DE10210587A1 - Airbagaufblasvorrichtungen - Google Patents

Abstract

Eine Aufblasvorrichtung (10) umfaßt eine Anordnung (31), die eine Vielzahl individuell erregbarer mikroelektromechanischer System(MEMS)-Einrichtungen (30) aufweist, um bei Erregung die Aufblasvorrichtung zu betätigen. Die Anordnung (31) weist des weiteren einen Sensormechanismus (60) auf zum Abkühlen eines Zustands der Aufblasvorrichtung (10) und zum Erzeugen eines für den abgekühlten Zustand anzeigenden Steuersignals. Die Vielzahl von MEMS-Einrichtungen (30) ist ansprechend auf das Steuersignal, um die Betätigung der Aufblasvorrichtung (10) zu steuern.

Description

Hintergrund der Erfindung Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuginsassenschutzvor­ richtung und, im Besonderen, auf eine Aufblasvorrichtung für eine aufblasba­ re Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung, beispielsweise einen Airbag.

Beschreibung des Stands der Technik

Die europäische Patentanmeldung Nr. EP 0 903 487 A2 beschreibt ein inte­ griertes gepulstes Antriebssystem für einen Mikrosatelliten und, im besonde­ ren, ein Mikroschubtriebwerk für einen Mikrosatelliten. Das Mikroschubtrieb­ werk ist mit einer Kammer ausgebildet, die durch eine Membran verschlos­ sen ist, die als eine Ausblasscheibe wirkt. Ein Strömungsmittel, beispielswei­ se ein inertes Gas, ist innerhalb der Kammer angeordnet. Das Erhitzen bzw. Erwärmen des Gases bewirkt, daß sich der Gasdruck erhöht, bis die Mem­ bran reißt, was wiederum bewirkt, daß das Gas aus der Kammer strömt. Das strömende Gas wirkt als ein Treibmittel und sieht eine kleine Krafteinheit vor. Das Mikroschubtriebwerk ist angepaßt, um durch bekannte Chargenverar­ beitungsverfahren mit 104 bis 106 Mikroschubtriebwerken pro Wafer geformt zu werden. Die Krafteinheit kann skaliert werden, indem die Anzahl der für eine Anwendung verwendeten Mikroschubtriebwerke, die Geometrie der Kammer und die Art des innerhalb der Kammer verwendeten Strömungsmit­ tels variiert werden.

Das in EP 0 903 487 A2 beschriebene Mikroschubtriebwerk ist anderswo in der Literatur als aus einem 3lagigen Sandwich bestehend beschrieben. Die Oberschicht enthält eine Anordnung dünner Membranen (0,5 Mikron dickes Siliziumnitrid, 190 oder 290 oder 390 Quadratmikron). Die Mittelschicht ent­ hält eine Anordnung von Durchgangslöchern (Schott FOTURAN® photoemp­ findliches Glas, 1,5 mm dick, Löcher mit 300, 500 oder 700 Mikron Durch­ messer), die mit Treibmittel geladen sind. Die Unterschicht enthält eine pas­ sende Anordnung von Polysilizium-Mikrowiderständen. Die unteren zwei Schichten werden miteinander verbunden, Treibmittel wird der Mittelschicht zugefügt, dann wird die Oberschicht verbunden, um die Anordnung zu ver­ vollständigen. Mit unterschiedlichen Größen von Plenum- bzw. Sammellö­ chern, Membranen und Widerständen können viele unterschiedliche Konfigu­ rationen angeordnet bzw. zusammengestellt werden.

Diese Art von Mikroschubtriebwerk ist eine Art von Einrichtung, die in der Technik als eine "mikroelektromechanische Systemeinrichtung" oder "MEMS- Einrichtung" bekannt ist. Diese Art von Einrichtung ist bekannt für die Ver­ wendung bei einer Auswahl von Anwendungen. Zum Beispiel offenbart US- Patent Nr. 5,880,921 eine monolithisch integrierte geschaltete Kondensator­ bank, die MEMS-Technologie verwendet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist eine betätigbare Aufblasvorrichtung für eine aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung. Die Aufblasvorrichtung weist eine Anordnung auf, die eine Vielzahl individuell erregbarer mikroelek­ tromechanischer System(MEMS)-Einrichtungen aufweist, um bei Erregung die Aufblasvorrichtung zu betätigen. Die Anordnung weist des weiteren einen Sensormechanismus zum Abfühlen eines Zustands der Aufblasvorrichtung auf und zum Erzeugen eines für den abgefühlten Zustand anzeigenden Steuersignals. Die Vielzahl von MEMS-Einrichtungen sind ansprechend auf das Steuersignal, um Betätigung der Aufblasvorrichtung zu steuern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorangegangenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann des Gebietes, auf das sich die vorliegende Erfin­ dung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung offen­ sichtlich werden, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Helfen beim Schützen eines Fahrzeuginsassen, die eine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruierte Aufblasvorrichtung umfaßt;

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht einer MEMS-Zünderanordnung, die Teil der Aufblasvorrichtung der Fig. 1 bildet;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der Zünderanordnung der Fig. 2;

Fig. 4 eine Teilperspektivansicht einer MEMS-Einrichtung, die Teil der Zün­ deranordnung der Fig. 2 bildet;

Fig. 5 eine Explosionsperspektivansicht der MEMS-Einrichtung der Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung, teils geschnitten, der Aufblasvorrich­ tung der Fig. 1;

Fig. 7 eine schematische Teilansicht eines Teils einer gemäß einäm zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruierten Aufblas­ vorrichtung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung, teils geschnitten, einer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruierten Aufblasvorrichtung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung, teils geschnitten, einer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruierten Aufblasvorrichtung; und

Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 der Fig. 9.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuginsassenschutzvor­ richtung und, im besonderen, auf eine Aufblasvorrichtung für eine aufblasba­ re Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung, beispielsweise einen Airbag.

Repräsentativ für die vorliegende Erfindung stellt Fig. 1 schematisch eine Aufblasvorrichtung 10 dar. Die Aufblasvorrichtung 10 bildet Teil einer Vor­ richtung 12 zum Helfen beim Schützen eines Fahrzeuginsassen. Die Auf­ blasvorrichtung 10 umfaßt einen elektrisch erregbaren Zünder 14 und eine Aufblasströmungsmittelquelle 16, die durch den Zünder betätigbar ist.

Die Vorrichtung 12 umfaßt eine bestimmte betätigbare Fahrzeuginsassen­ schutzeinrichtung in Form eines Airbags 18. Andere betätigbare Fahrzeugin­ sassenschutzeinrichtungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden können, umfassen zum Beispiel aufblasbare Sitzgurte, aufblasbare Kniepol­ ster, aufblasbare Auskleidungen im Kopfbereich, aufblasbare Seitenvorhän­ ge, durch Airbags betätigte Kniepolster und Sitzgurtvorspannvorrichtungen.

Die Vorrichtung 12 umfaßt des weiteren elektrische Fahrzeugschaltung 20 zum Betätigen des Zünders 14 der Aufblasvorrichtung 10, wenn es er­ wünscht ist, zu helfen, den Fahrzeuginsassen durch Betätigung der Einrich­ tung 12 zu schützen.

Die elektrische Fahrzeugschaltung 20 umfaßt eine Steuerung 22. Die Steue­ rung 22 umfaßt vorzugsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren zum Steuern des Betriebs der Aufblasvorrichtung 10. Die Steuerung 22 kann, zum Beispiel, eine Vielzahl von diskreten Komponenten und/oder eine Kombinati­ on von diskreten Komponenten und integrierten Schaltungen sein. In einem Beispiel ist die Steuerung 22 ein Mikrocomputer, der sensorische Eingaben von einer oder mehreren Quellen empfängt, beispielsweise Insassenzu­ standssensoren und Fahrzeugzustandssensoren, und, unter Verwendung der sensorischen Eingaben, Bestimmungen zur Steuerung der Aufblasvorrich­ tung 10 durchführt.

Die Aufblasvorrichtung 10 (Fig. 2-6) umfaßt eine Vielzahl mikroelektrome­ chanischer System(MEMS)-Einrichtungen 30. Die MEMS-Einrichtungen 30 können im Zünder 14 umfaßt sein oder können in der Aufblasströmungsmit­ telquelle 16 umfaßt sein. Wenn die MEMS-Einrichtungen 30 im Zünder 14 umfaßt sind, werden die MEMS-Einrichtungen verwendet, um zu helfen, die Aufblasströmungsmittelquelle 16 der Aufblasvorrichtung 10 zu betätigen.

Wenn die MEMS-Einrichtungen 30 in der Aufblasvorrichtung 10 als Teil der Aufblasströmungsmittelquelle 16 umfaßt sind, werden die MEMS- Einrichtungen verwendet, um Aufblasströmungsmittel zum Aufblasen des Airbags 18 zu liefern.

In dem in den Fig. 2-6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die MEMS- Einrichtungen 30 in einer Anordnung 31 umfaßt, die alles oder einen Teil des Zünders 14 der Aufblasvorrichtung 10 bildet. Die Anordnung 31 umfaßt au­ ßerdem einen Sensormechanismus 60, der unten in Einzelheit beschrieben ist.

Die Vielzahl von MEMS-Einrichtungen 30, wie sie im Zünder 14 inkorporiert ist, kann auf jede der zahlreichen unterschiedlichen Weisen konfiguriert sein. Zum Beispiel sind in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung/Zünder drei der MEMS-Einrichtungen 30 in der Anordnung 31 umfaßt.

Jede der MEMS-Einrichtungen 30 ist wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt konfigu­ riert. Jede der MEMS-Einrichtungen 30 ist eine mehrlagige Einrichtung, die in einer Weise ähnlich der hergestellt werden kann, die in der europäischen Patentanmeldung EP 0 903 487 A2 und in dem Artikel D. Lewis et al., "Digital Micropropulsion", Sensors and Actuators A: Physical, Bd. 80, Nr. 2 Elsevier, März, 2000, S. 143-154 beschrieben.

Jede MEMS-Einrichtung 30 umfaßt eine Bodenschicht oder Basis 32. Die Basis 32 kann unter Verwendung von Standard-Komplementärmetalloxid- Halbleiter(complementary metal oxide semiconductor)(CMOS)-Verfahren hergestellt sein. Die Basis 32 kann aus Silizium oder einem anderen geeig­ neten Material hergestellt sein, beispielsweise einem Polyimid oder Keramik.

Die Basis 32 hat eine rechteckige Konfiguration und umfaßt elektrische Schaltung 36. Die elektrische Schaltung auf der Basis 32 kann Adressier- und Steuerelektroniken umfassen. Die elektrische Schaltung 36 umfaßt au­ ßerdem eine Vielzahl individuell erregbarer elektrischer Heizelemente 38, die mit Anschlußstiften 40 verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungs­ beispiel umfaßt die elektrische Schaltung 36 neun individuell erregbare elek­ trische Heizelemente 38. Die neun Heizelemente 38 sind in einer rechtecki­ gen 3×3-Anordnung auf der Basis 32 beabstandet.

Die Heizelemente 38 können Polysilizium-Widerstände oder andere Mikrowi­ derstände sein, beispielsweise Nickel, Niob und Niobnitrid. Die Heizelemente 38 können alternativ als eine Reaktivbrücke ausgebildet sein. Eine Reaktiv­ brücke ist eine Brücke in Drahtform bimetallischer Konstruktion, die bei elek­ trischer Erregung Thermalenergie abgibt, vorwiegend durch die Freigabe von Legierungs- oder intermetallischer Bildungswärme von den chemisch rea­ gierten Metallen. Reaktivbrücken sind in den US-Patenten Nr. 2,911,504 und 3,503,814 gezeigt und können im Handel von Sigmund Cohn Corp., 121 South Columbus Avenue, Mount Vernon, New York, Internetseite www.sigmundcohn.com, unter dem Markennamen PYROFUZE® bezogen werden. Wenn die zwei metallischen Elemente der Reaktivbrücke auf die Zündungstemperatur gebracht werden durch das Strömen von elektrischem Strom, legieren sie schnell, was zu einer sofortigen Deflagration ohne die Unterstützung von Sauerstoff führt.

Die MEMS-Einrichtung 32 umfaßt außerdem eine Mittelschicht 42, die auf der Basis 32 ausgebildet ist. Die Mittelschicht 42 umfaßt einen Treibmittel­ block 44. Der Treibmittelblock 44 definiert eine Reihe zylindrischer Plenum- oder Treibmittelkammern 46. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel um­ faßt der Treibmittelblock 44 neun Treibmittelkammern 46. Die neun Treib­ mittelkammern 46 sind im Treibmittelblock 44 in der gleichen rechteckigen 3×3-Anordnung beabstandet wie die neun Heizelemente 38 auf der Basis 32. Die Heizelemente 38 sind in einer eins-zu-eins-Beziehung den Treibmittel­ kammern 46 zugeordnet, um bei Erregung die Inhalte der Treibmittelkam­ mern zu erwärmen bzw. zu erhitzen.

Ein geeignetes Material für die Mittelschicht 42 ist hartes anodisiertes Alumi­ nium. Ein weiteres geeignetes Material ist photoempfindliches Glas der Mar­ ke Foturan. Foturan ist eine eingetragene Marke der Schott Glaswerke in Mainz, Deutschland, für ihre aus Glas oder Glaskeramik hergestellten Mate­ rialien. Diese Materialien können verwendet werden, um sehr feine Struktu­ ren mit engen Toleranzen und hohen Aspektverhältnissen (Lochtiefe zu Lochweite) herzustellen.

Die Mittelschicht 42 der MEMS-Einrichtung 30 umfaßt außerdem, in jeder der Kammern 46, Inhalte, die erhitzbar sind, um den Druck in der Kammer zu erhöhen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Inhalte der Kammern 46 Körper 48 aus einem feststofflichen Treibmittelmaterial, oder pyrotechnischem Material, das betätigbar ist, oder zündbar, beim Anwenden von Wärme, um Strömungsmittel unter Druck zu erzeugen. Jeder Treibmit­ telkörper 48 hat eine zylindrische Konfiguration und füllt eine entsprechende der Treibmittelkammern 46. Ein geeignetes Material für die Treibmittelkörper 48 ist Zirkoniumkaliumperchlorat, das im allgemeinen in Zündern für Airbag- Aufblasvorrichtungen verwendet wird. Ein weiteres geeignetes Material ist Kalium-Dinitrobenzofuroxan (KDNBF).

Jede Einrichtung 30 umfaßt außerdem eine Oberschicht oder Außenschicht 50 mit einer Vielzahl individuell zerreiß- bzw. zerbrechbarer Segmente oder Membranen 52, die als Berstscheiben dienen. Die Membranen 52 sind dünnwandige Teile der Außenschicht 50. In dem dargestellten Ausführungs­ beispiel umfaßt die Außenschicht 50 neun individuelle Membranen 52. Die neun Membranen 52 sind in der Außenschicht 50 in der gleichen rechtecki­ gen 3×3-Anordnung beabstandet wie die neun Treibmittelkammern 46 und die neun Heizelemente 38.

Die Außenschicht 50 kann aus Aluminiumband oder Band der Marke Kapton hergestellt sein. Die Membranen 52 können dünnes Siliziumnitrid sein, das nach einer anisotropen Naßätzung durch einen Siliziumwafer überbleibt. An­ dere geeignete Materialien umfassen Keramiken, beispielsweise Siliziumkar­ bid, und Metalle. Die drei Schichten 32, 42 und 50 der MEMS-Einrichtung 30 können mit einem Hochleistungsklebeband oder einem RTV-Klebemittel von Aerospace- bzw. Weltraumqualität miteinander verbunden sein.

Die individuellen Membranen 52 der Außenschicht 50 sind in einer eins-zu­ eins-Beziehung den individuellen Treibmittelkammern 46 zugeordnet. Jede Membran 52 schließt eine entsprechende Treibmittelkammer 46. Jede der Membranen 52 ist reißbar aufgrund eines Druckanstiegs in ihrer zugeordne­ ten Kammer 46, um einen Strömungsmittelstrom aus der Kammer freizuge­ ben.

Die Anordnung 31 hat eine Basis 54, auf der die MEMS-Einrichtungen 20 angebracht sind, und ein Paar von Leitungsdrähten 56. Die Leitungsdrähte 56 sind elektrisch mit Stiftbefestigungsöffnungen (nicht gezeigt) in der An­ ordnungsbasis 54 verbunden, um die Anschlußstifte 40 der MEMS- Einrichtungen 30 aufzunehmen. Die Anschlußstifte 40 jeder MEMS- Einrichtung 30 greifen an den Stiftbefestigungsöffnungen der Anordnungsba­ sis 54 ein, um die MEMS-Einrichtungen elektrisch mit den Leitungsdrähten 56 zu verbinden. Die Leitungsdrähte 56 sind elektrisch mit der elektrischen Fahrzeugschaltung 20 verbunden.

Ebenfalls auf der Basis 54 der Anordnung 31 angebracht ist ein Sensorme­ chanismus 60. Der Sensormechanismus 60 funktioniert, wie unten beschrie­ ben, um einen Zustand der Aufblasvorrichtung abzufühlen und um ein für den abgefühlten Zustand anzeigendes Steuersignal zu erzeugen. Der Sen­ sormechanismus 60 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl individueller Sensoren auf. Es sei verstanden, daß der Sensorme­ chanismus 60 nur einen Sensor aufweisen könnte. Jeder der individuellen Sensoren ist klein genug, um auf eine chip-ähnliche Anordnung 31 mit den MEMS-Einrichtungen 30 zu passen.

Der Sensormechanismus 60 umfaßt einen Temperatursensor 62 auf der An­ ordnung. Der Temperatursensor 62 funktioniert, um die interne Temperatur der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.

Ein Feuchtigkeitssensor 64 ist ebenfalls im Sensormechanismus 60 umfaßt. Der Feuchtigkeitssensor 64 funktioniert, um die interne Feuchtigkeit der Auf­ blasvorrichtung zu überwachen.

Der Sensormechanismus 60 umfaßt außerdem eine Gasanalyseeinrichtung 66. Die Gasanalyseeinrichtung funktioniert, um die Zusammensetzung von Gas in der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen, beispielsweise ein Auf­ blasströmungsmittel.

Der Sensormechanismus 60 umfaßt des weiteren einen Drucksensor 67. Der Drucksensor 67 funktioniert, um den internen Druck der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.

Der Sensormechanismus 60 umfaßt außerdem einen Beschleunigungsmes­ ser 68. Der Beschleunigungsmesser 68 funktioniert, um Beschleunigung und Verzögerung der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.

Der Sensormechanismus 60 umfaßt des weiteren einen piezoelektrischen Generator 70. Der piezoelektrische Generator 70 funktioniert ansprechend auf Vibrationsenergie, um elektrischen Strom zu erzeugen, um die Anord­ nung 31 mit Leistung zu versorgen. Die Anordnung 31 umfaßt außerdem ei­ nen Kondensator 72 gemeinsam mit dem piezoelektrischen Generator 60, um vom Generator erzeugte Leistung zu speichern. Daher kann die Lei­ stungsversorgung für die Anordnung 31 innerhalb der Aufblasvorrichtung 10 gelegen sein, ohne daß für diesen Zweck Drähte durch eine Außenwand der Aufblasvorrichtung gehen.

Die Anordnung 31 ist in der Aufblasvorrichtung 10 in einer in Fig. 6 schema­ tisch gezeigten Weise angebracht. Die Aufblasvorrichtung 10 umfaßt einen Behälter 76, der eine Kammer 78 definiert und eine Öffnung 80 hat. Die Öff­ nung 80 ist durch eine Berstscheibe 82 verschlossen. Der Behälter 76 ent­ hält die Aufblasströmungsmittelquelle 16, die in dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel einen Körper aus zündbarem Material 84 in der Kammer 78 aufweist. Die Anordnung 31 ist benachbart zum Körper aus zündbarem Mate­ rial 84 in der Kammer 78 angebracht.

Im Falle einer Fahrzeugkollision oder eines anderen Ereignisses, bei dem Schutz des Fahrzeuginsassen erwünscht ist, sendet die elektrische Fahr­ zeugschaltung 20 ein Betätigungssignal an die Aufblasvorrichtung 10. Die elektrische Fahrzeugschaltung 20 funktioniert, um ein Betätigungssignal zu liefern zum Erregen jeder ausgewählten einen oder mehrerer der MEMS- Einrichtungen 30 im Zünder 14 der Aufblasvorrichtung 10 zu einer ausge­ wählten Zeit. Zusätzlich funktioniert die elektrische Fahrzeugschaltung 20, um ein Betätigungssignal zu liefern zum Erregen jedes ausgewählten einen oder mehreren der Heizelemente 38 innerhalb jeder der MEMS- Einrichtungen 30 zu einer ausgewählten Zeit. So ist die Aufblasvorrichtung 10 tatsächlich "digital" in ihrer Konstruktion und Betrieb, das heißt, sie weist eine große Anzahl von diskreten, individuell betätigbaren Aufblasströmungs­ mittelquellen auf.

Wenn ein individuelles Heizelement 38 einer der MEMS-Einrichtungen 30 erregt wird, erzeugt es Wärme, die in den zugeordneten Treibmittelkörper 48 übertragen wird. Der Treibmittelkörper 48 zündet und erzeugt Verbrennungs­ produkte unter Druck, einschließlich Wärme. Der erhöhte Druck in der Treibmittelkammer 46 bewirkt, daß die zugeordnete Membran 52 der Ober­ schicht 50 reißt, was die Verbrennungsprodukte freigibt, um aus der Treib­ mittelkammer zu strömen.

Die Verbrennungsprodukte werden gegen den Körper aus zündbarem Mate­ rial 84 geleitet und zünden ihn. Zündung des Körpers aus zündbarem Mate­ rial 84 erzeugt Aufblasströmungsmittel, das den Druck in der Kammer 78 er­ höht. Die Berstscheibe 82 reißt, und das Aufblasströmungsmittel wird durch einen Reaktionsbehälter oder eine andere bei 86 schematisch gezeigte Ein­ richtung (Fig. 1) an die Insassenschutzeinrichtung 18 geleitet.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Insassenschutzeinrichtung 18 ein Airbag, und der Airbag wird durch das von der Aufblasvorrichtung 10 strömende Strömungsmittel aufgeblasen. Die Vorrichtung 12 könnte eine an­ dere Einrichtung als einen Reaktionsbehälter umfassen, um das Strömungs­ mittel zur Insassenschutzeinrichtung 18 zu leiten. Zum Beispiel könnte die Vorrichtung 12 ein an einem Sitz angebrachtes Airbagmodul mit einem Diffu­ sor sein, der Aufblasströmungsmittel in einen Airbag leitet, oder eine Seiten­ vorhanganordnung einschließlich eines Füllrohrs, das Aufblasströmungsmit­ tel in einen aufblasbaren Seitenvorhang leitet.

Die Strömungsmittelausgabe der Aufblasvorrichtung 10 hängt ab von und variiert mit der Anzahl von MEMS-Einrichtungen 30, die erregt werden. Ge­ nau gesagt, wenn relativ mehr der MEMS-Einrichtungen 30 der Anordnung 31 erregt werden, wird eine relativ größere Menge Verbrennungsprodukte gegen den Körper aus zündbarem Material 84 geleitet, und der Körper aus zündbarem Material verbrennt schneller. Dies kann die Strömungsmittelaus­ gaberate der Aufblasvorrichtung 10 erhöhen. Umgekehrt, wenn relativ weni­ ger der MEMS-Einrichtungen 30 erregt werden, wird eine relativ niedrigere Menge Verbrennungsprodukte gegen den Körper aus zündbarem Material 84 geleitet, und der Körper aus zündbarem Material verbrennt langsamer. Dies kann die Strömungsmittelausgaberate der Aufblasvorrichtung 10 verringern.

Die Strömungsmittelausgabe der Aufblasvorrichtung 10 ist außerdem abhän­ gig von der Zeit, zu der jeder individuelle Treibmittelkörper 48 in jeder MEMS-Einrichtung 30 gezündet wird, dem Volumen jeder Treibmittelkammer 46 und der Art und Menge des in den Treibmittelkammern angeordneten Treibmittels.

In der in der europäischen Patentanmeldung EP 0 903 487 A2 beschriebe­ nen Mikroschubtriebwerksanwendung ist jede Plenum- oder Treibmittelkam­ mer ungefähr 1,5 mm hoch (Axiallänge) und bis zu ungefähr 0,7 mm im Durchmesser. Die Tiefe jeder Plenumkammer kann bis zu 10 mm oder mehr erhöht werden, und der Durchmesser jedes Plenums kann um mindestens einen Faktor zwei erhöht werden. Außerdem kann eine verjüngte Kammer verwendet werden statt einer zylindrischen Kammer. Eine MEMS-Einrichtung zur Verwendung in der Aufblasvorrichtung 10 mit einer Anordnung von drei bis fünfzehn Plenums, kann bis zu ungefähr einem halben Quadratzoll (in Länge und Weite) sein. Eine Vielzahl individuell betätigbarer Einrichtungen dieser Größe können eine Aufblasvorrichtung mit ausreichender Strömungs­ mittelausgabe vorsehen, um einen Airbag oder eine andere aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung aufzublasen.

Eine Aufblasvorrichtung 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung kann eine große Anzahl von Treibmittelkörpern 48 umfassen, wodurch ein wesentlicher Bereich zum Anpassen der Strömungsmittelausgabe der Aufblasvorrichtung ermöglicht wird. Die elektrische Fahrzeugschaltung 20 kann die Strömungsmittelausgaberate der Aufblasvorrichtung 10 über einen Zeitraum steuern, indem sie selektiv die Zündung jedes einen oder mehrerer einer Vielzahl von Treibmittelkörper 48 über einen ausgewählten Zeitraum bewirkt. Die Steuerung 22 funktioniert, in einer bekannten Weise, um die Treibmittelkörper 48 alle gleichzeitig oder in jeder gesteuerten Sequenz zu betätigen, abhängig von Informationen über das Fahrzeugereignis und In­ sasseninformationen, die von entsprechenden Sensoren empfangen werden, die Teil der elektrischen Fahrzeugschaltung 20 bilden.

Eine Aufblasvorrichtung gemäß der Erfindung kann ohne den Körper aus zündbarem Material 84 hergestellt sein. In diesem Fall würden die Verbren­ nungsprodukte der MEMS-Einrichtungen die Schutzeinrichtung 18 direkt auf­ blasen. Die Strömungsmittelausgabe einer solchen Aufblasvorrichtung würde abhängen von, und variieren mit, der Anzahl der MEMS-Einrichtungen, die erregt werden, und wann sie erregt werden.

Die Ausgabe des Sensormechanismus 60 wird verwendet, um zu helfen, die Betätigung der Aufblasvorrichtung 10 zu steuern. Genau gesagt sind einige gaserzeugende Materialien empfindlich gegenüber Temperatur und können, wenn die Temperatur höher ist, relativ weniger heiße Verbrennungsprodukte vom zu zündenden Zünder 14 erfordern als erwünscht. Abhängig von der durch den Temperatursensor 62 abgefühlten Temperatur kann die Steuerung 20 eine Bestimmung durchführen, wie viele der MEMS-Einrichtungen 30 er­ regt werden müssen, um die Verbrennung des Körpers aus zündbarem Mate­ rial zu verbessern.

Die Aufblasvorrichtung 14 kann von der Bauart sein, in der die MEMS- Einrichtungen 30 verwendet werden, um gespeichertes Gas direkt zu erwär­ men. In diesem Fall kann die Temperatur des gespeicherten Gases über­ wacht werden, um die Strömungsmittelausgabe der Aufblasvorrichtung zu verbessern. Abhängig von der vom Temperatursensor 62 abgefühlten Tem­ peratur kann die Steuerung 22 eine Bestimmung durchführen, wie viele der MEMS-Einrichtungen 30 erregt werden müssen, um einen gewünschten Druck des gespeicherten Gases zu erhalten. Der Temperatursensor 62 kann auch verwendet werden, um ungewöhnlich hohe Temperatur der Aufblasvor­ richtung 14 abzufühlen, wenn sie nicht betätigt ist und ansprechend darauf, die Selbstzündung der Aufblasvorrichtung zu initiieren.

Der Feuchtigkeitssensor 64 des Sensormechanismus 60 funktioniert, um die interne Feuchtigkeit der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen. Einige gaser­ zeugende Materialien sind empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und können, wenn die Feuchtigkeit höher ist, relativ mehr heiße Verbrennungsprodukte von den zu zündenden MEMS-Einrichtungen 30 erfordern als erwünscht.

Während der Lebensdauer der Aufblasvorrichtung funktioniert die Gasanaly­ seeinrichtung 66 der Anordnung 31, um die Zusammensetzung von Gas in einer Aufblasvorrichtung mit gespeichertem Gas zu überwachen. Die Gasanalyseeinrichtung 66 überwacht Gaszusammensetzung und liefert eine Ausgabe an die Steuerung 22 zur Verwendung beim, zum Beispiel, Steuern der Sequenz und Timing der Zündung der MEMS-Einrichtungen 30. Die Gasanalyseeinrichtung 66 könnte eine Schottky-Diode zum Messen von Wasserstoffgehalt oder Wasserstoffdruck umfassen.

Der Drucksensor 67 der Anordnung 31 funktioniert, um den internen Druck der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen. Die Ausgabe des Drucksensors 67, die ein für den Druck in der Aufblasvorrichtung 10 anzeigendes Steuersi­ gnal ist, kann in einem Rückmeldesystem mit geschlossener Schleife ver­ wendet werden, um Verbrennungseffizienz zu regulieren. Zum Beispiel kann die Steuerung 22 bestimmen, daß der Druck in der Aufblasvorrichtung 10 unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes ist, während der Zeit, wenn Strömungsmittel von der Aufblasvorrichtung zum Airbag 18 geleitet wird. An­ sprechend auf eine solche Bestimmung können zusätzliche Zellen in der An­ ordnung von MEMS-Einrichtungen 30 erregt werden, um Verbrennung und Druck in der Auflasvorrichtung zu erhöhen. So kann die Aufblasvorrichtung Verbrennung ohne einen mechanischen Regulator, beispielsweise eines Ventils, erhalten. Außerdem kann eine Aufblasvorrichtung 10, die ein zünd­ bares gaserzeugendes Material enthält, beispielsweise das zündbare Materi­ al 84, einen internen Minimaldruck erhalten, der nötig ist, um zu verhindern, daß das gaserzeugende Material ausgeht, wenn es einmal gezündet ist.

Die Ausgabe des Drucksensors 67 kann ebenfalls verwendet werden, um die Größe einer Berstscheibenöffnung zu steuern. Es kann wünschenswert sein, die Ausdehnung der Öffnung einer mechanischen Strömungssteuereinrich­ tung zu steuern, beispielsweise der Berstscheibe 82, während des Betriebs der Aufblasvorrichtung 10. Wenn MEMS-Einrichtungen verwendet werden, um die Berstscheibe 82 zu öffnen, kann die Ausgabe des Drucksensors 67 verwendet werden, um die Erregung dieser MEMS-Einrichtungen 30 zu steu­ ern.

Der Drucksensor 67 kann außerdem verwendet werden, um ungewöhnlich hohen Druck in einer Strömungsmittelkammer abzufühlen und ansprechend darauf Selbstzündung der Aufblasvorrichtung zu initiieren. Zusätzlich könnte der Drucksensor 67 verwendet werden, um eine Fahrerwarnung für niedrigen Gasdruck in einer Aufblasvorrichtung auszulösen, die unter Druck gespei­ chertes Gas verwendet.

Der Beschleunigungsmesser 68 der Anordnung 31 funktioniert, um Be­ schleunigung oder Verzögerung der Aufblasvorrichtung 10 abzufühlen. Die Ausgabe des Beschleunigungsmessers 68 kann an die Steuerung 22 gelie­ fert werden und in einer Bestimmung verwendet werden, ob die Aufblasvor­ richtung 10 betätigt werden soll. Die Anwesenheit eines Beschleunigungs­ messers 68 innerhalb der Aufblasvorrichtung 10 kann auf diese Weise den Bedarf für einen Sensor außerhalb der Aufblasvorrichtung eliminieren.

Der piezoelektrische Generator 70 funktioniert ansprechend auf Vibrationse­ nergie, um elektrischen Strom zu erzeugen, um die Anordnung 31 zu betrei­ ben. Da die Anordnung 31 ebenfalls den Kondensator 72 umfaßt, kann die Leistungsversorgung für die Aufblasvorrichtung 10 innerhalb des Druckgefä­ ßes gelegen sein, wobei für diesen Zweck keine Drähte durch die Wand des Behälters 16 gehen. Die Steuerung 22 kann auch innerhalb des Behälters 16 sein, was den Bedarf für die Drähte 56 eliminiert. Die Konsolidierung bzw. Ausführung des Beschleunigungsmessers 70 und des piezoelektrischen Ge­ nerators 68 auf einem einzigen MEMS-Chip wie beispielsweise der Anord­ nung 31 in diesem Fall würde ein vollständig selbstenthaltenes System er­ zeugen, das ein Zusammenstoßereignis abfühlen kann und selektiv eine ent­ sprechende Antwort initiieren kann.

Es ist möglich, ein Strömungsmittel zu verwenden statt eines feststofflichen Treibmittels, in MEMS-Einrichtungen, die in einer Aufblasvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Als ein Beispiel stellt Fig. 7 schematisch eine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruierte Aufblasvorrichtung 100 dar. Die Aufblasvorrichtung 100 verwen­ det MEMS-Einrichtungen, um Aufblasströmungsmittel zum Aufblasen einer Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung zu liefern.

Die Aufblasvorrichtung 100 umfaßt eine Anordnung 101. Die Anordnung 101 umfaßt ein Gehäuse 102, das drei Kammern 104 definiert. In jeder Kammer 104 ist ein Behälter 106 gelegen.

Der Behälter 106 enthält ein Strömungsmittel 108, das unter Druck stehen kann oder nicht. Jeder Behälter 106 ist durch einen zerreiß- bzw. zerbrech­ baren Wandteil 110 abgedichtet, beispielsweise eine Berstscheibe. Eine Sammelleitung 112 erstreckt sich über die Oberseite des Gehäuses 102. Die Sammelleitung 112 hat eine Vielzahl von Strömungsmittelauslässen 114, die in einer eins-zu-eins-Beziehung mit den zerreißbaren Wandteilen 110 der Behälter 106 angeordnet sind. Die Anordnung 101 umfaßt eine Basis 116, die sich über die Unterseite des Gehäuses 102 erstreckt. Die Basis 116 um­ faßt Leitungsdrähte 117, die elektrisch mit einer Vielzahl von Heizelementen 118 verbunden sind. Die Heizelemente 118 sind in einer eins-zu-eins- Beziehung den Behältern 106 zugeordnet. Jede individuelle Kombination ei­ nes Heizelementes 118 und eines Behälters 106 bildet eine MEMS- Einrichtung 120. Die Leitungsdrähte 117 sind ebenfalls elektrisch mit elektri­ scher Fahrzeugschaltung verbunden, beispielsweise der Schaltung 20 (Fig. 1).

Die Anordnung 101 umfaßt des weiteren eine Anordnungsbasis 130. Die Ba­ sis 116 ist auf der Anordnungsbasis 130 angebracht. Ein schematisch bei 132 gezeigter Sensormechanismus ist ebenfalls auf der Anordnungsbasis 130 angebracht, gemeinsam mit der Basis 116, als Teil der Anordnung 101.

Im Falle einer Fahrzeugkollision oder eines anderen Ereignisses, bei dem Schutz eines Fahrzeuginsassen erwünscht ist, sendet die elektrische -Fahr­ zeugschaltung 20 ein Betätigungssignal über die Leitungsdrähte 117 an die Aufblasvorrichtung 100. Die elektrische Fahrzeugschaltung funktioniert, um ein Betätigungssignal zum Erregen jeder ausgewählten einen oder mehrerer der MEMS-Einrichtungen 120 zu liefern. Die Ausgaben der Sensormecha­ nismen 132 werden beim Steuern der Erregung der individuellen MEMS- Einrichtungen 120 verwendet, in einer wie oben unter Bezug auf die Fig. 2-6 beschriebenen Weise.

Wenn eine individuelle MEMS-Einrichtung 120 erregt ist, erzeugt ihr Heiz­ element 118 Wärme bzw. Hitze, die in den zugeordneten Behälter 106 über­ tragen wird. Das Strömungsmittel 108 in dem Behälter 106 wird erhitzt und im Druck erhöht. Der erhöhte Druck bewirkt, daß der zugeordnete reißbare Wandteil 110 des Behälters 106 reißt, was das Strömungsmittel 108 freigibt, um aus dem Behälter zu strömen.

Das Strömungsmittel 108 wird, durch die Strömungsmittelauslässe 114, zu der Insassenschutzeinrichtung geleitet. Die Strömungsmittelausgabe der Aufblasvorrichtung 100 hängt ab von, und variiert mit, der Anzahl von MEMS- Einrichtungen 120, die erregt werden, und der Betätigungszeit jeder individu­ ellen Einrichtung. Daher kann die elektrische Fahrzeugschaltung 20 die Strömungsmittelausgabe der Aufblasvorrichtung 100 steuern, sowohl in der Zeit als auch der Dauer, indem sie selektiv jede eine oder mehrere einer Vielzahl der MEMS-Einrichtungen 120 über einen ausgewählten Zeitraum erregt.

Eine MEMS-Zünderanordnung, einschließlich eines Sensormechanismus, kann an anderen Stellen in einer Aufblasvorrichtung angeordnet werden. Zum Beispiel zeigt Fig. 8 eine Aufblasvorrichtung 140, die eine MEMS- Zünderanordnung 142 der oben unter Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Bauart aufweist. Die Zünderanordnung 142 umfaßt eine Vielzahl von MEMS- Einrichtungen 144, die entlang der Länge eines Unterlegstreifens (backing strip) 146 beabstandet sind. Der Unterlegstreifen 146 kann am Aufblasvor­ richtungsgehäuse 148 zum Beispiel mit einem Klebemittel 105 befestigt sein.

Die Zünderanordnung 142 erstreckt sich in einem Spiralmuster entlang der Länge des Aufblasvorrichtungsgehäuses 148. Die Aufblasvorrichtung umfaßt außerdem eine weitere MEMS-Zünderanordnung 152, die sich längsförmig entlang des Aufblasvorrichtungsgehäuses 148 erstreckt.

Fig. 9 und 10 zeigen eine Aufblasvorrichtung 160, die eine Vielzahl von MEMS-Zünderanordnungen 162 der oben unter Bezug auf Fig. 2 beschrie­ benen Bauart aufweist. Eine der Zünderanordnungen 162 erstreckt sich radi­ al entlang einer Endwand 164 des Aufblasvorrichtungsgehäuses 166. Andere MEMS-Zünderanordnungen 162 erstrecken sich in einem Umfangsmuster um die Innenwand des Aufblasvorrichtungsgehäuses 166 herum. Jede der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Zünderanordnungen 162 kann eine oder mehrere Sensoranordnungen der oben unter Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Bauart umfassen.

Wenn MEMS-Zünderanordnungen, wie beispielsweise die Anordnungen 142 und 162, so an unterschiedlichen Stellen in einer Aufblasvorrichtung vorge­ sehen sind, beispielsweise den Aufblasvorrichtüngen 140 und 160, kann der Zündungsprozeß gesteuert werden, um Verbrennungsprodukte an unter­ schiedlichen Stellen innerhalb einer Kammer in der Aufblasvorrichtung zu liefern.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine be­ kannte piezoelektrische Reaktionsplatte 170 (Fig. 6) als Teil einer MEMS- Zünderanordnung 14 verwendet, um, während der Betätigung der Aufblas­ vorrichtung 10, den vom MEMS-Zünder erzeugten Rückstoß zu messen. Die­ se Messung kann helfen zu bestimmen, wie viele der MEMS-Einrichtungen 30 erregt wurden, und kann eine binäre (ja/nein) Bestätigung geben, daß der Zünder 14 funktioniert hat. Das elektrische Ausgabesignal der Reaktions­ platte 170 kann an einer Stelle weg von der MEMS-Zünderanordnung 14 oder auf ihr verarbeitet werden. Andere Arten von Drucksensoren oder Kraftsensoren können anstatt der piezoelektrischen Reaktionsplatte 1710 für diesen Zweck verwendet werden.

Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserun­ gen, Veränderungen und Modifikationen der Erfindung entnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Fach­ könnens sollen von den angefügten Ansprüchen abgedeckt werden. (19349)

Claims (16)

1. Eine betätigbare Aufblasvorrichtung für eine aufblasbare Fahrzeugin­ sassenschutzeinrichtung, wobei die Aufblasvorrichtung folgendes auf­ weist:
eine Anordnung, die eine Vielzahl individuell erregbarer mikroelektro­ mechanischer System(MEMS)-Einrichtungen umfaßt, um bei Erregung die Aufblasvorrichtung zu betätigen;
wobei die Anordnung des weiteren einen Sensormechanismus umfaßt zum Abfühlen eines Zustands der Aufblasvorrichtung und zum Erzeu­ gen eines für den abgefühlten Zustand anzeigenden Steuersignals;
wobei die Vielzahl von MEMS-Einrichtungen ansprechend auf das Steuersignal ist, um die Betätigung der Aufblasvorrichtung zu steuern.

2. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensormechanismus funktioniert, um eine Temperatur in der Aufblasvorrichtung abzufühlen und ein für die abgefühlte Temperatur anzeigendes Steuersignal zu erzeugen.

3. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 2, die eine Steuerung aufweist zum Steuern, wie viele der Vielzahl von MEMS-Einrichtungen erregt werden ansprechend auf das für die abgefühlte Temperatur anzeigende Steu­ ersignal.

4. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor verwendet wird, um exzessive Temperatur in der Aufblasvorrichtung abzufühlen und einen Selbstzündungsmechanismus zu initiieren.

5. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensormechanismus funktioniert, um Feuchtigkeit in der Aufblasvorrichtung abzufühlen und ein für die abgefühlte Feuchtigkeit anzeigendes Steuersignal zu er­ zeugen.

6. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 5, die eine Steuerung aufweist zum Steuern, wie viele der Vielzahl von MEMS-Einrichtungen erregt werden ansprechend auf das für die abgefühlte Feuchtigkeit anzeigende Steu­ ersignal.

7. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensormechanismus funktioniert, um Gaszusammensetzung in der Aufblasvorrichtung ab­ zufühlen und ein für die abgefühlte Gaszusammensetzung anzeigen­ des Steuersignal zu erzeugen.

8. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensormechanismus funktioniert, um Druck in der Aufblasvorrichtung abzufühlen und ein für den abgefühlten Druck anzeigendes Steuersignal zu erzeugen.

9. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 8, die eine Steuerung aufweist zum Steuern, wie viele der Vielzahl von MEMS-Einrichtungen erregt werden ansprechend auf das für den abgefühlten Druck anzeigende Steuersi­ gnal.

10. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Drucksensor verwen­ det wird, um exzessiven Druck in der Aufblasvorrichtung abzufühlen und einen Selbstzündungsmechanismus zu initiieren.

11. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Drucksensor verwen­ det wird, um niedrigen Gasdruck in der Aufblasvorrichtung abzufühlen.

12. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensormechanismus funktioniert, um Beschleunigung oder Verzögerung der Aufblasvor­ richtung abzufühlen und ein für die abgefühlte Beschleunigung oder Verzögerung anzeigendes Steuersignal zu erzeugen.

13. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 12, die eine Steuerung aufweist zum Steuern der Zündung der Aufblasvorrichtung ansprechend auf das für die abgefühlte Beschleunigung oder Verzögerung anzeigende Steuersignal.

14. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensormechanismus funktioniert, um eine Reaktionskraft in der Aufblasvorrichtung abzu­ fühlen und ein für die abgefühlte Reaktionskraft anzeigendes Steuer­ signal zu erzeugen.

15. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Sensormechanismus funktioniert, um eine Reaktionskraft abzufühlen, die anzeigend für die Anzahl der MEMS-Einrichtungen ist, die während der Betätigung der Aufblasvorrichtung erregt werden.

16. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede eine der Vielzahl von MEMS-Einrichtungen eine Größe im Bereich von bis zu ungefähr ei­ nem halben Quadratzoll hat.