DE19610299B4

DE19610299B4 - Sicherheitseinrichtung mit einem steuerbaren Gasgenerator für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19610299B4
Application number: DE1996110299
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Hitzeroth
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: DE19610299A1

Abstract

Sicherheitseinrichtung mit einem steuerbaren Gasgenerator (7) für ein Kraftfahrzeug,
– mit einer Steuereinheit (2), an die einerseits Sensoren (3, 4, 5, 6) zur Erfassung eines Auslösefalls und individueller Daten eines Insassen angeschlossen sind, und andererseits eine Zündeinrichtung (9) zur Zündung einer Treibladung des einen Gasgenerators (7) in einer Brennkammer (8) des Gasgenerators (7) angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass der eine Gasgenerator (7) ein Treibladungsreservoir (11) mit einer Dosiereinrichtung (10) aufweist, wobei aus dem Treibladungsreservoir (11) mittels der Dosiereinrichtung (10) eine vorbestimmbare Treibladungsmenge entnehmbar ist,
– dass die Dosiereinrichtung (10) mit der Steuereinheit (2) zur gesteuerten Entnahme der vorbestimmten Treibladungsmenge aus dem Treibladungsreservoir (11) verbunden ist,
– dass von der Steuereinheit (2) die Treibladungsmenge und/oder der Zündablauf in Abhängigkeit der von den Sensoren (3, 4, 5, 6) ermittelten Daten so bestimmt werden, dass bei maximaler Sicherheitsfunktion die biomechanische Belastung des Insassen minimiert wird, und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung mit einem steuerbaren Gasgenerator für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Allgemein bekannte Sicherheitseinrichtungen mit einem steuerbaren Gasgenerator für ein Kraftfahrzeug sind beispielsweise aufblasbare Airbags und Gurtstraffer als Rückhaltesysteme.
Eine solche Sicherheitseinrichtung umfasst insbesondere Beschleunigungssensoren, die Fahrzeugverzögerungen aufnehmen und an eine Steuereinheit angeschlossen sind. Bei hohen Verzögerungswerten, wie sie bei einem starken Fahrzeugaufprall auftreten, wird von der Steuereinheit das Überschreiten eines bestimmten Schwellwerts festgestellt und ein Auslösefall detektiert, worauf mit einer angeschlossenen Zündeinrichtung eine Treibladung eines Gasgenerators gezündet wird.
Es ist auch bereits bekannt, die Auslösung von weiteren Randbedingungen abhängig zu machen:
Beispielsweise ist ein Sitzbelegungsschalter als Druckschalter bekannt, der in den Auslösekreis mit einbezogen ist dergestalt, dass bei einem nicht belegten Beifahrersitz unabhängig von den übrigen Auslösekriterien keine Zün dung der Treibladung für einen Beifahrer-Airbag erfolgt. Zudem ist es bekannt, die Richtung der Verzögerung über die Sensoren festzustellen und unterschiedlich angeordnete Sicherheitssysteme, wie beispielsweise einen Front und/oder einen Seitenairbag bei einem Seitenaufprall auszulösen. Weiter ist es bekannt, individuelle Daten eines Insassen mit Sensoren und Messgeräten zu ermitteln und bei der Auslösung zu berücksichtigen. Solche individuelle Daten sind insbesondere das Gewicht und die Größe eines Insassen sowie seine Sitzposition relativ zu einem Airbagmodul.

Bei einer gattungsgemäßen, bekannten Sicherheitseinrichtung ( DE 44 98 258 T1 ) mit einem steuerbaren Gasgenerator für ein Kraftfahrzeug sind an einer Steuereinheit einerseits Sensoren zur Erfassung eines Auslösefalls und individueller Daten eines Insassen und andererseits eine Zündeinrichtung zur Zündung einer Treibladung des Gasgenerators angeschlossen. Es soll eine hohe Sicherheitsfunktion bereit gestellt werden, bei gleichzeitig möglichst geringer biomechanischer Belastung eines Insassen im Auslösefall. Dies wird erreicht, indem zwei voneinander unabhängig zündbare, komplette Gasgeneratoren an eine Steuereinheit angeschlossen sind. Die zwei voneinander unabhängigen Gasgeneratoren weisen jeweils ein eigenes Treibladungsreservoire mit einer vom Hersteller beigegebenen unveränderbaren Treibladungsmenge sowie eine zugeordnete Zündpille auf. Eine Anpassung an individuelle Gegebenheiten erfolgt dadurch, dass einer oder beide dieser unabhängig voneinander zündbaren kompletten Gasgeneratoren gezündet werden und den Airbag befüllen, wobei auch eine zeitlich gestufte Zündung möglich ist. Mit nur zwei voneinander unabhängigen Gasgeneratoren ist nur eine grobe Anpassung an individuelle Gegebenheiten möglich. Auch eine feinstufigere Anpassung an individuelle Gegebenheiten ist durch die entsprechende Verwendung von fünf kompletten unabhängigen Gasgeneratoren bekannt (WO 95/19 278). Die Anordnung und Zuordnung einer Mehrzahl unabhängiger Gasgeneratoren an einem Airbag ist jedoch wegen hoher Kosten und Platzproblemen nicht praktikabel.

Auch bei einer weiter bekannten Sicherheitseinrichtung ( DE 40 41 049 A1 ) soll die Befüllung eines Airbags an erfasste, individuelle Gegebenheiten anpassbar sein, um die biomechanische Belastung eines Insassen im Auslösefall möglichst gering zu halten. Dazu wird hier nur ein Gasgenerator verwendet, dessen Treibladungsmenge vom Hersteller unverändert vorgegeben ist. Beim Zünden der Treibladungsmenge strömt das Treibgas in einen dem Airbag vorgeschalteten stabilen Behälter, aus dem dann ventilgesteuert eine individuell vorbestimmte Treibgasmenge einem an den Behälter angeschlossenen Airbag zugeführt wird. Dazu ist zwingend ein dem Airbag vorgeschalteter Gasbehälter erforderlich, was zu ungünstigen Füllzeitverzögerungen für den Airbag und zu bauraumintensiven Modulen führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung mit einem steuerbaren Gasgenerator für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, mit der bei guter Sicherheitsfunktion die biomechanische Belastung eines Insassen im Auslösefall minimierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 weist der eine Gasgenerator ein Treibladungsreservoir mit einer Dosiereinrichtung auf, wobei aus dem Treibladungsreservoir mittels der Dosiereinrichtung eine vorbestimmbare Treibladungsmenge entnehmbar ist. Die Dosiereinrichtung ist mit der Steuereinheit zur gesteuerten Entnahme der vorbestimmten Treibladungsmenge aus dem Treibladungsreservoir verbunden. Von der Steuereinheit werden die Treibladungsmenge und/oder der Zündablauf in Abhängigkeit der von den Sensoren ermittelten Daten so vorbestimmt, dass bei maximaler Sicherheitsfunktion die biomechanische Belastung des Insassen minimiert wird. Die Steuereinheit steuert die Dosiereinrichtung und Zündeinrichtung so an, dass nur die vorbestimmte Treibladungsmenge zu einer vorbestimmten Zeit aus dem Treibladungsre servoir mittels der Dosiervorrichtung entnommen und für eine Zündung in der Brennkammer des Gasgenerators freigegeben wird.

Durch eine genaue Dosierung der Treibladungsmenge ist hier eine entsprechend genaue individuelle Anpassung im Auslösefall möglich. Die Treibladungsmenge wird hierzu vor der Brennkammer dosiert.

In einer ersten Ausführungsform nach den Ansprüchen 2 und 3 wird nach der Erfassung der individuellen Daten als Vorbereitung und Einstellung auf einen möglichen Auslösefall aus dem Treibladungsreservoir eine anhand der ermittelten Daten berechnete und vorgegebene Treibladungsmenge in einer Brennkammer für eine Zündung bereitgestellt. Im Auslösefall wird somit nur diese optimal auf die individuellen Gegebenheiten abgestimmte Treibladungsmenge beispielsweise für das Aufblasen eines Airbags oder die Straffung eines Sicherheitsgurts verwendet. Die überschüssige Treibladungsmenge im Treibladungsreservoir wird dagegen nicht gezündet. Ersichtlich ist im Treibladungsreservoir eine für alle möglichen Gegebenheiten ausreichende Treibladungsmenge zur Verfügung zu stellen.

Die Bereitstellung dieser angepassten Treibladungsmenge ist reversibel und wird durch ein wechselweises hin- und herpumpen der Treibladung zwischen dem Treibladungsreservoir und der Brennkammer bewirkt.

Bevorzugt wird dabei eine Treibladungsmenge in der Brennkammer ständig bereitgehalten, die für statistisch ermittelte Durchschnittsfälle entsprechend den bisherigen Standard-Treibladungsmengen ausreicht. Ausgehend von dieser Treibladungsmenge wird über eine Pumpe aus dem Treibladungsreservoir zur Anpassung noch Treibladung dazugepumpt oder abgepumpt. Bei dieser Ausführung kann das Treibladungsreservoir relativ klein gehalten werden. Zudem kann das Umpumpen einer kleinen Anpassungsmenge in relativ kurzen Zeiten auch bei kleiner Pumpenleistung erfolgen. Selbst bei län geren Anpassungszeiten steht hier in jedem Fall, beispielsweise unmittelbar nach dem Wegfahren mit dem Fahrzeug eine üblichen Verhältnissen angepasste Treibladungsmenge zur Zündung zur Verfügung, so dass die grundsätzliche Sicherheitsfunktion der Sicherheitseinrichtung ständig auch bei einem Ausfall der Dosiereinrichtung in der bisherigen Form gegeben ist.

In diesem Zusammenhang wird nach Anspruch 4 eine an sich bekannte Mikropumpe als Dosiereinrichtung vorgeschlagen. Solche Mikropumpen sind durch Ätztechniken, wie sie von der Halbleiterherstellung bekannt sind, in Größen von wenigen Millimetern herstellbar. Die Pumpleistung solcher Mikropumpen ist für die vorbeschriebene Anpassung ausreichend. Zudem können sie wegen ihres geringen Volumens und geringen Gewichts einfach in Gasgeneratormodule integriert werden.

In einer weiteren anderen Ausführungsform nach Anspruch 5 ist als Dosiereinrichtung eine Drosselventilanordnung mit steuerbarem Querschnitt für die Treibladungsleitung eingesetzt. Von der Steuereinrichtung wird dazu vor einem Auslösefall reversibel ein berechneter vorbestimmter Querschnitt anhand der individuellen Daten vorgegeben und eingestellt. Auch hier wird zweckmäßig von einem für durchschnittliche Gegebenheiten geeigneten Querschnitt als Grundeinstellung für eine Anpassung ausgegangen.

Eine Querschnittsvariation bestimmt im wesentlichen die Austrittsgeschwindigkeit für die Treibladung und damit die zeitliche Kennung im Auslösefall. Eine Kombination mit der vorbeschriebenen Anpassung der Treibladungsmenge ist möglich und je nach den Gegebenheiten zweckmäßig.

Im weiteren werden Ausführungsformen mit im Prinzip irreversiblen, hochdynamischen Vorgängen im Auslösefall angegeben.

Gemäß Anspruch 6 wird vorgeschlagen, dass bei einem Auslösefall durch die Dosiereinrichtung eine anhand der individuellen Daten und/oder ermittelter Verzögerungsdaten von der Steuereinheit vorgegebene Treibladungsmenge hochdynamisch aus dem Treibladungsreservoir innerhalb eines bestimmten Zeitverlaufs für eine Zündung zur Verfügung gestellt wird. Die Dosiereinrichtung kann nach den Ansprüchen 7 und 8 aus Pumpen, Drosselventilen und Absperrventilen sowie Kombinationen davon bestehen. Auch hierbei wird für individuelle Anpassungen von einer Grundeinstellung entsprechend durchschnittlicher Gegebenheiten ausgegangen, so dass die Sicherheitsfunktion für einen durchschnittlichen Fall ständig zur Verfügung steht.

Gemäß Anspruch 9 kann eine stoßweise pulsierend aufeinanderfolgende Nachdosierung der Treibladung durchgeführt werden.

Die angegebene Steuerung und Anpassung ist nach Anspruch 10 sowohl für flüssige und/oder gasförmige Treibladungen geeignete, insbesondere zur Betätigung von Airbags oder Gurtstrammern.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

In der einzigen Figur ist in einem Blockdiagramm schematisch ein steuerbarer Gasgenerator 1 einer Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug dargestellt.
Eine Steuereinheit 2 umfaßt eine Meßwerterfassungs- und Recheneinheit. An die Steuereinheit 2 sind ein oder mehrere Beschleunigungsaufnehmer 3 angeschlossen, über die eine Verzögerung des Fahrzeugs festgestellt wird. Die Überschreitung eines vorbestimmten Verzögerungswerts, wie er bei einer Kollision auftritt wird als eine Bedingung für die Auslösung der Sicherheitseinrichtung in der Steuereinheit 2 verarbeitet.
Weiter sind an die Steuereinheit Einrichtungen zur Ermittlung individueller Daten von Insassen angeschlossen. Davon sind beispielsweise ein Sitzbelegungsschalter 4, ein Sensor 5 zur Ermittlung zur Längseinstellung eines Sitzes und ein Sensor 6 zur Ermittlung einer Lehnenneigung angegeben, wodurch die Belegung des Sitzes und eine individuelle Sitzeinstellung einer Person ermittelt werden. Weiter können der Steuereinheit 2 Daten aus einer Infrarotabtastung eingegeben werden, mit der auch die Größe eines Insassen ermittelbar ist.
An die Steuereinheit 2 ist eine Gasgeneratoreinheit 7 angeschlossen. Diese besteht aus einer Brennkammer 8 mit Zündeinrichtung 9 und einer der Brennkammer 8 vorgeschalteten Dosiereinrichtung 10 mit einem Treibladungsreservoir 11.
An die Brennkammer 8 sind ein Airbag oder eine Gurtstrammeranordnung angeschlossen (nicht dargestellt).
Die dargestellte Anordnung hat folgende Funktion:
In einer ersten Ausführungsform werden über die Sensoren 4, 5, 6 individuelle Daten, insbesondere die Sitzposition eines Insassen ermittelt und von der Steuereinheit 2 daraus eine optimierte Treibladungsmenge errechnet, bei der eine maximale Sicherheitsfunktion der Sicherheitseinrichtung bei einer minimierten biomechanischen Belastung des betroffenen Insassen vorliegt. Dies erfolgt reversibel und unabhängig von einem Auslösefall. In der Brennkammer 8 steht ständig eine an durchschnittliche Verhältnisse angepaßte Treibladungsmenge zur Verfügung. Die Dosiereinrichtung 10 besteht hier aus einer Mikropumpe, mit der in der Brennkammer 8 die berechnete Treibladungsmenge eingestellt wird. Dazu wird aus dem Treibladungsreservoir 11 zusätzliche Treibladung in die Brennkammer 8 gepumpt, wenn die errechnete, optimale Treibladungsmenge größer als die durchschnittliche Treibladungsmenge ist. Falls eine geringere Treibladungsmenge erforderlich ist, wird durch die Mikropumpe aus der Brennkammer 8 Treibladung in das Treibladungsreservoir 11 zurückgepumpt. Dieser Vorgang erfolgt reversibel. Die Steuerung kann hier zeitlich kontinuierlich arbeiten. Zweckmäßig wird jedoch eine solche vom Auslösefall unabhängige Voreinstellung der Treibladungsmenge nur bei sicherheitsrelevanten, von der Steuereinheit 2 erkannten Größenänderungen der individuellen Daten vorgenommen. Bei nur geringen Datenänderungen bleibt die Regelung und damit die Mikropumpe deaktiviert.
Wenn über den Beschleunigungssensor 3 ein großer Verzögerungswert entsprechend einer Kollision von der Steuereinheit 2 und zusätzlich über den Sitzbelegungsschalter 4 ein belegter Sitz festgestellt wird, ist dies ein Auslösefall und die Steuereinheit 2 aktiviert über die Leitung 12 die Zündeinrichtung 9. Dies erfolgt im wesentlichen unabhängig von der Ansteuerung und Treibladungsmengenanpassung, die über die Leitung 13 zur Dosiereinrichtung 10 erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform enthält die Dosiereinrichtung 10 ein Drosselventil mit steuerbarem Querschnitt ggf. in Verbindung mit einer Pumpe. In einem Auslösefall wird hier aus dem Treibladungsreservoir 11 hochdynamisch der gesamte oder ein angepaßter zusätzlicher Anteil einer Treibladungsmenge in die Brennkammer 8 gefördert. Dadurch ist bei entsprechender Ansteuerung durch die Steuereinheit eine an die individuellen Gegebenheiten eines Insassen angepaßte Treibladungsmenge und eine zeitliche Kennung des Zünd- und Verbrennungsablaufs möglich.

Claims

Sicherheitseinrichtung mit einem steuerbaren Gasgenerator (7) für ein Kraftfahrzeug, – mit einer Steuereinheit (2), an die einerseits Sensoren (3, 4, 5, 6) zur Erfassung eines Auslösefalls und individueller Daten eines Insassen angeschlossen sind, und andererseits eine Zündeinrichtung (9) zur Zündung einer Treibladung des einen Gasgenerators (7) in einer Brennkammer (8) des Gasgenerators (7) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der eine Gasgenerator (7) ein Treibladungsreservoir (11) mit einer Dosiereinrichtung (10) aufweist, wobei aus dem Treibladungsreservoir (11) mittels der Dosiereinrichtung (10) eine vorbestimmbare Treibladungsmenge entnehmbar ist, – dass die Dosiereinrichtung (10) mit der Steuereinheit (2) zur gesteuerten Entnahme der vorbestimmten Treibladungsmenge aus dem Treibladungsreservoir (11) verbunden ist, – dass von der Steuereinheit (2) die Treibladungsmenge und/oder der Zündablauf in Abhängigkeit der von den Sensoren (3, 4, 5, 6) ermittelten Daten so bestimmt werden, dass bei maximaler Sicherheitsfunktion die biomechanische Belastung des Insassen minimiert wird, und – dass die Steuereinheit (2) die Dosiereinrichtung (10) und die Zündeinrichtung (9) so ansteuert, dass die vorbestimmte Treibladungsmenge zu einer bestimmten Zeit aus dem Treibladungsreservoir (11) mittels der Dosiereinrichtung (10) entnommen und für eine Zündung in der Brennkammer (8) des Gasgenerators (7) freigegeben wird.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Auslösefall reversibel aus dem Treibladungsreservoir (11) über die Dosiereinrichtung (10) eine anhand der individuellen Daten bestimmte Treibladungsmenge in der Brennkammer (8) für eine Zündung bereit gestellt wird.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (8) vor einer Anpassung ständig eine an durchschnittliche Verhältnisse angepasste Treibladungsmenge entsprechend einer Grundeinstellung enthalten ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (10) eine Mikropumpe ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Dosiereinrichtung (10) aus wenigstens einem Drosselventil mit steuerbarem Querschnitt für die Treibladungsleitung besteht, und – dass von der Steuereinrichtung (2) vor einem Auslösefall reversibel ein bestimmter Querschnitt anhand der individuellen Daten vorgegeben und eingestellt wird.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Auslösefall durch die Dosiereinrichtung (10) eine anhand der individuellen Daten und/oder ermittelter Verzögerungsdaten von der Steuereinheit (2) vorgegebene Treibladungsmenge hochdynamisch, aus dem Treibladungsreservoir (11) innerhalb eines bestimmten Zeitverlaufs für eine Verbrennung zur Verfügung gestellt wird.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (10) aus einer Mikropumpe und/oder einer Do siereinrichtung mit steuerbarem Querschnitt für die Treibladungsleitung besteht.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absperrventileinrichtung vorgesehen ist, die nach dem Durchgang einer vorbestimmten Treibladungsmenge die Treibladungsleitung absperrt.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine stoßweise aufeinanderfolgende Nachdosierung der Treibladung erfolgt.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung einen Airbag und/oder Gurtstrammer aufweist und die Treibladung flüssig und/oder gasförmig ist.