassack 20 sowie Größe und Gewicht des Fahrzeuginsassen eingehen. In 2 ist beispielhaft der Zeitpunkt tF,max einige Millisekunden nach dem vorgesagten Aufprallzeitpunkt tA gewählt.
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Empfängt die Steuerung 14 auch Daten zur Kollisionsgeschwindigkeit oder zu einer erwarteten Schwere des Aufpralls, so können auch diese berücksichtigt werden, um den Zündzeitpunkt tz so anzupassen, dass der Zeitpunkt tF,max der maximalen Gassackfüllung zum gewünschten Zeitpunkt erreicht wird.
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Generell können beispielsweise bei einem mehrstufigen Gasgenerator 12, welcher also mindestens zwei voneinander unabhängig aktivierbare bzw. zündbare Stufen mit entsprechenden pyrotechnischen Materialien, die im Aktivierungsfall Befüllgas für einen Luftsack bereitstellen können, aufweist auch die Anzahl und/oder der zeitliche Abstand der aktivierten Stufen variiert werden, um ein härteres oder weicheres Auffangen bzw. Kontaktieren des Fahrzeuginsassen mit einem aufblasbaren Luftsack, insbesondere abhängig von der vorhergesagten Schwere der Kollision, zu ermöglichen.
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In einer möglichen Ausführungsform spricht das Pre-Crash-Sensorsystem 18 etwa 100 ms vor einem Aufprall an, sodass der Zündzeitpunkt tz z.B. um bis zu 90 ms vor den vorhergesagten Aufprallzeitpunkt tA gesetzt werden kann. Wenn das Pre-Crash-Sensorsystem 18 nur ein kürzeres Vorhersageintervall, beispielsweise von nur 30 ms, hat, reduziert sich der Anpassungsspielraum entsprechen, beispielsweise auf z.B. bis zu 20 ms.
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Die Erfindung ist sowohl mit Gasgeneratoren 12 umsetzbar, bei denen das zum Betrieb des Fahrzeugsicherheitssystems 10 gelieferte Gas hauptsächlich aus pyrotechnischem Material stammt, als auch bei Gasgeneratoren 12, bei denen das Gas teilweise aus dem Gasgenerator 12 gespeicherten Inertgas gewonnen wird (sogenannte HybridGasgeneratoren).
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Generell lässt sich die durch die Vorhersage des Aufprallzeitpunkts tA durch das Pre-Crash-Sensorsystem 18 gewonnene Zeitspanne nutzen, um den Zündzeitpunkt tz des Gasgenerators 12 so festzulegen, dass die bestmögliche Rückhaltewirkung für den Fahrzeuginsassen erzielt wird.
