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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Airbags und Sensoren,
die verwendet werden, um die Airbagauslösung zu kontrollieren, und
im Besonderen Sensoren, die die tatsächliche Auslösungssequenz überwachen.
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Airbags
wurden ursprünglich
als ein passives Rückhaltesystem
entwickelt, aber es ist bekannt, dass sie am besten in Kombination
mit Sicherheitsgurten und anderen Sicherheitssystemen funktionieren.
Wenn der Fahrzeuginsasse so positioniert ist, dass eine Airbagauslösung gefährlich sein
könnte, wird
dies als „Out-of-Position" des Insassen bezeichnet.
Es wurden verschiedene Systeme entwickelt, um einen „Out-of-Poisition"-Insassen zu erkennen. Sensorsysteme,
die dazu entworfen sind, um die Position des Insassen zu erkennen,
erfordern oft eine ununterbrochene Überwachung, so dass im Fall
eines Zusammenstoßes
die Position des Insassen bekannt ist. Sensorsysteme, die dazu entworfen
sind, die Position des Insassen zu erkennen, wurden auf der Grundlage
von Ultraschall-, optischen oder Kapazitätssensoren vorgeschlagen.
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Ansätze nach
dem Stand der Technik versuchen auf der Grundlage von verschiedenen
Sensoren, den Abstand zwischen dem Airbag und einem Fahrzeuginsassen
zu bestimmen, bevor der Airbag ausgelöst wird. In vielen Fällen ist
der Fahrzeuginsasse in dem Augenblick, in dem die Entscheidung, den
Airbag auszulösen,
gefällt
wird, nicht zu nahe am Airbag, aber aufgrund der Rate, mit der sich
der Insasse dem Airbag annähert,
ist der Insasse zu nahe, wenn der Airbag tatsächlich auslöst. Um diese Situationen in
den Griff zu bekommen, sind kompliziertere Sensoren und Algorithmen
erforderlich, um zu versuchen, die Position des Insassen vorherzusagen, wenn
der Airbag tatsächlich
ausgelöst
oder fast vollständig
ausgelöst
ist. Das ideale Airbagauslösungssystem
funktioniert so, dass der Airbag vollständig oder fast vollständig auslöst, bevor
der Insasse auf den Airbag trifft.
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US 6189928 betrifft eine
Kraftfahrzeugairbagvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
umfassend ein Rückhaltemittel
zur Verzögerung des
Abschnittes der Airbagoberfläche,
der dazu bestimmt ist, auf den Fahrzeuginsassen zu treffen. Das Rückhaltemittel
umfasst eine Spule, die an das Fahrzeug befestigt ist, eine Schnur,
die um die Wicklungsvorrichtung gewickelt ist, einen Blockiermechanismus
und einen Sensor. Die Schnur ist auch an die Innenfläche des
Airbags befestigt und verlängert
sich im Augenblick der Auslösung
des Airbags, um dessen Form im ausgelösten Zustand zu beeinflussen. Der
Blockiermechanismus funktioniert in Abhängigkeit vom Sensorsignal.
Der Sensor umfasst einen Kontaktflächenbereich auf dem Airbag
und einen Betätigungsschaltkreis,
der mit dem Bremsmechanismus verbunden ist. Wenn der Airbag auslöst, wird
die Schnur von der Spule zurückgezogen,
und sobald der Kontaktflächenbereich
mit dem Fahrzeuginsassen in Kontakt kommt, sendet der Sensor ein
Signal an den Blockiermechanismus, der einen weiteren Rückzug der
Schnur blockiert. Der übermäßige Fluss des
verdichteten Gases, das vom Gasgenerator geliefert wird, wird über Entlastungsöffnungen,
die im Airbag selbst bereitgestellt sind, abgelassen.
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Eine
bekannte Art von Sensor, die in
EP 0990567A1 gezeigt wird, verwendet eine
Vielzahl von Bändern,
die sich zwischen der Vorderseite des Airbags und einer Abgabepatrone,
die auf dem Airbaggehäuse
angebracht ist, erstreckt. Bandentnahmesensoren innerhalb der Patrone überwachen
Markierungen auf dem Band, um die Rate zu bestimmen, mit der das
Band aus der Patrone zurückgezogen wird.
Die Bandentnahmesensoren erkennen den Airbagaufprall auf einen Insassen
durch eine Verringerung der Airbaggeschwindigkeit, die durch die
Rate des Bandrückzugs
aus der Patrone gemessen wird. Es sind Verbesserungen an den bekannten
Bandpatronen erforderlich, um die Funktionsfähigkeit und die Zuverlässigkeit
der Airbagauslösungsüberwachungssensoren
des Bandtyps zu verbessern. Eine derartige verbesserte Bandpatrone
wird gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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1 ist
eine Draufsicht von oben, teilweise im Querschnitt abgeschnitten,
des Airbagauslösungsratensensors
dieser Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittansicht des Airbagauslösungsratensensors von 1,
gesehen entlang der Schnittlinie 2-2.
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3 ist
eine Seitenaufriss-Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
des Ratensensors dieser Erfindung.
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4 ist
eine Seitenaufriss-Querschnittsansicht eines anderen alternativen
Ausführungsbeispiels
des Ratensensors dieser Erfindung.
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5 ist
eine Seitenaufriss-Querschnittsansicht eines weiteren alternativen
Ausführungsbeispiels
des Ratensensors dieser Erfindung.
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6 ist
eine detaillierte Draufsicht von oben des nach außen geneigten
Wellenstumpfes der Vorrichtung von 5.
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7 ist
eine Seitenaufriss-Querschnittsansicht noch eines anderen alternativen
Ausführungsbeispiels
des Ratensensors dieser Erfindung.
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8 ist
eine Draufsicht von oben, teilweise abgeschnitten, des Ausführungsbeispiels
von 7.
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9 ist
eine isometrische Ansicht, teilweise im Querschnitt abgeschnitten,
eines Airbagmoduls, wenn der Airbag ausgelöst ist.
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Unter
genauerer Bezugnahme auf 1-9, in denen
sich gleiche Zahlen auf ähnliche
Teile beziehen, wird in 9 ein Airbagmodul 10 gezeigt,
das einen Airbag 17 auslöst. Ein Airbaggehäuse 11 enthält einen
Zünder 12 und
eine Menge an Gaserzeuger 13 wie z.B. 5-Aminotetrazol und
ist hinter einer Instrumententafel 14 angebracht. Ein Fahrzeuginsasse 15 sitzt
auf einem Fahrzeugsitz 16 gegenüber dem Airbag 17.
Schnüre 34 sind
an die Innenfläche 44 des
Airbags 17 befestigt und werden innerhalb von Abgabepatronen 20,
die an das oder hinter dem Airbaggehäuse 11 angebracht
sind, zurückgehalten.
Die Patronen 20 sind bezüglich des Airbaggehäuses fest
angebracht, so dass die relative Bewegung des Airbags 17 gemessen
werden kann. Wenn das Airbagmodul 10 aktiviert wird, löst der Airbag 17 auf
den Fahrzeuginsassen 15 hin aus, und die Schnüre 34 werden
von den Patronen 20 zurückgezogen.
Der Zweck der Patronen 20 und der Schnüre 34, die aus den
Patronen 20 zurückgezogen
werden, ist es, das Erkennen eines „Out-of-Position"-Fahrzeuginsassen
zu ermöglichen
und die Auslösung
des Airbags in Antwort auf das Erkennen des „Out-of-Position"-Fahrzeuginsassen
anzupassen oder zu stoppen.
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Zur
Vereinfachung bei der Signalverarbeitung wird durch das Erkennen
der Rotationsrate von Spule 26, gezeigt in 2,
ein Wechselspannungssignal erzeugt, wenn die Schnur 34 aus
der Abgabepatrone 20 zurückgezogen wird. Das Wechselspannungssignal
kann auf eine Weise verarbeitet, verstärkt und gefiltert werden, die
hinsichtlich der Überwindung
von Geräuschquellen,
der Vereinfachung der Verarbeitung und der Zuverlässigkeit
der Algorithmen von Vorteil sein kann. Die Informationen von den
Sensoren, die die Rotation der Spule 26 erkennen, werden
an eine elektronische Steuereinheit geschickt, die dazu verwendet
werden kann, die Entlüftungsstutzen 18 zu
kontrollieren, die mit einer Zündkapsel
oder auf andere Weise aktiviert werden können, um Gase aus dem Airbaggehäuse 11 freizusetzen
und das Aufblasen zu verlangsamen oder zu stoppen. Die Öffnung der
Entlüftungsstutzen
reduziert den Druck im Airbag 17 fast unverzüglich.
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Die
Abgabepatrone 20 weist ein Gehäuse 22 und eine Abdeckung 24 auf.
Im Gehäuse 22 ist
die Spule 26 enthalten, die zur Rotation um einen zentralen
Wellenstumpf 28 angebracht ist, und eine Achse 29,
die vom Wellenstupf 28 definiert ist. Die Spule 26 weist
einen oberen 30 und einen unteren 32 Spulenflansch
auf, zwischen die eine Menge von leichter Leine 34 gewickelt
ist. Die Leine kann eine Schnur, ein Faden oder ein abgeflachtes
Band sein. Wie hier und in den Ansprüchen verwendet, wird „Schnur" als ein Bezug auf
ein flexibles, verlängertes
Teil mit jeder Querschnittsform, nicht nur einer runden Querschnittsform,
verstanden. Die Leine ist vorzugsweise an die Spule befestigt, um
die Rotation der Spule sicherzustellen, wenn die Leine entnommen
wird. Die Leine 34 ist auf eine zylindrische Fläche 36 gewickelt, die
sich zwischen dem oberen Spulenflansch 30 und dem unteren
Spulenflansch 32 erstreckt. Wie in 1 gezeigt,
erstreckt sich ein Ende 40 der Schnur 34 von der
Spule zu einer Öffnung 142 im
Gehäuse 22 und
ist an einem Innenwandabschnitt 44 des Airbags 17 befestigt.
Wenn der Airbag 17 aufgeblasen wird, zieht er Schnur 34 aus
dem Gehäuse 22 und verursacht
eine Rotation der Spule 26.
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Durch Überwachung
der Rotationsrate der Spule 26 wird die Rate überwacht,
mit der die Schnur 34 zurückgezogen wird, und die Rate,
mit der die Schnur 34 aus dem Gehäuse 22 zurückgezogen wird,
entspricht der Geschwindigkeit des Airbag-Wandabschnittes 44,
an den die Schnur 34 befestigt ist. Um dazu in der Lage
zu sein, zu erkennen, wann die Geschwindigkeit des Airbag-Wandabschnittes 44 abnimmt,
ist eine Bremse 48 innerhalb des Gehäuses 22 bereitgestellt,
wie in 1 gezeigt, die gegen die Spule 26 arbeitet,
um den Impuls der Spule zu überwinden,
der die Rotation der Spule 26 auch dann aufrecht erhalten
würde, wenn
der Rückzug
der Schnur verlangsamt oder gestoppt wäre. Die Bremse 48,
wie in 1-2 gezeigt, ist durch eine Feder 50 von
einem Wandabschnitt 52 des Gehäuses 22 weg geneigt,
um gegen den oberen und den unteren Spulenflansch 30, 32 einzugreifen.
Die Reibung zwischen der Bremse 48 und den Spulenflanschen 30, 32 wird
gewählt, so
dass die Schnur 34, die durch den sich ausdehnenden Airbag 17 gezogen
wird, leicht aus der Patrone 20 entnommen wird, aber die
Rotation der Spule 26 wird im Wesentlichen unverzüglich angepasst,
um der Schnurentnahmerate zu entsprechen. Die Vorwärtsgeschwindigkeit
des Airbags 17 verlangsamt sich in Antwort auf den Aufprall
auf ein Objekt. Somit kann durch Überwachung der Rotationsrate
der Spule 26 der Aufprall des Airbags 17 auf einen „Out-of-Position"-Insassen erkannt
werden.
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Die
Rotationsrate der Spule 26 wird durch das Durchströmen von
Licht von einer Lichtquelle 54 wie z.B. einer LED durch Öffnungen 56 in
einem Flansch 58, der sich zwischen der zylindrischen Fläche 36 und
einem inneren Kern 60 erstreckt, der den Wellenstumpf 28 umgibt,
erkannt. Ein Lichtnachweissensor 62 ist gegenüber der
Lichtquelle 54 angebracht, um das Licht zu empfangen, das
durch die Öffnungen 56 strömt. Wie
in 1 veranschaulicht, kann der Flansch 58 vier Öffnungen 56 aufweisen,
so dass Licht vom Sensor 62 viermal erkannt wird, wenn sich
die Spule 26 einmal dreht.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
der Abgabepatrone 64 wird in 3 veranschaulicht,
wobei eine Lichtquelle und ein Lichtsensor 66 miteinander verbunden
und unter der Spule 26 angebracht sind. Durchgangsöffnungen 56 im
Flansch 58 der Spule 26 reduzieren die Lichtmenge,
die an den Sensor 66 zurück reflektiert wird, und somit
ist es die Abwesenheit von Licht auf dem Sensor 66, die
die Rotation der Spule 26 anzeigt. Eine alternative Bremse 68 ist
innerhalb einer Abdeckung 70 angebracht. Die Bremse 68 ist
durch eine Feder 72, die zwischen der Abdeckung und der
Bremse angebracht ist, geneigt, so dass die Bremse nach unten auf
den oberen Flansch 30 der Spule 26 drückt, um
eine Bremsreibung hervorzurufen, die den Impuls der Spule und der
Schnur 34 überwindet.
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Ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
einer Bandabgabepatrone 74 wird in 4 gezeigt.
Ein Magnet 76 innerhalb der Abdeckung 78 ist über der
Spule 26 angebracht, und ein Magnetfeldsensor 80 wie
z.B. ein GMR-Sensor, ein Hallsensor oder ein Reed-Schalter ist unter
der Spule 26 angebracht. Ein magnetisches Nebenschlussmaterial 82 wie
z.B. ein Mu-Material oder ein anderes ferromagnetisches Material
wird an einzelnen Stellen auf dem Flansch 58 angebracht,
um ein Magnetfeld, das vom Magnet 76 erzeugt wird, selektiv
zu blockieren. Die Rotation der Spule 26 und des darauf
befestigten Nebenschlussmaterials 82 führt dazu, dass der Magnetfeldsensor
selektiv aktiviert wird. Somit kann die Rotationsrate der Spule
durch die Frequenz des Ausgabesignals des Magnetfeldsensors 80 erkannt
werden. Eine Bremse 84 ist in das Gehäuse 86 unter der Spule 26 eingebaut.
Eine Feder 88 neigt die Bremse 84 gegen den unteren
Flansch 32 der Spule 26, um den Impuls der Spule 26 und
des Bandes 90 zu überwinden.
Das Band 90 kann gewebt oder ein Plastik- oder Metallband
sein.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Bandabgabepatrone 92 wird in 5 gezeigt.
Ein kleiner, hoch leistungsfähiger
Magnet 94 wie z.B. ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet ist innerhalb
des Flansches 58 der Spule 26 angebracht. Die
Rotation des Magnets kann durch einen Magnetflusssensor 96 erkannt
werden, der so einfach wie eine einfache Schleife aus leitendem
Draht sein kann, in die durch das sich bewegende magnetische Feld,
das vom Magnet hervorgerufen wird, ein Stromfluss induziert wird.
Der Magnetflusssensor 96 kann auch ein Hallsensor, ein
GMR-Sensor oder ein Reed-Schalter sein. Die erkannte Drehbewegung
des Magnets entspricht der Rotation der Spule 26. Wie in 5 und 6 gezeigt,
ist der Wellenstumpf 98 aus zwei bremsbildenden Teilen 100 gebildet,
die gegen die Innenfläche 102 des
inneren Kerns 60 geneigt sind, um einen Bremsvorgang bereitzustellen,
um die Trägheit der
Spule 26 und der Schnur 34 zu überwinden.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Bandabgabepatrone 110 wird in 7 gezeigt.
Die Bandabgabepatrone 110 weist eine Spule 112 auf, auf
die eine Menge Schnur 114 gewickelt ist. Die Spule 112 wird
durch einen zylindrischen Innenabschnitt 116, um den die
Schnur 114 gewickelt ist, und einen oberen Flansch 118 und
einen unteren Flansch 120, die sich vom zylindrischen Innenabschnitt 116 radial
nach außen
erstrecken, definiert. Die Spule 112 ist durch eine Wickelfeder 124,
die sowohl an den Wellenstumpf 122 als auch an die Spule 112 befestigt
ist, zur Rotation um einen Wellenstumpf 122 angebracht.
Die Wickelfeder 124 dient als Bremse, die verhindert, dass
die Schnur 114 zurückgezogen wird,
wenn der Airbag, an den die Schnur 114 befestigt ist, auf
ein Objekt aufprallt und sich somit nicht mehr nach vorne bewegt
und Schnur aus der Abgabepatrone 110 zurückzieht.
Um zu verhindern, dass die Feder 124 die Schnur 114 auf
die Spule 112 zurückwickelt,
ist ein Sperrmechanismus bereitgestellt, der aus einer Klinke 126 und
Sperrzähnen 128 besteht,
die in den peripheren Kanten des oberen und des unteren Flansches 118, 120 gebildet
sind. Ein oder mehrere Magnete 129 sind auf dem zylindrischen
Abschnitt 116 der Spule 112 angebracht und werden
von einem Magnetflusssensor 130 wie z.B. einem Hallsensor,
einem GMR-Sensor, einem Reed-Schalter oder einer Drahtschleife erkannt.
Die Abgabepatrone 110 weist eine Abdeckung 132 auf, die
eine sich nach unten erstreckende Lippe 134 aufweist, die
durch Ultraschall geschweißt
werden kann, um eine hermetische Dichtung mit einer konischen Fläche 136 auf
dem Gehäuse 138 der
Bandabgabepatrone 110 zu bilden. 7 ist eine
teilweise auseinander gezogene Ansicht vor der Montage der Abdeckung 132 auf
das Gehäuse 138.
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Es
sollte deutlich sein, dass die Schnur 34, 114 durch
ein Band oder das Band 90 durch eine Schnur ersetzt werden
kann. Die Schnur oder das Band besteht vorzugsweise aus einem hochfesten, leichten
Material, z.B. aus einer hochfesten und hochmodulen Polyethylenfaser
(HSM-PE-Faser) oder einer aromatischen (Polyamid) Faser. Der Ausgang 142 der
Schnur 34, wie in 1 gezeigt,
ist mit einer Durchführungsdichtung 140 abgedichtet,
um zu verhindern, dass Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen
in das Innere der Patrone eindringen. Die Durchführungsdichtung 140 ist
mit der Schnur oder dem Band verbunden und kann durch Nuten befestigt sein,
die über
die Flansche passen, die von beiden Seiten des Ausgangs hervorspringen.
Wenn das Band aus der Patrone entnommen wird, bewegt sich die Durchführungsdichtung 140 mit
der Schnur und entfernt sich vom Ausgang 142, den sie zuvor
abgedichtet hat. Eine weitere Alternative ist ein Dichtungsmaterial
wie z.B. Wachs oder ein Elastomer wie z.B. Gummi, das eine Dichtung
bildet, die sich bei der Auslösung
des Airbags ebenfalls mit der Schnur entfernt. Der Ausgang 142 weist
eine Kurvenfläche 144 mit
einem sanften Radius auf, die sich achsensymmetrisch um die Schnur
erstreckt, so dass, wenn die Schnur während der anfänglichen
Schritte des Aufblasens des Airbags von einer Seite zur anderen
gezogen wird, die Schnur nicht klemmt. Der Ausgang 142 weist
einen derartigen Radius auf, dass sich die Größe des Ausgangs um die Schnur
erhöht,
wenn sich die Schnur aus dem Ausgang bewegt, um zu verhindern, dass
eine hohe Reibung erzeugt wird, wenn die Schnur über eine scharfe Ecke gezogen wird.
Wenn ein Band verwendet wird, ist der Ausgang auf beiden Seiten
des Bandes verjüngt,
um eine Bewegung des Bandes von einer Seite zur anderen anzupassen.
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Es
sollte deutlich sein, dass die verschiedenen Bremsmechanismen und
die verschiedenen Sensoren in Verbindung mit verschiedenen Lichtquellen
oder Quellen des Magnetflusses oder der magnetischen Abschirmung
verbunden werden können,
um zusätzliche
Ausführungsbeispiele
der Erfindung zu bilden, somit könnte
jeder Bremsmechanismus mit jedem Sensor oder umgekehrt verwendet werden.
Es sollte ebenfalls deutlich sein, zur Verdeutlichung der Veranschaulichung
die Bremsen 48, 68, 84, 100 von
der Spule 26 beabstandet gezeigt werden, jedoch in der
tatsächlichen
Praxis mit dem Abschnitt der Spule gegenüber der Bremse im Eingriff stehen. Ähnlich wird
zur Verdeutlichung eine Lücke zwischen
dem Wellenstumpf 28 und dem inneren Kern 60 gezeigt,
während
in der Praxis nur eine so große
Lücke zwischen
dem Wellenstumpf 28 und dem inneren Kern 60 gelassen
wird, wie für
die Rotation der Spule 26 erforderlich ist. Insbesondere,
wie in 5 und 6 veranschaulicht, sind die
Abschnitte 100 des Wellenstumpfes 98 mit der zylindrischen
Innenfläche 102 der
Spule 26 im Eingriff.
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Es
sollte ebenfalls deutlich sein, dass die Ultraschall-Schweißung, die
zwischen der Abdeckung 132 und der konischen Fläche 136 des
Gehäuses 138 veranschaulicht
wird, mit jedem der veranschaulichten Ausführungsbeispiele verwendet werden könnte.