DE4041049A1 - Steueranordnung fuer einen airbag eines fahrzeuges - Google Patents

Steueranordnung fuer einen airbag eines fahrzeuges

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DE4041049A1 DE19904041049 DE4041049A DE4041049A1 DE 4041049 A1 DE4041049 A1 DE 4041049A1 DE 19904041049 DE19904041049 DE 19904041049 DE 4041049 A DE4041049 A DE 4041049A DE 4041049 A1 DE4041049 A1 DE 4041049A1
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Description

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gegenstand aus, der für sich vorbekannt ist, vgl. z. B. - DE-A-24 50 235, welche also z. B. mehrere, für sich zündbare Gasgeneratoren ent­ halten, um den Airbag verschieden stark aufblasen zu können.
Die Erfindung betrifft also die Optimierung der Steuerung der Füllung eines Airbag, dessen Füllung nämlich je nach der Schwere des Crashes unterschiedlich stark sein soll, damit der zu schützende Insasse je nach der Schwere des Crashes möglichst nicht zu stark, aber auch nicht zu schwach zurückgehalten wird.
Für sich ist daneben eine längere Reihe von Schriften bekannt, welche ähnliche Steueranordnungen für einen Airbag eines Fahr­ zeuges betreffen, welche zwar eine Steuerelektronik enthalten, aber keine solche, den Airbag unterschiedlich stark aufblasende elektronische Steuereinheit enthalten. Sie enthalten aber zu­ sätzlich noch einen Behälter, in welchem sich spätestens dann, sobald der Crashsensor den Crash anzeigte und eine Steuerelek­ tronik das Aufblasen des Airbag auslöste, ein unter Druck ste­ hendes Gas befindet, wobei am Behälter eine oder mehrere Öffnun­ gen angebracht sind, durch welche beim Crash das Gas vom Behäl­ ter in den Airbag strömen soll, vgl. z. B.
- US 38 77 720,
- US 40 04 827,
- US 40 21 058,
- US 40 43 572,
- DE-A-19 42 154,
- DE-A-19 53 666, und
- DE-A-19 55 145, besonders S. 19, letzter Abs.
Die Erfindung wurde zwar zunächst für das Airbagsystem eines KFZ entwickelt. Es zeigte sich aber, daß sie darüber hinaus auch auf andere, unter den genannten Oberbegriff fallende An­ ordnungen anwendbar ist. Die Erfindung ist nämlich z. B. auch für Airbagsysteme von LKWs geeignet, aber besonders auch für Airbagsysteme von sehr schnellen Fahrzeugen, z. B. von Flugzeu­ gen, weil dort bei einem Crash ganz besonders unterschiedliche Aufprallgeschwindigkeiten und sehr unterschiedliche optimale Dauern für die Aufrechterhaltung des aufgeblasenen Zustandes des Airbag auftreten können.
Die Aufgabe, einen neuen Weg zu bieten, um die Steuerung des unter­ schiedlich starken Aufblasens von Airbags zu optimieren, wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 definierten Gegenstand gelöst.
Die in den Unteransprüchen definierten Gegenstände gestatten, zusätzliche Vorteile zu erreichen. U.a. gestatten nämlich die zusätzlichen Maßnahmen gemäß Patentanspruch
2, sehr schnell den Druck im Behälter auf niedrigere, besser optimierte Werte absenken zu können;
3, bei einem Crash den sehr unterschiedlichen Wechsel zwischen schwachen und starken Verzögerungsphasen berücksichtigen zu können, und zwar mit einfachen Mitteln den Airbag sehr angepaßt an den jeweiligen - von Crash zu Crash sehr unterschiedlichen - Verlauf der Verzögerungen aufblasen zu können, also die Füllung des Airbag auf besonders einfache, besonders wenige erste Ventile benötigende Weise je nach der Schwere des Crashes und je nach dem Verlauf der Verzögerungen sehr flexibel gut dosieren zu können, - statt dies nur grob angenähert z. B. durch Anbringung mehrerer erster, nur völlig ZU und völlig AUF steuerbare Ventile zu erreichen, von denen dann einzelne oder alle Ventile je nach der Schwere des Crashes in jenen Zustand gesteuert werden, in denen sie für eine einzige, unveränderte vorgegebene Dauer - oder vielleicht auch sozusagen für unendliche Dauer - völlig AUF sind;
4, eine besonders feine Dosierung der jeweiligen Füllung des Airbag, abhängig von dem jeweiligen zeitlichen Verlauf der Verzögerungen, erreichen zu können;
5, eine besonders gut an die jeweils vorliegenden Crashver­ hältnisse angepaßtes, also besonders gut optimiertes Auf­ blasen des Airbag zu erreichen;
6, mit besonders wenig Aufwand eine vom Crashverlauf abhängige Auffüllung des Airbag erreichen zu können;
7, mit besonders wenig Aufwand eine an den Crashverlauf beson­ ders fein angepaßte Auffüllung des Airbag erreichen zu können, sowie
8, mit ganz besonders geringem Aufwand eine an den Crashver­ lauf fein angepaßte Auffüllung des Airbag erreichen zu können.
Die Erfindung und Weiterbildungen derselben werden anhand der in den beiden Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung weiter erläutert, welche der Übersichtlichkeit wegen je­ weils möglichst einfach dargestellt wurden. Dabei zeigt die Fig. 1 schematisch ein Beispiel für den Aufbau der Erfindung, wo­ bei der Übersichtlichkeit wegen aber die Steuerelektronik nicht gezeigt wird, sowie Fig. 2 schematisch ein Beispiel für den Aufbau der Steuereinheit, welche das in der Fig. 1 gezeigte Beispiel steuert.
Beide Figuren zeigen also beispielhaft eine erfindungsgemäße Steueranordnung für den hier sehr schematisch gezeichneten Air­ bag R eines Fahrzeuges. Im Behälter B befindet sich ständig oder zumindest spätestens - z. B. nach dem Zünden der Zündpille K eines in der Fig. 1 angedeuteten Gasgenerators S - nach dem Auslösen des Aufblasens das unter Druck stehende Gas, welches schließlich den Airbag R aufbläst, - oder mehrere Airbags R aufbläst. Am Behälter B sind nämlich eine oder mehrere erste Öffnungen, vgl. V in beiden Figuren, angebracht, durch welche beim Crash das Gas vom Behälter B in den Airbag R oder in die Airbags R strömen soll. Erfindungsgemäß sind dazu ein oder mehrere erste Ventile V/A bei diesen ersten Öffnungen V ange­ bracht, welche jeweils durch die Steuereinheit bei einem Crash zwischen den Zuständen ZU und AUF gesteuert werden können. - Übrigens wird der Einfachheit halber weiter unten jeweils sprachlich davon ausgegangen, daß nur ein Airbag R vorhanden ist; der Leser wird keine ernsten Schwierigkeiten haben, alle Angaben auch auf Steueranordnungen zu beziehen, bei denen über den Behälter B mehrere Airbags über eigene erste Ventile V/A - evtl. zu leicht abweichenden Zeiten und mit abweichendem Gas­ druck - aufgefüllt werden.
Die Fig. 2 zeigt beispielhaft die elektronische Steuereinheit C, D, E, G, welche bei einem Crash den Airbag R unterschiedlich stark, z. B. in Stufen oder auch kontinuierlich, aufblasen kann, indem diese Steuereinheit C, D, E, G bei einem Crash die sich im Airbag R ausbreitende Gasmenge beeinflußt:
Im gezeigten Beispiel steht der Behälter B nicht ständig unter Druck, sondern wird erst bei Bedarf unter Druck gesetzt. Dazu erkennt die Schaltung E beim gezeigten Beispiel zur rechten Zeit - z. B. aus dem Verlauf des Ausgangssignals des Crashsen­ sors C und/oder aus den Zwischenergebnissen der Schaltung D -, wann mittels eines Zwischenverstärkers F die Zündpille K des Gasgenerators S zu zünden ist, damit im Behälter B rechtzeitig der nötige Gasdruck zur Verfügung steht.
Dabei bildet im in der Fig. 2 gezeigten Beispiel die Einheit C also einen Crashsensor - oder evtl. ein System von mehreren Crashsensoren, wobei dieser Crashsensor jeweils z. B. ein Halb­ leitersensor oder piezoelektrischer Crashsensor ist und daher z. B. analoge, der aktuellen momentanen Verzögerung - bzw. Be­ schleunigung, also negative Verzögerung - entsprechende Aus­ gangssignale liefert, - wobei die Einheit C diese Ausgangssi­ gnale bei Bedarf auch mittels eines in C mitangebrachten A/D- Wandlers digitalisiert liefern kann.
Die Schaltung D analysiert die von der Einheit C gemessene ak­ tuelle Verzögerung, indem diese Schaltung D diese Verzögerungen z. B. integriert und/oder differenziert sowie mit verschiedenen Schwellwerten vergleicht, wobei diese verschiedenen Schwell­ werte jeweils unterschiedlichen Crashsituationen - z. B. Fron­ talaufprall, Schrägaufprall, Seitenaufprall, evtl. auch Heck­ aufprall mit oder ohne folgenden Frontal- bzw. Schrägaufprall, - und zwar evtl auch jeweils mit oder ohne Drehung des Fahrzeu­ ges um eine seiner Hauptachsen, zugeordnet sind. Die Schaltung D diagnostiziert also die Art und die aktuelle Phase und insge­ samt die Schwere des Crashes.
Die Schaltung G steuert schließlich über den hier elektromecha­ nischen Ventilantrieb A das erste Ventil V/A in seinen AUF-Zu­ stand entsprechend der aktuellen Phase des Crashes, vgl. auch die Fig. 1. Bevorzugt handelt es sich hierbei um ein erstes Ventil, welches extrem rasch und damit wohl dosiert über seinen Ventilantrieb A sowohl in seinen AUF-Zustand als auch bei Be­ darf wieder in seinen ZU-Zustand gesteuert werden kann.
Die Erfindung bietet also einen neuen Weg, um, abhängig von der Art und der Schwere des Crashes, einen möglichst optimalen Insassenschutz zu erreichen. Die Erfindung ermöglicht besonders durch die Steuerung des ersten Ventils V/A oder der ersten Ven­ tile V/A, bei Bedarf sogar sowohl die Dauer als auch die Stärke des Aufblasens von Airbags zu optimieren, vor allem indem die Öffnungen V mit dem ersten Ventil V/A bzw. indem mehrere erste Öffnungen V mit ersten Ventilen V/A bei Bedarf dosiert geöffnet werden können. Die Schaltung D bzw. die Steuereinheit C/D/E/F/G in Verbindung mit den ersten Ventil V/A bzw. in Verbindung mit den ersten Ventilen V/A bieten also einen neuen Weg, um den Airbag genügend lange mit einer der Schwere des Crashes, vor allem auch der aktuelle Phase des Crashes angepaßten Gasmenge so aufblasen, daß der zu schützende Insasse je nach der Schwere des Crashes möglichst nicht zu stark, aber auch nicht zu schwach, und darüber hinaus auch lange genug zurückgehalten wird, - wie auch im einzelnen die Werte der Verzögerungen beim Crash schwanken mögen.
Das gezeigte Beispiel enthält zwar lauter diskrete Schaltungen bzw. Einheiten C/D/E/F/G für die Steuereinheit. Alle oder zu­ mindest ein Teil dieser Schaltungen bzw. Einheiten können aber auch zu einer gemeinsamen Einheit zusammengefaßt werden, z. B. auch durch einen einzigen, entsprechend speicherprogrammierten Mikrocomputer gebildet werden, welcher zusätzlich evtl. sogar noch einen oder mehrere Halbleitersensoren C auf dem Chip mit­ integriert enthalten kann.
Besonders schnell kann man bei Bedarf den Druck im Behälter B auf niedrigere, noch besser optimierte Werte absenken - z. B. um das erste Ventil V/A bzw. die ersten Ventile V/A nicht zu rasch zwischen seinen ZU-Zuständen und AUF-Zuständen steuern zu müs­ sen, wenn man zusätzlich mindestens ein zweites Ventil W/H bei einer oder bei mehreren zweiten Öffnungen W des Behälters B an­ bringt, wobei durch diese zusätzlichen Öffnungen W des Behäl­ ters B beim Crash das Gas vom Behälter B weg irgendwohin, z. B. ins Freie I oder in den Motorraum I, aber nicht in den Airbag R strömen soll, und wenn das zweite Ventil W/H jeweils durch die Steuereinheit C, D, E, G bei einem Crash ebenfalls, der jewei­ ligen Schwere der Crashphase angepaßt, zwischen seinen Zustän­ den ZU und AUF gesteuert werden kann.
An sich kann man sich oft schon damit begnügen, in erfindungs­ gemäßer Weise nur grob angenähert eine Anpassung der Stärke und Dauer der Füllung des Airbags zu erreichen, indem man mehrere erste, nur völlig ZU und völlig AUF steuerbare Ventile V/A an­ bringt, von denen, je nach der Schwere der aktuellen Phase des Crashes, einzelne oder alle erste Ventile V/A in ihren AUF-Zu­ stand steuert, wobei diese ersten Ventile V/A z. B. sogar - um den technischen Aufwand zu minimieren - jeweils für eine ein­ zige, unveränderte vorgegebene Dauer - oder vielleicht auch so­ zusagen für unendliche Dauer - völlig in ihren AUF-Zustand steuert. Das ergibt eine Steuerung des Airbag in mehr oder we­ niger groben Stufen.
Man kann jedoch statt dessen bei einem Crash den sehr unter­ schiedlichen Wechsel zwischen schwachen und starken Verzöge­ rungsphasen noch viel feiner berücksichtigen, und zwar mit ein­ fachen Mitteln den Airbag sehr angepaßt an den jeweiligen - von Crash zu Crash sehr unterschiedlichen - Verlauf der Verzögerun­ gen aufblasen, also die Füllung des Airbag auf besonders einfa­ che, besonders wenige erste Ventile benötigende Weise je nach der Schwere des Crashes und je nach dem Verlauf der Verzögerun­ gen sehr flexibel gut dosieren : Dazu kann nämlich die Steuer­ einheit, vgl. C, D, E, F, G, auch so dimensioniert werden, daß sie bei einem Crash die betreffende Öffnung V bzw. W mit dem zugehörenden ersten und/oder zweiten Ventil V/A, W/H in einen verschieden starken AUF-Zustand steuert und/oder verschieden lange Zeit in ihren AUF-Zustand steuert.
Man kann eine besonders feine Dosierung der jeweiligen Füllung des Airbag, abhängig von dem jeweiligen zeitlichen Verlauf der Verzögerungen, erreichen, wenn die Steuereinheit C, D, E, F, G bei einem Crash die betreffende Öffnung V und/oder W mit dem zugehörenden ersten und/oder zweiten Ventil V/A, W/H jeweils in mehr oder weniger kontinuierlicher Weise in den verschieden starken AUF-Zustand steuert und/oder in mehr oder weniger kon­ tinuierlicher Weise verschieden lange Zeit in den AUF-Zustand steuert. Vor allem die in kontinuierlicher Weise veränderbare Dauer des AUF-Zustandes ist mit einfachen Mitten erreichbar. - Hierbei wird unterstellt, daß eine digital, aber extrem fein gestuft arbeitende Steuereinheit C/D/E/F/G als kontinuierlich arbeitende Steuereinheit bezeichnet werden kann.
Man kann eine besonders gut an die jeweils vorliegenden Crash­ verhältnisse angepaßtes Steuern des Ventils bzw. der Ventile erreichen, also besonders gut optimiertes Aufblasen des Airbag erreichen, wenn man einen - in den Figuren der Übersichtlich­ keit wegen nicht gezeigten - Drucksensor, z. B. einen besonders rasch messenden piezoelektrischen Drucksensor, im oder am Air­ bag R so anbringt, daß dieser Drucksensor beim Aufblasen des Airbag R den im Airbaginneren jeweils herrschenden Gasdruck ermittelt. Der Drucksensor gibt dann sein Ausgangssignal an die Steuereinheit C, D, E, F, G ab, wodurch diese Steuereinheit, an die Schwere der aktuellen Crashphase besonders gut angepaßt, das erste Ventil V/A oder die ersten Ventile V/A, evtl. auch das zweite Ventil W/H oder die zweiten Ventile W/H so steuern kann, daß der Gasdruck im Airbaginneren möglichst genau einem idealen SOLL-Wert entspricht; - dieser der jeweiligen Crash­ phase zugeordnete SOLL-Wert kann z. B. auch als idealer SOLL- Wert für einen solchen speziellen Crashverlauf in einem PROM- Speicher der Steuereinheit gespeichert ist, wobei dieser Speicher z. B. in der Schaltung G angebracht sein kann.
Man kann mit besonders wenig Aufwand eine vom Crashverlauf ab­ hängige Auffüllung des Airbag erreichen, wenn zur Auslösung des Airbag R die Steuereinheit C, D, E, F, G in der Anfangsphase des Crashes zunächst - durch Steuerung eines oder mehrerer erster Ventile V/A - den Airbag R mit einer ersten Gasmenge aufbläst, und wenn diese Steuereinheit C, D, E, F, G in einer späteren Phase oder in mehreren späteren Phasen des Crashes - wieder durch entsprechende Steuerung eines oder mehrerer erster Ventile V/A - den Airbag R mit einer oder nacheinander mit meh­ reren weiteren Gasmengen aufbläst.
Mit besonders wenig Aufwand kann dann eine an den Crashverlauf besonders fein angepaßte Auffüllung des Airbag erreicht werden, wenn die Steuereinheit C, D, E, G in einer oder mehreren Pha­ sen des Crashes den Airbag R - wieder durch entsprechende Steuerung des ersten und/oder zweiten Ventils V/A, W/H, und/oder durch Steuerung der ersten und/oder zweiten Ventile V/A, W/H - jeweils mit unterschiedlich viel zusätzlichem Gas, nämlich mit einer den dann jeweils zuletzt ermittelten Verzöge­ rungswerten angepaßten Gasmenge, aufbläst. Dadurch kann die Steuereinheit C, D, E, F, G das Verhältnis zwischen der zusätz­ lichen späteren Gasmenge und der ersten Gasmenge, je nach der Schwere und/oder der Dauer der betreffenden späteren Phase, an den jeweils aktuellen Bedarf unterschiedlich anpassen.
Mit ganz besonders geringem Aufwand kann eine an den Crashver­ lauf fein angepaßte Auffüllung des Airbag erreicht werden, wenn nur ein einziges, und zwar mit nur das erste Ventil V/A, am Be­ hälter B angebracht wird, und wenn zusätzlich die Steuereinheit C, D, E, F, G in der Anfangsphase des Crashes - wieder durch entsprechende Steuerung dieses Ventils V/A - den Airbag R zunächst mit einer ersten Gasmenge aufbläst, und wenn diese Steuereinheit C, D, E, G in mindestens einer der späteren Phasen des Crashes - wieder durch entsprechende Steuerung des Ventils V/A - den Airbag R mindestens ein einziges Mal - und zwar möglichst gezielt, also den aktuell gemessenen Verzöge­ rungswerten angepaßt - mit einer weiteren Gasmenge aufbläst.

Claims (9)

1. Steueranordnung für einen Airbag (R) eines Fahrzeuges,
  • - mit einer elektronischen Steuereinheit (C, D, E, G), welche (C, D, E, G) bei einem Crash den Airbag (R) unter­ schiedlich stark, z. B. in Stufen, aufblasen kann, indem die Steuereinheit (C, D, E, G) bei einem Crash die sich im Airbag (R) ausbreitende Gasmenge beeinflußt,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß ein Behälter (B) angebracht ist, in welchem (B) sich spätestens nach dem Auslösen (F) des Aufblasens das unter Druck stehende Gas befindet,
  • - daß am Behälter (B) eine oder mehrere erste Öffnungen (V) angebracht sind, durch welche (V) beim Crash das Gas vom Behälter (B) in den Airbag (R) strömen soll, und
  • - daß ein oder mehrere erste Ventile (V/A) bei den ersten Öffnungen (V) angebracht sind, welche (V) jeweils durch die Steuereinheit (C, D, E, G) bei einem Crash zwischen den Zuständen ZU und AUF gesteuert werden können.
2. Steueranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß mindestens ein zweites Ventil (W/H) bei einer oder mehreren zweiten Öffnungen (W) des Behälters (B) angebracht ist, durch welche (W) beim Crash das Gas vom Behälter (B) weg (I), aber nicht in den Airbag (R), strömen soll, und
  • - daß das zweite Ventil (W/H) jeweils durch die Steuerein­ heit (C, D, E, G) bei einem Crash zwischen den Zuständen ZU und AUF gesteuert werden kann.
3. Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Steuereinheit (C, D, E, G) bei einem Crash die betreffende Öffnung (V, W) mit dem zugehörenden ersten und/oder zweiten Ventil (V/A, W/H) in einen verschieden starken AUF-Zustand steuern und/oder verschieden lange Zeit in den AUF-Zustand steuern kann.
4. Steueranordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Steuereinheit (C, D, E, G) bei einem Crash die betreffende Öffnung (V, W) mit dem zugehörenden ersten und/oder zweiten Ventil (V/A, W/H) jeweils in mehr oder weniger kontinuierlicher Weise in den verschieden starken AUF-Zustand steuern und/oder in mehr oder weniger kontinu­ ierlicher Weise verschieden lange Zeit in den AUF-Zustand steuern kann.
5. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß ein Drucksensor im oder am Airbag (R) selbst ange­ bracht ist, und
  • - daß der Drucksensor beim Aufblasen des Airbag (R) den im Airbaginneren (R) herrschenden Gasdruck ermittelt und sein Drucksensor-Ausgangssignal an die Steuereinheit (C, D, E, G) abgibt.
6. Verfahren zum Betrieb der Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche bei einem Crash von solcher Stärke, daß ein Aufblasen des Airbag (R) auszulösen ist, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Steuereinheit (C, D, E, G) in der Anfangsphase des Crashes durch Steuerung eines oder mehrerer erster Ventile (V/A) den Airbag (R) mit einer ersten Gasmenge aufbläst, und
  • - daß die Steuereinheit (C, D, E, G) in einer späteren Phase oder in mehreren späteren Phasen des Crashes durch Steue­ rung eines oder mehrerer erster Ventile (V/A) den Airbag (R) mit einer oder nacheinander mit mehreren weiteren Gas­ mengen aufbläst.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Steuereinheit (C, D, E, G) in einer oder mehreren Phasen des Crashes den Airbag (R) durch Steuerung des ersten und/oder zweiten Ventils (V/A, W/H) und/oder durch Steuerung der ersten und/oder zweiten Ventile (V/A, W/H) jeweils mit unterschiedlich viel zusätzlichem Gas, nämlich mit einer den dann jeweils zuletzt ermittelten Verzöge­ rungswerten angepaßten Gasmenge, aufbläst, so daß die Steuereinheit (C, D, E, G) durch diese Steuerung das Ver­ hältnis zwischen der zusätzlichen Gasmenge und der ersten Gasmenge von Fall zu Fall, nämlich je nach der Schwere und/oder der Dauer der betreffenden späteren Phase, unter­ schiedlich groß macht.
8. Verfahren nach Patentanspruch 6 oder 7 mit nur einem ein­ zigen, und zwar mit nur dem ersten Ventil (V/A), dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Steuereinheit (C, D, E, G) in der Anfangsphase des Crashes durch Steuerung des Ventils (V/A) den Airbag (R) mit einer ersten Gasmenge aufbläst, und
  • - daß die Steuereinheit (C, D, E, G) in mindestens einer der späteren Phasen des Crashes durch Steuerung des Ventils (V/A) den Airbag (R) mindestens ein einziges Mal mit einer weiteren Gasmenge aufbläst.
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