DE19848615B4

DE19848615B4 - Verfahren und Vorrichtung zum adaptiven Aufblähen eines Luftsacks

Info

Publication number: DE19848615B4
Application number: DE19848615A
Authority: DE
Inventors: Charles A. Noblesville Gray; David R. Kokomo Little; James Hill Russiaville Brogoitti
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JPH11198754A; US5997033A; JP3105493B2; DE19848615A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugluftsacks (12) zum Schutz eines Fahrzeuginsassen im Fall eines Unfalls, umfassend die Schritte, daß
die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufpralls gemessen wird,
der Luftsack (12) aufgebläht wird, um eine auf der Grundlage einer Insassenmasse und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit berechnete anfängliche Luftsackrückhaltekraft zu erreichen, ein Zielgeschwindigkeitsprofil festgelegt wird, um den Insassen innerhalb einer festgelegten Gesamtrückhaltezeit zur Ruhe zu bringen,
periodisch eine Insassengeschwindigkeit bestimmt wird, und daß der Luftsack (12) so steuerbar entlüftet wird, daß die periodisch bestimmte Insassengeschwindigkeit im Wesentlichen dem Zielgeschwindigkeitsprofil folgt.

Description

Diese Erfindung betrifft zusätzliche aufblähbare Rückhalte- oder Luftsacksysteme und insbesondere ein derartiges System und Verfahren, das sich an den Impuls eines Insassen anpaßt.
Luftsacksysteme im allgemein verbreiteten Gebrauch weisen typischerweise eine feste Aufblährate auf, der eine Entleerungsrate erfolgt, die durch die Porosität des Sacks und Entlüftungen in dem Sack sowie durch den Impuls des Insassen bestimmt ist. Die begleitenden Rückhaltekräfte sind im allgemeinen ausreichend, um während eines schweren Unfalls den Unfallaufprall für eine große Person abzupolstern. Derart hohe Rückhal tekräfte sind für weniger schwere Unfälle oder für kleinere Menschen unnötig und sind oft insbesondere für eine kleine Person unerwünscht, wenn sie sich außerhalb der normalen Sitzstellung befindet. Idealerweise wird der aufgeblähte Luftsack allmählich auf eine Art und Weise zusammenfallen, daß während seiner gesamten Entleerungsperiode eine wirksame und gleichmäßige Kraft aufrechterhalten wird, und daß ein Kontakt des Insassen mit dem Lenkrad oder einer anderen Fahrzeugstruktur verhindern wird.

Es ist vorgeschlagen worden, beispielsweise in der am 5. August 1996 eingereichten U.S.-Patentanmeldung SN 08/695 814 von Liu mit dem Titel "Control Method for Variable Airbag Inflation", die der Inhaberin dieser Erfindung gehört und deren Offenbarungsgehalt hierin mit eingeschlossen ist, den Luftsack in einer ausgewählten Anzahl von Stufen gemäß der gemäß der Schwere des Unfalls aufzublähen. Dies berücksichtigt weder die Masse des Insassen noch ist sichergestellt, daß die Rückhaltekraft während der ganzen Entleerung des Luftsacks gleichmäßig aufgebracht wird.

In DE 196 10 833 A1 wird beispielsweise vorgeschlagen, das Aufblähen eines Luftsacks auf der Grundlage der Masse von Fahrzeuginsassen und der Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufpralls zu steuern. Darüber hinaus wurde in DE 695 06 202 T2 erkannt, daß zumindest, wenn die Aufprallenergie gering ist, der Luftsack durch ein flußregulierendes Ventil aufgebläht werden sollte. Wie in DE 695 06 202 T2 beschrieben, resultiert ein Fahrzeugaufprall mit niedriger Geschwindigkeit darin, daß Insassen auf den Luftsack mit entsprechend geringeren Geschwindigkeiten auftreffen als bei einem Fahrzeugaufprall mit höherer Geschwindigkeit. Es wird jedoch eine Steuerung für das Entfalten eines Luftsacks benötigt, bei der der Luftsack bis für ein einem Insassen angemessenes Niveau aufgebläht und dann auf der Grundlage einer gemessenen Insassenbewegung, die auf ein Aufblähen des Luftsacks folgt, steuerbar entlüf- tet wird, um sicherzustellen, dass die Insassenbewegung innerhalb des Raums des Luftsacks aufgehalten wird.

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, das Aufblähen und Entleeren des Luftsacks derart zu steuern, daß es zu den Rückhaltungserfordernissen des Insassen paßt. Es ist ein anderes Ziel, den Luftsack mit einer Rückhaltekraft zu entfalten, die für die Energie des Insassen angemessen ist, und das Entleeren gemäß dem Impuls des Insassen zu steuern.

Ein Luftsacksystem weist Luftsäcke mit variablem Aufblähen, wie Säcke mit mehreren Aufbläheinrichtungen oder einem pyrotechnisch gesteuerten Entlüften der Aufbläheinrichtung auf, so daß bei der Entfaltung mehr als eine Anfangsrückhaltekraft verfügbar ist. Die Luftsäcke weisen auch ein variables Entlüften auf, so daß die Entleerung gesteuert werden kann.

Das System weist Sitzsensoren oder dergleichen auf, um die Masse des Insassen zu messen, und eimen Insassenlagesensor, der die Lage des Insassen während des ganzen Unfallereignisses verfolgt. Ein elektronischer Controller mit einem herkömmlichen Frontalaufprallsensor und einem Mikroprozessor bestimmt, ob die Luftsäcke entfaltet werden müssen. Ein Algorithmus bestimmt die erforderliche Anfangsrückhaltekraft auf der Grundlage der Masse und der Geschwindigkeit (die gleich ist wie die Fahrzeuggeschwindigkeit beim Aufprall) des Insassen. Es wird eine Anzahl von Aufbläheinrichtungen ausgelöst, wie es erforderlich ist, um die Anfangsrückhaltekraft zu erzielen. Dann wird eine Verzögerungsrate bestimmt, die dazu geeignet ist, den Insassen innerhalb des Raumes des Luftsacks aufzuhalten, und es wird das entsprechende Zielgeschwindig bestimmt wird, wird derart gesteuert, daß sie im wesentlichen dem Zielgeschwindigkeitsprofil folgt. Die Geschwindigkeitssteuerung ist möglich, indem das Entlüften des Luftsacks elektronisch verändert wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser ist:
1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Luftsacksystems in einem Fahrzeug,
2 eine schematische Ansicht der Steuerung für das Luftsacksystem von 1,
3 ein Schaubild der Wechselwirkung eines Insassen mit einem Luftsack, der ein variables Entlüften aufweist,
4 eine Matrix eines Luftsackaufblähens über Masse- und Geschwindigkeitsparameter,
5 ein Graph einer Zielgeschwindigkeit und einer tatsächlichen Geschwindigkeit, die durch eine Steuerung des Entlüftens mit geschlossenem Regelkreis erreicht wird, und
6 ein Flußdiagramm, das einen Steueralgorithmus gemäß dem Verfahren der Erfindung veranschaulicht.
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, weist ein Fahrzeug 10 Luftsäcke 12 auf, die vor Sitzen 14 angeordnet sind. Die Luftsäcke umfassen ein varia bles Aufblähen 16 und ein variables Entlüftungsventil 18. Das variable Aufblähen kann beispielsweise aus mehreren Aufbläheinrichtungen bestehen, die selektiv ausgelöst werden, um die notwendige Rückhaltekraft zu erzielen. Wenn jeder Luftsack vier Aufbläheinrichtungen aufweist, werden abhängig von der Schwere des Unfalls, wie sie durch die Geschwindigkeit und die Masse des Insassen definiert ist, zwischen einer und vier Aufbläheinrichtungen gezündet werden. Das variable Entlüften wendet ein elektronisch gesteuertes Entlüftungsventil 18 an, das den effektiven Entlüftungsbereich schnell ändert, wenn ein Signal entwickelt wird, das eine Geschwindigkeitsänderung verlangt. Jeder Sitz 14 weist einen Sensor 20, wie einen Drucksensor oder einen Dehnungsmesser auf, der die Masse des Insassen mißt. Ein Insassenlagesensor 22, der eine infrarote, elektrostatische oder Ultraschalltechnik enthalten kann, ist derart angebracht, daß er die Lage jedes Insassen während des ganzen Unfalls erfaßt.
Ein elektronischer Controller 24, der einen Frontalaufprallsensor 26, einen Fahrgastraumbeschleunigungsmesser 29 und einen Mikroprozessor 28 umfaßt, enthält einen bekannten Algorithmus, um die Schwere eines Unfalls zu beurteilen und zu bestimmen, ob die Luftsäcke entfaltet werden müssen. Der Frontalaufprallsensor umfaßt einen Beschleunigungsmesser, der in der Nähe des vorderen Stoßfängers des Fahrzeuges angebracht ist, um den Anfangsaufprall bei einem Frontalunfall zu bewerten. Der Frontalaufprallsensor leitet aus der Beschleunigung die anfängliche Unfallgeschwindigkeit des Fahrzeuges ab und schickt dann Daten zusammen mit der Beschleunigungsauslesung und einer Entfaltungsentscheidung an den Mikroprozessor 28. Der Controller 24 umfaßt auch einen anderen Beschleunigungsmesser 29, der in oder nahe bei dem Fahrgastraum angebracht ist und die Beschleunigung während des ganzen Unfalls mißt. Der Mikroprozessor 28 empfängt Eingänge von dem Sitzsensor und dem Insassenlagesensor sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Frontalsensor 26 und Beschleunigungsdaten von dem Fahrgastraumbeschleunigungsmesser 29. Der Mikroprozessor ist derart programmiert, daß er die gewünschte Aufblährate bestimmt, daß er über Leitung 30 die Anzahl von zu zündenden Aufbläheinrichtungen signalisiert und daß er das gewünschte Verzögerungs- oder Zielgeschwindigkeitsprofil bestimmt und das variable Entlüften über Leitung 32 signalisiert.
Eine Gleichung, die brauchbar ist, um die Rückhaltekraft zu bestimmen, setzt die kinetische Energie des Insassen mit der Energie gleich, die von dem Luftsack dissipiert wird, oder
wobei Masse die Insassenmasse ist, Geschwindigkeit die Geschwindigkeit des Insassen 38 ist, Kraft die Rückhaltekraft ist, die von dem Rückhaltesystem, das den Luftsack umfaßt, geliefert wird, und das integrierte dx (oder x) die Entfernung ist, über welche die Kraft wirkt, während sich der Insasse gegen den zusammenfallenden Luftsack nach vorne bewegt, wie es in 3 angedeutet ist. Die Insassenmasse wird von dem Sitzsensor gemessen, und es wird angenommen, daß die Insassengeschwindigkeit anfangs gleich wie die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufpralls ist, und sie wird anschließend alle 2 ms aktualisiert, indem der Ausgang des Insassenlagedetektors überwacht wird. Die anfängliche Luftsackrückhaltekraft ist eine Funktion der Gasmasse, die beim Füllen des Luftsacks geliefert wird, und die andauernde Kraft während des Entleerens wird durch die festgelegten Entlüftungsfenster 34 und die elektronisch gesteu erte variable Entlüftungsöffnung 36 bestimmt. Weil die maximale Entfernung x für eine gegebene Fahrzeuginstallation fest ist, kann die gewünschte Kraft für eine Anfangsrückhaltung bestimmt werden.
Für eine gegebene Insassenmasse kann die Anfangskraft auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewählt werden. Weil der Geschwindigkeitsausdruck quadratisch ist, ist er dominierend und kann die maximale Kraft erfordern, wenn die Geschwindigkeit hoch ist, selbst für kleine Insassen. Eine Matrix oder Tabelle, wie sie in 4 gezeigt ist, ist für drei Massebereiche, die von Insassenmasseschwellen M1 und M2 definiert sind, und drei Geschwindigkeitsbereiche aufgebaut, die durch Geschwindigkeitsschwellen V1 und V2 definiert sind. Für diese Darstellung ist der Luftsack mit vier Aufbläheinrichtungen ausgerüstet, so daß Aufblähstufe 1 eine Aufbläheinrichtung verwendet, Stufe 2 zwei Aufbläheinrichtungen verwendet usw. Für den Hochgeschwindigkeitsbereich über V2 werden alle vier Aufbläheinrichtungen ausgelöst, für den Zwischenbereich werden drei Aufbläheinrichtungen für eine Masse unter M2 und vier Aufbläheinrichtungen für eine Masse über M2 ausgelöst, und für niedrige Geschwindigkeiten unter V1 werden eine Aufbläheinrichtung für eine Masse unter M1 und zwei Aufbläheinrichtungen für eine Masse über M1 verwendet. Für verschiedene Systeme können die Anzahlen von Aufbläheinrichtungen und die Anzahl von Masse- und Geschwindigkeitsbereichen abhängig von der gewünschten oder erforderlichen Steuerung variieren. Die Masse- und Geschwindigkeitsgrenzen in der Matrix sollten derart gewählt werden, daß die Anfangsaufblähkraft mal der Entfernung geringfügig größer als der Insassenenergieausdruck ½ mv² ist, wodurch sichergestellt ist, daß der Luftsack ausreichend aufgebläht wird, um einen Insassenkontakt mit dem Fahrzeug zu verhindern.
Nach dem anfänglichen Aufblähen wird die Rückhaltekraft geführt, indem das Entlüften gesteuert wird. Es kann gezeigt werden, daß der maximale Rückhaltewirkungsgrad erreicht wird, indem eine konstante Verzögerung des Insassen erzeugt wird, was zu einer geraden Geschwindigkeitsziellinie von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu Null führt, wie es in 5 gezeigt ist. Typischerweise kann die Zeit für eine Verzögerung oder die Gesamtrückhaltezeit nominal als 150 ms gewählt werden, oder sie kann aus der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Aufprall abgeschätzt werden. In jedem Fall kann die Verzögerung leicht aus der abgeschätzten Rückhaltezeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden, um das Zielgeschwindigkeitsprofil festzulegen. Das Zielprofil wird unter Verwendung der Fahrgastraumbeschleunigung periodisch aktualisiert, um ein Zusammenquetschen des Fahrzeuges und eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu berücksichtigen. Eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis bewirkt, daß die tatsächliche Insassengeschwindigkeit auf das Zielprofil gesteuert wird. Die gemessene Insassengeschwindigkeit wird mit der Zielgeschwindigkeit verglichen, und wenn die tatsächliche Geschwindigkeit zu schnell abnimmt, wird die Entlüftungsöffnung vergrößert, um die Insassengeschwindigkeit in Richtung auf die Ziellinie zu bringen, ähnlich wird, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit zu langsam abnimmt, die Entlüftungsöffnung verkleinert. Daher wird die tatsächliche Geschwindigkeit um die Ziellinie herum schwanken. Bei einer gewissen kalibrierbaren Zeit, etwa 100 ms, ist es erwünscht, die Steuerung so zu verändern, daß sichergestellt ist, daß am Ende der Zeit die tatsächliche Geschwindigkeit nicht über der Ziellinie liegt, um sicherzustellen, daß die Rückhaltekraft ausreicht, um den Insassen in weniger als der vollen Rückhaltungsentfernung aufzuhalten. Dies stellt sicher, daß ein Insassenkontakt mit dem Fahrzeug vermieden wird.
In 6 veranschaulicht ein Flußdiagramm allgemein den Algorithmus, der die Luftsacksteuerung ausführt. Die funktionelle Beschreibung jedes Blocks in dem Diagramm wird von einer Zahl in spitzen Klammern <nn> begleitet, die der Bezugszahl des Blockes entspricht. Wenn ein Unfall erfaßt wird <50>, werden die Werte der Insassenmasse, der Insassenlage und der Fahrzeuggeschwindigkeit gelesen <52>. Dann wird die Anfangsrückhaltekraft oder Aufblähstufe aus der Masse und der Geschwindigkeit berechnet <54>, wie es in 4 gezeigt ist, und es wird der geeignete Aufblähbefehl ausgegeben <56>, wodurch die erforderliche Anfangsrückhaltekraft erzielt wird. Als nächstes wird die Fahrgastraumbeschleunigung gelesen <57>, und dann wird das Zielgeschwindigkeitsprofil aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Abschätzung der Gesamtrückhaltezeit abgeschätzt <58>. Weil die Rückhaltezeit im voraus nicht genau bekannt sein kann, kann die Zielgeschwindigkeit in nachfolgenden Programmschleifen gemäß der Fahrgastraumbeschleunigung eingestellt werden, um eine Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit während des Aufpralls widerzuspiegeln und auch ein Zusammenquetschen des Fahrzeuges zu berücksichtigen. Der Insassenlagesensor wird an vielen Punkten während der Entleerungsperiode gelesen <60>, und an jedem Punkt wird die tatsächliche Insassengeschwindigkeit auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufpralls und der anschließenden Verschiebung des Insassen berechnet <62>. Die Insassengeschwindigkeit wird im wesentlichen auf die gegenwärtige Zielgeschwindigkeit gesteuert, indem die variable Entlüftung des Luftsacks eingestellt wird <64>, bis die verstrichene Rückhaltezeit eine Schwelle, ungefähr 100 ms, erreicht <66>, und für die verbleibende Zeit wird die tatsächliche Geschwindigkeit unter der Zielgeschwindigkeitslinie gehalten <68>, um sicherzustellen, daß die Rückhaltekraft bis zum Ende der Rückhaltezeit andauert und der Insasse nicht das Lenkrad oder eine andere Fahrzeugstruktur berühren wird. Die Geschwindigkeitssteuerung dauert an, bis die Insassengeschwindigkeit Null erreicht <70>.
Es ist somit zu sehen, daß unter Zuhilfenahme eines Hinzufügens eines Insassenlagesensors und eines Sitzdruck- oder Gewichtssensors sowie einer Ausrüstung des Luftsacks mit einer variablen Aufblähfähigkeit und einem steuerbaren Entlüften, die Luftsackentfaltung verbessert werden kann, um eine geeignete Kraft über einen Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten und Insassengrößen zu bieten und ferner die Kraft während der Luftsackentleerung optimal zu steuern und somit während der ganzen Rückhalteperiode eine ziemlich konstante Kraft aufrechtzuerhalten.
Zusammengefaßt umfassen Fahrzeugluftsäcke ein mehrstufiges Aufblähen, um eine Auswahl einer anfängliche Zurückhaltung des Insassen zu bieten, und eine steuerbare Entlüftung, um die Entleerungsrate zu verändern. Das Luftsacksystem umfaßt zusätzlich zu einer herkömmlichen Unfallerfassungsvorrichtung Sitzsensoren, um die Insassenmasse zu messen, einen Insassenlagesensor und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor. Eine gewünschte Anfangsrückhaltekraft wird aus der Geschwindigkeit beim Aufprall und der Masse des Insassen berechnet, und es wird ein geeigneter Aufblähgrad bewirkt. Die Insassengeschwindigkeit wird kontinuierlich aus dem Lagesensorsignal und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Es wird ein Zielgeschwindigkeitsprofil auf der Grundlage einer abgeschätzten Rückhalteperiode und der Fahrzeuggeschwindigkeit festge legt, und die Entlüftung wird verändert, um die Insassengeschwindigkeit auf die Zielgeschwindigkeit zu steuern. Das Zielgeschwindigkeitsprofil wird als eine Funktion der Fahrgastraumbeschleunigung eingestellt, um Veränderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und das Zusammenquetschen des Fahrzeuges zu berücksichtigen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugluftsacks (12) zum Schutz eines Fahrzeuginsassen im Fall eines Unfalls, umfassend die Schritte, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufpralls gemessen wird, der Luftsack (12) aufgebläht wird, um eine auf der Grundlage einer Insassenmasse und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit berechnete anfängliche Luftsackrückhaltekraft zu erreichen, ein Zielgeschwindigkeitsprofil festgelegt wird, um den Insassen innerhalb einer festgelegten Gesamtrückhaltezeit zur Ruhe zu bringen, periodisch eine Insassengeschwindigkeit bestimmt wird, und daß der Luftsack (12) so steuerbar entlüftet wird, daß die periodisch bestimmte Insassengeschwindigkeit im Wesentlichen dem Zielgeschwindigkeitsprofil folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Gesamtrückhaltezeit auf der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, eine konstante Insassenverzögerung bestimmt wird, die ausreicht, um den Insassen innerhalb der Gesamtrückhaltezeit zur Ruhe zu bringen, und daß der Luftsack (12) als Funktion der periodisch ermittelten Insassen- geschwindigkeit so entlüftet wird, daß die bestimmte Insassenverzögerung erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zielgeschwindigkeitsprofil dadurch festgelegt wird, daß eine konstante Insassenverzögerung bestimmt wird, die erforderlich ist, um den Insassen innerhalb der Gesamtrückhaltezeit zur Ruhe zu bringen, und daß das Zielgeschwindigkeitsprofil auf der Grundlage der bestimmten konstanten Verzögerung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Schritte umfasst, daß während des Aufpralls eine Position des Insassen detektiert wird, und daß periodisch die Insassengeschwindigkeit auf der Basis der detektierten Position des Insassen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Schritte umfaßt, daß der Luftsack (12) so entlüftet wird, daß die periodisch bestimmte Insassengeschwindigkeit während eines ersten Intervalls im wesentlichen dem Zielgeschwindig keitsprofil folgt, und daß der Luftsack (12) so entlüftet wird, daß die periodisch bestimmte In- sassengeschwindigkeit während eines abschließenden Intervalls kleiner ist als das Zielgeschwindigkeitsprofil, um dadurch sicherzustellen, daß die Insassengeschwindigkeit innerhalb der Gesamtrückhaltezeit Null erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Schritte umfaßt, daß die Beschleunigung des Fahrzeugs gemessen wird, daß das Zielgeschwindigkeitsprofil als eine Funktion der Bemessenen Beschleunigung verändert wird, wodurch die Rate des Zusammenquetschens des Fahrzeuges berücksichtigt wird; und daß der Luftsack (12) so entlüftet wird, dass die periodisch bestimmte Insas- sengeschwindigkeit im wesentlichen dem veränderten Zielgeschwindigkeitsprofil folgt.