DE19526334A1

DE19526334A1 - Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen

Info

Publication number: DE19526334A1
Application number: DE1995126334
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Mattes; Hartmut Dipl Ing Schumacher; Ralf Dipl Ing Henne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-01-23
Also published as: GB9614939D0; GB2303479A; JPH0930367A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen nach der Gattung des Anspruchs 1. Eine derartige Sicherheitseinrichtung ist beispielsweise aus US-PS 5,129,673 oder aus der Literaturstelle 1141 Ingenieurs de l′Automobile (1982) No. 6, Seite 69 ff bekannt. Weiterhin ist aus US-PS 5,411,289 eine Sicherheitseinrichtung der gattungsgemäßen Art mit Gassäcken bekannt, bei der, in Abhängigkeit von dem Betätigungszustand eines Sicherheitsgurtes, die Gassäcke, insbesondere der für den Beifahrer vorgesehene Gassack, in unterschiedlicher Weise aufblasbar sind. Aus US-PS 5,118,134 ist es weiterhin bekannt, die Ansteuerung einer gattungsgemäßen Sicherheitseinrichtung von der aktuellen Sitzposition eines Fahrzeuginsassen abhängig zu machen, um eine optimale Schutzwirkung zu garantieren. Allerdings setzt diese Sicherheitseinrichtung die Ausrüstung des Fahrzeugs mit aufwendigen Sensoren voraus, die die jeweilige Sitzposition des Fahrzeuginsassen zu erfassen vermögen.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber bietet die Erfindung insbesondere den Vorteil, daß Komfort und Betriebssicherheit einer gattungsgemäßen Sicherheitseinrichtung mit vergleichsweise geringem zusätzlichen technischen Aufwand weiter gesteigert werden können. Insbesondere im Vergleich zu bekannten Sicherheitseinrichtungen, bei denen für die Erfassung der Sitzposition der Fahrzeuginsassen eine Mehrzahl von Sensoren im Fahrzeuginneren angeordnet sind, bietet sich eine erhebliche Vereinfachung an, die mit entsprechenden Kostensenkungen verbunden ist. Das kritische Problem, daß während des Aktivierungsvorgangs eines Gassacks ein Hindernis im Weg ist, das den Entfaltungsvorgang stören könnte, wird auf einfache Art und Weise dadurch gelöst, daß der Entfaltungszustand des Gassackes überwacht und mit einem Sollwert verglichen wird. Ein Hindernis könnte beispielsweise ein Fahrzeuginsasse darstellen, der sich in einer unzulässigen Sitzposition aufhält oder ein Kindersitz, der auf dem Beifahrersitz angeordnet ist. Bei derartigen Situationen kann die Aktivierung eines Gassacks eher nachteilige Folgen haben, so daß eine Aktivierung eher unterbleiben sollte oder aber die Aktivierung auf besondere Weise zu steuern ist. Auf besonders einfache Art und Weise kann der Entfaltungszustand des Gassackes dadurch überwacht werden, daß der in dem Gassack herrschende Druck gemessen und dieser gemessene Druck mit einem Drucksollwert verglichen wird. Bei einer Abweichung von dem vorgegebenen Sollwert kann dann die weitere Entfaltung des Gassackes unterbunden werden. Ein für den Straßenverkehr vorgesehenes Fahrzeug ist vergleichsweise großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Die jeweils herrschende Umgebungstemperatur kann daher großen Einfluß auf den jeweils aktuell gemessenen Druckwert haben. Besonders vorteilhaft ist es daher in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, 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. Bei Abweichen der ermittelten Tangentenform von dem Sollwert kann dann wieder Einfluß auf die Entfaltung des Gassacks genommen werden. Um die Entfaltung des Gassacks gegebenenfalls mehrstufig steuern zu können, ist zweckmäßig ein mindestens zweistufig ausgebildeter Gasgenerator vorzusehen, wobei nach Aktivierung der ersten Stufe des Gasgenerators weitere Stufen desselben nur dann aktiviert werden, wenn der Entfaltungszustand des von dem Gasgenerator beaufschlagten Gassacks mit einem Sollzustand übereinstimmt. Eine besonders vorteilhafte Steuerungsart bei der Entfaltung des Gassacks ermöglicht ein mit Druckgas gefüllter Druckbehälter, in dessen Zuleitung zu dem Gassackmodul ein von einem Steuergerät ansteuerbares Magnetventil angeordnet ist. Das Steuergerät überwacht den Entfaltungsvorgang des aktivierten Gassacks und steuert nach Maßgabe des Entfaltungsvorgangs das Magnetventil an, um mehr oder weniger Gas in den Gassack gelangen zu lassen. Ein mehrstufig ausgebildeter Gasgenerator kann auf besonders vorteilhafte Weise durch von den Anmeldern entwickelte Wechselstromzündstufen angesteuert werden. Dazu steuern die Wechselstromzündstufen Zündelemente an, die in Serie zu Kondensatoren geschaltet sind. Wenn unterschiedliche Kapazitätswerte für diese Kondensatoren vorgesehen werden und diese Zündstufen mit Wechselstrom beaufschlagt werden, ergibt sich automatisch eine zeitliche Staffelung bei der Ansteuerung der einzelnen Stufen eines mehrstufigen Gasgenerators. Die erreichbare zeitliche Staffelung ist dabei durch die Bemessung der Bauelemente beeinflußbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt, Fig. 1, in Gestalt eines schematischen Blockschaltbildes, eine gattungsgemäße Sicherheitseinrichtung, Fig. 2 ein Gassackmodul, Fig. 3 eine erste Kurvendarstellung für den Druckverlauf als Funktion der Zeit, Fig. 4 eine zweite Kurvendarstellung für den Druckverlauf als Funktion der Zeit, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Zündungsendstufe und Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sicherheitseinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer gattungsgemäßen Sicherheitseinrichtung dargestellt. Diese umfaßt mindestens einen Beschleunigungssensors 2, ein Steuergerät für die Auswertung der Ausgangssignale des Beschleunigungssensors 2 und die Ansteuerung einer Mehrzahl von Sicherungsmitteln für Fahrzeuginsassen 4a, 4b, 4c, wie Gassäcke, Gurtstraffer und dergleichen. Die Sicherungsmittel 4a, 4b, 4c sind dazu mit mindestens einem Ausgangsanschluß des Steuergerätes 3 verbunden. Wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 2, das von dem Steuergerät 3 ausgewertet wird, auf ein Unfallereignis schließen läßt, steuert das Steuergerät, in Abhängigkeit von der Belegung des Fahrzeugs mit Fahrzeuginsassen die zum Schutz des jeweiligen Fahrzeuginsassen erforderlichen Sicherungsmittel 4a, 4b, 4c an. Wenn also beispielsweise das Fahrzeug lediglich mit einem Fahrer besetzt ist, werden zweckmäßig nur die für den Fahrer vorgesehenen Sicherungsmittel, wie beispielsweise Gurtstraffer und/oder Gassack angesteuert. Sicherungsmittel für Fahrzeuginsassen wie Gurtstraffer und/oder Gassack haben sich in den vergangenen Jahren hervorragend bewährt und werden heute in sehr großem Umfang serienmäßig in Fahrzeugen eingesetzt. In einer Vielzahl von Unfallsituationen ist die Aktivierung dieser Sicherungsmittels erwünscht und notwendig, da diese Mittel einen Sicherheitsgewinn für die Fahrzeuginsassen darstellen und lebensrettend wirken. Es gibt jedoch darüber hinaus besonders kritische Situationen, bei denen, im Vergleich zu einem Normalzustand, differenzierte Ansteuerungsverfahren für derartige Sicherungsmittel angewandt werden müssen oder sogar die Entscheidung getroffen werden muß, daß das Sicherungsmittel überhaupt nicht aktiviert wird. Besonders kritisch in diesem Zusammenhang ist die Sitzposition der Beifahrer in einem Fahrzeug, die, anders als der Fahrer selbst, eine sehr viel größere Freiheit bei der Auswahl einer ihnen genehmen Sitzposition haben. Hierbei ist es nicht auszuschließen, daß auch eine für Verwendung von Sicherungsmitteln ungünstige Sitzposition eingenommen wird. Beispielsweise kommt es vor, daß der Beifahrer sich zu dem Handschuhfach vorbeugt oder nach einem gegebenenfalls in den Fußraum hinabgefallenen Gegenstand sucht. Falls gerade in diesem Moment ein Gassack aktiviert würde, könnte dies zu einer größeren Gefährdung des Beifahrers beitragen. Kritisch zu betrachten ist auch die Aktivierung eines für den Beifahrer vorgesehenen Gassacks, falls sich auf dem Beifahrersitz ein Kindersitz befindet. Um nun auch diesen kritischen Sitzpositionen gerecht zu werden und dennoch die lebensrettenden Sicherungsmittel einsetzen zu können, ist es bereits bekannt, Fahrzeuge mit einer aufwendigen Sensoranordnung auszustatten, die die aktuelle Sitzposition eines Fahrzeuginsassen feststellt und abhängig von dieser Sitzposition die Aktivierung eines Sicherungsmittels steuert. Eine derartige Ausstattung eines Fahrzeugs mit zusätzlichen Sensoren verteuert das Fahrzeug erheblich, da die Sensoren sehr zuverlässig arbeiten müssen und da erheblicher Aufwand für die Verkabelung der Sensoren getrieben werden muß. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Erfindung eine vergleichsweise einfache und wenig kostenträchtige aber dennoch zuverlässige Berücksichtigung solcher speziellen Situationen, indem nämlich der Entfaltungszustand des Gassacks nach seiner Aktivierung überwacht und mit einem Sollzustand verglichen wird. Weicht der tatsächlich erfaßte Entfaltungszustand von dem Sollzustand ab, wird steuernd in den Entfaltungszustand eingegriffen, indem vorzugsweise die weitere Entfaltung des Gassacks unterbunden wird. Auf besonders einfache und zweckmäßig Art erfolgt eine Überwachung des Entfaltungszustand eines Gassacks vermittels einer Druckmessung in einem Gassackmodul, was anhand eines durch Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 erläuterten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben wird. Fig. 2 zeigt dabei ein mit Bezugsziffer 20 bezeichnetes Gassackmodul. Dieses Gassackmodul 20 umfaßt einen im gefalteten Zustand dargestellten Gassack 21 und einen mehrere Kammern 24, 26 umfassenden Gasgenerator 22. In den voneinander getrennten Kammern 24, 26 sind pyrotechnische Treibladungen angeordnet, die jeweils nach Anzündung durch jeder Kammer 24, 26 zugeordnete Zündelemente 25, 27 große Mengen Treibgas entwickeln, die den gefalteten Gassack 21 zum Zwecke des Schutzes des Fahrzeuginsassen aufblasen. Zwischen dem Gassack 21 und den Kammern 24, 26 ist noch ein Filter 23 angeordnet, das zur Filterung und Kühlung der von dem Gasgenerator 22 erzeugten Treibgase dient. Die vorstehend erläuterte Konstruktion des Gassackmoduls 20 ermöglicht eine getrennte Ansteuerung der Kammern 24, 26 des Gasgenerators 22, so daß eine mehrstufige Ansteuerung des Gasgenerators 22 und somit auch eine zeitlich gestaffelte Treibgasentwicklung erreichbar ist. Innerhalb des Gassackmoduls 20 ist weiterhin ein Drucksensor 28 angeordnet, der eine Messung des in dem Gassack 21 herrschenden Gasdrucks ermöglicht. Der gemessene Gasdruck bzw. der Verlauf der Druckkurve p (t) als Funktion der Zeit, ist mittelbar ein Maß für den Entfaltungszustand des Gassacks 21. Durch Erfassung des Druckwertes innerhalb des Gassacks 21 und durch Vergleich der erfaßten Druckwerte mit vorgegebenen Sollwerten kann demzufolge auf den Entfaltungszustand des Gassacks 21 geschlossen werden. Auf diese Weise können auch Unregelmäßigkeiten festgestellt werden, die sich beispielsweise dadurch ergeben, daß der in Entfaltung begriffene Gassack 21 mit einem unerwarteten Hindernis, beispielsweise mit einem in ungünstiger Lage sitzenden Fahrzeuginsassen, zusammenstößt. Sollte das der Fall sein, kann steuernd in den Entfaltungszustand des Gassacks 21 eingegriffen werden, was im folgenden bei der Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2, auch unter Zuhilfenahme der grafischen Darstellungen nach Fig. 3 und Fig. 4, noch ausführlicher erläutert wird.

Ein, einen mehrstufigen Gasgenerator 22 (Fig. 2) umfassendes Gassackmodul 20 wird dann aktiviert, wenn der Beschleunigungssensor 2 ein auf eine kritische Unfallsituation hindeutendes Ausgangssignal abgibt, das von dem Steuergerät 3 ausgewertet und zum Ansteuern des Gassackmoduls 20 verwendet wird. Das Ansteuern erfolgt dadurch, daß die den jeweiligen Kammern 24, 26 zugeordneten Zündelemente 25, 27 aktiviert werden. Zweckmäßig wird zunächst nur eine Stufe des mehrstufigen Gasgenerators 22 gezündet, indem beispielsweise das der ersten Kammer 24 zugeordnete Zündelement 25 von dem Steuergerät 3 angesteuert wird. Nach der Ansteuerung des Zündelements 25 entwickeln sich aus der in der ersten Kammer 24 des mehrstufigen Gasgenerators 22 angeordneten Treibladung Treibladungsgase, die nach Passieren des Filters 23 in den, in Ruhelage gefalteten Gassack 21 eindringen und diesen entfalten. Dabei reißt das üblicherweise mit einer Abdeckung versehene Gassackmodul 20 auf, so daß der Gassack sich bei seiner weiteren Entfaltung in den Passagierraum des Fahrzeugs hinein entfalten kann. Während des Vorgangs mißt der in dem Gassack 21 angeordnete Drucksensor 28 laufend Druckwerte. Als Funktion der Zeit t dargestellt, ergibt sich beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte Druckkurve p (t) als Funktion der Zeit t. Die in Fig. 3 gezeigte Kurvendarstellung ist charakteristisch für einen ungehinderten Entfaltungsvorgang eines Gassacks 21 bei Zündung der ersten Stufe eines mehrstufigen Gasgenerators. Zum Zeitpunkt T1 wird ein Maximalwert P1 des Drucks erreicht. Zu diesem Zeitpunkt reißt die Abdeckung des Gassacks 21 auf und der Gassack breitet sich bei seiner weiteren Entfaltung zum Zweck des Schutzes eines Fahrzeuginsassen in den Fahrgastraum des Fahrzeugs aus. Solange dieser Druckverlauf auf einen normalen Entfaltungsvorgang des Gassacks 21 schließen läßt, kann dann zusätzlich die zweite Stufe des Gasgenerators 22 gezündet werden, indem das der zweiten Kammer 26 des Gasgenerators 22 zugeordnete Zündelement angesteuert wird. Durch Zündung der zweiten Stufe werden mehr Treibladungsgase erzeugt, die für das weitere Entfalten des Gassacks 21 sorgen. Wenn nun jedoch die Hülle des sich entfaltenden Gassacks 21 mit einem Hindernis zusammenstößt, beispielsweise einem vornüber gebeugt sitzenden Beifahrer oder einem auf dem Beifahrersitz angeordneten Kindersitz, dann ändert sich die Form der Druckkurve in charakteristischer Weise, was anschaulich aus der grafischen Darstellung in Fig. 4 hervorgeht. Nach Zündung der ersten Stufe des mehrstufigen Gasgenerators 22 (erste Kammer 24, Zündelement 25) steigt der Druck p (t) zunächst, wie schon in Fig. 3 dargestellt, bis zu einem ersten Maximum P1 an, das zum Zeitpunkt T1 erreicht ist. In diesem Zeitpunkt reißt wiederum die Abdeckung des Gassackmoduls 20 auf. Im weiteren Zeitverlauf fällt der Druck zunächst ab, um dann jedoch wieder auf einen weiteren Maximalwert P2 anzusteigen, der zu dem Zeitpunkt T2 erreicht ist. Dieser zweite Extremwert deutet darauf hin, daß zu diesem Zeitpunkt T die äußere Hülle das Gassacks 21 mit einem Hindernis kollidiert ist, das eine weitere Entfaltung des Gassacks nachhaltig behindert. Wird diese Behinderung durch Auswertung des Druckverlaufs festgestellt, dann kann eine zunächst vorgesehene Zündung der zweiten Stufe des mehrstufigen Gasgenerators 22 unterbunden werden, um beispielsweise eine Gefährdung eines eine ungünstige Sitzposition innehabenden Fahrzeuginsassen oder eines in einem Kindersitz untergebrachten Kleinkindes auszuschließen. Für den Straßenverkehr vorgesehene Fahrzeuge sind bekanntlich starken Temperaturschwankungen ausgesetzt. Diese Temperaturschwankungen wirken sich auch auf die Komponenten des Sicherungssystems aus. Es muß daher damit gerechnet werden, daß, je nach Umgebungstemperatur, insbesondere auch in Abhängigkeit von den Jahreszeiten, starke Schwankungen im Druckverlauf p (t) auftreten. Statt einer Messung punktueller Druckwerte P und deren Vergleich mit Sollwerten kann es sich daher als zweckmäßig erweisen, eine Mehrzahl von Druckwerten innerhalb eines Meßintervalls zu ermitteln und aus diesen Druckwerten die Tangente bzw. Steigungswerte der Druckkurve p (t) als Funktion der Zeit t zu errechnen. Ein Vergleich dieser errechneten Werte mit vorgebbaren Sollwerten läßt wiederum Abweichungen erkennen, die auf ein gestörtes Entfalten des Gassacks 21 hinweisen.

Besonders vorteilhaft wird ein mehrstufiger Gasgenerator 22 mit einer von den Anmeldern entwickelten Wechselstromendstufe angesteuert, deren schematische Struktur in Fig. 5 dargestellt ist. Diese Wechselstromendstufe 50 ist vorzugsweise Bestandteil des in Fig. 1 dargestellten Steuergeräts 3. Mit dieser Wechselstromendstufe 50 werden Zündelemente 51a, 51b angesteuert, die in Serie zu Kondensatoren 52a, 52b geschaltet sind. Diese Kondensatoren haben relativ keine Kapazitätswerte. Jedenfalls sind die Kapazitätswerte der Kondensatoren 52a, 52b so klein, daß die jeweils auf ihnen gespeicherte Ladungsmenge nicht ausreicht, um einen Stromfluß zu bewirken, der für die Ansteuerung der Zündelemente 51a, 51b genügt. Erst ein mehrmaliges Aufladen und Entladen der Kondensatoren 52a, 52b führt zu einem entsprechenden Strom durch die Zündelemente 51a, 51b, Zweckmäßig werden die Kapazitätswerte der Kondensatoren 52a, 52b unterschiedlich bemessen. Dadurch ergibt sich eine zeitlich gestaffelte Ansteuerung der Zündelemente 51a, 51b. Auf diese Weise läßt sich ein mehrstufiger Gasgenerator geschickt so steuern, daß zunächst die erste Stufe des mehrstufigen Gasgenerators gezündet wird, und, nach einem entsprechenden Zeitverzug, die zweite Stufe des mehrstufigen Gasgenerators.

Anhand von Fig. 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Anstelle eines mehrstufigen Gasgenerators umfaßt dieses Ausführungsbeispiel einen Druckbehälter 61 für ein unter Hochdruck stehendes Gas, wie beispielsweise Stickstoff. Dieser Druckbehälter 61 ist über eine Leitung, ein Magnetventil 60 und eine weitere Leitung 63 mit dem Gassackmodul 20 verbunden. Das Magnetventil umfaßt ein Stellglied 60b und eine dieses Stellglied 60b betätigende Magnetspule 60a, die von dem Steuergerät 3 (vgl. Fig. 1) angesteuert wird. Nach Maßgabe des von dem Drucksensor 28 ermittelten Drucks p (t) innerhalb des Gassacks 21 betätigt das Steuergerät 3 das Magnetventil 60, so daß der Gassack 21 mehr oder weniger mit Gas aus dem Druckbehälter 61 beaufschlagt werden kann. Mit diesem Ausführungsbeispiel ist eine noch feinfühligere Entfaltung des Gassacks 21 möglich, da eine besonders fein abgestufte Gaszufuhr durchführbar ist.

Claims

1. Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen, mit mindestens einem Beschleunigungssensor, mit Mitteln zur Auswertung der Ausgangssignale des Beschleunigungssensors und Ansteuerung von Sicherungsmitteln für Fahrzeuginsassen, wie Gurtstraffer und/oder Gassack, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ansteuerung des Gassackes (21) dessen Entfaltungszustand überwacht und mit einem Sollwert verglichen wird, und daß bei Abweichung von dem Sollwert die weitere Entfaltung das Gassacks (21) unterbunden wird.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Gassack 21 herrschende Druck (p (t)) gemessen und mit einem Drucksollwert verglichen wird, und daß bei Abweichung von dem Sollwert die weitere Entfaltung des Gassacks unterbunden wird.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Gassack herrschende Druck gemessen, daß aus den gemessenen Druckwerten die Steigung der Kurve p (t) und daß bei einem Abweichen der ermittelten Steigung von einer vorgegebenen Steigung die weitere Entfaltung des Gassacks unterbunden wird.

4. Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gassackmodul (20) mit einem mindestens zweistufig ausgebildetem Gasgenerator (22) vorgesehen ist und daß, nach Aktivierung der ersten Stufe (23, 24, 25) des Gasgenerators (22) weitere Stufen (23, 26, 27) desselben nur dann aktiviert werden, wenn der Entfaltungszustand des von dem Gasgenerator (22) beaufschlagten Gassacks (21) einem vorgebbaren Sollwert entspricht.

5. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Beaufschlagung des Gassacks (21) eines Gassackmoduls (20) mit Druckgas ein Druckgasbehälter (61) vorgesehen ist, daß weiterhin zur Steuerung des Gaszutritts des Druckgases zu dem Gassack (21) ein zwischen Druckgasbehälter (61) und Gassackmodul (20) angeordnetes Magnetventil (60, 60a, 60b) vorgesehen ist, wobei das Magnetventil (60, 60a, 60b) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Drucksensors (28) von dem Steuergerät (3) steuerbar ist.