DE3505329A1 - Sensor mit geringer vorspannung zum ausloesen einer pyrotechnischen vorrichtung im fahrgastraum eines fahrzeuges - Google Patents

Description

Es wurde festgestellt, daß bei einem Frontalaufprall mit einer Geschwindigkeit von 48 km/h ein Rückhaltesystem, beispielsweise ein Luftsack beginnen muß, den Fahrer oder einen Beifahrer zurückzuhalten, wenn dieser sich etwa 12 cm nach vorne bewegt hat, wenn Verletzungen vermieden werden sollen. Luftsack-Aufblasereinrichtungen benötigen eine bestimmte Zeit, beispielsweise 30 ms, um den Luftsack aufzublasen, nachdem ein das Aufblasen auslösendes Signal von einem Sensor gegeben wurde.

Es wurde auch bestimmt, daß eine Fahrgast-Schutzeinrichtung für Unfälle erforderlich ist, bei denen die Geschwindigkeit des Fahrgastes relativ zu dem Fahrzeug eine Geschwindigkeit von etwa 19 km/h oder mehr erreicht. Demzufolge ist ein Sensor erforderlich, der feststellt, daß der Fahrgast mit einer Geschwindigkeit von 19 km/h oder mehr mit einem Teil des Fahrgastraumes kollidieren wird, und der für einen Frontalaufprall bei 48 km/h oder einen entsprechenden Zu­ sammenstoß das Aufblasen des Luftsackes eine bestimmte Zeit, beispielsweise 30 ms bewirkt, bevor der Insasse 12 cm nach vorne bewegt wurde.

Es ist wesentlich, daß der Sensor, welcher die Aufblasein­ richtung des Luftsackes auslöst, auf die Beschleunigung des Fahrgastraumes und nicht auf die Beschleunigung anderer Tei­ le des Fahrzeuges anspricht, da diese Lage des Sensors ver­ schiedene Vorteile verglichen mit der Anbringung des Sensors an anderen Stellen mit sich bringt. Wenn beispielsweise der vordere Stoßfänger des Fahrzeuges mit einem Pfahl oder dgl. kollidiert, der beim Aufprall oder kurz danach abbricht, würde ein am Stoßfänger angebrachter Sensor eine Geschwin­ digkeitsänderung von 19 km/h oder mehr feststellen, bevor der Pfahl bricht, während der Fahrgastraum des Fahrzeuges nur eine vernachlässigbare Geschwindigkeitsänderung er­ fährt. Unter diesen Umständen ist ein Aufblasen des Luft­ sackes nicht erforderlich. Vielmehr kann es im folgenden zu einem Unfall kommen, wenn in einem solchen Fall der Luftsack aufgeblasen wird. Daher ist es wichtig, daß der Sensor oder die Sensoren an einer solchen Stelle anzuord­ nen sind und so konstruiert sein müssen, daß sie vorausfüh­ len, daß der Fahrgastraum eine Geschwindigkeitsänderung er­ fahren wird, die einen Schutz für die Insassen erfordert.

Die mechanischen Aufprallsensoren, die in größter Menge her­ gestellt werden, sind Feder-Masse-Sensoren. Der Ausdruck "Feder-Masse" oder "ungedämpfte Federmittel", der im folgen­ den verwendet wird, bezieht sich auf solche Sensoren, bei denen die Bewegung einer Masse nur durch die auf den Sensor wirkende Beschleunigung, ihr Beharrungsvermögen und Vorspann­ mitteln, beispielsweise einer Feder, einem Magneten oder dgl. gesteuert ist. Es ist bekannt, daß derartige Feder-Masse- Sensoren angemessen bei Aufprallimpulsen von kurzer Dauer funktionieren. Derartige Impulse sind charakteristisch für Auffahrunfälle und Frontalzusammenstöße. Wenn das Fahr­ zeug einem Verzögerungsimpuls ausgesetzt ist, der größer ist als die auf die Masse wirkende Vorspannkraft, bewegt sich die Masse schnell in Richtung auf das vordere Ende des Fahrzeuges und löst das Aufblasen des Luftsackes aus.

Als Referenzwert sei erwähnt, daß die maximale Verzögerung durch Betätigung der Fahrzeugbremsen in der Größenordnung von 0,7 g liegt.

Bei bekannten Systemen sind Crash-Sensoren außerhalb der Knautschzone angeordnet. Alle diese Sensoren hatten eine Vorspannung über etwa 7 g und stellten die Größe der Ver­ zögerung, jedoch nicht die Geschwindigkeitsänderung fest. Im Falle eines Aufpralls, bei dem ein Fahrzeug mit 48 km/h auf ein Objekt auftritt, wobei eine konstante Beschleuni­ gung von etwas weniger als 7 g auftritt, wie dies der Fall sein kann, wenn ein Fahrzeug auf Aufprall-Dämpfungseinrich­ tungen aufprallt, die heute um viele starre Strukturen am Rand der Fahrbahn vorgesehen werden, würde der Insasse ern­ ste oder sogar tödliche Verletzungen erleiden. Dies ist typisch ein Unfall, bei dem ein Luftsack benötigt würde, jedoch würde kein mechanischer Sensor bekannter Art das Aufblasesystem ausgelöst haben. Andere Situationen, bei denen die bekannten mechanischen Sensoren nicht ansprechen, sind ein Aufprall auf Schneewehen, auf Erdwälle oder Wasser bei überfluteten Straßen.

Weiterhin können manche bekannte Sensoren, wenn sie inner­ halb des Fahrgastraumes angeordnet sind, nicht zwischen einem tatsächlichen Aufprall, bei dem ein Luftsack erfor­ derlich ist, und Situationen unterscheiden, bei denen kein Luftsack benötigt wird, beispielsweise Überfahren eines Randsteins, eines Eisenbahngleises oder dgl. Bekannte Sen­ soren, die im Fahrgastraum angeordnet sind und eine hohe Vorspannung von vielen g haben, sind außerordent­ lich empfindlich auf extrem kurze Impulse, die normaler­ weise bei solchen Situationen auftreten, so daß der Luft­ sack unnötig aufgeblasen würde.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sen­ sor zur Anordnung in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges zu schaffen, mit dem die vorstehend aufgeführten Probleme der bekannten Sensoren vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des Armaturenbrettes eines Fahrzeuges mit Luftsack-Systemen, welche er­ findungsgemäße Sensoren enthalten.

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Luft­ sack-Systems, wobei einige Teile weggebrochen sind.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Sensors mit dem Gasgene­ rator, wobei einige Teile weggebrochen sind, und mit einem sich von der Lenkradmutter erstreckenden Stift zur Anbringung des Sensors, wenn dieser auf dem Lenkrad angeordnet werden soll.

Fig. 4 ist eine Teilansicht des Sensors.

Fig. 5 ist eine Draufsicht des Sensors, wobei der Deckel entfernt und andere Teile weggebrochen sind.

Fig. 6 ist eine Teilansicht des Sensors in größerem Maß­ stab, wobei die Lage verschiedener Teile des Sen­ sors vor einem Aufprall dargestellt ist.

Fig. 7 ist eine Teilansicht ähnlich Fig. 6, wobei ver­ schiedene Teile des Sensors in ihrer Lage bei oder nach einem Aufprall dargestellt ist.

Fig. 8 ist eine vergrößerte Teildarstellung des Auslösers, der durch die Welle im zurückgezogenen Zustand gehal­ ten wird.

Fig. 9 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 8, wobei der Auslöser in der Stellung nach einem Aufprall dargestellt ist.

Fig. 10 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 6 einer abgewandelten Form des erfindungsgemäßen Sensors.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die das Armatu­ renbrett und das Lenkrad eines Fahrzeuges zeigt, wobei zwei Luftsack-Rückhaltesysteme 8 und 8′ mit erfindungsgemäßen Sensoren für den Fahrer und den Beifahrer vorgesehen sind. Das Luftsack-Rückhaltesystem 8 ist am Lenkrad 22, das einen Lenkradkranz 24 und radiale Speichen 28 aufweist, mittels eines Rahmens 14 (Fig. 2) angebracht. Das Luftsack-Rückhal­ tesystem 8′ für den Beifahrer kann zwei Gasgeneratoren und Sensoren aufweisen, welche die gleiche oder unterschiedli­ che Crash-Empfindlichkeiten haben können.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Sensor-Auslöser 10 vorzugsweise innerhalb des Gasgenerators 12 angeordnet. Er kann jedoch auch an anderer Stelle, jedoch innerhalb des Fahrgastraumes, vorgesehen werden. Der Gasgenerator 12 ist symmetrisch am Rahmen 14 befestigt, an welchem auch das Ge­ häuse 16 für den zusammengefalteten Luftsack 18 angebracht ist. Zwischen dem Gasgenerator 12 und dem Luftsack ist eine Diffusorplatte 20 am Rahmen 14 befestigt.

Der Gasgenerator 12 weist ein Gehäuse 32 auf, welches ein gaserzeugendes Material 34, beispielsweise Natriumazid, enthält. Natriumazid ist über einen weiten Temperaturbe­ reich stabil, zersetzt sich jedoch nach einer Zündung äußerst schnell, wobei ein großes Volumen an Stickstoff frei wird.

Es sei nun auf die Fig. 4 bis 9 Bezug genommen, in denen der Sensor-Auslöser 10 im einzelnen dargestellt ist. Um die Zuverlässigkeit zu steigern, sind zwei redundante gedämpfte Sensoren 38 vorgesehen, die entsprechende Zünd­ kapseln 36 in einem Gehäuse 40 betätigen können. Jeder Sensor 38 weist eine gedämpfte Masse 41 auf, die eine be­ grenzte Bewegung innerhalb eines Zylinders 39 in einem Block 44 ausführen kann, der im Gehäuse 40 angeordnet ist. Bevor das Luftsack-Rückhaltesystem 8 am Lenkrad 22 angebracht wird, ist eine Bewegung der Masse 41 in seinem Zylinder 39 durch die im folgenden beschriebenen Mittel verhindert. Wenn das System am Lenkrad angebracht ist, ragt ein Fortsatz 48, der ein Teil der Mutter 50 ist, welche das Lenkrad auf der Lenksäule hält, in ein Loch 51 im Sensor-Auslöser 10 hinein, wie dies aus Fig. 3 ersicht­ lich ist. Der Fortsatz 48 verschiebt einen konischen Sperrstift 54, wodurch Sperrarme 52 für die Massen 41 aus der Bewegungsbahn der Massen herausgeschwenkt werden und das System einsatzbereit ist. Die Sperrarme 52 sind mitei­ nander verbunden und werden durch Federn 55 gegeneinander gedrückt. Aufgrund der konischen Form des Sperrstiftes 54 werden die Arme 52 auseinander und gegen die Massen 41 ge­ drückt, wodurch eine Bewegung dieser Massen verhindert ist. Dabei wirkt der Abschnitt des konischen Stiftes 54 mit dem größeren Durchmesser mit den Armen 52 zusammen, um diese auseinander und somit in Anlage an den Massen 41 zu halten. Wenn der Sperrstift 54 nach innen verschoben wird, kommt der Abschnitt des Sperrstiftes 54 mit dem kleineren Durch­ messer in den Bereich der Arme 52, die somit unter der Wir­ kung der Federn 55 aufeinanderzu bewegt werden und die Mas­ sen 41 freigeben. Die Einwärtsbewegung des Sperrstiftes 54 erfolgt, wie vorher erwähnt, durch den Fortsatz 48 der Lenkradmutter 50.

Jede Masse 41 wirkt mit einem Ende eines Stiftes 56 zusam­ men, der sich durch eine Welle 58 erstreckt. Das andere Ende jedes Stiftes 56 trägt eine Kugel 60, auf die eine Feder 62 wirkt, um eine Anlage des ersten Endes des Stif­ tes 56 an der zugehörigen Masse 41 zu gewährleisten. Jede Welle 58 weist eine Fläche 64 (Fig. 8, 9) in der zylindri­ schen Außenfläche auf, so daß die Welle in diesem Bereich einen D-förmigen Querschnitt hat. Ein federbelasteter Auslösebolzen 66 fluchtet mit der Zündkapsel 36 und wird durch die zylindrische Außenfläche der Welle 58 in einer zurückgezogenen Stellung gehalten (Fig.8), jedoch freige­ geben, wenn die Welle 58 so gedreht ist, daß die Fläche 64 parallel zu dem Bolzen 66 liegt (Fig. 9).

Bei einem Aufprall des Fahrzeuges bewegt sich jede Masse 41 in die aus Fig. 7 ersichtliche Stellung. Dieser Bewe­ gung wirkt die auf den Stift 56 drückende Feder 62 und der bei dieser Bewegung rechts von der Masse 41 erzeugte Luftdruck entgegen. Dieser Druck baut sich allmählich ab, da die Luft durch den Spalt zwischen der Masse 41 und dem Zylinder 39 nach links strömen kann. Wenn der Aufprall ausreichend stark ist, bewegt sich die Masse 41 weit ge­ nug nach rechts, um die Welle 58 so weit zu drehen, daß sie den Auslösebolzen 66 freigibt, so daß dieser sich un­ ter der Wirkung seiner Feder entlang der Fläche 64 bewegen und auf die Zündkapsel 36 aufschlagen kann, die dann zün­ det und die Zündung von Zündschnüren 68 einleitet, welche ihrerseits das gaserzeugende Material 34 entzünden, das den Luftsack aufbläst.

In Fig. 10 ist ein Beispiel eines reinen Feder-Masse-Sen­ sors 38′ gezeigt, der eine im wesentlichen ungedämpfte Masse 41′ enthält. In jeder anderen Hinsicht entspricht dieser Sensor-Auslöser demjenigen von Fig. 4 bis 9, so daß entsprechende Teile mit dem gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Strich, versehen sind.

Bei allen Sensoren und insbesondere bei den Feder-Masse- Sensoren, ob gedämpft oder ungedämpft, sind relativ nie­ drige Vorspannungen, vorzugsweise um 4 g (g=Erdbeschleu­ nigung) und weniger als 7 g vorgesehen aufgrund der Anord­ nung innerhalb des Fahrgastraumes. Die erfindungsgemäßen Sensoren stellen Geschwindigkeitsänderungen fest in dem Sinn, daß eine beträchtliche Geschwindigkeits-Ände­ rung stattfinden muß, nachdem die der Vorspannung ent­ sprechende Beschleunigung überschritten ist, was erfor­ dert, daß die Beschleunigung für einen beträchtlichen Zeitraum über der Vorspannung bleiben muß. Normalerweise liegt dieser Zeitraum zwischen 15 und 100 ms abhängig von der Größe der Beschleunigung. Auf diese Weise wird die Gefahr eines unnötigen Aufblasens des Luftsacksystems verringert, es erfolgt jedoch ein Aufblasen des Luftsackes, wenn dies erforderlich ist, beispielsweise in Fällen, bei denen lange Crash-Impulse mit relativ geringer Beschleuni­ gung auftreten, beispielsweise beim Aufprall auf die ein­ gangs erwähnten Aufpralldämpfungskissen.

Wenn für die Beifahrerseite zwei Sensor-Auslöser verwendet werden, kann die Empfindlichkeit der Sensoren unterschied­ lich sein oder es könnte alternativ eine pyrotechnische Ver­ zögerung bei einem der Sensor-Auslöser vorgesehen werden, um ein stufenweises Aufblasen des Luftsackes zu erreichen. Ein derartiges stufenweises Aufblasen kann nützlich sein, um die Verletzungsgefahr für aus ihrer Stellung gebrachte Insassen zu verringern.

Der Begriff "Beschleunigung", wie er vorstehend verwendet wurde, bedeutet Beschleunigung des Fahrzeuges in der umge­ kehrten Richtung, wie dies bei einem Aufprall der Fall ist, bei dem die Geschwindigkeit des Fahrzeuges verringert wird, oder wenn ein stehendes Fahrzeug von vorn angefahren wird, so daß es sich nach rückwärts bewegt.

Zündkapseln können alle pyrotechnischen Vorrichtungen, wie Initialzünder oder elektrische Detonatoren sein.

Claims (13)

1. Zur Anordnung im Innenraum eines Fahrzeuges bestimmter, ohne elektrische Energie arbeitender Sensor zum Auslösen einer pyratechnischen Vorrichtung für ein Insassen-Rück­ haltesystem, gekennzeichnet durch eine be­ wegliche Masse (41), eine drehbare Welle (58), Mittel (56) zur Umwandlung der Bewegung der Masse (41) in eine Drehung der Welle (58), einen federbelasteten Bolzen (66), der von der Welle (58) in einer zurückgezogenen Stellung haltbar ist, relativ schwache, einer Bewegung der Masse (41) ent­ gegenwirkende Vorspannungsmittel (62), wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Masse (41) einen vorbestimmten Weg zurücklegen muß, bevor die Welle (58) ausreichend gedreht ist, um den Bolzen (66) freizugeben, damit dieser auf eine Zündkapsel (36) auftrifft.

2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (52) zum Blockieren der Masse (41) vor dem Einbau des Sensors in das Fahrzeug.

3. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (14) zur Anbringung des Sensors im Innenraum des Fahrzeuges.

4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (41) in einem ihre Bewegung begrenzenden Hohlraum (39) im Sensor angeordnet ist und daß die Vorspannungs­ mittel (62) von einer Feder gebildet sind.

5. Sensor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Dämpfer zum Dämpfen der Bewegung der Masse (41).

6. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (58) einen sich radial erstreckenden Stift (56) aufweist, der mit der Masse (41) zusammenwirkt.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (56) mit einem sich diametral in entgegengesetzter Richtung über die Welle (58) hinaus erstreckenden Fort­ satz (60) versehen ist und daß die Vorspannungsmittel (62) von einer Feder gebildet sind, die sich auf dem Fortsatz (60) abstützt und bestrebt ist, den Stift (56) gegen die Masse (41) zu drücken.

8. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (58) eine Abflachung (64) aufweist, die einen Frei­ gang für den Bolzen (66) bildet, wenn die Welle (58) aufgrund einer Bewegung der Masse (41) um einen vorbe­ stimmten Betrag gedreht ist.

9. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Vorspannungsmittel (62) nicht größer ist als 6 g.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Vorspannungsmittel (62) etwa 4 g beträgt.

11. Anordnung von zwei Sensoren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Erhöhung der Sicherheit für die Auslösung einer Luftsack-Aufblaseinrichtung.

12. Außerhalb der Crash-Zone eines Fahrzeuges anbringbarer me­ chanischer Feder-Masse-Sensor zur Verwendung in einem Luft­ sack-Rückhaltesystem, gekennzeichnet durch eine auf Beschleu­ nigung ansprechende Masse (41), die durch Vorspannungsmittel (62) belastet ist, welche eine Bewegung der Masse (41) erst bei Beschleunigungen über einem bestimmten Wert zulassen, der unter 7 g liegt, einen Auslöser (66), der auf eine vor­ bestimmte Bewegung der Masse anspricht, und eine Zündkapsel (36), die von dem Auslöser gezündet werden kann und das Auf­ blasen des Luftsackes (18) auslöst.

13. Zur Anbringung im Innenraum eines Fahrzeuges bestimmter Sen­ sor, gekennzeichnet durch Mittel (62) zur Erzeugung einer ge­ ringen, auf den Sensor wirkenden Vorspannung, Mittel (41), welche den Sensor auf Geschwindigkeitsänderungen ansprechen lassen, und Mittel, die erfordern, daß die Beschleunigung über einen längeren Zeitraum über der Vorspannung liegt, bevor der Sensor anspricht.