DE4115202C2 - Verfahren und Einrichtung zum Scharfmachen der Auslöseschaltung eines Airbags oder eines Sicherheitsgurt-Strammers in einem Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen und von einer Einrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 7 angege­ benen Merkmalen.

In Kraftfahrzeugen besteht aus mehreren Gründen ein Bedarf daran, festzustellen, ob ein Platz (ausgenommen der Fahrersitz) besetzt ist oder nicht. Dies trifft insbesondere für den Beifahrersitz zu, wenn dieser mit einem im Armaturen­ brett untergebrachten Airbag abgesichert ist. Da der Bei­ fahrer-Airbag wegen seines Einbauortes früher zünden muß als der im Lenkrad eingebaute Airbag, um ein gleiches Maß an Sicherheit zu bieten, wird die Auslöseschwelle für den Beifahrer-Airbag deutlich empfindlicher eingestellt als die für den Fahrer-Airbag. Es ist deshalb erwünscht, daß der Beifahrer-Airbag nur dann scharf gemacht wird, wenn der Beifahrersitz wirklich besetzt ist. Das Scharf­ machen des Beifahrer-Airbags darf aber aus Sicherheits­ gründen nicht einem Eingriff des Fahrers überlassen werden, sondern soll zwangsläufig erfolgen, wenn der Bei­ fahrersitz besetzt ist. Dafür wird eine automatisch ar­ beitende Erkennungseinrichtung benötigt. Da mit der Er­ kennungseinrichtung die Wirksamkeit des Airbags abgeschal­ tet werden kann, werden an ihre Funktionssicherheit die gleichen hohen Anforderungen gestellt wie an den Airbag selbst. Es darf deshalb zwar vorkommen, daß ein Sitz fälschlicherweise als belegt gemeldet wird, obwohl er frei ist; es muß jedoch völlig ausgeschlossen sein, daß ein tatsächlich belegter Sitz als frei gemeldet und die Auslöseeinrichtung des Airbags abgeschaltet wird.

Es ist bekannt, im Sitz einen oder mehrere elektrische Schalter vorzusehen, welche geschlossen werden, sobald sich eine Person auf den Sitz setzt, weil diese durch ihr Gewicht die Sitzfläche verformt und dadurch auf den Schalter einwirkt. Das Problem dabei ist, daß der Schal­ ter in jedem Fall ansprechen muß, unabhängig davon, ob die Person schwer oder leicht ist und unabhängig von der gewählten Sitzposition der Person, auch wenn diese den Sitz nur im Randbereich belastet. Das ist verständlicher­ weise mit einem einzigen Schalter nicht zu schaffen. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, in den Sitz eine Kontaktmatte einzulegen, die sich über die gesamte Sitzfläche erstreckt und mit sehr vielen parallel geschal­ teten Schaltern bestückt ist. Diese Kontaktmatte wird unterhalb des Sitzbezuges in Schaumstoff eingelegt ange­ ordnet, damit die sitzende Person die Schalter nicht fühlt. Das macht es umgekehrt für die Kontaktmatte schwierig, die darauf sitzende Person zuverlässig zu erfühlen. Das Ein­ betten der Kontaktmatte in einen nachgiebigen Schaumstoff hat die zwangsläufige Folge, daß die Schaltkraft einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten kann. Anderer­ seits übt aber bereits der unter Spannung aufgebrachte Sitz­ bezug auch ohne Belastung des Sitzes durch eine Person eine erhebliche Kraft auf die Kontaktmatte aus, insbesondere im Randbereich des Sitzes, woraus sich ergibt, daß die Schalt­ kraft auch einen gewissen Mindestwert nicht unterschreiten darf. In der Praxis führen die sich widersprechenden An­ forderungen an die minimale und die maximale Schaltkraft dazu, daß die Kontaktmatte einen gewissen Mindestabstand von den Randkonturen des Sitzes halten muß, wenn man nicht auf einen für langes, ermüdungsfreies Fahren ungünstigen weichen Sitzbezug ausweichen will.

Beide Maßnahmen sind aus der Sicht der Automobilhersteller unbefriedigend. Eine Möglichkeit, die Kontaktschaltkräfte oder die Härte der Schaumstoffe dem Kraftprofil der Sitzbe­ spannung anzupassen, erscheint unwirtschaftlich.

Entsprechende Nachteile gelten für Matten, in welche ein Lichtwellenleiter eingebettet ist, die aus der JP-1-161 185 (A) und aus der JP 62-144 087 (A) bekannt sind. Bei lokaler Belastung einer solchen Matte wird die Lichtdurchlässigkeit (Transmission) des Lichtwellenleiters herabgesetzt, was durch Messung der Intensität des übertragenden Lichtes ausgewertet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, zuverlässig festzustellen, ob ein Sitz im Fahrzeug besetzt ist oder nicht, ohne auf die Formgebung des Sitzes, die Härte der Polstermaterialien und die Spannung der Polsterbezüge Rücksicht nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen. Eine vorteilhafte Einrich­ tung zur Durchführung dieses Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Anders als der Stand der Technik setzt die Erfindung nicht darauf, daß an irgendeiner Stelle des Sitzes durch die dort auftretende lokale Verformung der Sitzfläche schließ­ lich ein elektrischer Schalter geschlossen wird, sondern es wird das aktuelle Ausmaß der lokal auftretenden Ver­ formungen der Sitzfläche in einem größeren Bereich der Sitzfläche erfaßt und über diesen Bereich integriert. Das Integral, welches ein Maß für die Gesamtverformung der Sitzfläche in dem erfaßten größeren Bereich der Sitzfläche ist, ist weitaus besser geeignet, die durch eine sitzende Person insgesamt hervorgerufene Verformung der Sitzfläche wiederzugeben, als ein Schalter, der lediglich auf eine lokale Verformung anspricht, nachdem diese eine vorgegebene Schwelle überschritten hat. Da erfindungsgemäß die lokal auftretenden Verformungen in ihrer Größe erfaßt und inte­ griert werden, kommt es überhaupt nicht darauf an, daß an einer bestimmten Stelle des Sitzes ein Verformungsgrad er­ reicht wird, der zum Schließen eines Schalters ausreicht, vielmehr genügt es, wenn die Verformung insgesamt, d. h. über die Fläche integriert, ein bestimmtes detektierbares Ausmaß erreicht. Es gibt deshalb auch keinerlei Probleme mit der Sensoranordnung in der Sitzfläche; jeder Teilbe­ reich der Sitzfläche kann seinen eigenen kleinen Beitrag zum Gesamtsignal beitragen.

Weil nicht auf eine lokale Verformung, sondern auf die Ge­ samtverformung in einem größeren Bereich der Sitzfläche abgestellt wird, kann die automatische Erkennung der Sitz­ belegung auch lernfähig ausgestaltet werden, nämlich da­ durch, daß man das Kriterium, welches "Sitz BESETZT" be­ deutet, nach Erfahrungswerten bildet. Insbesondere ist es möglich, die Ansprechschwelle des Sensors, welcher auf das Integral der Sitzflächenverformung anspricht, nach der Fertigstellung des Sitzes im Automobilwerk abzugleichen und so einzustellen, daß Unterschiede in der Härte der Polsterung und in der Spannung des Sitzbezuges kompensiert werden und das Erkennen, ob der Sitz besetzt ist, nicht erschweren.

Auf diese Weise ist es möglich, sehr zuverlässig zu ent­ scheiden, ob ein Sitz besetzt ist oder nicht. Die Zuver­ lässigkeit kann noch erhöht werden, wenn man nicht nur ein, sondern mehr als ein Kriterium für die Entscheidung zwi­ schen BESETZT und FREI bildet und die Entscheidung FREI dann und nur dann trifft, wenn die unterschiedlichen Kriterien gleichzeitig übereinstimmend dasselbe aussagen.

Am einfachsten wählt man als Kriterium einen Schwellwert des Integrals: Überschreitet das über die Fläche inte­ grierte Signal den Schwellwert, gilt das als BESETZT, und der Airbag wird scharf gemacht. Unterschreitet das inte­ grierte Signal den Schwellwert, bedeutet das, daß der Sitz FREI ist, und die Steuerung des Airbags wird abge­ schaltet.

Ein anderes Kriterium, welches für die Unterscheidung von BESETZT und FREI gebildet werden kann, ist ein Grenzwert für die Schwankungsbreite des integrierten Signals: Ein mit dem Körpergewicht einer Person belasteter Sitz wird im fahrenden Fahrzeug mit größerer Amplitude federn als ein unbelasteter Sitz. Auch hier kann nach Erfahrungs­ werten ein Grenzwert gebildet werden, dessen Überschrei­ tung den Zustand BESETZT signalisiert.

Die beiden genannten Kriterien können auch kumulativ über­ prüft werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders eine Einrichtung mit einem Sensor, der an irgendeiner Stelle des Sitzes angebracht werden kann, aber mit einer Vorlage versehen ist, welche sich über einen größeren Bereich der Sitzfläche erstreckt, mit einem in­ kompressiblen, fließfähigen Medium gefüllt ist und einer­ seits schwer dehnbar, aber andererseits leicht verformbar, insbesondere flexibel ist. Als fließfähiges Medium eignet sich natürlich eine Flüssigkeit, aber auch ein reibungs­ armes Granulat (z. B. Glaskügelchen). Unter einer Vorlage wird ein dünnes, mit dem fließfähigen Medium gefülltes Be­ hältnis verstanden, welches durch seine Verformbarkeit die Sitzverformung aufnimmt und auf den eigentlichen Sensor (Meßwandler) überträgt. Die Vorlage ist besonders bevor­ zugt ein Schlauch, der flexibel ist, so daß er leicht zusammengedrückt werden kann, der andererseits aber nur schwer dehnbar ist, was man leicht dadurch erreicht, daß man ihn mit einem Gewebe verstärkt. Eine solche Vorlage nimmt die Drücke auf, die durch die lokalen Verformungen der Sitzfläche entstehen, und integriert sie. Es kommt so zu einem Druckaufbau in der Vorlage, unter Umständen auch zu einer Verdrängung des darin enthaltenen Mediums, welche ein Maß für die Verformung der Sitzfläche ist, und dies kann durch einen mit der Vorlage verbundenen Sensor, insbesondere einen Druckmeßfühler, gemessen wer­ den. Anstelle eines Druckmeßfühlers kommen auch Sensoren in Frage, die die Masse oder das Volumen des verdrängten Mediums erfassen. Anstelle eines Schlauches kommt als Vor­ lage auch eine mit Kanälen durchzogene, flexible, aber schwer dehnbare Matte in Betracht.

Prinzipiell genügt es, im Sitz eine Vorlage und einen Sen­ sor vorzusehen. Es ist jedoch ebenso möglich, mehrere Vor­ lagen und dementsprechend mehrere Sensoren vorzusehen, wenn dies zur Erhöhung der Sicherheit gewünscht werden sollte.

Als Sensor wird ein solcher gewählt, der ein elektrisches Ausgangssignal hat, welches das Ausmaß der aktuellen Ver­ formung widerspiegelt. Dieses Signal kann im einfachsten Fall einem Schwellwertschalter zugeführt werden, dessen Schwelle das Entscheidungskriterium bildet, ob der Sitz besetzt oder frei ist. Vorzugsweise ist der Sensor jedoch mit einem elektronischen Rechner verbunden, der das Aus­ gangssignal des Sensors auf das Vorliegen eines vorgegebenen BESETZT-Kriteriums oder auch auf das Vorliegen mehrerer BESETZT-Kriterien überprüft, wie es vorne bereits erläutert wurde. Das Kriterium bzw. die unterschiedlichen Kriterien können, wie bereits erläutert, individuell an den jeweiligen Sitz angepaßt werden.

Die Erfindung wurde vorstehend erläutert am Beispiel der Er­ kennung, ob ein Sitz besetzt ist. Es kann jedoch vorkommen, daß eine Person, insbesondere ein Kind, vor dem Sitz steht. Will man das erkennen, kann man in ganz entsprechender Weise wie bei der Sitzfläche nun die Standfläche überprüfen, in­ dem die Verformung des Bodenbelags (Teppich, Fußmatte) im Fußraum vor dem Sitz gemessen wird. Im Anspruch 1 ist des­ halb nicht vom "Sitz", sondern von Stand- oder Sitzfläche die Rede.

Die Einrichtung zur Erkennung, ob ein Platz belegt ist, kann natürlich nicht nur zum Scharfmachen und Abschalten der Aus­ löseschaltung eines Airbags, sondern auch eines Sicherheits­ gurt-Strammers, und zur Überwachung von Sicherheitsgurten ein­ gesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend erläutert.

Unter einer Sitzfläche 1 eines Fahrzeugsitzes ist zwischen einem strafferen Polster als Unterlage und einer weicheren Decklage ein Schlauch 2 mäanderförmig angeordnet, so daß er sich über den größten Teil der Sitzfläche 1 erstreckt. Der Schlauch 2 ist flexibel und mit einem Gewebe ummantelt und deshalb praktisch nicht dehnbar. Sein eines Ende ist geschlossen und sein anderes Ende mit dem Eingang eines Druckmeßfühlers 3 verbunden. Der Schlauch 2 ist deshalb eine Vorlage des Druckmeßfühlers 3; er ist mit Äthylengly­ kol prall gefüllt, welches bei allen praktisch vorkommenden Betriebstemperaturen flüssig ist. Wird die Sitzfläche 1 mit dem Gewicht einer Person belastet, äußert sich das in einer deutlichen Druckerhöhung im Schlauch 2, die durch den Druck­ meßfühler 3 in ein der Druckerhöhung proportionales elektri­ sches Signal umgewandelt wird, welches einer Auswerteschal­ tung 4 zugeführt wird, die als Kernstück einen Mikroprozessor enthält. Der Mikroprozessor vergleicht das Meßsignal mit einer gespeicherten Schwelle, die für den Sitz nach seiner Fertig­ stellung im Automobilwerk individuell ermittelt worden ist. Übersteigt das Meßsignal die Schwelle, wird die Auslöse­ schaltung 5 des zum Sitz gehörenden Airbags scharf gemacht.

Um sicherzustellen, daß bei einem Leck im Schlauch 2 der Air­ bag in jedem Fall scharf gemacht wird, wird durch den Mikro­ prozessor noch eine zweite, niedrigere Schwelle überprüft, welche so gewählt ist, daß die Spannung des Sitzbezuges bei unbesetztem Sitz ausreicht, um die zweite Schwelle zu über­ schreiten. Ist der Schlauch 2 leck, gibt es keinerlei Druckauf­ bau in ihm, und die zweite, niedrige Schwelle wird nicht er­ reicht, wodurch das Leck angezeigt wird. Der Airbag wird dann auf jeden Fall scharf gemacht.

Claims (11)

1. Verfahren zum Scharfmachen der Auslöseschaltung (5) eines Airbags oder eines Sicherheitsgurt-Strammers in einem Fahrzeug durch Er­ kennung, ob eine Stand- oder Sitzfläche (1) in dem Fahrzeug durch eine Person besetzt ist, mit Hilfe mindestens eines in die Stand- oder Sitzfläche (1) integrierten, auf deren Verformung ansprechenden Sensors (3), welcher das Ausmaß der Verformung der Stand- oder Sitzfläche (1) über einen größeren Bereich der Stand- oder Sitzfläche (1) er­ faßt und bei Belegung der Stand- oder Sitzfläche (1) ein Signal abgibt, welches die Auslöseschaltung (5) scharfmacht,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Verformung über diesen größeren Bereich erfaßt und integriert wird, indem auf ein in diesem Bereich verteiltes inkompressibles, fließ­ fähiges Medium Druck ausgeübt wird,
und daß das Integral der Verformung auf das Vorliegen mindestens eines BESETZT-Kriteriums untersucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine BESETZT-Kriterium nach Erfahrungswerten gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine BESETZT-Kriterium nach der Fertigstellung eines Sitzes für jeden Sitz individuell gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß untersucht wird, ob unter­ schiedliche BESETZT-Kriterien gleichzeitig vorliegen.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als das mindestens eine BESETZT-Kriterium ein Schwellwert des Integrals der Verformung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als das mindestens eine BESETZT-Kriterium ein Grenzwert für die Schwankungsbreite des Integrals der Verformung verwendet wird.

7. Einrichtung zum Scharfmachen der Auslöseschaltung (5) eines Airbags oder eines Sicherheitsgurt-Strammers in einem Fahr­ zeug durch mindestens einen Sensor (3), welcher erkennt, ob eine Stand- oder Sitzfläche (1) in dem Fahrzeug besetzt ist, wobei der mindestens eine Sensor (3) in die Stand- oder Sitzfläche (1) integriert ist und das Ausmaß der Ver­ formung der Stand- oder Sitzfläche (1) über einen größeren Be­ reich der Stand- oder Sitzfläche (1) erfaßt und bei Belegung der Stand- oder Sitzfläche (1) ein Signal abgibt, welches die Auslöseschaltung (5) scharfmacht,
dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor (3) eine schwer dehnbare, aber leicht verformbare, sich über einen größeren Bereich der Sitzfläche (1) erstreckende Vorlage (2) hat, welche mit einem inkompressiblen, fließfähigen Medium prall gefüllt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor (3) ein Druckmeßfühler ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorlage (2) ein flexibler Schlauch ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (2) die Sitzfläche (1) mäanderförmig durchzieht.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor (3) mit einem elektro­ nischen Rechner (4) verbunden ist, der das Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (3) auf das Vorliegen mindestens eines vorgegebenen BESETZT-Kriteriums überprüft.