WO2020052721A1 - Airbagmodul, airbagsystem und verfahren zum ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren pilotventils in einem airbagmodul - Google Patents

Airbagmodul, airbagsystem und verfahren zum ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren pilotventils in einem airbagmodul Download PDF

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WO2020052721A1
WO2020052721A1 PCT/DE2019/200103 DE2019200103W WO2020052721A1 WO 2020052721 A1 WO2020052721 A1 WO 2020052721A1 DE 2019200103 W DE2019200103 W DE 2019200103W WO 2020052721 A1 WO2020052721 A1 WO 2020052721A1
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armature
airbag
gas
pilot valve
winding areas
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PCT/DE2019/200103
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Matthias Bleeck
Christoph Aumüller
Andreas MÜLLER
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Continental Automotive Gmbh
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    • B60R2021/2636—The volume of gas being continuously adjustable

Definitions

  • Airbag module airbag system and method for controlling an electrically controllable pilot valve in an airbag module
  • the invention relates to an airbag module and an airbag system, which usually form part of an occupant restraint system in motor vehicles.
  • the invention further relates to a method for actuating an electrically controllable pilot valve in such an airbag module.
  • Airbag systems usually have a plurality of airbag modules, each of which comprises at least one airbag sack, which is filled with an airbag gas if an impact occurs.
  • the airbag sack deploys within a short time interval of 10 ms to 50 ms between an occupant and parts of an interior of the motor vehicle and forms a cushion. This prevents the occupant from hitting hard parts of the interior, such as a steering wheel or dashboard.
  • the airbag gas is provided in a gas generator with a high pressure between 50 bar and 1000 bar.
  • the gas generator can be a hot gas generator (pyrotechnic gas generator), a cold gas generator or a hybrid gas generator.
  • Airbag systems furthermore have at least one sensor which detects an instant tO in the event of an impact. After a certain time (ms range) after this impact time tO, the airbag deployment is started.
  • the airbag modules have the gas generator which generates the airbag gas with which the Airbag bag to be filled, provides.
  • the airbag gas can be provided, for example, by igniting a solid fuel, which releases the airbag gas when burned, or by gas stored under high pressure.
  • the airbag gas from the gas generator flows into the airbag sack, fills it and ensures its deployment.
  • the airbag system currently triggers shortly after the point of impact tO, i. H. only when the impact has already occurred.
  • tO point of impact
  • This time tn lies in the so-called pre-crash phase before the actual time tO of the impact. It is planned to use this information to activate the airbag system before the impact, in order to be able to protect the occupant or occupants of a motor vehicle even better from injuries.
  • an electrically controllable valve arrangement is provided in a gas supply between the gas generator and the airbag sack, via which it is possible to specifically adapt the filling of the airbag sack with the airbag gas to an impact course in the event of an accident.
  • the object of the invention is to propose an airbag module that functions reliably even with a small amount of energy that can be supplied. This object is achieved with an airbag module with the combination of features of claim 1.
  • An airbag module has an airbag bag, which is filled with a pressurized airbag gas during operation, and a gas generator for providing the pressurized airbag gas. Furthermore, the airbag module has a gas supply between the gas generator and the airbag bag for supplying the pressurized airbag gas provided by the gas generator into the airbag bag. A valve arrangement for releasing a predefined mass flow m of the pressurized airbag gas from the gas generator is arranged in the gas supply.
  • the mass flow m of the airbag gas is defined by the
  • the valve arrangement has an electrically controllable pilot valve for controlling the predefined mass flow m of the airbag gas.
  • a hydraulic transmission arrangement can optionally be provided to increase the lifting action of the pilot valve.
  • an electrically controllable valve arrangement is provided in the gas supply between the gas generator and the airbag bag, it is possible to specifically adapt the filling of the airbag bag with the airbag gas to an impact course in the event of an accident.
  • a control of the mass flow m of Airbag gas from the gas generator required.
  • the mass flow iii can be controlled at any time before, during and after the impact, and thus the filling of the airbag bag can be regulated at any time. This makes it possible to adapt the filling of the airbag bag to the course of the impact.
  • the pilot valve has a solenoid actuator and a closing element which is moved by the solenoid actuator.
  • the sol enoid actuator has two fixed pole cores, an armature coupled to the closing element and movably arranged between the two pole cores, and a permanent magnet which is arranged such that it closes a magnetic flux between the armature and the two pole cores to form a magnetic circuit.
  • the magnetic circuit is closed in such a way that in a first end position of the armature a magnetic force between the armature and a first pole core is greater than a magnetic force between the armature and a second pole core, with a magnetic force between the armature in a second end position Armature and the second pole core is greater than a magnetic force between the armature and the first pole core.
  • the magnetic field lines of the permanent magnet are permanently impressed into the magnet arrangement from the armature and the two pole cores and thus close the magnetic circuit. This makes it possible to permanently induce a magnetic force between the armature and the two pole cores.
  • the magnetic force between the armature and the first pole core acts in a first end position, namely when the armature is positioned closer to the first pole core than to the second pole core, stronger than the magnetic force between the armature and the second pole core.
  • the magnetic force between the armature and the second pole core in the second end position namely when the armature is positioned closer to the second pole core than to the first pole core, acts stronger than between the armature and the first pole core.
  • the solenoid actuator preferably has at least two electromagnetic winding regions, between which the permanent magnet is arranged.
  • the polarity of the permanent magnet can be chosen freely, but it is advantageous to coordinate this with the winding direction of the two winding areas and a polarity of the voltage to be impressed.
  • the winding areas are formed by an electromagnetic coil, the winding of which is divided into the two winding areas. This is advantageous since both winding areas can be controlled by a common contact. Alternatively, however, it is also possible for the winding areas to be provided by two separate electromagnetic coils, which can then be controlled separately from one another.
  • the armature is axially movable between the two pole cores and adheres to either the first fixed pole core or the second fixed pole core via the action of the permanent magnet.
  • the armature is moved into one of the two end positions with a current pulse over the two winding areas.
  • the current is switched off, the armature holding the end position reached. With another current pulse, the armature can then be moved back to the other end position.
  • An airbag system has an airbag module described above and also a control device for actuating the pilot valve, the control device being designed to recognize an impact course and to define a mass flow m of the airbag gas to be supplied to the airbag bag based on the detected impact course.
  • the airbag system also has at least one sensor, which records parameters for calculating an anticipated impact course before an impact and transmits them to the control device.
  • the control device is preferably designed to use the acquired parameters to calculate the likely impact course and, based on this, the to define the mass of the airbag gas required in the airbag bag at any point in time of the impact.
  • control device is designed to control the pilot valve in such a way that the pilot valve releases several defined partial masses of the required mass of the airbag gas from the gas generator at different times of the impact course.
  • the pilot valve can release a partial mass into the airbag bag before the expected impact, so that it is pre-filled before the impact.
  • the control device for controlling the pilot valve is preferably designed in such a way that the winding areas per switching unit of the armature have only one armature
  • the control device is further preferably designed such that the winding areas output the switching pulse with a maximum pulse duration of 1 ms to 5 ms.
  • Switching time is understood to mean the period of time that the armature needs to get from a first end position to a second end position.
  • a method for controlling an electrically controllable pilot valve in an airbag module has the following steps:
  • a solenoid actuator which has two fixed pole cores, an armature coupled to the closing element, movably arranged between the two pole cores, at least two electromagnetic winding areas and a permanent magnet which is arranged such that it has a magnetic flux between the armature and the two pole cores to each magnetic circuit in such a way that in a first end position of the armature a magnetic force between the armature and a first pole core is greater than a magnetic force between the armature and a second pole core, wherein in a second end position of the armature a magnetic force between the armature and the second pole core is greater than a magnetic force between the armature and the first pole core;
  • the armature Due to the different actuation of the coil, the armature is moved back and forth between the two end positions and takes the closing element of the pilot valve in a targeted manner into its closed position or into its open position.
  • the winding areas are advantageously controlled such that they only apply one switching pulse to the armature per switching unit of the armature.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a
  • Fig. 2 is a schematic flow diagram with steps for
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional illustration of an airbag module 10 which is part of an airbag system 12 in a motor vehicle.
  • an airbag bag 14 of the airbag module 10 is filled with an airbag gas 16, thereby unfolding and separating the occupant from hard parts of the motor vehicle. This can prevent injuries to the occupant.
  • sensors are arranged which on the one hand detect the speed of the motor vehicle and a distance to an obstacle, and on the other hand measure the size and weight of the occupant (s).
  • a control device 18 detects signals from the sensors and determines the expected impact course from these signals.
  • the control device 18 can thereby define which mass flow m of the airbag gas 16 must be supplied to the airbag bag 14.
  • the airbag module 10 has a gas generator 20 which provides the airbag gas 16 for the airbag bag 14. It is possible here that the airbag gas 16 is made available via a cold gas generator and is therefore present in gaseous form from the start. However, it is also possible for a pyrotechnic gas generator 20 to be used, with a solid fuel being located in the gas generator 20, which is initially ignited in order to release the airbag gas 16 when required.
  • a gas supply 22 is arranged between the airbag bag 14 and the gas generator 20, via which the airbag gas 16 can be guided from the gas generator 20 to the airbag bag 14.
  • a valve arrangement 24 is arranged in the gas supply 22 and has an electrically controllable pilot valve 26 which can be controlled via the control device 18 in such a way that the gas supply 22 can be opened or closed in a targeted manner.
  • a mass flow iii of the airbag gas 16 supplied from the gas generator 20 to the airbag bag 14 can thus be controlled in a predefined manner.
  • the pilot valve 26 has a valve region 28, in which a closing element 30 interacts with a valve seat 32 in order to hold the pilot valve 26 in a closed position.
  • pilot valve 26 has a solenoid actuator 34 which, in an electrically controlled state, exerts a movement force on the closing element 30, so that the closing element moves 30 moved between its closed position and its open position.
  • the solenoid actuator 34 has magnetic elements such as two fixed pole cores 36, 37 and a movable armature 38, the armature 38 being coupled to the closing element 30. As a result, the armature 38 transfers its movement to the
  • the solenoid actuator 34 comprises electromagnetic winding regions 40, 41 which are energized for this purpose.
  • the winding regions 40, 41 form a magnet with the magnetic elements of the pilot valve 26.
  • closing element 30 closes the gas generator 20, so that a mass flow iii from the gas generator 20 to the airbag bag 14 can be regulated by simply opening and closing the closing element 30.
  • a hydraulic transmission arrangement 42 is interposed between the gas generator 20 and the pilot valve 26, which intensifies a stroke of the closing element 30.
  • the pilot valve 26 and thus also the magnet can be made significantly smaller, requires less installation space and can switch very quickly.
  • the pilot valve 26 shown in FIG. 1 is in an operating state in which the armature 38 is arranged in a first end position 44 and is in contact with the first pole core 36. Because the armature 38 is coupled to the closing element 30, the closing element 30 is pulled into the open position, so that the pilot valve 26 shown in FIG. 1 is opened.
  • This open operating state of the pilot valve 26 remains stable because a permanent magnet 46 in the solenoid actuator 34 is arranged, which, via its permanently acting magnetic force Fm, closes a magnetic flux between the armature 38 and the first pole core 36 to form a magnetic circuit, so that a magnetic attractive force acts between the first pole core 36 and the armature 38, which forces the armature 38 on the first pole core 36 holds.
  • the solenoid actuator 34 in particular the electromagnetic winding areas 40, 41, is energized, a magnetic field is induced which overcomes the magnetic force Fm of the permanent magnet 46, so that the armature 38 approaches the second pole core 37 and thus moves into its second end position 48 where it is in contact with the second pole core 37 (not shown).
  • the permanent magnet 46 holds the armature 38 in the second end position 48, since the permanent magnet 46 is arranged such that it also increases the magnetic flux between the armature 38 and the second pole core 37 can close a magnetic circuit.
  • the holding of the two end positions 44, 48 is therefore effected only by the interaction of the permanent magnet 46 with the armature 38 and the pole core 36, 37 arranged closer to the armature 38 at this moment. It is not necessary to energize the winding areas 40, 41 to hold these two end positions 44, 48.
  • the two winding areas 40, 41 can be provided, for example, by a single coil 50, on which a single winding 52 is separated into two winding areas 40, 41. However, it is also possible to provide the two winding areas 40, 41 as two separate coils 50.
  • the winding areas 40, 41 are controlled by the control device 18 so that the winding areas 40, 41 have a switching pulse on the Output armature 38 with a maximum pulse duration of 1 ms to 5 ms. This corresponds to the switching time of the armature 38 between its two end positions 44, 48.
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram which represents steps for carrying out a method for actuating the pilot valve 26 from FIG. 1.
  • the pilot valve 26 is provided with the solenoid actuator 34 described above and a control device 18 for actuating the pilot valve 26.
  • the control device 18 recognizes an impact course in the event of an accident via the parameters detected by the sensors and defines a mass flow iii of airbag gas 16 which is to be supplied to the airbag bag 14. Thereafter, the control device 18 controls the winding areas 40, 41 in such a way that this defined mass flow iii is set.
  • the closing element 30 is brought into the closed position or the open position in a targeted manner via the armature 38.
  • the winding areas 40, 41 are controlled by the control device 18 in such a way that they apply only one switching pulse to the armature 38 per switching unit. This scarf Hows is sufficient to move the armature 38 between the two end positions 44, 48.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Airbagmodul (10) sowie ein Airbagsystem (12), das ein solches Airbagmodul (10) aufweist, wobei das Airbagmodul (10) eine Ventilanordnung (24) mit einem Solenoidaktor (34) aufweist, der einen Anker (38), einen Polkern (36), eine Spule (40) und einen Permanentmagneten (48) aufweist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren Pilotventils (26) in einem Airbagmodul (10).

Description

Beschreibung
Airbagmodul, Airbagsystem und Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren Pilotventils in einem Airbagmodul
Die Erfindung betrifft ein Airbagmodul sowie ein Airbagsystem, die für gewöhnlich in Kraftfahrzeugen Teil eines Insassen rückhaltesystems bilden. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren Pi lotventils in einem solchen Airbagmodul.
Airbagsysteme bilden heutzutage gemeinsam mit Sicherheitsgurten die wichtigsten passiven Sicherheitselemente eines Insassen rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, das schwerwiegenden Verletzungen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeuges auf ein Hindernis entgegenwirken soll.
Airbagsysteme weisen zumeist mehrere Airbagmodule auf, die jeweils wenigstens einen Airbagsack umfassen, der, wenn es zu einem Aufprall kommt, mit einem Airbaggas befüllt wird. Dabei entfaltet sich der Airbagsack innerhalb eines kurzen Zeitin- vervalls von 10 ms bis 50 ms zwischen einem Insassen und Teilen eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges, und bildet ein Kissen. Dadurch wird verhindert, dass der Insasse gegen harte Teile des Innenraumes wie beispielsweise ein Lenkrad oder Armaturenbrett prallt .
Das Airbaggas wird in einem Gasgenerator mit einem Hochdruck zwischen 50 bar und 1000 bar bereitgestellt. Bei dem Gasgenerator kann es sich um einen Heißgasgenerator (pyrotechnischer Gas generator) , einen Kaltgasgenerator oder auch um einen Hyb ridgasgenerator handeln.
Airbagsysteme weisen weiter wenigstens einen Sensor auf, der im Falle eines Aufpralls einen Aufprallzeitpunkt tO detektiert. Nach einer gewissen Zeit (ms-Bereich) nach diesem Aufprall zeitpunkt tO wird die Airbagauslösung gestartet. Dazu weisen die Airbagmodule den Gasgenerator auf, der das Airbaggas, mit dem der Airbagsack befüllt werden soll, bereitstellt . Das Airbaggas kann beispielsweise durch Zündung eines Festtreibstoffes, der bei Verbrennung das Airbaggas freisetzt, oder durch unter Hochdruck gespeichertes Gas bereitgestellt werden. Das Airbaggas aus dem Gasgenerator strömt in den Airbagsack, füllt diesen und sorgt für seine Entfaltung.
Derzeit löst das Airbagsystem kurz nach dem Aufprallzeitpunkt tO aus, d. h. erst wenn der Aufprall bereits erfolgt ist. Bei zukünftigen Airbagsystemen ist es jedoch geplant, durch ge eignete Sensoren und Auswertung deren Signale einen Zeitpunkt tn zu erkennen, bei dem ein Aufprall unvermeidbar ist. Dieser Zeitpunkt tn liegt in der sog. Pre-Crash-Phase vor dem ei gentlichen Zeitpunkt tO des Aufpralls. Es ist geplant, mit dieser Information das Airbagsystem bereits vor dem Aufprall zu ak tivieren, um so den oder die Insassen eines Kraftfahrzeuges noch besser vor Verletzungen schützen zu können.
Um einen optimalen Füllverlauf des Airbagsackes durchführen zu können, ist eine Regelung des Massestroms des Airbaggases aus dem Gasgenerator erforderlich. Dazu wird in einer Gaszuführung zwischen dem Gasgenerator und dem Airbagsack eine elektrisch ansteuerbare Ventilanordnung vorgesehen, über die es möglich ist, die Füllung des Airbagsackes mit dem Airbaggas gezielt einem Aufprallverlauf bei einem Unfall anpassen zu können.
Bei einem Unfall des Fahrzeugs kann es passieren, dass eine Spannungsversorgung zu einer Steuereinrichtung des Airbag systems unterbrochen wird. In solchen Steuereinrichtungen ist jedoch eine Kurzzeitspeicherung von Energie vorhanden, um die Steuerfunktionen auch im Falle eines Spannungsabbruches zu gewährleisten. Daher besteht die Möglichkeit, mit einer geringen Menge an elektrischer Energie Funktionen zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Airbagmodul vorzuschlagen, das auch mit einer geringen Menge an zuführbarer Energie zuverlässig funktioniert . Diese Aufgabe wird mit einem Airbagmodul mit der Merkmals kombination des Anspruches 1 gelöst.
Ein Airbagsystem, das ein solches Airbagmodul aufweist, sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren Pi lotventils in einem solchen Airbagventil sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Airbagmodul weist einen Airbagsack, der im Betrieb mit einem druckbeaufschlagten Airbaggas befüllt wird, und einen Gasge nerator zum Bereitstellen des druckbeaufschlagten Airbaggases auf. Weiter weist das Airbagmodul eine Gaszuführung zwischen Gasgenerator und Airbagsack zum Zuführen des bereitgestellten druckbeaufschlagten Airbaggases von dem Gasgenerator in den Airbagsack auf. In der Gaszuführung ist eine Ventilanordnung zum Freigeben eines vordefinierten Massestroms m des druckbeauf schlagten Airbaggases aus dem Gasgenerator angeordnet.
Der Massestrom m des Airbaggases ist dabei definiert durch die
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Masse, die pro Zeiteinheit zu dem Airbagsack hin strömt (—) .
Die Ventilanordnung weist ein elektrisch ansteuerbares Pi lotventil zum Steuern des vordefinierten Massestroms m des Airbaggases auf. Zusätzlich kann optional eine hydraulische Übersetzungsanordnung zur Vergrößerung einer Hubwirkung des Pilotventils vorgesehen sein.
Dadurch, dass in der Gaszuführung zwischen dem Gasgenerator und dem Airbagsack eine elektrisch ansteuerbare Ventilanordnung vorgesehen ist, ist es möglich, die Füllung des Airbagsackes mit dem Airbaggas gezielt einem Aufprallverlauf bei einem Unfall anpassen zu können. Um einen optimalen Füllverlauf des Air bagsackes durchführen zu können, z. B. indem der Airbagsack bereits vor dem erwarteten Aufprall vorgefüllt und später noch nachgefüllt wird, ist eine Steuerung des Massestroms m des Airbaggases aus dem Gasgenerator erforderlich. Über die Ven tilanordnung bzw. das elektrisch ansteuerbare Pilotventil kann zu jedem Zeitpunkt vor, während und nach dem Aufprall der Massestrom iii gezielt gesteuert und somit die Befüllung des Airbagsackes zu jedem Zeitpunkt geregelt werden. So ist es möglich, die Befüllung des Airbagsackes gezielt an den Auf prallverlauf anzupassen.
Grundsätzlich wäre es beispielsweise bereits möglich, über ein einzelnes elektrisch ansteuerbares Pilotventil ein aktives Steuern der Befüllung des Airbagsackes zu ermöglichen. Wird jedoch ein Magnetventil als Pilotventil verwendet, bewirkt die Größe und das Gewicht des verwendeten Magneten eine gewisse Trägheit des Systems und nimmt relativ viel Bauraum ein. Daher kann es günstig sein, lediglich ein kleines elektrisch an steuerbares Pilotventil zu verwenden, das beispielsweise als Magnetventil ausgebildet sein kann. Zusätzlich zu dem Pilot ventil selbst, das die eigentliche Steuerung des Massestroms iii übernimmt, kann dann eine hydraulische Übersetzungsanordnung vorgesehen sein, die den eigentlichen Hub des Pilotventils vervielfacht. Dadurch ist es nicht nötig, einen sehr großen Magneten zu verwenden, sondern die gewünschte Masse wird durch die hydraulische Übersetzungsanordnung erreicht, während die eigentliche Steuerung des Massestroms iii über das elektrisch ansteuerbare Pilotventil erfolgt.
Das Pilotventil weist einen Solenoidaktor und ein Schließelement auf, welches durch den Solenoidaktor bewegt wird. Der Sol enoidaktor weist zwei feststehende Polkerne, einen mit dem Schließelement gekoppelten, zwischen den beiden Polkernen beweglich angeordneten Anker, und einen Permanentmagneten auf, der so angeordnet ist, dass er einen Magnetfluss zwischen dem Anker und den beiden Polkernen zu jeweils einem Magnetkreis schließt. Das Schließen des Magnetkreises erfolgt derart, dass in einer ersten Endposition des Ankers eine Magnetkraft zwischen dem Anker und einem ersten Polkern größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker und einem zweiten Polkern, wobei in einer zweiten Endposition des Ankers eine Magnetkraft zwischen dem Anker und dem zweiten Polkern größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker und dem ersten Polkern.
Durch eine solche Anordnung sind die magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten dauerhaft in die Magnetanordnung aus dem Anker und den beiden Polkernen eingeprägt und schließen so den Magnetkreis. Dadurch ist es möglich, dauerhaft eine Magnetkraft zwischen Anker und den beiden Polkernen zu induzieren.
Dabei wirkt die Magnetkraft zwischen dem Anker und dem ersten Polkern in einer ersten Endposition, nämlich dann, wenn der Anker näher an dem ersten Polkern als an dem zweiten Polkern posi tioniert ist, stärker als die Magnetkraft zwischen dem Anker und dem zweiten Polkern. Umgekehrt wirkt die Magnetkraft zwischen dem Anker und dem zweiten Polkern in der zweiten Endposition, nämlich dann, wenn der Anker näher an dem zweiten Polkern positioniert ist als an dem ersten Polkern, stärker als zwischen dem Anker und dem ersten Polkern.
So entstehen zwei stabile Endpositionen des Ankers, in denen der Anker durch die Einwirkung des Permanentmagneten gehalten wird, ohne dass eine weitere Energiezufuhr nötig ist.
Um einen Wechsel zwischen den beiden Endpositionen zu induzieren, ist lediglich ein kurzer Stromimpuls über eine elektromagne tische Spule nötig. Je nach Richtung des Stromimpulses induziert die Spule ein Magnetfeld in dem Solenoidaktor, das in die eine oder in die andere Richtung wirkt, und somit den Anker in die gewünschte Richtung in Bewegung setzt.
Es sind für die Induktion der Bewegung des Ankers nur sehr kurze Stromimpulse erforderlich, für die die in einer Steuereinheit nach einem Unfall noch vorhandene Energie vollkommen ausreicht.
Durch die spezielle Anordnung des Permanentmagneten in dem Solenoidaktor ist es daher möglich, auch bei einer unterbrochenen Spannungsversorgung zu dem Airbagmodul eine gezielte Ansteuerung des Airbagmoduls zu ermöglichen. Vorzugsweise weist der Solenoidaktor wenigstens zwei elekt romagnetische Wicklungsbereiche auf, zwischen denen der Per manentmagnet angeordnet ist. Die Polarität des Permanentmagneten kann frei gewählt werden, es ist aber vorteilhaft, diese mit der Wickelrichtung der beiden Wicklungsbereiche sowie einer Po larität der einzuprägenden Spannung abzustimmen.
Beispielsweise sind die Wicklungsbereiche durch eine elekt romagnetische Spule gebildet, deren Wicklung in die beiden Wicklungsbereiche unterteilt ist. Dies ist vorteilhaft, da so beide Wicklungsbereiche durch einen gemeinsamen Kontakt an gesteuert werden können. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Wicklungsbereiche durch zwei voneinander getrennte elektromagnetische Spulen bereitgestellt werden, die dann getrennt voneinander angesteuert werden können.
Der Anker ist axial zwischen den beiden Polkernen beweglich und haftet über die Einwirkung des Permanentmagneten entweder an dem ersten feststehenden Polkern oder an dem zweiten feststehenden Polkern. Mit einem Stromimpuls über die beiden Wicklungsbereiche wird der Anker in eine der beiden Endpositionen gefahren. Der Strom wird abgeschaltet, wobei der Anker die erreichte End position hält. Mit wiederum einem weiteren Stromimpuls kann der Anker dann wieder in die andere Endposition gefahren werden.
Ein Airbagsystem weist ein oben beschriebenes Airbagmodul und weiter eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Pilotventils auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Aufprallverlauf zu erkennen und basierend auf dem erkannten Aufprallverlauf einen dem Airbagsack zuzuführenden Massestrom m des Airbaggases zu definieren.
Vorteilhaft weist das Airbagsystem weiter wenigstens einen Sensor auf, der zeitlich vor einem Aufprall Parameter zum Berechnen eines voraussichtlichen Aufprallverlaufes erfasst und an die Steuereinrichtung überträgt. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, aus den erfassten Parametern den voraussichtlichen Aufprallverlauf und darauf basierend die zu jedem Zeitpunkt des Aufprallverlaufes benötigte Masse des Airbaggases in dem Airbagsack zu definieren.
Über die erfassten Parameter des Sensors ist es daher möglich, zu erkennen, wann ein Aufprall unvermeidbar ist, wann bei spielsweise der Aufprallzeitpunkt tO vorliegt, welche Kräfte beim Aufprall voraussichtlich wirken, und daraus zu schließen, in welchem Maße der Airbagsack aufgeblasen sein muss, um Verletzungen des/der Insassen zu vermeiden.
Dazu ist es vorteilhaft, wenn nicht nur beispielsweise eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und ein Abstand zu einem Hindernis erfasst werden, sondern auch die Eigenschaften von Insassen wie beispielsweise Größe und Gewicht, so dass die Aktivierung des Airbagsackes von Insassenparametern abhängig durchgeführt werden kann.
Beispielsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Pilotventil derart anzusteuern, dass das Pilotventil mehrere definierte Teilmassen der benötigten Masse des Airbaggases zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Aufprallverlaufes aus dem Gasgenerator freigibt. Beispielsweise kann das Pilotventil eine Teilmasse bereits vor dem erwarteten Aufprall in den Airbagsack freigeben, so dass dieser vor dem Aufprall bereits vorgefüllt ist. Weiter ist es auch möglich, während des Aufpralls den Airbagsack mit einer weiteren Teilmasse zu füllen und auch nach dem eigentlichen Aufprall, wenn der Insasse aufgrund der Masseträgheit verzögert auf die negative Beschleunigung rea giert, den Airbagsack mit einer weiteren Teilmasse nachzufüllen.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung zum Ansteuern des Pi lotventils derart ausgelegt, dass die Wicklungsbereiche pro Schalteinheit des Ankers den Anker lediglich mit einem
Schaltimpuls beaufschlagen. Dadurch ist es möglich, trotz eines sehr geringen Energieaufwandes eine gezielte Ansteuerung des Pilotventils zu ermöglichen. Die Steuereinrichtung ist weiter vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Wicklungsbereiche den Schaltimpuls mit einer maximalen Impulsdauer von 1 ms bis 5 ms ausgeben.
Es muss also innerhalb des Zeitintervalls von 1 ms bis 5 ms lediglich ein einzelnes Signal an den Anker ausgegeben werden, wobei das Zeitintervall in etwa einer Schaltzeit des Ankers entspricht. Unter Schaltzeit wird dabei die Zeitspanne ver standen, die der Anker benötigt, um von einer ersten Endposition in eine zweite Endposition zu gelangen.
Ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren Pilotventils in einem Airbagmodul weist die folgenden Schritte auf :
- Bereitstellen eines Solenoidaktors, der zwei feststehende Polkerne, einen mit dem Schließelement gekoppelten, zwischen den beiden Polkernen beweglich angeordneten Anker, wenigstens zwei elektromagnetische Wicklungsbereiche und einen Permanentmag neten aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Magnetfluss zwischen dem Anker und den beiden Polkernen zu jeweils einem Magnetkreis derart schließt, dass in einer ersten Endposition des Ankers eine Magnetkraft zwischen dem Anker und einem ersten Polkern größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker und einem zweiten Polkern, wobei in einer zweiten Endposition des Ankers eine Magnetkraft zwischen dem Anker und dem zweiten Polkern größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker und dem ersten Polkern;
- Ansteuern der Wicklungsbereiche in den Endpositionen des Ankers derart, dass ein von den Wicklungsbereichen induziertes Mag netfeld größer ist als ein von dem Permanentmagneten induziertes Magnetfeld .
Durch das unterschiedliche Ansteuern der Spule wird der Anker zwischen den beiden Endpositionen hin- und herbewegt und nimmt dabei gezielt das Schließelement des Pilotventiles in seine Schließposition bzw. in seine Offenposition mit. Die Wicklungsbereiche werden vorteilhaft derart angesteuert, dass sie pro Schalteinheit des Ankers den Anker lediglich mit einem Schaltimpuls beaufschlagen.
Weiter umfasst das Verfahren vorteilhaft die Schritte:
- Erkennen eines Aufprallverlaufs;
- Definieren eines dem Airbagsack zuzuführenden Massestroms m des Airbaggases; und
- Ansteuern der Spule zum Einstellen des definierten Mas sestroms m.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines
Airbagmoduls mit einem Pilotventil; und
Fig. 2 ein schematisches Flussdiagramm mit Schritten zum
Ansteuern des Pilotventils aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines Airbagmoduls 10, das Teil eines Airbagsystems 12 in einem Kraftfahrzeug ist.
Um einen Insassen in einem solchen Kraftfahrzeug vor Verletzungen zu schützen, wird ein Airbagsack 14 des Airbagmoduls 10 mit einem Airbaggas 16 befüllt, entfaltet sich dadurch und trennt den Insassen von harten Teilen des Kraftfahrzeugs. Dadurch können Verletzungen des Insassen vermieden werden.
Außerhalb und innerhalb des Kraftfahrzeuges sind Sensoren angeordnet, die einerseits die Geschwindigkeit des Kraft fahrzeuges und eine Entfernung zu einem Hindernis, und ande rerseits Größe und Gewicht des oder der Insassen erfassen.
Über diese Parameter ist es möglich, einen Aufprallverlauf eines unvermeidbaren Aufpralles des Kraftfahrzeuges auf das Hindernis vorauszuberechnen und zu ermitteln, zu welchen vorbestimmten Zeitpunkten tn der Airbagsack 14 wie stark aufgeblasen sein muss, um den oder die Insassen maximal schützen zu können.
Eine Steuereinrichtung 18 erfasst dazu Signale der Sensoren und ermittelt aus diesen Signalen den voraussichtlichen Auf prallverlauf. Dadurch kann die Steuereinrichtung 18 definieren, welcher Massestrom m des Airbaggases 16 zu dem Airbagsack 14 zugeführt werden muss.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist das Airbagmodul 10 neben dem Airbagsack 14 einen Gasgenerator 20 auf, der das Airbaggas 16 für den Airbagsack 14 bereitstellt . Hierbei besteht die Möglichkeit, dass das Airbaggas 16 über einen Kaltgasgenerator zur Verfügung gestellt wird und somit von Anfang an in gasförmiger Form vorliegt. Es ist jedoch auch möglich, dass ein pyrotechnischer Gasgenerator 20 verwendet wird, wobei sich in dem Gasgenerator 20 ein Festtreibstoff befindet, der zunächst entzündet wird, um das Airbaggas 16 im benötigten Fall freizusetzen.
Zwischen dem Airbagsack 14 und dem Gasgenerator 20 ist eine Gaszuführung 22 angeordnet, über die das Airbaggas 16 von dem Gasgenerator 20 zu dem Airbagsack 14 geleitet werden kann.
In der Gaszuführung 22 ist eine Ventilanordnung 24 angeordnet, die ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil 26 aufweist, das so über die Steuereinrichtung 18 ansteuerbar ist, dass die Gas zuführung 22 gezielt geöffnet bzw. verschlossen werden kann. So kann ein von dem Gasgenerator 20 zu dem Airbagsack 14 zugeführter Massestrom iii des Airbaggases 16 vordefiniert gesteuert werden.
Das Pilotventil 26 weist einen Ventilbereich 28 auf, bei dem ein Schließelement 30 mit einem Ventilsitz 32 zusammenwirkt, um das Pilotventil 26 in einer Schließposition zu halten.
Weiter weist das Pilotventil 26 einen Solenoidaktor 34 auf, der in einem elektrisch angesteuerten Zustand eine Bewegungskraft auf das Schließelement 30 ausübt, so dass sich das Schließelement 30 zwischen seiner Schließposition und seiner Offenposition bewegt .
Der Solenoidaktor 34 weist magnetische Elemente wie zwei feststehende Polkerne 36, 37 und einen beweglichen Anker 38 auf, wobei der Anker 38 mit dem Schließelement 30 gekoppelt ist. Dadurch überträgt der Anker 38 seine Bewegung auf das
Schließelement 30. Um die Bewegung des Ankers 38 zu induzieren, umfasst der Solenoidaktor 34 elektromagnetische Wicklungsbe reiche 40, 41, die hierfür bestromt werden.
Die Wicklungsbereiche 40, 41 bildet mit den magnetischen Elementen des Pilotventiles 26 einen Magneten aus.
Normalerweise würde es ausreichen, wenn das Schließelement 30 den Gasgenerator 20 verschließt, so dass durch einfaches Öffnen und Schließen des Schließelementes 30 ein Massestrom iii von dem Gasgenerator 20 zu dem Airbagsack 14 geregelt werden kann.
Hierzu ist jedoch ein großer Magnet nötig, der einen relativ großen Bauraum in dem Airbagmodul 10 benötigt und außerdem verhältnismäßig träge ist.
Daher ist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zwischen dem Gasgenerator 20 und dem Pilotventil 26 eine hydraulische Übersetzungsanordnung 42 zwischengeschaltet, die einen Hub des Schließelementes 30 verstärkt. Dadurch kann das Pilotventil 26 und somit auch der Magnet deutlich kleiner ausgebildet sein, benötigt weniger Bauraum und kann sehr schnell schalten.
Das in Fig. 1 gezeigte Pilotventil 26 befindet sich in einem Betriebszustand, bei dem der Anker 38 in einer ersten Endposition 44 angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Polkern 36 steht. Dadurch, dass der Anker 38 mit dem Schließelement 30 gekoppelt ist, wird das Schließelement 30 in die Offenposition gezogen, sodass das in Fig. 1 gezeigte Pilotventil 26 geöffnet ist. Dieser geöffnete Betriebszustand des Pilotventiles 26 bleibt stabil bestehen, da ein Permanentmagnet 46 in dem Solenoidaktor 34 angeordnet ist, der über seine permanent wirkende Magnetkraft Fm einen Magnetfluss zwischen dem Anker 38 und dem ersten Polkern 36 zu einem Magnetkreis schließt, sodass zwischen dem ersten Polkern 36 und dem Anker 38 eine magnetische Anziehungskraft wirkt, die den Anker 38 an dem ersten Polkern 36 hält.
Wird nun der Solenoidaktor 34, insbesondere die elektromag netischen Wicklungsbereiche 40, 41, bestromt, wird ein Mag netfeld induziert, das die Magnetkraft Fm des Permanentmagneten 46 überwindet, sodass der Anker 38 sich dem zweiten Polkern 37 annähert und somit in seine zweite Endposition 48 bewegt, bei der er in Kontakt mit dem zweiten Polkern 37 ist (nicht gezeigt) .
Wird die Bestromung der beiden Wicklungsbereiche 40, 41 in diesem Betriebszustand beendet, hält der Permanentmagnet 46 den Anker 38 in der zweiten Endposition 48, da der Permanentmagnet 46 so angeordnet ist, dass er auch den Magnetfluss zwischen dem Anker 38 und dem zweiten Polkern 37 zu einem Magnetkreis schließen kann.
Das Halten der beiden Endpositionen 44, 48 wird daher durch lediglich Wechselwirkung des Permanentmagneten 46 mit dem Anker 38 und dem in diesem Moment näher zu dem Anker 38 angeordneten Polkern 36, 37 bewirkt. Eine Bestromung der Wicklungsbereiche 40, 41 ist zum Halten dieser beiden Endpositionen 44, 48 nicht nötig.
Die beiden Wicklungsbereiche 40, 41 können beispielsweise durch eine einzelne Spule 50 bereitgestellt sein, auf der eine einzelne Wicklung 52 in zwei Wicklungsbereiche 40, 41 getrennt ist. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Wicklungsbereiche 40, 41 als zwei getrennte Spulen 50 vorzusehen.
Es ist also nur ein kleines Signal für die Ansteuerung des Pilotventiles 26 nötig, so dass auch mit einer minimalst zur Verfügung stehenden Energie das Airbagmodul 10 ganz definiert angesteuert werden kann, um eine vorbestimmte Menge an Airbaggas 16 in den Airbagsack 14 zu leiten. Deshalb werden die Wick lungsbereiche 40, 41 von der Steuereinrichtung 18 so angesteuert, dass die die Wicklungsbereiche 40, 41 einen Schaltimpuls auf den Anker 38 mit einer maximalen Impulsdauer von 1 ms bis 5 ms ausgeben. Dies entspricht der Schaltzeit des Ankers 38 zwischen seinen beiden Endpositionen 44, 48.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, das Schritte zum Durchführen eines Verfahrens zum Ansteuern des Pilotventiles 26 aus Fig. 1 darstellt.
Zunächst wird das Pilotventil 26 mit dem oben beschriebenen Solenoidaktor 34 und einer Steuereinrichtung 18 zum Ansteuern des Pilotventils 26 bereitgestellt. Dann erkennt die Steuerein richtung 18 über die von den Sensoren erfassten Parameter einen Aufprallverlauf bei einem Unfall und definiert einen Massestrom iii an Airbaggas 16, der dem Airbagsack 14 zugeführt werden soll. Danach steuert die Steuereinrichtung 18 die Wicklungsbereiche 40, 41 so an, dass dieser definierte Massestrom iii eingestellt wird .
Dadurch wird über den Anker 38 das Schließelement 30 gezielt in die Schließposition bzw. in die Offenposition gebracht. Die Wicklungsbereiche 40, 41 werden dabei von der Steuereinrichtung 18 so angesteuert, dass sie den Anker 38 pro Schalteinheit nur mit einem einzigen Schaltimpuls beaufschlagen. Dieser Schal timpuls reicht aus, um den Anker 38 zwischen den beiden End positionen 44, 48 zu bewegen.

Claims

Patentansprüche
1. Airbagmodul (10), aufweisend:
einen Airbagsack (14), der im Betrieb mit einem druck beaufschlagten Airbaggas (16) befüllt wird;
einen Gasgenerator (20) zum Bereitstellen des druckbe aufschlagten Airbaggases (16); und
eine Gaszuführung (22) zwischen Gasgenerator (20) und Airbagsack (14) zum Zuführen des bereitgestellten druckbe aufschlagten Airbaggases (16) von dem Gasgenerator (20) in den Airbagsack (14);
wobei in der Gaszuführung (22) eine Ventilanordnung (24) zum Freigeben eines vordefinierten Massestroms (m) des druckbe aufschlagten Airbaggases (16) aus dem Gasgenerator (20) an geordnet ist,
wobei die Ventilanordnung (24) ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil (26) zum Steuern des vordefinierten Massestroms (m) des Airbaggases (16) aufweist,
wobei das Pilotventil (26) einen Solenoidaktor (34) und ein Schließelement (30) aufweist, welches durch den Solenoidaktor (34) bewegt wird,
wobei der Solenoidaktor (34) zwei feststehende Polkerne (36, 37) , einen mit dem Schließelement (30) gekoppelten, zwischen den beiden Polkernen (36, 37) beweglich angeordneten Anker (38), und einen Permanentmagneten (46) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Magnetfluss zwischen dem Anker (38) und den beiden Polkernen (36, 37) zu jeweils einem Magnetkreis derart schließt, dass in einer ersten Endposition (44) des Ankers (38) eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und einem ersten Polkern (36) größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und einem zweiten Polkern (37) , wobei in einer zweiten Endposition (48) des Ankers (38) eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und dem zweiten Polkern (36, 37) größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und dem ersten Polkern (36) .
2. Airbagmodul (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Solenoidaktor (34) wenigstens zwei elektromagnetische Wicklungsbereiche (40, 41) aufweist, zwischen denen der Permanentmagnet (46) angeordnet ist.
3. Airbagmodul (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsbereiche (40, 41) durch eine elektromagnetische Spule (50) gebildet sind, deren Wicklung (52) in die beiden Wicklungsbereiche (40, 41) unterteilt ist, oder dass die Wicklungsbereiche (40, 41) durch zwei ge trennte elektromagnetische Spulen (50) gebildet sind.
4. Airbagsystem (12), aufweisend:
ein Airbagmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und eine Steuereinrichtung (18) zum Ansteuern des Pilotventils (26), wobei die Steuereinrichtung (18) dazu ausgelegt ist, einen Aufprallverlauf zu erkennen und basierend auf dem erkannten Aufprallverlauf einen dem Airbagsack (14) zuzuführenden Mas sestrom (m) des Airbaggases (16) zu definieren.
5. Airbagsystem (12) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (18) zum Ansteuern des Pilotventils (26) ausgelegt ist, derart, dass die Wicklungsbereiche (40, 41) pro Schalteinheit des Ankers (38) den Anker (38) lediglich mit einem Schaltimpuls beaufschlagen.
6. Airbagsystem (12) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (18) zum Ansteuern des Pilotventils (26) ausgelegt ist, derart, dass die Wicklungsbereiche (40, 41) den Schaltimpuls mit einer maximalen Impulsdauer von 1 ms - 5 ms ausgeben.
7. Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch ansteuerbaren Pilotventils (26) in einem Airbagmodul (10), aufweisend die Schritte :
Bereitstellen eines Solenoidaktors (34), der zwei fest stehende Polkerne (36, 37), einen mit dem Schließelement (30) gekoppelten, zwischen den beiden Polkernen (36, 37) beweglich angeordneten Anker (38), wenigstens zwei elektromagnetische Wicklungsbereiche (40, 41) und einen Permanentmagneten (46) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Magnetfluss zwischen dem Anker (38) und den beiden Polkernen (36, 37) zu jeweils einem Magnetkreis derart schließt, dass in einer ersten Endposition (44) des Ankers (38) eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und einem ersten Polkern (36) größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und einem zweiten Polkern
(37), wobei in einer zweiten Endposition (48) des Ankers (38) eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und dem zweiten Polkern (37) größer ist als eine Magnetkraft zwischen dem Anker (38) und dem ersten Polkern (36) ;
Ansteuern der Wicklungsbereiche (40, 41) in den Endpo sitionen des Ankers (38) derart, dass ein von den Wicklungs bereichen (40, 41) induziertes Magnetfeld größer ist als ein von dem Permanentmagneten (46) induziertes Magnetfeld.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsbereiche (40, 41) derart angesteuert werden, dass sie pro Schalteinheit des Ankers
(38) den Anker (38) lediglich mit einem Schaltimpuls beauf schlagen .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
gekennzeichnet durch:
Erkennen eines Aufprallverlaufs;
Definieren eines dem Airbagsack (14) zuzuführenden Mas sestroms (m) des Airbaggases (16); und Ansteuern der Wicklungen (52) zum Einstellen des defi nierten Massestroms (m) .
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