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Airbagsystem zum Schutze von Personen in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zur Steuerung des Airbagsystems - Dokument DE102006033804A1
 
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Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Airbagsystem zum Schutze von Personen in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Druckbehälter mit einem ersten Ventilelement, einen Luftsack, der über das erste Ventilelement mit dem Druckbehälter in Verbindung bringbar ist, eine dem Druckbehälter zugeordnete Druckerzeugungseinheit, und eine erste Auslöseeinheit, die im Crashfall die Druckerzeugungseinheit auslöst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Airbagsystems.

Im Stand der Technik sind zahlreiche Airbagsysteme mit ein- oder mehrstufigen Gasgeneratoren bekannt, welche in Ihrer Leistung so eingestellt sind, das sie bezüglich der verschiedenen Lastfälle einen Kompromiss darstellen. Diese Auslegung ist jedoch für außergewöhnliche Anforderungen, wie zum Beispiel für Kinder, sehr kleine Frauen, besonders große Männer oder Personen „out of position" nicht optimal.

Aus der Druckschrift EP 0 995 643 B1 ein zweistufiger Gasgenerator bekannt, der eine erste Leistungsstufe sowie eine zweite Leistungsstufe aufweist. Dabei ist die zweite Leistungsstufe nach Bedarf steuerbar, indem ein Kühlmittel in das Gas eingeführt wird, um die Leistungsentfaltung des Gasgenerators zu verringern.

Darüber hinaus ist in der Druckschrift DE 10 2004 018 665 A1 ein Gasgenerator für Airbags und andere Rückhaltevorrichtungen beschrieben, der sich dadurch auszeichnet, dass sein Innendruck in Abhängigkeit vom Abstand eines durch den Airbag zu schützenden Insassen zu einer intrudierenden Fahrzeugstruktur steuerbar ist. Dazu weist der Airbag eine Überströmöffnung auf, die bei einem Unfall durch die intrudierende Fahrzeugstruktur verschlossen wird.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Airbagsystem zu konzipieren, welches eine optimale Anpassung der Gasgeneratorleistung an unterschiedlichste Lastfälle ermöglicht und dennoch kostengünstig realisierbar ist.

Zudem ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Airbagsystems bereitzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Airbagsystem dessen Druckbehälter zur Druckreduzierung über ein zweites Ventilelement mit einer Druckminderungseinheit in Verbindung steht, wobei das zweite Ventilelement von einer zweiten Auslöseeinheit beherrscht wird, die das zweite Ventilelement im Crashfall mit einer Zeitverzögerung öffnet. Dadurch wird der Druck innerhalb des Druckbehälters bzw. innerhalb des Luftsacks reduziert, bevor dieser sein Maximum erreicht, um die „Härte" des Luftsacks anzupassen. Dabei ist die „Härte" des Luftsacks je nach Zeitverzögerung in einem weiten Bereich variierbar.

Da somit eine einstufige Druckerzeugungseinheit verwendbar ist, kann das Airbagsystem kostengünstig realisiert werden und wird auch die Auslegung für den Durchtritt des Luftsacks durch eine Schalttafel des Kraftfahrzeugs vereinfacht.

Vorteilhaft ist ein Steuergerät vorgesehen, welches die Zeitverzögerung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern des Crashs und/oder der zu schützenden Person berechnet und die zweite Auslöseeinheit ansteuert, um somit eine besonders individuelle Anpassung der „Härte" des Luftsacks zu erreichen. Bei der Berechnung der Zeitverzögerung ist zu beachten, dass in jedem Fall eine hinreichende Beurteilungszeit der Unfalldynamik eingehalten wird und dass auch die Reaktionszeit von Sensoren, die Rechenzeit des Steuergeräts sowie die Trägheit des zweiten Ventilelements berücksichtigt werden. Demnach darf die Zeitverzögerung ein bestimmtes Minimum nicht unterschreiten. Daraus folgt, dass die minimal realisierbare „Härte" des Luftsacks durch das Öffnen des zweiten Ventilelements nach der minimalen Zeitverzögerung erreicht wird, und dass die maximal realisierbare Härte des Luftsacks durch das Öffnen des zweiten Ventilelements nach einer maximalen Zeitverzögerung – also im Extremfall ohne dass das zweite Ventilelement überhaupt geöffnet wird – erreicht wird.

Besonders vorteilhaft dienen als Parameter des Crashs und/oder der zu schützenden Person mittels Sensoren erfassbare Größen, wie zum Beispiel die Fahrzeugverformung, die Fahrzeugverzögerung, die Sitzbelegung, die Gurtverriegelung, die Personenposition und das Personengewicht. Diese Parameter geben die Schwere des Crashs bzw. die Charakteristik der zu schützenden Person an und lassen somit erkennen, wie das Airbagsystem für den zu erwartenden Ablauf des Unfalls in idealer Weise geregelt sein muss.

Zweckmäßig liegt die Zeitverzögerung in einem Bereich von ca. 20 bis 100 Millisekunden. Dabei kann grundsätzlich auch eine feste Zeitverzögerung vorgegeben werden, die lediglich von bestimmten Fahrzeugdaten abhängt und die als Kompromiss der verschiedenen Lastfälle zu betrachten ist. Dies ermöglicht einen universellen Einsatz des vorgeschlagenen Airbagsystems auch ohne Anbindung an ein Steuergerät zur Berechnung der Zeitverzögerung.

Die Druckerzeugungseinheit kann ein leistungsfähiger pyrotechnischer Treibsatz bzw. ein Hybridtreibsatz sein. Ein solcher Treibsatz ermöglicht aufgrund seiner hohen Leistung von ca. 3 bis 5 bar einen weiten Bereich bei der jeweiligen Reduzierung bzw. Anpassung der „Härte" des Luftsacks.

Die Druckminderungseinheit steht über Austrittsöffnungen direkt mit der Umgehungsluft in Verbindung, um den von der Druckerzeugungseinheit innerhalb des Druckbehälters bzw. innerhalb des Luftsacks erzeugten Druck im Bedarfsfall schnell abzusenken.

Bevorzugt ist das erste Ventilelement als eine erste Berstscheibe ausgebildet und ist das zweite Ventilelement als eine zweite Berstscheibe ausgebildet, wobei diese zweite Berstscheibe gegenüber der ersten Berstscheibe jedoch stärker dimensioniert ist. Das bedeutet, dass das erste Ventilelement beim Überschreiten eines vorgegebenen ersten Grenzdrucks innerhalb des Druckbehälters selbsttätig bersten kann, während das zweite Ventilelement aus Sicherheitsgründen oberhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzdrucks bersten kann oder durch direkte Einwirkung der zweiten Auslöseeinheit vor seinem selbsttätigen Bersten geöffnet werden kann.

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, welches bei einem Crashfall in einem ersten Schritt eine Druckerzeugungseinheit auslöst und nach einer Zeitverzögerung in einem weiteren Schritt eine Druckminderungseinheit aktiviert. Dieses Verfahren erlaubt die kostengünstige Verwendung eines einstufigen Gasgenerators.

Weiterbildungsgemäß wird in einem Zwischenschritt die Zeitverzögerung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern des Crashs und/oder der zu schützenden Person berechnet, um auch für unterschiedlichste Lastfälle eine optimale Reduzierung bzw. Anpassung der „Härte" des Luftsacks vorzunehmen.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine vereinfachte Darstellung des Airbagsystems;

2 ein Diagramm für den Druckverlauf des erfindungsgemäßen Airbagsystems bei verschiedenen Verzögerungszeiten; und

3 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Steuerung eines Airbagsystems.

Das in 1 gezeigte Airbagsystem 1 weist einen hohlzylindrischen Druckbehälter 2 mit einem am Mantel angeordneten ersten Ventilelement 3a auf. Dieses erste Ventilelement 3a ist als eine erste Berstscheibe ausgeführt und stellt den Übergang zu einem Luftsack 4 dar. Im Inneren des Druckbehälters 2 ist eine Druckerzeugungseinheit 5 angeordnet und benachbart zu der Druckerzeugungseinheit 5 ist eine erste Auslöseeinheit 6a positioniert, welche im Crashfall – also zum Zeitpunkt t0 – die Druckerzeugungseinheit 5 auslöst.

Stirnseitig am Druckbehälter 2 ist darüber hinaus ein zweites Ventilelement 3b angeordnet, welches den Druckbehälter 2 mit einer Druckminderungseinheit 7 verbindet. Dieses zweite Ventilelement 3b ist als eine zweite Berstscheibe ausgebildet und wird von einer zweiten Auslöseeinheit 6b beherrscht, die beispielsweise zum Zeitpunkt t1 = t0 + &Dgr;t, d.h. gegenüber dem Zeitpunkt t0 mit einer Zeitverzögerung &Dgr;t durchbrochen wird. Die Druckminderungseinheit 7 steht über eine Anzahl von Austrittsöffnungen 8 mit der Umgebungsluft in direkter Verbindung.

Schließlich sind zur Erfassung verschiedener Parameter des Crashs und/oder der zu schützenden Person eine Anzahl von Sensoren 9 vorgesehen, welche Daten über die Fahrzeugverformung, die Fahrzeugverzögerung, die Sitzbelegung, die Gurtverriegelung, die Personenposition und das Personengewicht liefern. Diese Parameter bzw. Daten werden einem Steuergerät 10 zugeführt, welches hieraus die jeweils optimale Verzögerungszeit &Dgr;t berechnet und welche nach dem Ablauf der Verzögerungszeit &Dgr;t die zweite Auslöseeinheit 6b zum Öffnen des zweiten Ventilelements 3b ansteuert.

Durch das Auslösen bzw. durch das Zünden der als pyrotechnischer Treibsatz ausgeführten einstufigen Druckerzeugungseinheit 5 steigt zum Zeitpunkt t0 der Druck P innerhalb des Druckbehälters 2. Beim Überschreiten einer vorgegebenen Druckbelastung öffnet sich das erste Ventilelement 3a und entfaltet sich der Luftsack 4. Der Druck P des Airbagsystems 1, der zum Beispiel durch eine indirekte Messung innerhalb einer hermetisch verschlossenen Kanne bestimmbar ist, kann bis auf einen durch die Leistung der Druckerzeugungseinheit 5 vorgegebenen maximalen Druck Pmax von ca. 3 bis 5 bar ansteigen. Durch eine geeignete Zeitverzögerung &Dgr;t zwischen dem Zeitpunkt t0 des Crashs und dem Zeitpunkt t1, t2 oder t3 der Aktivierung der Druckminderungseinheit 7 bzw. des Öffnens der zweiten Ventileinheit 3b findet innerhalb des Druckbehälters 2 bzw. des Luftsacks 4 eine geeignete Druckreduzierung statt und erfolgt somit eine optimale Anpassung der „Härte" des Luftsacks 4. Dies ist in 2 durch verschiedene Druckverläufe dargestellt, wobei die Kurve A für eine Verzögerungszeit = t1, welche der minimalen Verzögerungszeit tmin von ca. 20 Millisekunden entspricht, die Kurve B für eine etwas längere Verzögerungszeit t2 von ca. 40 Millisekunden und die Kurve C für eine noch längere Verzögerungszeit t3 von ca. 60 Millisekunden gilt. Es zeigt sich, dass je nach gewählter Verzögerungszeit t1, t2 oder t3 unterschiedliche Endwerte P1, P2, oder P3 für den Druck, d.h. für die „Härte" des Luftsacks 4 erreicht werden. Schließlich ist auch ersichtlich, dass der Druck P bei einer sehr späten Aktivierung nach mehr als 100 Millisekunden bzw. ohne eine Aktivierung der Druckminderungseinheit 7 auf den maximalen Druck Pmax ansteigt, was der Kurve D entspricht.

3 zeigt schließlich ein Flussdiagramm des zugehörigen Verfahrens zur Steuerung des Airbagsystems 1, welches vorsieht, dass im Crashfall in einem ersten Schritt I die Druckerzeugungseinheit 5 ausgelöst wird, in einem optionalen zweiten Schritt II in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern des Crashs und/oder der zu schützenden Person die Zeitverzögerung &Dgr;t berechnet wird und in einem weiteren Schritt III nach Ablauf der berechneten oder alternativ fest vorgegebenen Zeitverzögerung &Dgr;t die Druckminderungseinheit 7 aktiviert wird.

1
Airbagsystem
2
Druckbehälter
3a, 3b
erstes Ventilelement, zweites Ventilelement
4
Luftsack
5
Druckerzeugungseinheit
6a, 6b
erste Auslöseeinheit, zweite Auslöseeinheit
7
Druckminderungseinheit
8
Austrittsöffnung
9
Sensor
10
Steuergerät
A, B, C
Druckkurven für t1, t2, t3


Anspruch[de]
Airbagsystem zum Schutze von Personen in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Druckbehälter mit einem ersten Ventilelement, einen Luftsack, der über das erste Ventilelement mit dem Druckbehälter in Verbindung bringbar ist, eine dem Druckbehälter zugeordnete Druckerzeugungseinheit, und eine erste Auslöseeinheit, die im Crashfall die Druckerzeugungseinheit auslöst,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Druckbehälter (2) zur Druckreduzierung über ein zweites Ventilelement (3b) mit einer Druckminderungseinheit (7) in Verbindung steht, wobei

das zweite Ventilelement (3b) von einer zweiten Auslöseeinheit (6b) beherrscht wird, die das zweite Ventilelement (3b) im Crashfall mit einer Zeitverzögerung (&Dgr;t) öffnet.
Airbagsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (10) vorgesehen ist, welches die Zeitverzögerung (&Dgr;t) in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern des Crashs und/oder der zu schützenden Person berechnet und die zweite Auslöseeinheit (6b) ansteuert. Airbagsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter des Crashs und/oder der zu schützenden Person mittels Sensoren (9) erfassbare Größen, wie Fahrzeugverformung, Fahrzeugverzögerung, Sitzbelegung, Gurtverriegelung, Personenposition und Personengewicht dienen. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerung (&Dgr;t) in einem Bereich von ca. 20 bis 100 Millisekunden liegt. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinheit (5) ein leistungsfähiger pyrotechnischer Treibsatz bzw. ein einstufiger Hybridtreibsatz ist. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinheit (7) über Austrittsöffnungen (8) direkt mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilelement (3a) als eine erste Berstscheibe ausgebildet ist. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventilelement (3b) als eine zweite Berstscheibe ausgebildet ist. Verfahren zur Steuerung eines Airbagsystems zum Schutze von Personen in einem Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei einem Crash in einem ersten Schritt (I) eine Druckerzeugungseinheit (5) ausgelöst wird, und

nach einer Zeitverzögerung (&Dgr;t) in einem weiteren Schritt (III) eine Druckminderungseinheit (7) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zwischenschritt (II) die Zeitverzögerung (&Dgr;t) in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern des Crashs und/oder der zu schützenden Person berechnet wird.






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