DE10323524B4

DE10323524B4 - Rückhaltesystem für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE10323524B4
Application number: DE2003123524
Authority: DE
Inventors: Frank Bonarens; Simon Hesse; Jürgen Klenk
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2003-05-24
Filing date: 2003-05-24
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2023-05-25
Also published as: DE10323524A1

Abstract

Rückhaltesystem für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges mit einem elektromagnetisch leistungsverstellbaren Generator (10), der auf ein Signal hin einen Airbag mit Gas füllt, wobei eine mit dem Gasgenerator (10) elektrisch verbundene Generatorsteuerung (20), welche den Gasgenerator (10) durch Über- bzw. Untersteuerung eines zur geforderten Leistungsabgabe notwendigen Spannungsniveaus derart steuert, dass dieser eine verkürzte Reaktionszeit gegenüber einer Leistungssteuerung, die auf konstanten Spannungsniveaus basiert, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) in Ansprechen auf Sensoren (11), welche Entfaltungskenngrößen eines Airbags erfassen, eine Steuerung des Spannungsniveaus am Gasgenerator (20) derart vornimmt, dass vorgegebene Steuervorgaben zur Airbagentfaltung erreicht werden, und basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30', 30'') eine Auswahl wenigstens einer Kennlinie aus einer Kennlinienschar trifft, welche zur Leistungssteuerung des Gasgenerators (10) in der Generatorsteuerung (20) gespeichert sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rückhaltesystem für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges mit einem elektromagnetisch leistungsvestellbaren Generator, der auf ein Signal hin einen Airbag mit Gas füllt, wobei eine mit dem Gasgenerator elektrisch verbundene Generatorsteuerung, welche den Gasgenerator durch Über- bzw. Untersteuerung eines zur geforderten Leistungsabgabe notwendigen Spannungsniveaus derart steuert, dass dieser eine verkürzte Reaktionszeit gegenüber einer Leistungssteuerung, die auf konstanten Spannungsniveaus basiert, aufweist.
Die DE 195 19 678 A1 offenbart ein Rückhaltesystem für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges mit einem elektromagnetisch leistungsverstellbaren Generator, der auf ein Signal hin einen Airbag mit Gas füllt. Eine mit dem Gasgenerator elektrisch verbundene Generatorsteuerung, steuert den Gasgenerator durch Über- bzw. Untersteuerung eines zur geforderten Leistungsabgabe notwendigen Spannungsniveaus derart, dass dieser eine verkürzte Reaktionszeit gegenüber einer Leistungssteuerung aufweist, die auf konstanten Spannungsniveaus basiert. Eine intelligente Steuerelektronik, die verschiedene Parameter wie Sitzposition, Größe und Gewicht des Insassen oder Unfallschwere auswertet, legt fest, wie der Aufblasvorgang optimal ablaufen soll.
Im Weiteren zeigt die DE 698 30 147 T2 eine Airbag-Vorrichtung, die in der Lage ist, Aufblascharakteristika auf Kollisions- und Insassenparameter ansprechend zu modulieren, wobei eine Geschwindigkeit eines Airbag-Aufblasens während eines Airbag-Einsatzes geregelt wird.
Darüber hinaus beschreibt die DE 199 13 145 A1 einen Gasgenerator für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem mit einer mit Treibstoff gefüllten Brennkammer, in der nach Zündung und Verbrennen des Treibstoffs ein Heißgas erzeugt wird, mit einer eine Flüssigkeit enthaltenden Flüssigkeitskammer und mit einer Mischkammer, in der Flüssigkeit und Heißgas gemischt werden. Der Gasgenerator steuert die dem Heißgas zugeführte Flüssigkeitsmenge und damit auch das Mischungsverhältnis von Heißgas zu eingespritzter Flüssigkeit unmittelbar.
Ferner zeigt die DE 195 41 798 A1 einen Gasgenerator, mit dem im Hinblick auf einen optimalen Insassenschutz mit besonders einfachen Mitteln die Leistung des Airbagsystems abhängig von der Umgebungstemperatur individuell auf die aufzufangende kinetische Energie des zu schützenden Fahrzeuginsassen abgestimmt werden kann.
Des Weiteren ist aus der DE 195 26 334 A1 eine mindestens einen Gassack umfassende Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen bekannt, in der mittels eines Drucksensors, der Druckverlauf innerhalb des Gassacks überwacht und mit einem Soll-Wert verglichen wird, um den ordnungsgemäßen Entfaltungsvorgang des Gassacks zu überwachen. Bei einer Abweichung von dem vorgegebenen Sollwert kann die weitere Entfaltung des Gassackes unterbunden werden. Da die jeweils herrschende Umgebungstemperatur einen großen Einfluss auf den jeweils aktuell gemessenen Druckwert haben kann, ist es möglich, statt eines absoluten Druckwertes den Verlauf von Druckwerten als Funktion der Zeit zu ermitteln und daraus vorzugsweise den Verlauf der Tangente an die Druckkurve abzuleiten und die ermittelte Tangentenform mit einem vorgegebenen Sollwert zu vergleichen.
Schließlich beschreibt die DE 100 62 756 A1 eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines durch ein magnetisches Feld im Zündungsverlauf beeinflussbaren Gasgenerators einer Insassenschutzvorrichtung, bestehend aus einer Spule zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes, einer Versorgungsspannungsquelle und einem dazu parallelen Autarkiekondensator, der bei Ausfall der Versorgungsspannungsquelle den Gasgenerator für eine Autarkiezeit versorgt, einer Steuerschaltung, die einen in Serie zur Spule geschaltetes Schaltmittel pulsweitenmoduliert steuert, und einer Freilaufdiode, die zwischen Schaltmittel und Spule parallel zur Spule mit zur Versorgungsspannungsquelle entgegengesetzter Polarität geschaltet ist.
Bei einem hier in Rede stehenden Gasgenerator kann mittels einer elektromagnetischen Steuereinheit (Magnetic Control Unit; MCU) der Ausstoß an zur Entfaltung des Airbags erforderlichen Gases verändert werden. Damit kann das Entfaltungsverhalten des Airbags auf ein potentielles Unfallgeschehen voreingestellt oder – im Rahmen der Reaktionszeiten der einzelnen Generatorkomponenten – nur stufenweise an den tatsächlichen Unfallablauf angepasst werden.
Bekannte Reaktionszeiten lassen allerdings keine dynamische, d. h. über die gesamte Zeitdauer auf den konkreten Unfallverlauf kontinuierlich abstimmbare Leistungsabgabe des Generators zu. Somit kann der Enfaltungsvorgang des Airbags nicht ausreichend beeinflusst werden, um eine Verbesserung der Insassensicherheit zu erreichen.
So zeigt die WO 98/33684 A1 einen Gasgenerator, bei dem dies durch Veränderung der Viskosität eines magnetisch rheologischen Fluids geschieht, welches wiederum die Bewegung eines Kolbens dämpft oder fördert, der das Gas zur Entfaltung des Airbags selbst bewegt. Das zur Steuerung der Leistungsabgabe des Generators erforderliche elektromagnetische Feld wird durch selektive Ansteuerung eines Elektromagneten bereitgestellt.
Die Gesamtreaktionszeit für einen solchen Gasgenerator setzt sich dabei aus verschiedenen Zeitkonstanten zusammen, die jede für sich zu einer Zeitverzögerung τ (Reaktionszeit) zwischen elektrischer Ansteuerung des Generators und dem Aufbau des zur geforderten Leistungsabgabe notwendigen Magnetfelds beitragen. Diese kann wie folgt angegeben werden: τ = τ_mag + τ_comb + τ_piston + τ_fluid + τ_current, mit

τ_mag: – Zeitverzögerung beim Aufbau des Magnetfelds,
τ_comb: – Zeitverzögerung bei Zündung,
τ_piston: – Zeitverzögerung durch Trägheit des Kolbens,
τ_fluid: – Zeitverzögerung durch Trägheit des Fluids,
τ_current: – Zeitverzögerung durch Aufbau des Stroms,

τ = 2,5 + 0 + 5 – 10 + 0,5 + 5 [msec]

τ = 13 – 18 [msec]

Die DE 197 51 158 A1 offenbart ein Seitenairbagmodul mit einem Generator veränderlicher Leistung, welcher den Seitenairbag unabhängig von der Airbagform, Faltungstechnik, Entfaltungsrichtung, Anordnung im Kraftfahrzeug, eventuell vorhandenen Fangbändern und Abströmöffnungen in gewünschter Weise aufblasen soll. Dafür ist ein Mehrstufengenerator, also ein Generator mit wenigstens zwei Zündstufen, vorgesehen. Dieser lässt aber gerade keine dynamische Steuerung im vorstehend genannten Sinn zu.
Die DE 198 10 537 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Airbag-Rückhaltesystems, bei dem noch vor dem Aufprall fahrzeug- oder insassenspezifische Parameter erfasst werden. Die Parameter werden in einer Steuereinrichtung verarbeitet, um eine optimale Rückhaltekraft zu bestimmen. Über eine Stelleinrichtung wird ein Ventil noch während der Fahrt, aber noch vor dem Unfall betätigt, das die in den Airbag einströmende Gasmenge steuert. Diese Lösung stellt somit eine Voreinstellung der Leistungsabgabe eines Gasgenerators vor einem potentiellen Unfall dar, womit sich zur Realisierung einer dynamischen Anpassung der Leistungsabgabe im Unfallverlauf dieser Schrift nichts entnehmen lässt.
Der DE 201 14 189 U1 ist ein Gasgenerator für ein Airbag-Rückhaltesystem zu entnehmen, bei dem in einer Brennkammer ein Heißgas erzeugt wird. Das Heißgas gelangt in eine Mischkammer, wo es eine dort eingespritzte Flüssigkeit verdampft, die in den Airbag einströmt. Mit Hilfe eines elektrischen Schrittmotors, über welchen – schrittweise – ein Steuerglied in zahlreiche Positionen verstellbar ist, kann dabei die eingespritzte Menge Flüssigkeit gesteuert werden. Eine dynamische Regelung des Entfaltungsverhaltens des Airbags im Unfallverlauf ist aber auf Grund der schon vorstehend genannten Verzögerungszeiten nicht möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Rückhaltesystem für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Reaktionszeiten realisierbar sind, die eine dynamische Steuerung des Entfaltungsvorgangs eines Airbags im konkreten Unfallverlauf in einer Weise ermöglichen, dass die Insassensicherheit verbessert wird, und welches konstruktiv einfach aufgebaut und leicht im Kraftfahrzeug zu integrieren ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Rückhaltesystem dadurch gelöst, dass die Generatorsteuerung in Ansprechen auf Sensoren, welche Entfaltungskenngrößen eines Airbags erfassen, eine Steuerung des Spannungsniveaus am Gasgenerator derart vornimmt, dass vorgegebene Steuervorgaben zur Airbagentfaltung erreicht werden, und basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung eine Auswahl wenigstens einer Kennlinie aus einer Kennlinienschar trifft, welche zur Leistungssteuerung des Gasgenerators in der Generatorsteuerung gespeichert sind.
Die Ansteuerung der MCU eines Gasgenerators über konstante Spannungsniveaus führt durch den (infolge Selbstinduktion) verzögerten Aufbau des Stroms durch die MCU und damit des Magnetfelds, womit die vorstehend genannten Verzögerungszeiten zu erklären sind. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass durch die erfindungsgemäße Art der Steuerung der Spannung sowohl Stromanstieg wie auch Magnetfeldaufbau beschleunigt werden. Dadurch verringern sich die Verzögerungswerte für Magnetfeld τ_mag und Strom τ_current erheblich, so dass die Gesamtverzögerung τ (Reaktionszeit) des Rückhaltesystems unter einen kritischen Wert von 10 msec fällt, wodurch die Insassensicherheit erheblich verbessert wird. Darüber hinaus können die Leistungsanforderungen an die MCU reduziert werden, da deren Funktionalität auf die Generatorsteuerung verlagert wird. Dies führt zu einer Gewichts- und Kostenreduktion des Gasgenerators.
Dadurch, dass die Generatorsteuerung in Ansprechen auf Sensoren, welche Entfaltungskenngrößen eines Airbags erfassen, eine Steuerung des Spannungsniveaus am Gasgenerator derart vornimmt, dass vorgegebene Steuervorgaben zur Airbagentfaltung erreicht werden, ist eine Rückkopplung an die Generatorsteuerung erzielt, durch die eine Regelung des Entfaltungsvorgangs auf die Steuervorgaben und somit eine wirksame Kontrolle des Airbags im Unfallverlauf möglich ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich der Airbag beim Auftreffen des Oberkörpers eines Fahrzeuginsassen teilweise wieder entleert und ein Nachregeln von Steuervorgaben zum Abfangen des Aufpralls nötig sein sollte.
Die trifft Generatorsteuerung basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung eine Auswahl wenigstens einer Kennlinie aus einer Kennlinienschar, die zur Leistungssteuerung des Gasgenerators in der Generatorsteuerung gespeichert sind. In der Kennlinie kann z. B. ein geforderter Druckverlauf unter Vermeidung von Energiespitzen, eine besonders sanfte Airbagentfaltung unmittelbar nach dem Zünden (low onset), eine höhere Standzeit des Airbags oder eine gezielte, sanfte Entleerung des Gasgenerators berücksichtigt sein.
Grundsätzlich wird durch die beschriebene Art der Ansteuerung des Gasgenerators aber auch erst die Umsetzung einer bedarfsgerechten, variablen Airbagentfaltung zur Verbesserung der Insassensicherheit im Unfallverlauf möglich.
In Ausgestaltung der Erfindung liegt die Zeitspanne zwischen dem Anfordern und dem Erreichen einer geforderten Leistungsabgabe am Gasgenerator in einem Bereich, der eine zeitnahe hochdynamische Steuerung der Airbagentfaltung in Reaktion auf einen Unfallverlauf erlaubt. Die Reaktionszeiten liegen dabei in einem Bereich von 5 msec bis 10 msec, besonders bevorzugt bei 5 msec. Die Generatorleistung reagiert damit dynamisch auf Steuervorgaben, so dass es insbesondere möglich wird, auch während des Entfaltungsvorgangs neue Algorithmusentscheidungen einer Airbagsteuerung zu berücksichtigen. Diese Algorithmusentscheidungen werden auf Grund der im Unfallverlauf immer präziser werdenden Informationen zunehmend zuverlässiger als sie es noch im Zeitpunkt der Airbagauslösung waren. Dadurch wird die Insassensicherheit nochmals deutlich verbessert.
Bevorzugt kommuniziert die Generatorsteuerung über eine bidirektionale digitale Datenleitung mit einer Airbagsteuerung, welche von Sensoren erfasste Unfallkenngrößen auswertet und Steuervorgaben zur Airbagentfaltung an die Generatorsteuerung signalisiert. Die digitale Verbindung gewährleistet dabei insbesondere, dass von der Airbagsteuerung an die Generatorsteuerung Steuervorgaben – und umgekehrt Steueranfragen – über definierte Datenprotokolle signalisiert werden können, welche durch Fehlerkontrolle sicherer sind als analoge Verbindungen. Ein „zufälliges” Auslösen des Airbags ist damit ausgeschlossen. Die digitale Verbindung kann dabei in einem KFZ-Bus (CAN; Controller Area Network) bestehen, wie er in Kraftfahrzeugen weit verbreitet ist. Durch den Einsatz von digitaler (Mikroprozessor)Technik sind gleichzeitig sehr viele Informationen übertragbar und verarbeitbar, auf die eine sofortige Reaktion erfolgen kann. In diesem Umfang ist auch die Insassensicherheit gewährleistet.
Zweckmäßigerweise umfasst die Generatorsteuerung dabei einen Mikrorechner und eine damit elektrisch verbundene Steuerung für eine Aktorik des Gasgenerators, und der Mikrorechner weist Anschlüsse zum Einlesen von Sensordaten und Steuervorgaben auf. Eine entsprechende Anordnung der elektronischen und elektrischen Komponenten ist auf einer Platine möglich, die kostengünstig z. B. als ein integriertes Modul hergestellt werden kann. Ein solches Modul kann z. B. zwischen Airbagsteuerung und Gasgenerator geschaltet werden und ist dadurch auch räumlich nicht von deren Einbauposition abhängig.
Ferner ist bevorzugt die Steuerung als Stromregeleinheit mit einer positiven oder negativen Versorgungsspannung ausgebildet. Eine Vorzeichenumkehr oder Umpolung der Versorgungsspannung lässt dabei sowohl eine Beschleunigung des Magnetfeldaufbaus zur Steuerung einer zeitnah reaktionsschnellen höheren oder niedrigeren Leistungsabgabe des Gasgenerators zu.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird die Steuerung mit einer Versorgungsspannung größer als 12 V, vorzugsweise mit 42 V gespeist. Eine Spannung von 42 V reicht dabei zur Über- oder Untersteuerung des Gasgenerators aus. Dieser Spannungswert bietet sich auch insofern an, als dieser – vor dem Hintergrund zunehmender Verbraucher im Kraftfahrzeug – vom VDA (Verband der deutschen Automobilindustrie) in Zusammenarbeit mit Zulieferern, Hochschulen und internationalen Gremien für eine zukünftige Energieversorgung in KFZ-Bordnetzen festgelegt wurde.
Vorteilhafterweise ist die Generatorsteuerung als getrenntes, eigenständiges Modul ausgeführt. Zum einen ist ein solches Modul – unter den Aspekten Signallaufzeit, Bauraumausnutzung und Sicherheit – frei platzierbar und zum anderen einfach in Kraftfahrzeugen nachzurüsten. Bestehende Airbagsteuerungen sind hinsichtlich Kosten und Vorlaufzeiten leicht zu modifizieren. Dadurch, dass in einem Airbagmodul eingesetzte Sensoren direkt von der Generatorsteuerung ausgelesen werden, reduzieren sich zudem Bauraum(Packageraum)-anforderungen der Airbagsteuerung, was zu niedrigeren Kosten führt.
Bevorzugt wird die Generatorsteuerung an oder im Bereich der Armaturentafel und/oder in der Nähe des Gasgenerators angeordnet. Dies geschieht insbesondere unter dem Aspekt der Signallaufzeit, welche durch diese Anordnung niedrig gehalten wird.
Des Weiteren ist die Generatorsteuerung zweckmäßigerweise mit einer eigenen Stromversorgung und/oder mit einer eigenen Energiereserve ausgestattet. Dadurch wird eine weitgehende Unabhängigkeit von anderen Fahrzeugkomponenten erreicht und die jederzeitige Funktionssicherheit der Generatorsteuerung gewährleistet. Dies gilt insbesondere auch im dann, wenn schon im Zeitpunkt des Unfalleintritts versorgungswichtige Komponenten beschädigt werden oder ausfallen.
Weiterhin ist zweckmäßigerweise die Generatorsteuerung als integriertes Modul der Airbagsteuerung, des Gasgenerators oder eines Airbagmoduls ausgeführt. Dadurch werden insbesondere Stecker- und Verkabelungsprobleme bei der Integration der Generatorsteuerung reduziert. Der niedrigere Verschleiß der Verbindung schlägt sich in einer verbesserten Qualität der Integration hinsichtlich Funktions- und Ausfallsicherheit nieder. Darüber hinaus entfällt eine einzubauende Funktionskomponente bei der Fahrzeugmontage, was zu reduzierten Herstellungskosten führt.
Bevorzugt ist die Generatorsteuerung als Modul zur Leistungssteuerung von Gasgeneratoren zweier Frontalairbags ausgeführt ist. Dadurch werden, wie vorstehend erwähnt, die Herstellungskosten gesenkt, da ein Modul zur Versorgung von zwei (oder mehr) Gasgeneratoren zur Verfügung steht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung umfasst die Generatorsteuerung oder die Airbagsteuerung eine Zündstufe zum Auslösen einer Zündpille des Gasgenerators, welche von dem Mikrorechner angesteuert wird. Damit übernimmt der Mikrorechner die gemeinsame Kontrolle über die Steuerung für die Aktorik des Gasgenerators und die Zündstufe, wodurch eine softwaretechnisch einfach zu realisierende Funktionsbündelung im Mikrorechner entsteht. Das durchgehend digitale „Management” beider Komponenten nach Vorgaben der Airbagsteuerung ist reaktionsschnell und zudem wenig fehleranfällig.
Des Weiteren umfassen vorteilhafterweise die Steuervorgaben der Airbagsteuerung an die Generatorsteuerung Angaben zur Steuerungsart des Airbags und/oder konkrete Sollwerte zu dessen Entfaltung. Die Steuerungsart gibt dabei an, wie im Unfallverlauf die Airbagentfaltung, z. B. hinsichtlich Druck- oder Einströmverlauf sowie dabei zulässiger Temperatur, vor sich gehen soll. Die konkreten Sollwerte können z. B. einzelne Druck-, Strömungs- oder Temperaturwerte umfassen. Es ist damit ein breites Spektrum an Steuermöglichkeiten zum Erzielen einer – abhängig z. B. von Fahrzeugtyp und seinem Crashverhalten – jeweils optimalen Insassensicherheit eröffnet.
Bevorzugt nimmt die Generatorsteuerung basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung eine einstufige Leistungssteuerung des Gasgenerators auf unterschiedlichen, vorprogrammierten Leistungsstufen vor. Dies stellt den einfachsten Fall einer Steuerung dar, welcher durch die Leistungsstufung, z. B. abhängig von dem Gewicht eines Fahrzeuginsassen und/oder abhängig vom angeschnallten oder nicht angeschnallten Zustand, sehr wirkungsvoll ist.
Bevorzugt nimmt die Generatorsteuerung basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung eine zwei- oder mehrstufige Leistungssteuerung des Gasgenerators auf unterschiedlichen, vorprogrammierten Leistungsstufen vor. Damit kann der Enfaltungsvorgang des Airbags noch genauer als vorstehend beschrieben auf die spezifischen Gegebenheiten des Unfallverlaufs abgestimmt werden. Hier kann durch die Mehrstufigkeit z. B. zusätzlich die Unfallart berücksichtigt werden, d. h. ob eine zentraler oder seitlich versetzter, ein „weicher” oder „harter”, ein Pfahl- oder Unterfahrunfall erkannt wurde.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung nimmt die Generatorsteuerung basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung zusätzlich eine Zündzeitpunktverschiebung vor. Hierdurch wird eine weitere Abstimmung der Airbagentfaltung auf die Gegebenheiten des Unfallverlaufs möglich. Dies kann z. B. dann vorteilhaft sein, wenn vor der Zündung des Oberkörperairbags eine Kniepolsterung gezündet wird, um die rotationsförmige Vorwärtsbewegung von Oberkörper und Kopf sicher zu stellen, die für einen optimalen Airbagschutz benötigt wird.
Des Weiteren nimmt in Ausgestaltung der Erfindung die Generatorsteuerung basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung eine Leistungssteuerung des Gasgenerators derart vor, dass der Einfluss seiner von einem Sensor erfassten Temperatur auf den Entfaltungsvorgang kompensiert wird. Ein zusätzliches Messelement zur Erfassung der Temperatur kann im Airbagmodul oder auch in der Generatorsteuerung angeordnet sein. Damit wird der Temperatureinfluss minimiert, welcher das Volumen des in den Airbag einströmenden Gases beeinflussen kann, insgesamt also die Steuergenauigkeit des Gasgenerators erhöht.
Vorteilhafterweise nimmt die Generatorsteuerung basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung eine Leistungssteuerung des Gasgenerators derart vor, dass eine durch dynamische Sensoren im Innenraum erfasste Sitzposition und/oder im Airbagmodul erfasste Entfaltungskenngrößen darin berücksichtigt sind. Damit sind weitere Steuerungsmöglichkeiten eröffnet, welche z. B. die Sitzposition der Fahrzeuginsassen in nicht positionsgerechten (Out-of-Position) Situationen zur Leistungssteuerung des Gasgenerators erfassen. Weiterhin können Signale einer Abstands(Distance-to-Dashboard)-sensorik im Innenraum oder airbagmodulintegrierte Sensoren zur Leistungssteuerung des Generators verarbeitet werden.
Schließlich wird bevorzugt die sensorabhängige Leistungssteuerung des Gasgenerators auch während des Entfaltungsvorgangs vorgenommen. Hierdurch wird die Insassensicherheit weiter erhöht, da die Gegebenheiten im Fahrzeuginneren auch im Unfallverlauf erfasst werden und die Leistungsabgabe des Gasgenerators darauf abgestimmt wird. Diese Regelung kann auch auf Basis einer abgelegten Kennlinienschar zur Vorsteuerung geschehen.
Die Ansprüche 20 und 21 betreffen ein Verfahren zum Betreiben eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen gemäß der vorstehenden Ausführungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand dreier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild der zentralen Komponenten eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine erfindungsgemäße Generatorsteuerung als getrenntes, eigenständiges Modul ausgeführt ist;
2 ein Blockschaltbild der zentralen Komponenten eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine erfindungsgemäße Generatorsteuerung in ein Airbagmodul integriert ist, und
3 ein Blockschaltbild der zentralen Komponenten eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine erfindungsgemäße Generatorsteuerung als getrenntes, eigenständiges Modul ausgeführt ist.
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild der zentralen Komponenten eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges mit einem Gasgenerator 10, dessen Leistungsabgabe mittels einer Generatorsteuerung 20 einstellbar ist. In einer Airbagsteuerung 30 werden auf Grund von Algorithmusentscheidungen Steuervorgaben an die Generatorsteuerung 20 erzeugt und über eine bidirektionale binäre Datenleitung 31 an die Generatorsteuerung übermittelt. Zur Bestimmung der Steuervorgaben erfasst die Airbagsteuerung 30 Signale von Frontsensoren und Innenraumsensoren. Anzeigeleuchten zeigen den ordnungsgemäßen Betrieb oder Funktionszustand (Babysicherung, Beifahrerairbag Ein/Aus) der Airbagsteuerung an, welche darüber hinaus weitere Ausgänge für z. B. Seitenairbags oder Gurtstraffer aufweist.
Die Generatorsteuerung 20 wird in diesem Ausführungsbeispiel über die gleiche Stromversorgung wie die Airbagsteuerung 30 versorgt, was durch die Stromversorgung 32 an eine zusätzliche Energiereserve bzw. Filter 25 angedeutet ist. Die zentralen Funktionselemente der Generatorsteuerung 20 sind ein Mikrorechner 21, welcher elektrisch einerseits mit einer Steuerung 22 für eine Aktorik 12, andererseits mit einer Zündstufe 23 für eine Zündpille 13 des Gasgenerators 10 verbunden ist. Eine Rückkopplung des Aktionszustands des Gasgenerators 10 und damit des Entfaltungszustands des von diesem befüllten Airbags erfolgt über Sensoren 11 und einen A/D-Wandler bzw. Filter 24 an den Mikrorechner 21.
Wird vom Algorithmus der Airbagsteuerung 30 unter Auswertung der Frontsensorsignale ein Unfall erkannt, werden dementsprechende Steuervorgaben an die Generatorsteuerung gesendet. Diese beinhalten z. B. Vorgaben zur Auswahl einer bestimmten Kennlinie für den geforderten Druckaufbau im Airbag, welche an der Generatorsteuerung 20 über den Mikrorechner 21 ausgewählt wird. Dieser steuert zeitgleich die Zündstufe 23 zum Auslösen der Zündpille 13 und die Steuerung 22 zum Betätigen der Aktorik 12 an. Die Steuerung 22 über- bzw. untersteuert dabei ein Spannungsniveau am Generator 10, welches zur Abgabe der eigentlich geforderten Leistung notwendig ist. Die dadurch stark reduzierte Reaktionszeit des Generators 10 lässt eine hochdynamische Steuerung des Entfaltungsvorgangs des Airbags, genauso wie eine Rückkopplung von Signalen der Sensoren 11 oder der Innenraumsensoren zur Regelung der Leistungsabgabe am Generator auf einen Sollwert zu. Als Einzelmodul ist die Generatorsteuerung 20 unter nur leichten Modifikationen bestehender Airbagsteuerungen 30 im Kraftfahrzeug integrierbar. Die Insassensicherheit wird durch ihre hier beispielhaft gezeigte Anordnung deutlich erhöht.
In 2 ist ein Blockschaltbild der zentralen Komponenten eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges mit einem Gasgenerator 10 dargestellt, dessen Leistungsabgabe mittels einer in eine Airbagsteuerung 30' integrierte Generatorsteuerung einstellbar ist. Diese zeigt die gleiche Anordnung von Eingängen für Sensoren, Ausgängen für z. B. Seitenairbags, Gurtstraffer und Anzeigeleuchten, sowie eine Stromversorgung. Eine eigene Energiereserve für die zentralen Komponenten der integrierten Generatorsteuerung 21', 22, 23, 24 ist hier im Gegensatz zur Darstellung nach 1 nicht vorgesehen, da die Energieversorgung der Airbagsteuerung 30' für die besagten Komponenten mitbenutzt wird. Als Mikroprozessor 21' der Generatorsteuerung wird der Mikroprozessor der Airbagsteuerung verwendet. Die Ansteuerung des – ansonsten wie in 1 gestalteten – Gasgenerators 10 erfolgt wie schon dort beschrieben.
Durch die in die Airbagsteuerung 30' integrierte Generatorsteuerung werden insbesondere Herstellungskosten reduziert, da nur ein Modul zu montieren ist. Gleichzeitig wird die Verkabelungsproblematik getrennter Module umgangen, was die Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit des Rückhaltesystems erhöht.
Die 3 zeigt ein Blockschaltbild der zentralen Komponenten eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges mit einem Gasgenerator 10, dessen Leistungsabgabe mittels einer Generatorsteuerung 20' einstellbar ist. Die 3 zeigt dabei eine im Wesentlichen ähnliche Modularisierung der Komponenten 10, 20' und 30'' wie die 1 mit der Ausnahme, dass die Zündstufe 23 zum Auslösen der Zündpille 13 in eine Airbagsteuerung 30'' integriert ist. Diese wird über den Mikrorechner der Airbagsteuerung 30'' (nicht gezeigt) angesteuert, wodurch eine Verkürzung der Signallaufzeit zum Auslösen der Zündpille 13 erzielt wird. Die Funktion der zentralen Komponenten der Generatorsteuerung 20', des Mikroprozessors 21 und die damit verbundene Steuerung 22 einschließlich der Signalrückkopplung der Sensoren 11 über den A/D-Wandler bzw. Filter 24 an den Mikroprozessor ist gleich der in 1 beschriebenen.
Bezugszeichenliste

10: Gasgenerator
11: Sensor
12: Aktorik
13: Zündpille
20: Generatorsteuerung
21, 21': Mikrorechner
22,: Steuerung
23: Zündstufe
24: A/D-Wandler, Filter
25: Filter, Energiereserve
30, 30', 30'': Airbagsteuerung
31: Binäre Datenleitung
32: Stromversorgung

Claims

Rückhaltesystem für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges mit einem elektromagnetisch leistungsverstellbaren Generator (10), der auf ein Signal hin einen Airbag mit Gas füllt, wobei eine mit dem Gasgenerator (10) elektrisch verbundene Generatorsteuerung (20), welche den Gasgenerator (10) durch Über- bzw. Untersteuerung eines zur geforderten Leistungsabgabe notwendigen Spannungsniveaus derart steuert, dass dieser eine verkürzte Reaktionszeit gegenüber einer Leistungssteuerung, die auf konstanten Spannungsniveaus basiert, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) in Ansprechen auf Sensoren (11), welche Entfaltungskenngrößen eines Airbags erfassen, eine Steuerung des Spannungsniveaus am Gasgenerator (20) derart vornimmt, dass vorgegebene Steuervorgaben zur Airbagentfaltung erreicht werden, und basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30', 30'') eine Auswahl wenigstens einer Kennlinie aus einer Kennlinienschar trifft, welche zur Leistungssteuerung des Gasgenerators (10) in der Generatorsteuerung (20) gespeichert sind.
Rückhaltesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne zwischen dem Anfordern und dem Erreichen einer geforderten Leistungsabgabe am Gasgenerator (10) in einem Bereich liegt, der eine zeitnahe dynamische Steuerung der Airbagentfaltung in Reaktion auf einen Unfallverlauf erlaubt.
Rückhaltesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) über eine bidirektionale digitale Datenleitung (31) mit einer Airbagsteuerung (30, 30', 30'') kommuniziert, welche von Sensoren erfasste Unfallkenngrößen auswertet und Steuervorgaben zur Airbagentfaltung an die Generatorsteuerung (20) signalisiert.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) einen Mikrorechner (21, 21') und eine damit elektrisch verbundene Steuerung (22) für eine Aktorik (12) des Gasgenerators (10) umfasst, und der Mikrorechner (21, 21') Anschlüsse zum Einlesen von Sensordaten und Steuervorgaben aufweist.
Rückhaltesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) als Stromregeleinheit mit einer positiven oder negativen Versorgungsspannung ausgebildet ist.
Rückhaltesystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) mit einer Versorgungsspannung größer als 12 V, vorzugsweise mit 42 V gespeist wird.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) als getrenntes, eigenständiges Modul ausgeführt ist.
Rückhaltesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) an oder im Bereich der Armaturentafel und/oder in der Nähe des Gasgenerators (10) angeordnet ist.
Rückhaltesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) mit einer eigenen Stromversorgung und/oder mit einer eigenen Energiereserve (32) ausgestattet ist.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) als integriertes Modul der Airbagsteuerung (30, 30', 30''), des Gasgenerators (10) oder eines Airbagmoduls ausgeführt ist.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) als Modul zur Leistungssteuerung von Gasgeneratoren (10) zweier Frontalairbags ausgeführt ist.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) oder die Airbagsteuerung (30, 30', 30'') eine Zündstufe (23) zum Auslösen einer Zündpille (13) des Gasgenerators (10) umfasst, welche von dem Mikrorechner (21, 21') angesteuert wird.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30', 30'') an die Generatorsteuerung (20) Angaben zur Steuerungsart des Airbags und/oder konkrete Sollwerte zu dessen Entfaltung umfassen.
Rückhaltesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30', 30'') eine einstufige Leistungssteuerung des Gasgenerators (10) auf unterschiedlichen, vorprogrammierten Leistungsstufen vornimmt.
Rückhaltesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30' 30'') eine zwei- oder mehrstufige Leistungssteuerung des Gasgenerators (10) auf unterschiedlichen, vorprogrammierten Leistungsstufen vornimmt.
Rückhaltesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30', 30'') zusätzlich eine Zündzeitpunktverschiebung vornimmt.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30', 30'') eine Leistungssteuerung des Gasgenerators (10) derart vornimmt, dass der Einfluss seiner von einem Sensor erfassten Temperatur auf den Entfaltungsvorgang kompensiert wird.
Rückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorsteuerung (20) basierend auf den Steuervorgaben der Airbagsteuerung (30, 30', 30'') eine Leistungssteuerung des Gasgenerators (10) derart vornimmt, dass eine durch dynamische Sensoren im Innenraum erfasste Sitzposition und/oder im Airbagmodul erfasste Entfaltungskenngrößen darin berücksichtigt sind.
Rückhaltesystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorabhängige Leistungssteuerung des Gasgenerators (10) auch während des Entfaltungsvorgangs des Airbags vorgenommen wird.
Verfahren zum Betreiben eines Rückhaltesystems für Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 1, wobei zum Erzielen einer verkürzten Reaktionszeit des Gasgenerators (10) gegenüber einer Leistungssteuerung, welche auf konstanten Spannungsniveaus basiert, eine Über- bzw. Untersteuerung eines zur geforderten Leistungsabgabe notwendigen Spannungsniveaus vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass von Sensoren erfasste Unfallkenngrößen in die Bestimmung der Leistungsabgabe des Gasgenerators (10) eingehen wobei aus den erfassten Unfallkenngrößen eine Kennlinie zur Leistungssteuerung des Generators ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass von Sensoren erfasste Entfaltungskenngrößen des Airbags in die Bestimmung der Leistungsabgabe des Gasgenerators (10) eingehen.