DE60015481T2

DE60015481T2 - System zur Airbagauslösung und Verfahren zur Insassenbestimmung

Info

Publication number: DE60015481T2
Application number: DE60015481T
Authority: DE
Inventors: Steven Yellin Dearborn Schondorf; Markus Hagen; Ralf Brosig
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2020-11-28
Also published as: EP1108624A3; EP1108624A2; DE60015481D1; EP1108624B1; US6581960B1; JP2001191894A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Sensor zur Bestimmung der Gegenwart eines Insassen in einem Kraftfahrzeug und befaßt sich insbesondere mit einem in den Sicherheitsgurt integrierten Insassensensor, der dazu verwendet werden kann, die Entfaltung eines Luftsackes zu steuern, und noch weiter im Besonderen betrifft die Erfindung ein System zum Entfalten eines Luftsackes und ein Verfahren zur Bestimmung der Gegenwart eines Fahrzeuginsassen.
In der allerersten Generation von Luftsäcken, sogenannten Airbags für Kraftfahrzeuge wurden die Luftsäcke in Reaktion auf die Detektion einer vorgegebenen Verzögerung des Fahrzeuges entfaltet. Die Luftsäcke wurden mit einer definierten Geschwindigkeit aufgebläht, ohne sonstige Eingänge zu berücksichtigen.
In jüngerer Zeit sind Luftsäcke bzw. Airbags entwickelt worden, die sich langsamer aufblasen als die frühen Luftsäcke. Diese Luftsäcke berücksichtigen aber auch keine sonstigen Faktoren. So entfalten sich z.B. sowohl der fahrerseitige als auch der beifahrerseitige Luftsack gleichzeitig, ohne zu berücksichtigen, ob ein Beifahrer da ist oder nicht.
Es sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Gegenwart eines Fahrzeuginsassen vorgeschlagen worden. Diese Sensoren beinhalten in Richtung des Beifahrers gerichtete Infrarotsensoren, unter dem Sitz angeordnete Gewichtssensoren und Sicherheitsgurt-Benutzungssensoren, die den Radius der auf dem Aufroller aufgewickelten Gurtlänge messen. Der Wickelradius kann durch einen mechanischen Sensor werden, der die Dicke des Gurtwickels um die Spule mißt. Der Nachteil bei Gurtaufrollersystemen ist, daß, da die Konstruktionen mechanisch sind, die beweglichen Teile zusammengebaut und eingestellt werden müssen und Verschleiß ausgesetzt sind. Dadurch erhöhen sich die Kosten für diese Systeme.
Die US-Patentschrift Nr. 5724024, welche die Merkmale des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 zeigt, offenbart ein Luftsack-Entfaltungssystem, bei dem ein Sensor zur Erfassung einer menschlichen Gegenwart auf einem Sitz verwendet wird, indem die resultierende Veränderung des kapazitiven Blindwiderstandes zwischen einer oder mehreren festen Elektrode(n) und einer am Sicherheitsgurt befestigten oder darin eingebetteten Sensorelektrode gemessen wird, zusammen mit Schaltungen zur Erzeugung von Signalen, die sich auf die Atmung und/oder den Herzrhythmus beziehen.
Die US-Patentschrift Nr. 4015236 offenbart den Einsatz eines an einem Sicherheitsgurt befestigten Niederfrequenzoszillators, welcher mit einer festen Elektrode zusammenwirkt, um zu bestimmen, ob der Sicherheitsgurt um einen Fahrzeuginsassen angelegt ist oder nicht, und so eine Alarmierung auszulösen, wenn er nicht angelegt ist.
US-Patentschrift Nr. 4885566 ist ähnlich, mit Ausnahme dessen, daß diese nur eine am Sicherheitsgurt befestigte oder in diesen eingenähte Elektrode statt eines Niederfrequenzoszillators verwendet.
Diese Systeme reagieren auf die Änderung der Lage des Sensors in bezug auf die feste(n) Elektrode(n), wenn sie durch die Gegenwart eines Fahrzeuginsassen verändert wird.
Die japanische Patentschrift Nr. 63305057 offenbart ein System zur Erfassung, ob ein Sicherheitsgurt richtig verwendet wird, indem der Drall von in den Sicherheitsgurt eingebetteten Drähten erfaßt wird.
Es ist daher wünschenswert, ein kostengünstiges Sensorsystem zur Erfassung der Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf einem Sitz zu schaffen.
Einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge liefert diese ein System zum Entfalten eines Luftsackes für ein Kraftfahrzeug, welches einen Luftsack enthält, einen Sicherheitsgurt, einen Aufroller, um welchen ein Teil des Sicherheitsgurtes gewickelt ist, einen Insassensensor, bestehend aus Drähten, die entlang dem Sicherheitsgurt verlaufen und sich der Form des Sicherheitsgurtes anpassen, und eine mit dem Sensor verbundene Luftsacksteuerung, wobei die Drähte einen induktiven Widerstand aufweisen, der sich mit der Form der Drähte ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung derart wirkt, daß sie die Gegenwart eines Insassen in Reaktion auf eine Änderung des induktiven Widerstandes der Drähte ermittelt, wenn die Form der Drähte dadurch verändert wird, daß der Sicherheitsgurt von dem Insassen angelegt wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Gegenwart eines Insassen auf einem Sitz in einem Kraftfahrzeug gestellt, welches Fahrzeug einen Sicherheitsgurt mit einem Gurtaufroller und einem System zum Entfalten eines Luftsackes mit einer dem Sitz zugeordneten Luftsacksteuerung aufweist, welches Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Anordnen von Drähten, so daß sich diese entlang dem Sicherheitsgurt erstrecken und der Form desselben anpassen, und Durchleiten eines elektrischen Signales durch die Drähte zur Bestimmung der Gegenwart eines Insassen auf dem Sitz, wobei die Drähte einen induktiven Widerstand haben, der sich in Abhängigkeit von der Form des Sicherheitsgurtes verändert, daß der induktive Widerstand der Drähte gemessen wird, und daß Änderungen im gemessenen Widerstand dazu verwendet werden zu bestimmen, ob sich ein Insasse auf dem Sitz befindet.
Ein Vorteil eines die Erfindung verkörpernden Systems ist, daß nicht nur die Gegenwart eines Insassen erfaßt werden kann, sondern auch die Größe des Insassen ermittelt werden kann. Ein weiterer Vorteil eines die Erfindung verkörpernden Systems ist, daß der Sensor ohne größeren Kostenaufwand in den Sicherheitsgurt integriert werden kann. Der Sensor arbeitet rein elektrisch, ohne mechanisch zu bewegende Teile.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:
1: eine perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Insassen-Sensor- und Luftsack-Entfaltungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
2: eine Aufrißdarstellung eines Luftsack-Entfaltungssystems nach der vorliegenden Erfindung;
3: eine Darstellung im Querschnitt durch einen Sicherheitsgurt gemäß der vorliegenden Erfindung;
4: eine perspektivische Ansicht eines Sicherheitsgurtes mit einem mit einem Luftsackmodul gekoppelten Insassensensor; und
5: eine schematische Ansicht eines Luftsackmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den folgenden Figuren werden dieselben Bezugszahlen zur Bezeichnung identischer Komponenten in den verschiedenen Ansichten verwendet. Die vorliegende Erfindung wird dabei mit Bezug auf einen einzelnen Insassensensor veranschaulicht, der einem einzelnen Sitz im Kraftfahrzeug zugeordnet ist. Die Erfindung kann jedoch ebenso gut mit Bezug auf den Beifahrer, den Fahrer und einen mittig sitzenden Mitfahrer auf den Vordersitzen des Fahrzeuges eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung ist ebenso gleichermaßen anwendbar auf die Insassenerfassung in hinteren Sitzpositionen des Fahrzeuges. Auch ist das System mit Bezug auf ein System mit einem einzelnen am Fahrzeug befestigten Aufroller dargestellt. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß die vorliegende Erfindung auch für andere Arten von Systemen geeignet ist, die am Sitz befestigt sind, oder die mehrere Aufroller beinhalten.
Es sei nun Bezug genommen auf 1, wo eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines Kraftfahrzeuges 10 mit einem Insassensensorsystem 12 und einem Luftsackentfaltungssystem 10 dargestellt ist. Das Kraftfahrzeug 10 hat einen Sitz 16, der in unmittelbarer Nähe eines Luftsackes 18 angeordnet ist. Ist der Sitz 16 der Fahrersitz, kann der Luftsack 18 in ein Lenkrad 20 mit eingebaut sein. Eine Luftsacksteuerung 22 ist mit dem Luftsack 18 gekuppelt, um die Entfaltung des Luftsackes 18 zu steuern.
Das Insassensensorsystem 12 hat einen Insassensensor 24, der im Sicherheitsgurt 26 angeordnet ist, sowie eine Luftsacksteuerung 26. Der Insassensensor 24 ist mit der Luftsacksteuerung 22 gekuppelt und zeigt der Luftsacksteuerung 22 die Gegenwart eines Insassen an. Es kann natürlich auch eine separate Insassensensorsteuerung verwendet werden.
Es sei nun Bezug genommen auf 2, wo die Steuerung 22 dargestellt ist, die mit einem Insassensensor 24 im Sicherheitsgurt 26 gekuppelt ist. Der Insassensensor 24 beinhaltet mehrere Drähte 28, die sich über eine vorgegebene Länge des Sicherheitsgurtes erstrecken. Die Länge des Insassensensors 24 kann über die gesamte Länge des Sicherheitsgurtes 26 reichen, oder auch nur über einen Teil desselben. Selbstverständlich wird der Fachmann erkennen, daß die Länge des Insassensensors 24 je nach gewünschtem Bedarf eines bestimmten Systems variieren kann, nach gewünschter Empfindlichkeit des Systems, und nach der Konstruktion des Kraftfahrzeuges. Darstellungsgemäß verlaufen die Drähte parallel, es sind jedoch verschiedene Formen denkbar, z.B. eine mäanderartige oder eine Zickzack-Führung oder auch eine kammförmige Anordnung. Eine geeignete Gestalt, die für die jeweilige besondere Konstruktion zutrifft, kann leicht vom Fachmann bestimmt werden.
Der Sicherheitsgurt 26 ist im Fahrzeug 10 jeweils über einen Anker 30 und über einen Aufroller 32 befestigt. Sowohl der Anker 30 als auch der Aufroller 32 sind fest mit der Struktur des Kraftfahrzeuges 10 verbunden. Anker 30 ist ein fester Verankerungspunkt, während der Aufroller 30 dazu verwendet werden kann, übermäßiges Spiel aus dem Sicherheitsgurt 26 zu nehmen. Der Aufroller 30 nimmt den Sicherheitsgurt 26 auf, wenn dieser nicht benutzt wird.
Am Sicherheitsgurt 26 ist eine Schnalle 34 angeordnet. Die Schnalle kann in Längsrichtung des Sicherheitsgurtes 26 verschoben werden, um diesen um einen Insassen legen zu können. Ein Schnallenschloß 36 ist fest an der Fahrzeugstruktur des Fahrzeuges 10 befestigt und mit der Schnalle 34 verbunden. Ein Schnallensensor 38 kann mit der Steuerung 22 gekoppelt werden, um eine Angabe darüber zu liefern, ob die Schnalle 34 in das Schnallenschloß 36 gesteckt worden ist. Der Schnallensensor 38 kann ein mechanischer, elektrischer oder magnetischer Stellungssensor sein. Zwar ist der Schnallensensor 38 optional, er wird jedoch dazu verwendet, der Steuerung zusätzliche Informationen zu liefern und ist ein optionales Merkmal. Vor dem Anlegen des Sicherheitsgurtes 26 um den Insassen ist der Sicherheitsgurt 26 nur zwischen dem Anker 30 und dem Aufroller 32 positioniert, so daß die Überschußlänge des Sicherheitsgurtes 26 im Aufroller 32 aufgewickelt ist. In dieser Position ist die Schnalle 34 zwischen dem Anker 30 und dem Aufroller 32 angeordnet. Wenn sich ein Insasse ins Fahrzeug setzt, wird der Sicherheitsgurt 26 mit dem Insassensensor 24 um den Insassen herum ausgezogen, bis die Schnalle 34 in das Schnallenschloß 36 gesteckt werden kann. Auf diese Weise bildet der Sicherheitsgurt 26, wenn dieser Sicherheitsgurt angelegt ist, einen Beckengurtteil 40 und einen Schultergurtteil 42.
Mit Bezug auf 3 hat der Sicherheitsgurt 26 darstellungsgemäß in diesem positionierte Drähte 28. Die Drähte 28 können auch auf der Außenseite des Sicherheitsgurtes 26 positioniert sein. Im allgemeinen sind Sicherheitsgurte aus einem Textilgewebe hergestellt. Die Drähte 28 können auch in das Gewebeband des Sicherheitsgurtes 26 eingewebt sein.
Mit Bezug auf 4 nun ist das Insassensensorsystem 12 in einer Position dargestellt, in der es teilweise um einen Insassen gelegt ist. Darstellungsgemäß ist der Insassensensor 24 im Sicherheitsgurt 26 mit den Drähten 28 darin von dem Aufroller 32 abgezogen. Zwischen der Schnalle 34 und dem Anker 30 hat der Sicherheitsgurt 26 eine Krümmung, im Gegensatz zu seinem geradlinigen, nicht aufgerollten Verlauf. Zwischen der Schnalle 34 und dem Aufroller kann der Sicherheitsgurt auch verschiedene andere unregelmäßige Formen aufweisen, wie z.B. verschiedene Krümmungsradien. Die Form, in welcher der Sicherheitsgurt verläuft, bewirkt, daß die Drähte 28 unterschiedliche induktive Widerstände aufweisen, wenn elektrische Signale durch sie geleitet werden.
Der Insassensensor 24 empfängt von der Steuerung 22 ein elektrisches Signal. Steuerung 22 überwacht den induktiven Widerstand des Insassensensors 24. Durch die Überwachung der Änderungen im induktiven Widerstand des Insassensensors 24 kann die Steuerung 22 erfassen, wann ein Fahrzeuginsasse zugegen ist. Es kann auch die Größe des Insassen bestimmt werden. Mit Bezug auf 5 nun ist in der Steuerung 22 ein Mikroprozessor 44 enthalten.
Mikroprozessor 44 steuert ausgehend von verschiedenen Eingängen die Entfaltung des Luftsackes bzw. 'Airbag' 18. Mit dem Mikroprozessor 44 ist ein Speicher 46 verbunden. Darstel lungsgemäß ist der Speicher 46 außerhalb der Steuerung 22 angeordnet. Allerdings kann der Speicher 46 natürlich auch in der Steuerung 22 integriert sein und Bestandteil des Mikroprozessors 44 sein. Der Speicher 46 ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger Speicher wie z.B. ein EEPROM. Der Speicher 46 kann, wie weiter unten noch erläutert wird, zur Ablage einer Nachschlagetabelle verwendet werden, welche induktive Widerstandswerte und die entsprechenden Insassenwerte enthält.
Der Insassensensor 24 wird durch den Mikroprozessor 44 gesteuert und überwacht. Insassensensor 24 hat einen Eingang 48 und einen Ausgang 50. Der Eingang 48 weist eine mit diesem verbundene Konstantstromquelle 52 oder eine Konstantspannungsquelle 54 auf. Der Eingang 48 und der Ausgang 50 stehen mit den oben erwähnten Drähten 28 in Verbindung. Ein Spannungsfolgeglied 56 mit hoher Impedanz ist zwischen dem Eingang 48 und dem Mikroprozessor 44 angeschlossen. Da der Insassensensor 24 einen niedrigen Widerstand aufweist, erlaubt das Spannungsfolgeglied 56 mit der hohen Impedanz dem Mikroprozessor 44, das Anlegen von Spannung oder Strom an den Insassensensor 24 zu steuern, ohne daß dabei ein unzulässig hoher Stromverlust entstünde. Mikroprozessoren sind üblicherweise mit niedrigem Strom arbeitende Vorrichtungen.
Der Mikroprozessor 44 kann verschiedene Signale an den Insassensensor 24 abgeben. Er kann z.B. eine Rechteckwelle, einen Impulseingang oder eine konstante Spannung bzw. einen konstanten Strom an den Insassensensor 24 anlegen. Mikroprozessor 44 kann den Insassensensor 24 auch in nicht kontinuierlicher Weise überwachen. Der Schnallensensor 38 z.B. kann als Eingang verwendet werden, um die Steuerung und Überwachung des Insassensensors durch den Mikroprozessor 44 zu starten. Das heißt, beim Einführen der Schnalle 34 in das Schnallenschloß 36 gibt der Schnallensensor 38 in Reaktion auf das Signal vom Schnallensensor 38 ein Signal 44 ab. Der Mikroprozessor 44 löst dann das Anlegen eines vorgegebenen Signals am Insassensensor 24 aus.
Ausgang 50 kann mit einem Strom-Spannungswandler 56 gekuppelt sein. Dieser Strom-Spannungswandler 56 ist mit einem Eingang des Mikroprozessors 44 verbunden. Der Strom-Spannungswandler 56 wandelt den Strom vom Insassensensor 50 in eine Spannung 56, die für die Eingabe in den Mikroprozessor 44 geeignet ist. Wenn jedoch der Mikroprozessor 44 in der Lage ist, ein Stromsignal zu empfangen, kann der Strom-Spannungswandler 56 wegfallen.
Im Betrieb sitzt ein Insasse im Fahrzeug auf dem Sitz 16 und streckt dabei den Sicherheitsgurt 26. Die Schnalle 34 ist in ein Schnallenschloß 36 gesteckt. Der Schnallensensor 38 gibt ein entsprechendes Signal an den Mikroprozessor 44 ab. Der Schnallensensor 38 ist ein optionaler Teil der vorliegenden Erfindung. Wird der Schnallensensor 38 nicht verwendet, kann der Mikroprozessor den Sensor 24 kontinuierlich überwachen, sobald der Zündschalter des Fahrzeuges eingeschaltet ist.
Der gekrümmte Verlauf des Insassensensors 24 und der Drähte 28 darin ergibt eine Änderung des induktiven Widerstandes. Mikroprozessor 44 löst das Anlegen eines elektrischen Signals am Insassensensor 24 aus. Der Mikroprozessor 44 empfängt dann ein Signal, das dem gemessenen induktiven Widerstand entspricht. Mikroprozessor 44 vergleicht das empfangene Signal vom Insassensensor 24 mit vorgegebenen Werten. Die vorgegebenen Werte können im Speicher 46 abgelegt sein. Verschiedene Bereiche induktiven Widerstandes entsprechen dann jeweils einem Insassen, der den Sicherheitsgurt 26 angelegt hat. Auf diese Weise zeigt der Mikroprozessor 44 die Gegenwart oder Abwesenheit eines Insassen an, ausgehend von diesem Vergleich. Des weiteren kann auch die Größe des Fahrzeuginsassen bestimmt werden, weil der induktive Widerstand je nach Krümmung der Drähte 28 verschieden sein kann.
Der Mikroprozessor 44 kann in Reaktion auf das Signal vom Insassensensor 24 die Entfaltung des Luftsackes 18 steuern. Wenn z.B. der Insassensensor 24 anzeigt, daß kein Insasse zugegen ist, braucht der Luftsack nicht entfaltet zu werden. Des weiteren kann, wenn ein Signal 24 die Gegenwart eines kleinen Insassen anzeigt, die Aufblasgeschwindigkeit des Luftsackes reduziert werden. Der Fachmann wird erkennen, daß unterschiedliche Luftsackentfaltungsstrategien in Reaktion auf das Insassensensorsignal 24 zur Anwendung gebracht werden können.

Claims

System zum Entfalten eines Luftsackes für ein Kraftfahrzeug, folgendes aufweisend: einen Luftsack (18); einen Sicherheitsgurt (26); einen Aufroller, um welchen ein Teil des Sicherheitsgurtes gewickelt ist; einen Insassen-Sensor (24) bestehend aus Drähten (28), die entlang dem Sicherheitsgurt (26) verlaufen und sich der Form des Sicherheitsgurtes (26) anpassen; und eine mit dem Sensor (24) verbundene Luftsacksteuerung (22); wobei die Drähte (28) einen induktiven Widerstand aufweisen, der sich mit der Form der Drähte ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung derart wirkt, daß sie die Gegenwart eines Insassen in Reaktion auf eine Änderung des induktiven Widerstandes der Drähte (23) ermittelt, wenn die Form der Drähte dadurch verändert wird, daß der Sicherheitsgurt von dem Insassen angelegt wird.
System zur Entfaltung eines Luftsackes nach Anspruch 1, außerdem einen Speicher (46) beinhaltend, der mit der Luftsacksteuerung (221 gekoppelt ist.
System zur Entfaltung eines Luftsackes nach Anspruch 1 oder 2, worin die Luftsacksteuerung (22) eine Konstantstromquelle. (52) aufweist, die mit dem Insassensensor (24) verbunden ist.
System zur Entfaltung eines Luftsackes nach Anspruch 1 oder 2, worin die Luftsacksteuerung (22) eine Konstantspannungsquelle (54) aufweist, die mit dem Insassensensor (24) verbunden ist.
System zur Entfaltung eines Luftsackes nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin die Luftsacksteuerung (22) einen Strom-Spannungs-Wandler (56) aufweist, der mit dem Insassensensor (24) verbunden ist.
System zur Entfaltung eines Luftsackes nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, außerdem einen Schnallensensor (38) aufweisend, der mit der Luftsacksteuerung (22) verbunden ist und anzeigt, ob eine Sicherheitsgurtschnalle geschlossen ist.
System zur Entfaltung eines Luftsackes nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin die Drähte (28) innerhalb. des Sicherheitsgurtes (26) verlaufen.
Verfahren zur Bestimmung der Gegenwart eines Insassen auf einem Sitz in einem Kraftfahrzeug, welches Fahrzeug einen Sicherheitsgurt (26) mit einem Gurtaufroller (32) und ein System zum Entfalten eines Luftsackes mit einer dem Sitz zugeordneten Luftsacksteuerung (22) aufweist, welches Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Anordnen von Drähten (28), so daß sich diese entlang dem Sicherheitsgurt erstrecken und der Form desselben anpassen, und Durchleiten eines elektrischen Signales durch die Drähte (28) zur Bestimmung der Gegenwart eines Insassen auf dem Sitz, wobei die Drähte (28) einen induktiven Widerstand haben, der sich in Abhängigkeit von der Form des Sicherheitsgurtes verändert, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand der Drähte gemessen wird, und daß Änderungen im gemessenen Widerstand dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob sich ein Insasse auf dem Sitz befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, worin Änderungen im gemessenen induktiven Widerstand dadurch bewertet werden, daß der Meßwert des induktiven Widerstandes mit vorgegebenen Werten verglichen wird, die in einer Nachschlagetabelle (46) gespeichert sind.