DE2256146A1 - Sicherheitsvorrichtung fuer fahrzeuge - Google Patents

Sicherheitsvorrichtung fuer fahrzeuge

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Description

PATENTANWÄLTE
DR. CLAUS REINLÄNDER . .
DlPL-ING. KLAUS BERNHARDT O ο E R -l
THEODOR-STORM-STRASSE 18 a
6/158
Fujitsu limited
1015, Kamikodanaka Nakahara-ku, Kawasaki Japan
Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge Priorität: 22. November 1971 Japan 46-93792 Zusammenfassung
Eine Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge kann den Fahrer durch Betätigen eines luftsacks im Falle eines Zusammenstoßes des Fahrzeuges schützen. Es 1st ein einzelner Luftaack mit einem Sensor zum Feststellen von Hindernissen, um den Zusammenstoß vor seinem Auftreten vorherzusagen, und mit einem Sensor zum Feststellen eines Aufpralls vorgesehen, um den erzeugten Aufprallstoß hei dem Zusammenstoß festzustellen, und der Luftsack wird schrittweise duroh die schrittweise Operation der Sensoren zum Feststellen von Zusammenstößen betätigt
I ·
Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge und insbesondere auf eine neue Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge mit sehr großer Sicherheit mit einar Lufteaekanordriling, die den Fahrer gegen einen AufpralletoS bei einem Zusammenstoß des Fahrzeugs schlitzen soll*
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Eb sind Luftsackanordnungen bekannt, bei denen ein Luftsack durch ein Aufprallstoß-Feststellsignal betätigt wird, das durch einen Sensor zum Poststellen eines Aufpralls zur Zeit der Kollision erzeugt wird, oder bei denen ein Luftsack durch ein Zusammenstoß-Vorhersagesignal betätigt wird, das durch einen Sensor zum Feststellen von Hindernissen vor dem Zusammenstoß erzeugt wird.
Die zuerst erwähnte Anordnung erfordert jedoch, daß die ExpansionszeIt des Luftsacke (20 ms) weitgebend verringert wird, da der Luftsack kurz nach den Zusammenstoß des Fahrzeugs betätigt wird. Der durch die Betätigung des Luftsackes erzeugte Expansionsdruck ist somit erheblich groß, was bewirkt, daß sioh der Druck in dem Fahrerraum sehr schnell ändert und unerwünschte medizinische Wirkungen auf den Fahrer ausübt.
Bei der zweiten Anordnung wird ein bekanntes Dopplerradar verwendet, um den Zusammenstoß mit einem Hindernis vorherzusagen, indem die relative Geschwindigkeit und der relative Abstand zu dem gegenüberliegenden Hindernis gemessen werden, und um dadurch die Betätigung des Luftsacke vor dem Entstehen des Zusammenstoßes zu vervollständigen, wobei diese Anordnung in der Lage ist, den Nachteil der zuerst erwähnten Anordnung zu vermeiden. Da diese Anordnung jedoch nicht die Größe des Hindernisses ermitteln kann, wird der Luftsack auch in solchen Fällen betätigt, in denen ein kleines Hindernis, z.B. ein Hund oder eine Katze, festgestellt wird, oder bet denen andere Fahrzeuge direkt vor dem Fahrzeug kreuzen oder ein Zusammenstoß glücklicherweise verhindert werden kann, d.h. Ln ilen Fällen, Ln denen eLn Zusammenstoß tatuächLlch nicht auftrLtt. Die Betätigung de ι Luftuacko nimmt aber dem Fahrer clLe Sicht oder
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behindert seine Betätigungen und kann somit anderweitige Zusammenstöße, z.B. Zusammenstöße mit anderen Hindernissen als den festgestellten, bewirken.
Sie Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Luftsackanordnung mit größerer Sicherheit und Zuverlässigkeit zu schaffen.
Bei der Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge nach der Erfindung sind der erste und der zweite Sensor zum feststellen von Zusammenstößen jeweils mit einem einzelnen Luftsack über einzelne Gaszuführungswege verbunden. Für den ersten Sensor zum Feststellen von Zusammenstößen, nämlich einem Sensor zum Festellen von Hindernissen, wird ein sogenanntes Dopplerradar ver*· wendet, um den Zusammenstoß des Fahrzeuges vor dem Zeitpunkt des Zusammenstoßes vorherzusagen· Für den zweiten Sensor zum Feststellen von Zusammenstößen wird ein Aufprallstoß-Detektor verwendet, um die Aufprallstarke beim Auftreten des Zusammenstoßes festzustellen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet s daß der Luftsack stufenweise durch Stufensignale betätigt wird, die von den Sensoren zum Feststellen von Zusammenstößen erzeugt werden.
Durch eine solche Anordnung können der Fahrer und andere Personen sicher gegen den Aufprallstoß geschützt werden, der bei einem Zusammenstoß erzeugt wird.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind
Fig. 1 ein Schaltungssohema des Aufbaus der Sicherheits-Vorrichtung für Fahrzeuge nach der Erfindung,
Fig, 2, 4 und 5 schematische Ansichten zum Erläutern der Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung,
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Fig. 3 ein Querschnitt zum Erläutern dee Aufbaue der GaBZuführungsquelle und
Fig. 6 ein Scbaltungssehema einer weiteren Ausführungeform der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 besteht ein Sensor 1 zum Feststellen von Hindernissen, nämlich ein sogenanntes Dopplerradar, aus einem Sende- und Empfangs-Misohtell 1a und einen Signalbetätigungsteil 1b zum Vorhersagen des Zusammenstoßes durch Feststellung der relativen Geschwindigkeit und des relativen Abstandes zwischen dem Fahrzeug und den Hindernissen. Der Sende- und Empfangs-Mlschteil 1a ist mit einem Ultraachall- oder Mikrowellengenerator 11, einem Zirkulator 12, einer Antenne '5 zum Senden und Empfangen und einem Mischdetektor 14 versehen, wobei die Antenne an einer bestimmten Stelle am Vorderteil des Kraftfahrzeuges angebracht ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Signalbetätigungsteil 1b ist mit einem Frequenz-Spannungs-Umsetzar 15« einem Pegeldetektor 16, einer Recheneinrichtung 17 und einem Schmittkreis 18 versehen.
Die Sendewelle (Frequenz f1) vom Generator 11 läuft über den Zirkulator 12 und wird von der Antenne 13 in einer bestimmten Richtung auegesandt„ die durch die Antennen-Charakteristik bestimmt ist.
Wenn ein Hindernis in den Strahlungsbereich vorbanden ist, wird die von dem Hindernis reflektierte Reflexionsvolle (Frequenz f2) durch die Antenne 13 aufgenommen. Sie Reflexionswelle f2 und die Sendewelle f1 haben eine Beziehung, die durch die folgende Gleichung (1) gegeben 1st:
in der C die Ausbreitungegeschwindigkeit der Mikrowelle oder der Ultraschallwelle und V die relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis sind.
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Die oben erwähnte Reflexionswelle fg wird zu einem Mischdetektor 14 über einen Zirkulator 12 gegeben» in dem ein Teil des Ausgangs f., des Generators 11 und die Reflexionswelle fg gemischt und aufgefunden werden, und demgemäß kann die irequenzdifferens fg* die in der Gleichung (2) angegeben ist, nämlich die Frequenz des Dopplersignals, erhalten werden·
Da die frequenz ff der Sendewelle und die Ausbreitungageschwindigkeit 0 vorbestimmt sind, indem dies® als Eonstante K1 zusammengefaßt werden, wird das Differenzsignal folgendermaßen dargestellts fd ■ E1V. Demgemäß kann die Dopplerfrequenz fd als Wert proportional zu der relativen Geschwindigkeit V zu dem Hindernis bestimmt werden.
Andererseits ist der relative Abstand D durch die Feststellung des Pegels G des Doppiersignals bestimmt. Der wirksame Qperationsabstand, für den die Vorrichtung nach der Erfindung angewendet werden soll, liegt innerhalb einiger Meter und nach einem Versuchsverfahren wird bestätigt, daß der Pegel G wie folgt dargestellt wird: G « ^2/D, der also in umgekehrtem Verhältnis sum relativen Abstand D steht, wobei Kg eine Eonstante ist. Deshalb wird beurteilt, ob das Fahrzeug zusammenstoßt
oder nloht, indem das Dopplersignal in den Signal« betätigungsteil 1b eingebracht wird und indem die Gleichspannung V1 entsprechend der Dopplerfrequenz fd von dem Frequene~Spannungs-Umsetser 15 und die.Gleichspannung V2 entsprechend de« Pegel G aus dem Pegeldetektor 16 bestimmt werden. Nach dem Berechnen dieser beiden Gleichspannungen V1 und V2 in der Recheneinrichtung 17 wird der Ausgang dieser Spannung V5 der Recheneinrichtung
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dem Schmitt-Kreis 18 zugeführt. BIe Torrichtung ist so aufgebaut, daß das Signal zur Vorhersage eines Zusammenstoßes, wenn dl· Gleiohspannung V, das Überschreiten eines Grenzpegels bestätigt, von den Schnitt-Kreis 18 zu der ersten GasZuführungsquelle 2 gegeben wird.
Die erste GasZuführungsquelle 2 enthält einen Oasbehälter 21, zwei Leitungen 22 und 23 und ein Ventil 24 und liefert Gas unter hohem Druck au den Luftsaok 3. Der Gasbehälter 21 ist alt einer geeigneten Gasmenge gefüllt, die den Luftsaok 3 in einen halbexpandierten Zustand bringt, um den Fahrzeugsteuervorgang nicht zu unterbrechen.
Der Sensor 4 zum Feststellen eines Aufpralle wird an dem Umfang der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs angebracht, wie in Flg. 2 gezeigt ist. Dieser Sensor besteht aus einem Beschleunigungsmesser 41 und einem Relais 42 und betätigt beim Feeteilen, daß der Aufprallstoß den vorbestimmten Pegel übersteigt, das Relais 42, um das Signal für die zweite Gaszuführungsquelle 5 zu erzeugen.
Die zweite GasZuführungsquelle 5 hat denselben Aufbau und arbeitet in der gleichen Welse wie die erste Gaszuführungsquelle, und in den Gasbehälter 51 ist Gas in einer solchen Menge eingefüllt, daß wenigstens die verbleibende halbe Expansion des Luftaaoks ergänzt wird.
Fig. 3 zeigt eine Ausfübrungsform einer VentIlvorrichtung für die Gaszuführungsquelle. Die Ventilvorrichtung 24 let zwischen der Leitung 22 an der Seit· des Gasbehälters und der Leitung 23 an der Seit« dee Luftsacke 3 angeordnet und
enthält eine Verbindungeleitung 241, eine Trennwand 242, explosives Pulver 243t «Ine Feuohtigkeitaisolierβohioht 244, einen elektrischen Zünder 2451 einen Zuführungsdraht und eine Isolierwand 247. Der elektrische Strom fließt
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über den Zuftihrungsdraht 246 durch das Betätigungssignal von der Torschaltung 16, um den elektrischen Zünder 245 zu zünden und somit das explosiv® Pulver 245 zu explodieren. Als Ergebnis werden die Trermv/anö 242 und die Feuchtigkeitsisolierschicht 244 zerstört, um das unter hohem Druck stehende Gas in dem Qmsbehälter 21 su dem Luftsack 3 über die Leitungen 22 unä 23 zu leiten.
Der luftsack 3 ist unter der Frontplatte des Fahrzeugs vorgesehen« wie in Fig« 2 gezeigt, und wird stufanweise derart betätigt«, daß eine Hälfte der vorgeschriebenen Expansionsmenge durch Gas von der erstem Gasäraftitauagsquelle 2 (Pig. 4) und dann die andere Hälfte von der zweiten Gaszuführungsquelle 5 (Fig· 5) erzeugt werdan.
Die Arbeitsweise der Torrichtung nach der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels beschrieben. Wesm gemäß Fig. 4 festgestellt wird, daß sich ein anderes Fahrzeug sehr schnell nähert und vor dem Fahrzeug kreuzt oder wenn ein kleines Hindernis, wie ein Hund oder eine Katze, vorhanden 1st,, während das Fahrzeug fährt, wobei eine Ultraschallwelle oder eine Mikrowelle nach vorn ausgestrahlt wird, wird die Reflexions» welle von diesem Hindernis empfangen, wobei die relative Geschwindigkeit V und der relative Abstand D bestimmt werden, um zu beurteilen, ob ein Zusammenstoß auftritt oder nicht.
Der Zusammenstoß wird dann vorbergesagt und erzeugt Vorhersage-Signale, um die Ventilvorrichtung 24 zu öffnen und die Leitungen 22 und 23 eu kuppeln. Als Ergebnis strömt Gas unter hohem Druck von dem ersten Gasbehälter 21 in den Luftciack 3, um diesen in den halbexpandierten Zustand zu bringen, wie in Fig. 4 gezeigt ist, Insbesondere bei 3a. Wenn der Zusammenstoß danach in dem ersten Falle, d.h. beim Herankommen eines anderen
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Fahrzeuge, glücklicherweise verhindert werden kann, oder wenn der Zusammenstoß eintritt und ein kleiner Aufprallstoß durch den Beschleunigungsmesser 41 in letzteren Falle, d.h. bei einem Zusammenstoß mit einem kleinen Hindernis, festgestellt wird, erzeugt der Aufprall· detektor 4 nicht das Betätigungesignal und der Luftsack wird in seinem halbexpandierten Zustand gebalten. Demgemäß kann verhindert werden, daß dem Fahrer die Sicht durch den Luftsack 3 entzogen wird und daß seine Betätigung eingeschränkt wird. Somit können weitere Zusammenstöße verhindert werden.
Bei demselben Zustand, wie oben beschrieben, wird nun angenommen, daß ein großes Hindernis, wie ein anderes Fahrzeug, ein Gebäude od.dgl., vor dem Fahrzeug festgestellt wird, woraufhin eine Kollision vorhersagende Signale erzeugt werden, um den Luftsack 3 in seinem halbexpandierten Zustand zu bringen, und dann stößt das Fahrzeug mit dem Hindernis gewaltsam zusammen. Dieser Aufprallstoß wird durch den Beschleunigungsmesser 41 festgestellt, und da ermittelt wird, daß dieser Aufprallstoß einen vorbestimmten Wert übersteigt, werden die Betätigungssignale erzeugt, um das Relais 42 zu erregen. Die Betätigung dieses Relais 42 schließt einen Energiezuführungsweg von der Energiequelle zu der Ventilvorricbtung 54 (elektrischer Zünder 245) der zweiten Gaszuführungsquelle 5. Die Ventilvorrichtung 54 wird dadurch zerstört und geöffnet, um die Leitungewege (Leitung) 52 und 53 zu verbinden.
Als Ergebnis strömt in dem Gasbehälter 51 unter hohem Druck stehendes Gas in den Luftsaok 3, um diesen Luftsack zu seiner vollen Größe zu expandieren, wie in Fig. 5 insbesondere bei 3b gezeigt 1st. Deshalb wird der gesamte Körper des Fahrer durch den Luftsaok bedeckt und sicher geschützt.
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Bel der vorher beschriebenen Ausführungsfora sind die Gaszuführungequellen für den Luftsack mit Nummern versehen, die dem Eingangssignal (zwei) entsprechen und die angepaßt sind, um auf das entsprechende Eingangssignal anzusprechen. Es kann jedoch auch eine solche Anordnung getroffen v/erden, daß eine Gaszuführungsquelle mit einer Gasmenge gefüllt wird, die wenigstens für das Expandieren des ganzen Teils des Luftsacks ausreichend 1st, und dass die Ventilvorrichtung für die GasZuführungsquelle als ein Teil oder als zwei Teile verwendet wird, wie in Flg. gezeigt ist.
Auf diese Weise sind die erste Ventilvorrichtung 102 und die zweite Ventilvorrichtung 103 für einen einzigen Gasbehälter 101 vorgesehen.
Die erste Ventilvorrichtung 102 ist so aufgebaut, daß sie auf den ersten Sensor zum Feststellen von Zusammenstößen anspricht und das Ventil 102b steuert» indem der Kolben 102a in die EIN- und AUS-Stellung gebracht wird, und die leitungen 104 und 105 für eine bestimmte Zeitdauer verbindet· Die zweite Ventilvorrichtung enthält die in Fig. '3 gezeigte Zündeinrichtung und 1st so aufgebaut, daß sie in gleicher Weise arbeitet wie die oben beschriebene Ausführungsform.
Durch Verbinden des Ausgangs des zweiten Sensors 4 zum Feststellen von Zusammenstößen mit dem Kolben 102a, wie es in gestrichelten linien dargestellt ist, ist es alternativ möglich, einen Gaezuführungsweg gemeinsam zu verwenden, was sehr wirtschaftlich 1st. Bei einer solchen Anordnung wird der Kolben 102a zuerst für den ersten Sensor zum Feststellen von Zusammenstößen für eine bestimmte Zeitdauer und dann wieder für den zweiten Sensor zum Fasfeaballen von Zusammenstößen geöffnet.
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Da die Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge gemäß der Erfindung, wie sich aus der vorangehenden Beschreibung ergibt, einen einsigen Luftsack schrittweise durch erste und zweite Sensoren zum Feststellen von Zusammenstößen betätigt, besteht nicht wie bei bekannten Vorrichtungen die Gefahr, daß der Fahrer durch den Luftsack in seiner Sicht behindert oder in seiner Betätigungsrichtung eingeschränkt wird, auch wenn der erste Sensor sun Feststellen von Zusammenstößen eine falsche Beurteilung vorgenommen hat. Darüber hinaus hat die Vorrichtung die weitere Sicherheitsfunktion einer nicht nachteiligen Einwirkung auf den menschlichen KHrper, da dl« für die vollständige Expandierung des Luftsacks erforderliche Zeit bei der vorliegenden Vorrichtung verzögert werden kann, d.h. da der Luftdruck in dem Fahrzeugraum bei der Expansion des Luftsacks sich nicht oehr schnell ändert. Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine sehr vorteilhafte Luftsackanordnung, die den Fahrer bei einem Unfall durch Zusammenstoß schützt.
3 O O B 2 ') I O J I J

Claims (5)

1.'. SicherheitBvorrichtung für Kraftfahrzeug© rait finer Luftsackanordnung zum Schützen des Fahrers gegen einen Aufprallstoß aufgrund eineβ Zusammenstoßes mit Hinder« niesen, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftsack mit einer Gaszüführungsquelle über einen ersten Gaszuführungsweg, der mit einer ersten Ventilvorrichtung versehen ist, die durch Signale zur Vorhersage von Zusammenstößen betätigt wird, die von einem Sensor zum Feststellen von Hindernissen erzeugt werden, und über einen zweiten GaszUführungsweg verbunden ist, der mit einer zweiten Ventil-? vorrichtung versehen ist, die durch Signale zum Feststellen eines Aufprallstoßes betätigt wird, die von einem Sensor zum Feststellen eines Aufpralletoßes bei einem Zusammenstoß erzeugt werden, und daß der Luftsack schrittweise durcb eine schrittweise Betätigung der ersten und der zweiten Ventilvorrichtungen expandiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Gaszuführungswege jeweils mit einer ersten und einer zweiten GasZuführungsquelle verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die ersten und die zweiten Gaszuführungswege mit einer gemeinsamen GasZuführungsquelle verbunden sind*
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung des ersten Gaszuführungs« weges für eine vorbestlmmte Zeitdauer durch Kolbeneinrichtungen geöffnet wird.
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_ 12 _ 2256UG
5. Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer luftsackanordnung zum Schützen des Fahrers gegen einen Auf· prallstoß aufgrund eines Zusammenstoßes mit Hindernissen, dadurch gekennzeichnett daß der Luftsack mit einer Gaszuführungsquelle über einen Gaszuführungsweg verbunden ist, der mit einer Ventilvorrichtung versehen istr wobei die Ventilvorrichtung einem Sensor zum Feststellen von Hindernissen und einem Sensor zum Feststellen von Zusammenstößen zugeordnet ist und wobei die Ventilvorrichtung von Signalen zum Vorhersagen von Zusammenstößen von dem Sensor zum Feststellen von Hindernissen geöffnet oder geschlossen wird, um eine vorbestimmte Gasmenge in den luftsack strömen zu lassen» und wobei die Ventilvorrichtung wieder durch die nachfolgenden Signale zum Feststellen eines Aufprallstoßes von dem Sensor zum Feststellen eines Aufprallstoßes geöffnet wird, um eine ausreichende Gasmenge zum vollständigen Expandieren des Luftsacks strömen zu lassen.
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