NL1011318C2 - Regelbare gasgenerator. - Google Patents

Description

Titel: Regelbare gasgenerator

De uitvinding heeft betrekking op een regelbare gasgenerator, bijvoorbeeld voor een airbag. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het regelen* van de hoeveelheid gas die wordt gegenereerd door een 5 gasgenerator.

Een airbag systeem omvat in het algemeen tenminste een diagnostische module en een airbag module. De airbag module bestaat uit een opblaasbare zak en een gasgenerator of inflator. De gasgenerator bestaat uit middelen die 10 zorgen voor het vrijkomen van een gas (hoofdlading). Deze gasvormende stof kan zowel in vaste vorm als in gas- of vloeibare vorm (bijvoorbeeld gecomprimeerd gas) in de gasgenerator zijn opgeslagen.

Een botsing wordt gesignaleerd door crash-sensoren 15 die een signaal geven naar de diagnostische module. De diagnostische module beoordeelt aan de hand van een geïntegreerd algoritme of de airbag dient af te gaan. In het algemeen is de diagnostische module zo afgesteld dat bij botsingen met snelheden vanaf 16-19 km/u de airbag 20 geactiveerd wordt. Als dit het geval is stuurt de module een elektrisch signaal naar de middelen die zorgen voor het vrijkomen van het gas naar de opblaasbare zak.

In het geval van drijfladingen kan dit een ontstekingsmechanisme zijn, terwijl in het geval van 25 gecomprimeerde gassen een regelventiel of een breekplaat of andere middelen die kunnen zorgen voor het vrijkomen van het gas, gebruikt kunnen worden. De ontsteking ontsteekt vervolgens de hoofdlading van de inflator, of in het geval van gecomprimeerde gassen als hoofdlading, wordt door het 30 openen van het ventiel of de breekplaat een opening vrijgemaakt die het gas "naar de opblaasbare zak voert. De ' ; ·> i C 1 2 vrijkomende gassen van de ontstoken hoofdlading blazen vervolgens de airbag op. De airbag dempt vervolgens de beweging die het lichaam maakt als gevolg van de botsing. Direct hierna loopt de airbag weer leeg door de 5 aanwezigheid van uitblaasgaten of door de porositeit van het weefsel van de airbag. De mate waarin de airbag wordt opgeblazen hangt daarmee af van de netto massastroom van het gas. De netto massastroom wordt bepaald door de hoeveelheid instromend gas per tijdseenheid verminderd met 10 de hoeveelheid uitstromend gas per tijdseenheid.

Gezien de effecten die botsingen bij hoge snelheid op het menselijk lichaam kunnen hebben, en de snelheid waarmee dit gebeurt, moet een airbag snel opgeblazen kunnen worden. Dit betekent voor de mechanismen die zorgdragen 15 voor het- opblazen van de airbag dat zij een korte responstijd moeten hebben. Ook moet het opblazen of vullen van de airbag in een zeer korte tijd plaats kunnen vinden. Deze tijden zijn in het algemeen in de orde van milliseconden. Een typerende tijd voor een airbag om tot 20 zijn volle omvang te worden opgeblazen is ca. 5-80 milliseconden.

Het effect van een botsing op een lichaam is een functie van een groot aantal variabelen, zoals de snelheid van botsing, de wijze van botsen, botsen met een hard of 25 een zacht voorwerp, en lichaamsafhankelijke variabelen zoals positie, lengte en gewicht. Ook de aanwezigheid van een lichaam is natuurlijk van belang voor het wel of niet opblazen van de airbag. Dit resulteert in een grote verscheidenheid aan omstandigheden bij een botsing. Om 30 beter in te spelen op deze verscheidenheid aan botsingsomstandigheden is het wenselijk om de mate van demping van de airbag en daarmee de snelheid waarmee het kussen wordt opgeblazen te reguleren. Het regelen van de massastroom van een airbag is aan even stringente vereisten 35 onderworpen als het eerder omschreven opblazen van de airbag. Dit betekent voor de mechanismen die de massastroom 1 0 i 3 regelen dat de responstijd van dergelijke systemen in dezelfde orde grootte dient te liggen als die van de boven beschreven airbag, dat wil zeggen in de orde van milliseconden, terwijl de totale tijd die nodig is voor het 5 opblazen van de airbag ook geen wezenlijke wijziging mag ondergaan. Hiertoe zijn in het verleden maatregelen voorgesteld zoals bijvoorbeeld beschreven in US 5690357.

Ook zijn maatregelen bekend welke gebruik maken van een airbag welke twéé pyrotechnische ladingen van 10 verschillende capaciteit bevat welke afzonderlijk ontstoken kunnen worden. Door de variatie in ontstekingsmogelijkheden (kleine capaciteit, grote capaciteit of beide) is het hierbij mogelijk om drie, in sterkte oplopende, impactvertragende effecten van een airbag te krijgen. Op 15 het moment van botsing wordt de gewenste impactvertraging bepaald en vervolgens bepaald welke combinaties ontstoken worden.

Een nadeel van de bovengenoemde maatregel is dat er slechts een beperkte regeling van het impactvertragende 20 effect mogelijk is. De bepaling van het gewenste impactvertragende effect is in de stand van de techniek bovendien in principe een statische regeling. Een statische regeling houdt in dat op het moment van impact eenmalig het -gewenste impactvertragende vermogen wordt bepaald en 25 vervolgens de airbag wordt opgeblazen.

Het is niet ongebruikelijk dat gedurende de botsing wijzigingen optreden in_.de omstandigheden en daarmee in de variabelen. Er zijn ontwikkelingen gaande om de diagnostische module_te_voorzien van een dynamische 30 regeling. Dit houdt in dat op elk moment gedurende de botsing de variabelen bepaald kunnen worden en verwerkt kunnen worden door de_diagnostische module. Het zou dan wenselijk zijn de impactvertraging van de airbag aan te kunnen passen aan deze veranderde omstandigheden.

35 Een ander nadeel van de bovenbeschreven maatregelen is derhalve dat het na het ontsteken van de genoemde 4 pyrotechnische ladingen niet mogelijk is om tijdens de botsing de impactvertragende werking van de airbag bij te stellen.

Het is derhalve een doel van de uitvinding te komen 5 tot een beter regelbare impactvertraging van een airbag.

Een regelbare gasstroom kan op zichzelf ook bereikt worden door op de houder van een gasgenerator meerdere afsluitmiddelen aan te brengen. Deze afsluitmiddelen kunnen selectief verwijderd worden door middel van een 10 drijflading. Door het selectief verwijderen van deze afsluitmiddelen kan het uitstroomoppervlak vergroot worden.

Onder een drijflading voor het verwijderen van de afsluitmiddelen wordt een stuwstof verstaan. Deze stuwstof is een stof of een mengsel van stoffen waarbij energie 15 wordt verkregen uit oxidatie of decompositie of een combinatie daarvan, waarbij de energie niet verkregen wordt door een ontleding van de stoffen als gevolg van een schokgolf.

Het is een nader doel van de uitvinding om te komen 20 tot een op meer momenten regelbare airbag en ook overigens nadelen in de stand van de techniek te overwinnen en te komen tot een beter regelbare en op meer momenten regelbare gasstroom uit de gasgenerator.

Vanuit het oogpunt van responstijd is het wenselijk 25 gebruik te maken van pyrotechnische systemen zoals drijfladingen voor het verwijderen van de afsluitmiddelen.

Het is een verder doel van de uitvinding te voorzien in een regelbare gasgenerator die, met behoud van een korte responstijd, de mogelijkheid heeft zowel een vergroting als 30 een verkleining van de gegenereerde massastroom te verwezenlij ken.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht, dat gas genererende systemen gebaseerd op vaste stuwstoffen en op gecomprimeerde gassen verschillend reageren ten aanzien van 35 het vergroten van het uitstroomoppervlak, bij voorbeeld door het openen van extra uitstroomopeningen.

! U I ί o I o 1 i 5

Bij het verlagen van de druk boven een ontstoken vaste stuwstof door het vergroten van het uitstroomoppervlak treedt namelijk meestal een vertraging van de verbranding op en dus een vermindering van de 5 vrijkomende hoeveelheid gas per tijdseenheid, terwijl vergroting van het oppervlak bij een gecomprimeerd gas leidt tot een vergroting van de vrijkomende hoeveelheid gas per tijdseenheid. Door geschikte toepassing van een combinatie van deze effecten kan men er voor zorgen dat 10 tijdens het genereren van gas de hoeveelheid zowel vergroot als verkleind wordt.......

De uitvinding wordt derhalve gekenmerkt door een regelbare gasgenerator, gebaseerd op een combinatie van een eerste gasgenererend systeem met gecomprimeerd gas en een 15 tweede gasgenererend systeem met een vast materiaal dat bij verbranding gas genereert, waarbij de hoeveelheden gas die beide systemen genereren, onafhankelijk van elkaar regelbaar zijn.

De uitvinding hééft tevens betrekking op een 20 regelbare gasgenerator, gebaseerd op een combinatie van een eerste gasgenererend systeem met gecomprimeerd gas en een tweede gasgenererend systeem met een vast materiaal dat bij verbranding gas genereert, waarbij de hoeveelheden gas die beide systemen genereren, afhankelijk van elkaar zijn.

25 Door deze combinatie van twee systemen is het mogelijk de hoeveelheid gas die gegenereerd wordt met zeer korte responstijden te variëren. Door bijvoorbeeld te regelen met het gecomprimeerde gas systeem kan men de hoeveelheid gas vergroten, terwijl met het vaste stof 3 0 systeem de hoeveelhe.id gas verkleind kan worden. Tevens wordt het mogelijk om met het vergroten van de hoeveelheid gas uit het eerste systeem de hoeveelheid gas die door het tweede systeem gegenereerd wordt te beïnvloeden.

In de praktijk zal men bij het starten van de 35 gasgenerator voor het opblazen van de airbag in het algemeen kiezen voor het activeren van beide systemen. De , „ ; : . \ i ..6 mate waarin dat gebeurt hangt af van de externe factoren, welke met behulp van de diagnostische module vastgesteld zijn. Tijdens het opblazen van de airbag houdt de diagnostische module continu of intermitterend bij wat de 5 situatie is en stuurt zo nodig bij. Door het vergroten van het aantal openingen (uitstroomoppervlak) van of het eerste of het tweede systeem kan men respectievelijk de opblaassnelheid en mate van opblazen vergroten of verkleinen.

10 Het is mogelijk om de beide systemen afhankelijk of onafhankelijk van elkaar te laten functioneren. Hierdoor ontstaan een drietal nevengeschikte uitvoeringsvormen. In de eerste uitvoeringsvorm is het tweede, op een vast stuwstof gebaseerde gasgenererende systeem in de houder van 15 het eerste, op een gecomprimeerd gas gebaseerde, gasgenererende systeem geplaatst. De massastroom uit het eerste gasgenererende systeem wordt nu mede bepaald door de regeling van de massastroom van het tweede gasgenererende systeem.

20 In de andere uitvoeringsvorm zijn het eerste en het tweede gasgenererende systeem naast elkaar geplaatst. De massastrooom uit het eerste gasgenererende systeem kan nu onafhankelijk van het tweede gasgenererende systeem worden geregeld.

25 Een derde uitvoeringsvorm is die waarin het eerste gasgenererende systeem in de houder van het tweede gasgenererende systeem is geplaatst. Evenals bij de eerste uitvoeringsvorm is de regeling van de beide systemen afhankelijk van elkaar.

30 Een mogelijkheid voor de derde uitvoeringsvorm is om de vaste stuwstof in de vorm van een poreus of gasdoorlatend materiaal te gebruiken. Wanneer het eerste gasgenererende systeem geactiveerd wordt, stroomt dit gas door of langs de gasgenererende stof van het tweede 35 gasgenererende systeem. De drukverandering die dit tot i 7 gevolg heeft, beïnvloedt de totale massastroom van de generator.

De drie onderscheiden uitvoeringsvormen zijn schematisch weergegeven in Figuur 1.

5 Een voorkeursuitvoeringsvorm betreft systemen, waarbij een of beide gasgenererende systemen voorzien zijn van twee of meer openingen, welke allemaal voorzien zijn van afsluitmiddelen.

Teneinde een grotere verscheidenheid aan 10 regelmogelijkheden van de massastroom te creëren is een voorkeursuitvoeringsvorm mogelijk waarbij de openingen in de gasgenererende systemen van onderling verschillende diameter of groepen van verschillende diameter zijn en uiteraard de afsluitmiddelen hierop overeenkomstig 15 aangepast zijn.

Bij een botsing wordt door het regelmechanisme in de diagnostisch module van de airbag het gewenste impactvertragende effect bepaald. Het regelmechanisme van de airbag omvat een meet- en rekensysteem dat in 20 afhankelijkheid van ëën aantal factoren de regeling van de airbag aanstuurt. Het meetsysteem omvat een aantal sensoren of andere middelen voor het verzamelen van informatie omtrent externe factoren die van belang zijn voor het functioneren van de airbag. Voorbeelden van dergelijke 25 factoren zijn snelheid van het voertuig, aanwezigheid, positie, lengte en gewicht van het lichaam, vertraging tijdens de botsing en dergelijke. Deze informatie wordt vervolgens verwerkt in een rekensysteem. Vanuit het rekensysteem wordt de aansturing van de gasgenerator 30 geregeld voor het bereiken van de gewenste massastroom.

Teneinde het gewenste impactvertragende effect te bereiken wordt in een uitvoering van de uitvinding het afsluitmiddel in het gasgenererende systeem verwijderd en een massastroom gegenereerd.

35 De uitvinding heeft derhalve ook betrekking op een werkwijze waarbij middels continu bepalen van de externe 8 factoren vastgesteld wordt of de massastroom die gegenereerd wordt aangepast moet worden, en indien nodig het aanpassen van de hoeveelheid gas.

Bij het gebruik van vaste stuwstoffen is het in het 5 algemeen zo dat één afgesloten opening voor het gegenereerde gas reeds aanwezig is in de houder. Deze afgesloten opening is echter niet afgesloten door een afsluitmiddel dat wordt verwijderd met een drijflading als eerder omschreven. Als afsluitmiddel voor deze opening, om 10 bijvoorbeeld weersinvloeden en vocht buiten te sluiten, is een 'weather seal' of een breekplaat aangebracht. De uitvinding heeft dan ook betrekking op de aanwezigheid van additionele meerdere afgesloten openingen die, indien nodig, geopend kunnen worden op de elders in deze 15 beschrijj/ing aangegeven wijze.

Bij het gebruik van gasvormige stuwstoffen is een dergelijke opening voor het gegenereerde gas in eerste aanleg uiteraard niet aanwezig in de houder. De uitvinding heeft dan ook betrekking op de aanwezigheid van meerdere 20 afgesloten openingen die geopend kunnen worden al naar de behoefte.

Het eerste systeem van de regelbare gasgenerator is gebaseerd op een gecomprimeerd of vloeibaar gas, terwijl het tweede systeem gebaseerd is op een vaste stuwstof.

25 In een voorkeursuitvoeringsvorm is het eerste systeem gevuld met een gecomprimeerd gas. Door het verwijderen van de afsluitmiddelen komt een zekere stroom gas vrij, door het verwijderen van meer afsluitmiddelen neemt de massastroom toe en wordt de airbag sneller 30 opgeblazen. Daarmee neemt het impactvertragende effect van de airbag toe. Het tweede systeem is gebaseerd op een vaste drijflading. De snelheid van verbranden van drijflading is afhankelijk van de druk tijdens de verbranding. Bij sommige drijfladingen resulteert een hoge druk in een snelle 35 verbranding terwijl een lagere druk zorgt voor een langzamere verbranding. Hierdoor is de gegenereerde i u .

i 9 hoeveelheid gas per tijdseenheid afhankelijk van de druk in het systeem waarin zich de ontbrandende drijflading bevindt. Door het openen van meer openingen in de houder wordt de druk in de houder verlaagd en zal de 5 verbrandingssnelheid van de drijflading derhalve afnemen. Hierdoor wordt er minder gas per tijdseenheid gegenereerd, neemt de massastroom af en zal de airbag minder snel worden opgeblazen. Hierdoor wordt het impactvertragende effect van de airbag verminderd.

10 In een uitvoeringsvorm waarin het eerste en het tweede gasgenererend systeem in afhankelijkheid van elkaar zijn opgesteld kan een verlaging van de verbrandingssnelheid van de drijflading in de houder van het tweede systeem eveneens bereikt worden door 15 afsluitmiddelen van het eerste systeem te verwijderen.

Er zijn ook drijfladingen bekend welke tegengestelde eigenschappen hebben, dat wil zeggen een negatieve drukafhankelijkheid vertonen. Deze drijfladingen zullen bij het openen van meer openingen en de daar bijkomende 20 drukverlaging sneller gaan verbranden waardoor de airbag sneller wordt opgeblazen. Ook deze drijfladingen vinden hun toepassing in het tweede gasgegenerende systeem en kunnen aangewend worden voor het beïnvloeden van de massastroom.

Het zal duidelijk zijn dat door een juiste 25 combinatie van het verwijderen van de afsluitmiddelen van twee afzonderlijk gasgenererende systemen niet alleen de massastroom en dus het,opblazen van de airbag beter geregeld kan worden maar ook dat het genereren van de massastroom in een later stadium versneld of vertraagd kan 30 worden. Het zal eveneens duidelijk zijn dat dit op meerdere manieren kan door de plaatsing van de verschillende systemen ten opzichte van elkaar (in afhankelijkheid of onafhankelijkheid) en tevens dat het gebruik van vaste stuwstoffen met een positieve of negatieve 35 drukafhankelijkheid de massastroom verder kan beïnvloeden.

1 0 ï 'I 3 i g :

Claims (12)

1. Regelbare gasgenerator, gebaseerd op een combinatie van een eerste gasgenererend systeem met gecomprimeerd gas en een tweede gasgenererend systeem met een vast materiaal dat bij verbranding gas genereert, waarbij de 5 uitstroomoppervlakken onafhankelijk van elkaar regelbaar zijn.

2. Regelbare gasgenerator volgens conclusie 1, omvattende ten minste één houder met gecomprimeerd gas voorzien van een regelbaar uitstroomoppervlak als eerste 10 gasgenererend systeem en ten minste één houder met vaste stuwstof voorzien van een regelbaar uitstroomoppervlak als tweede gasgenererend systeem.

3. Gasgenerator volgens conclusie 1 of 2, waarbij in ten minste één van genoemde gasgenererende systemen twee of 15 meer openingen aanwezig zijn, welke voorzien zijn van verwijderbare afsluitmiddelen.

4. Gasgenerator volgens conclusie 3, waarbij de openingen in de houder van onderling verschillende diameter of groepen van verschillende diameter zijn.

5. Gasgenerator volgens conclusies 1-4, waarbij de opening in de houder geopend wordt door het verwijderen van het afsluitmiddel.

6. Gasgenerator volgens conclusies 1-5, waarbij genoemde regeling gestuurd wordt op basis van de gewenste 25 massastroom.

7. Gasgenerator volgens conclusies 1-5, waarbij het eerste en het tweede gasgenererende systeem in elkaar vervat zijn op een wijze dat de regeling van de massastroom van het ene systeem beïnvloed wordt door de massastroom van 30 het andere systeem.

8. Werkwijze voor het regelen van de hoeveelheid gas die gegenereerd wordt door een gasgenerator volgens conclusie 1 ° ' · ^' " /V 1-6, waarbij de gewenste massastroom ingesteld wordt met behulp van een meet- en rekensysteem in afhankelijkheid van externe factoren, en vervolgens door het regelen van de afzonderlijke massastromen afkomstig uit genoemde eerste en 5 tweede gasgenererende systemen de gewenste initiële massastroom ingesteld wordt en desgewenst tijdens de generatie bijgesteld wordt.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij middels continu bepalen van de externe factoren vastgesteld wordt 10 of de massastroom die gegenereerd wordt aangepast moet worden, en indien nodig het aanpassen van de hoeveelheid gas.

10. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, waarbij de gegenereerde massastroom vergroot wordt door het vergroten 15 van het -uitstroomoppervlak van het eerste gasgenererend systeem.

11. Werkwijze volgens conclusie 13 of 14, waarbij de gegenereerde massastroom verkleind of vergroot wordt door het vergroten van het uitstroomoppervlak van het tweede 20 gasgenererend systeem.

12. Airbag, omvattende een gasgenerator volgens conclusie 1-10 en een opblaasbare zak, die verbonden met de gasgenerator.