CN1678476A - 安全气囊上设有车辆乘坐者传感器的安全气囊系统 - Google Patents

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Abstract

一车辆乘坐者位置传感器(26，58)位于安全气囊(20，60)前部，该安全气囊(20，60)朝向车辆乘坐者展开。传感器可以是一电容传感器(26)，它通过使安全气囊面向车辆乘坐者的部分(30)导电来形成。安全气囊模块构造成使安全气囊能在其完全展开之前被放气。相对传感器连续地确定传感器与车辆乘坐者之间的距离。一控制器(38，72)处理电容传感器(26)的输出，并用其预测安全气囊(20，60)与车辆乘坐者之间的相互作用，并且，如果预测到该相互作用对车辆乘坐者更有害而非有益，就对安全气囊进行放气。也可采用一个一旦安全气囊已充胀好或接近充胀好就阻止对安全气囊进行放气的系统。

Description

安全气囊上设有车辆乘坐者传感器的安全气囊系统
技术领域
本发明涉及安全气囊和用于控制安全气囊展开的传感器。
背景技术
现已研制出各种系统，它们基于超声波、光学或电容传感器来检测车辆乘坐者“偏离正确位置”的情况，也就是过于靠近安全气囊模块。对传感器的持续监控可能具有很高的数据速率，需要能将传感器数据减少到单个条件或有限数量的数据条件的算法，然后在安全气囊展开决策中用这个或这些有限数量的条件来阻止安全气囊展开或在两级安全气囊的情况下选择展开的级别。要在没有碰撞的位置数据与碰撞所产生的嘈杂环境之间保持数据的整体性，就需要开发与额外的处理器能力和算法及其相关的测试。
US 6,094,610揭示了安装在方向盘上的多个电容性的传感器，它们用来检测安全气囊盖与车辆乘坐者之间的距离。US 6,254,127描述了确定安全气囊模块或罩盖与车辆乘坐者之间距离以避免伤害到偏离正确位置的车辆乘坐者的各种途径。
这些现有技术的方法尝试在安全气囊展开之前基于各种传感器来确定安全气囊与车辆乘坐者之间的距离。在许多例子中，在作出展开安全气囊的决定时车辆乘坐者不会太靠近安全气囊，但由于车辆乘坐者接近安全气囊的速率，车辆乘坐者会在安全气囊实际展开时太靠近它。为了处理这样的情况，需要更加复杂的传感器和算法，以试着预测安全气囊实际展开或接近完全展开时的车辆乘坐者的位置。理想的安全气囊展开系统应使安全气囊在车辆乘坐者接触到安全气囊之前完全展开或几乎完全展开。人们既希望使安全气囊的有效展开最大，也希望使不必要的展开最少，这就需要在等待更多信息还是立即展开之间进行权衡。因此，一旦可获得足够的信息，通常几乎是马上就进行展开。
采用车辆乘坐者位置传感器和算法的系统必须能一直提供是否应制止安全气囊展开的指示，从而无论何时作出展开安全气囊的决定都可施行制止决定。这意味着无法对用于获得车辆乘坐者位置制止信号的传感器和算法加以优化以处理作出实际展开决定的特定时帧。最终的结果是，这样的算法的精度可能会比所希望的低，因为它们必须预测在相对较远的未来(可能是几十毫秒)发生的事件。需要这样一种传感器和相应该传感器的机构，它们能在安全气囊与车辆乘坐者就要相互作用之前实现安全气囊的展开。
发明内容
根据本发明提供一种安全气囊系统，该系统包括：一安全气囊壳体；一安全气囊，它安装于安全气囊壳体，并具有一车辆乘坐者面向部分，当充胀安全气囊时，该部分面向车辆乘坐者的位置；一气体源，该气体源与安全气囊连接成可供应气体，以在气流被引发时充胀安全气囊；用于检测车辆乘坐者的一传感器，该传感器位于安全气囊的一车辆乘坐者面向部分处，以在安全气囊展开时，传感器随着安全气囊朝向车辆乘坐者运动；以及一控制器，它与传感器成电信号接纳关系，以检测传感器与车辆乘坐者的相互作用。
附图说明
在结合附图阅读了下面的详细说明之后，本发明的特征和优点将变得清楚。
图1是本发明的安全气囊和安装在安全气囊上的传感器的局部剖开的示意图，其所示为安全气囊正在向车辆乘坐者展开的情况。
图2是本发明的安全气囊和安全气囊传感器的两个可选用的实施例的示意性侧视图，其中装于安全气囊的传感器是被动的。
具体实施方式
在图1和2中，用类似的标号标示相似的部件。如图1所示，一安全气囊20从仪表板22向坐在座椅25上的车辆乘坐者24展开。安全气囊20有一安装在安全气囊20壳体42上的气体源，也就是气体发生器或压缩气体源，它与安全气囊20连接成可向其供应气体，以在气流被引发时充胀安全气囊20。安全气囊20上设有一传感器26，该传感器26安装在安全气囊20的织物28上。传感器26是一Capaciflectro型的电容传感器，不过设计也可以加以简化，因为电容传感器26远离接地平面，因而传感器可以构造成没有多个电容层，这些电容层本来用来消除接地平面对传感器26将电场向外投射的能力的影响。在US 5,166,679、US 5,770,997、US 6,020,812、US 6,079,738、US 6,094,610以及US 6,135,494更加详细地描述了电容式近程传感器。
通过在安全气囊20上制作出一导电部分30来构造成电容传感器26，且通过将一层或多层导电的铜涂料涂覆在面对车辆乘坐者24的前表面32上来形成这样的导电部分30。安全气囊通常用相对不可渗透的、低磨损尼龙织物制成。不过，安全气囊包括具有充分可渗透性的织物或其它材料，以能通过安全气囊材料实现一片或多片铜板与导电部分30之间的电气连接。利用银涂料沿着安全气囊20的内表面36形成电线34。电线34连接至一控制器38，该控制器供应驱动电力，并从传感器26收集数据。可以在铜涂料上设置一层织物或其它覆层，以减少铜层的磨损。
在现有技术的设计中，人们尝试汇集和利用有关车辆乘坐者相对安全气囊的位置的信息，并使用汇集起来的信息来影响展开安全气囊的决定，以及在使用两级或可变安全气囊的情况中还可能用它们来影响展开安全气囊所用的力的大小。控制器38和安全气囊20以及传感器26使展开安全气囊的决定能通过在安全气囊完全展开之前对安全气囊进行放气来使之有效地逆转。安全气囊设计成以设计压力快速地充入气体，这样的设计压力将吸收车辆乘坐者在向气囊内加速时的碰撞。安全气囊20除了包括通常结合在安全气囊自身中的标准放气口(未示出)之外，还包括形成在安全气囊壳体42的结构中的较大的引爆管致动的放气口40，该放气口允许充胀气体从安全气囊壳体42放到一仪表板22后方的区域44。
引爆管致动的放气口40由一引爆管和气体发生器46致动，引爆管和气体发生器46操动活塞48，并由活塞48来操动放气口40。当放气口40打开时，安全气囊就完全失去效用。如果安全气囊在与车辆乘坐者24接触之前就已完全充胀好或几乎充胀好了，那么引爆管和气体发生器46就失效。这可以通过从安全气囊织物28的内侧前表面52延伸的一对导线50来实现。导线50布置成，当安全气囊20展开到百分之九十时导线50从安全气囊的内侧前表面52扯开，并产生一电气短路，这就使引爆管46失效并防止操动放气口40。
因为传感器26产生延伸到安全气囊20之外的电场，所以它可在传感器接近车辆乘坐者时检测到车辆乘坐者24的存在和离开他/她的距离。从距离相对时间的信息，可以获得车辆乘坐者24所经受的加速度。控制器38可以将信息发送到固定安全带56的一端的一座椅安全带收缩器54或者其它的系统，以基于从装于安全气囊的传感器26所获得的数据来采取相应的行动。
在图2中示出了一可供选用的装于安全气囊的传感器58，该传感器58同样可由安全气囊60的一金属化的部分构成。安全气囊60从安全气囊壳体61伸出，所述壳体61安装在仪表板63之后。在本实施例中，在与装于汽车座椅66的座垫64上的一导电传感器62间形成一电路，当车辆乘坐者68坐在座椅66上时，车辆乘坐者68与该导电传感器相接触。当安装在安全气囊60上的传感器58与车辆乘坐者68相接触时，就完成一电路70，并被一控制器72检测到。控制器72可使用一计时器来确定安全气囊是否在检测到其与车辆乘坐者68接触之前就已完全展开或接近完全展开。如果安全气囊已完全展开或接近完全展开，则控制器就不采取任何行动。如果控制器检测到安全气囊60在相应于安全气囊展开的一阶段的一时间就已与车辆乘坐者68接触，这可能会对车辆乘坐者68造成伤害，那么就利用与图1所示类似的一放气系统78来对安全气囊60进行放气。
另一实施例采用一微波收发器74，该收发器74使微波束76从形成传感器58的金属化部分反射离开。通过相对传播时间处理反射微波77和/或多普勒频移信息，可以确定传感器58的距离和速度，并可得到传感器的加速度。控制器72确定各种距离的导数、导出距离、速度、加速度以及还可能有更高级的导数。当传感器58中的加速度变化偏离了无阻碍物展开过程中的传感器加速度图形，就检测到安全气囊与车辆乘坐者68发生碰撞。如果安全气囊60在安全气囊60已达到某一最小展开量、例如百分之九十之前就与车辆乘坐者68碰撞，那么控制器72可指令类似于图1所示的安全气囊放气系统78，以对安全气囊60进行放气。
微波传感器58、74可由采用超声波、射频、磁性、静电、红外或光学跟踪的传感器来替代，这样的传感器58自身并不一定要是安全气囊的内或外表面的金属化部分。传感器58可以是被动或主动的，以与信号收发器74相协配。信号收发器和/或传感器58可以位于安全气囊60的内部。
传感器26可以通过使前表面32的一部分导电的任何措施来构造，例如涂覆基于银或铝的涂料，或者用导电纤维编织安全气囊的一部分，所述导电纤维可以是金属化的或者可以是导电的有机纤维。或者，可以通过将一导电材料汽相沉积或火焰喷涂到安全气囊织物28上来形成导电部分30。其它的方法包括将导电传感器层压、粘合或缝制到安全气囊20的前表面上。
可以通过其它的方式来实现导线50所具有的、在安全气囊到达一所选择的充胀水平(例如百分之九十)就断裂的功能。例如，可以使用图2中所示的微波收发器74或者本文前面所述的变化形式之一来检测安全气囊展开的程度。
尽管所示和所述的安全气囊是从仪表板22、63展开的乘客侧安全气囊，但本文所揭示的传感器系统也可与驾驶员侧安全气囊一起使用，或者与为了保护车辆乘坐者而安装的任何安全气囊一起使用。
传感器26和控制器38可以与两级或可变充胀的安全气囊系统一起使用。同样，传感器58和控制器72以及传感器62，或者传感器58、收发器74以及控制器72也可以与两级或可变充胀的安全气囊系统一起使用。尽管在放气口40、78的较佳实施例中，放气口47、78会使安全气囊完全放气，但也可以使用仅部分放气以使安全气囊保留一些功能的放气系统。
总而言之，本发明的车辆乘坐者位置传感器26、74位于朝向车辆乘坐者展开的安全气囊20、60前部上。传感器可包括一个或多个电容传感器26，通过使安全气囊面向车辆乘坐者的部分30导电来构成它们。这样的传感器可以通过安全气囊涂覆导电涂料的涂覆部分来构成，或者可以是Capaciflector传感器。利用导线或较佳的是导电迹线将电引线连接至电容传感器，这些导线或较佳的是导电迹线涂覆在安全气囊织物28上、较佳的是在安全气囊的内侧上，并通过安全气囊织物连接至到在安全气囊外侧上的电容传感器。可以使用直径为30.5cm的传感器26来检测离开传感器远达30.5cm的车辆乘坐者。其上放置有传感器的安全气囊20、60也构造成允许在其完全展开之前对安全气囊进行放气。一电子系统使用电容传感器26，以连续地确定传感器与车辆乘坐者之间的距离，并确定车辆乘坐者相对传感器的速度和加速度。安装在安全气囊上的电容传感器26的输出可供用于车辆乘坐者的各种安全系统(如安全带收缩器)使用，以响应碰撞中车辆乘坐者的真实运动。有利的是，使用由控制系统所处理好的电容传感器26的输出来预测安全气囊20、60与车辆乘坐者之间的相互作用，并且，如果预计该相互作用对车辆乘坐者更有害而非有益，就使安全气囊放气。因为对安全气囊进行放气使安全气囊失效，而无论好或坏的作用，所以在传感器、控制器或放气系统78中包括一个一旦安全气囊已充胀好或接近充胀好就阻止对安全气囊进行放气的系统。
本发明的可选用的实施例采用安全气囊的一个面对车辆乘坐者的导电部分30、以及设在车辆乘坐者所坐的座椅上的一个导电部分。当安全气囊的导电部分接触到车辆乘坐者时，借助于包括车辆乘坐者的一电路就可立即检测到车辆乘坐者的存在。另一可选用的实施例采用发送诸如微波之类的电磁辐射的一传感器74，其目标物随着安全气囊20、60而运动。该传感器检测安全气囊何时由于它和目标物与车辆乘坐者碰撞而减速。在前述的两个实施例中，如果安全气囊太快地碰撞车辆乘坐者，就对安全气囊进行放气，以提供有益的效果。

Claims (15)

1.一种安全气囊系统，该系统包括：
一安全气囊壳体(42，61)；
一安全气囊(20，60)，它安装于安全气囊壳体(42，61)，并具有一车辆乘坐者面向部分(30)，当充胀安全气囊时，该部分面向车辆乘坐者的位置；
一气体源，该气体源与安全气囊(20，60)连接成可向其供应气体，以在气流被引发时充胀安全气囊；
用于检测车辆乘坐者的一传感器(26，58)，该传感器位于安全气囊的一车辆乘坐者面向部分(30)处，以在安全气囊(20，60)展开时，传感器随着安全气囊朝向车辆乘坐者运动；以及
一控制器(38，72)，它与传感器(26，58)成电信号接纳关系，以检测传感器与车辆乘坐者的相互作用。
2.如权利要求1所述的安全气囊系统，其特征在于，传感器(26)包括安全气囊(20，60)的车辆乘坐者面对部分(30)的一导电区域。
3.如权利要求1所述的安全气囊系统，其特征在于，传感器(26)包括Capaciflector传感器。
4.如权利要求1-3中任一项所述的安全气囊系统，其特征在于，还包括形成在安全气囊(20，60)表面上的电气迹线，其中，沿着电气迹线传导来自传感器(26，58)的电信号。
5.如权利要求1所述的安全气囊系统，其特征在于，相对安全气囊壳体(61)安装一电磁波收发器(74)；传感器(58)包括安装于安全气囊(60)的车辆乘坐者面向部分(30)的一反射器，以在收发器向反射器发送电磁波时，将电磁波向收发器反射。
6.如权利要求5所述的安全气囊系统，其特征在于，反射器(58)是被动反射器。
7.如权利要求1-6中任一项所述的安全气囊系统，其特征在于，控制器(38，72)以控制关系连接到安装在安全气囊壳体(42，61)上的一放气口(40)，该放气口可响应来自控制器的指令而工作，以使气体能从安全气囊(20，60)逃出。
8.如权利要求7所述的安全气囊系统，其特征在于，还包括检测安全气囊充胀到至少一个级段的装置，该装置可操作地连接到放气口(40)，以在检测到安全气囊充胀到至少一个级段时阻止放气口打开。
9.如权利要求8所述的安全气囊系统，其特征在于，用于检测安全气囊充胀到至少一个级段的装置是一导线(50)，该导线连接到安全气囊(20，60)的车辆乘坐者面对部分(30)。
10.如权利要求2所述的安全气囊系统，其特征在于，包括车辆座椅的一电气触点形成部分，该电气触点和传感器(26)包括连接至一电路的导电区域，在车辆座椅的电气触点形成部分和包括导电区域的传感器被车辆乘坐者电气连接时，所述电路提供一输出。
11.如权利要求1所述的安全气囊系统，其特征在于，通过以下方式控制安全气囊(20，60)的展开：使安全气囊开始朝向车辆乘坐者展开；在安全气囊展开的同时，用传感器(26，58)反复地确定面向车辆乘坐者的安全气囊部分(30)与车辆乘坐者之间的距离。
12.如权利要求11所述的安全气囊系统，其特征在于，确定安全气囊(20，60)的导电部分(30)与车辆乘坐者之间距离的至少一个距离相对时间的导数。
13.如权利要求13所述的安全气囊系统，其特征在于，控制器(38，72)处理来在传感器(26，58)的数据，并计算传感器与车辆乘坐者之间距离的至少一个距离相对时间的导数，并且，如果控制器(38，72)预测到安全气囊在其到达完全展开的一所选择的百分比之前就会与车辆乘坐者碰撞，则用控制器控制放气口(40)打开以进行放气。
14.如权利要求13所述的安全气囊系统，其特征在于，控制器(38，72)监视安全气囊(20，60)是否已达到完全展开的一所选择的百分比，并且当已达到完全展开的该选择的百分比时，阻止放气口(40)打开。
15.如权利要求14所述的安全气囊系统，其特征在于，传感器(26)是一电容器，并且由与电容器相关的电气数值来确定传感器与车辆乘坐者之间的距离。
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