Airbagmodul und Airbagsystem

Die Erfindung betrifft ein Airbagmodul sowie ein Airbagsystem, die für gewöhnlich in Kraftfahrzeugen Teil eines Insassen rückhaltesystems bilden.

Airbagsysteme bilden heutzutage gemeinsam mit Sicherheitsgurten die wichtigsten passiven Sicherheitselemente eines Insassen rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, das schwerwiegenden Verletzungen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeuges auf ein Hindernis entgegenwirken soll.

Airbagsysteme weisen zumeist mehrere Airbagmodule auf, die jeweils wenigstens einen Airbagsack umfassen, der, wenn es zu einem Aufprall kommt, mit einem Airbaggas befüllt wird. Dabei entfaltet sich der Airbagsack innerhalb eines kurzen Zeitin tervalls von 10 ms bis 50 ms zwischen einem Insassen und Teilen eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges, und bildet ein Kissen. Dadurch wird verhindert, dass der Insasse gegen harte Teile des Innenraumes wie beispielsweise ein Lenkrad oder Armaturenbrett prallt .

Das Airbaggas wird in einem Gasgenerator, beispielsweise in einem Kaltgasgenerator, mit einem Hochdruck zwischen 50 bar und 1000 bar bereitgestellt.

Airbagsysteme weisen weiter wenigstens einen Sensor auf, der im Falle eines Aufpralls einen Aufprallzeitpunkt tO detektiert. Nach einer gewissen Zeit (ms-Bereich) nach diesem Aufprall zeitpunkt tO wird die Airbagauslösung gestartet. Dazu weisen die Airbagmodule den beispielsweise Kaltgasgenerator auf, der das Airbaggas, mit dem der Airbagsack befüllt werden soll, be reitstellt. Das Airbaggas aus dem Kaltgasgenerator strömt in den Airbagsack, füllt diesen und sorgt für seine Entfaltung. Derzeit löst das Airbagsystem kurz nach dem Aufprallzeitpunkt tO aus, d. h. erst wenn der Aufprall bereits erfolgt ist. Bei zukünftigen Airbagsystemen ist es jedoch geplant, durch ge eignete Sensoren und Auswertung deren Signale einen Zeitpunkt tn zu erkennen, bei dem ein Aufprall unvermeidbar ist. Es ist geplant, das Airbagsystem bereits vor dem Aufprall zu aktivieren, um so den oder die Insassen eines Kraftfahrzeuges noch besser vor Verletzungen schützen zu können.

Um einen optimalen Füllverlauf des Airbagsackes durchführen zu können, ist eine Regelung des Massestroms iii des Airbaggases aus dem Kaltgasgenerator erforderlich. Dazu wird in einer Gaszu führung zwischen dem Kaltgasgenerator und dem Airbagsack eine Ventilanordnung vorgesehen, über die es möglich ist, die Füllung des Airbagsackes mit dem Airbaggas gezielt einem Aufprallverlauf bei einem Unfall anpassen zu können.

Bei einem Unfall des Fahrzeuges kann es passieren, dass eine Spannungsversorgung zu einer Steuereinrichtung des Airbag systems unterbrochen wird. In solchen Steuereinrichtungen ist jedoch zumeist eine Kurzzeitspeicherung von Energie vorhanden, um die Steuerfunktionen auch im Falle eines Spannungsabbruches zu gewährleisten. Daher besteht die Möglichkeit, mit einer geringen Menge an elektrischer Energie Funktionen zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Airbagmodul vorzuschlagen, das auch mit einer geringen Menge an zuführbarer elektrischer Energie zuverlässig funktioniert.

Diese Aufgabe wird mit einem Airbagmodul mit der Merkmals kombination des Anspruches 1 gelöst.

Ein Airbagsystem, das ein solches Airbagmodul aufweist, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein Airbagmodul weist einen Airbagsack, der im Betrieb mit einem druckbeaufschlagten Airbaggas befüllt wird, und einen Kalt gasgenerator zum Bereitstellen des druckbeaufschlagten Air baggases auf. Weiter weist das Airbagmodul eine Gaszuführung zwischen Kaltgasgenerator und Airbagsack zum Zuführen des bereitgestellten druckbeaufschlagten Airbaggases von dem Kaltgasgenerator in den Airbagsack auf. In der Gaszuführung ist eine Ventilanordnung zum Freigeben eines vordefinierten Mas sestroms m des druckbeaufschlagten Airbaggases aus dem Gas generator angeordnet.

Der Massestrom m des Airbaggases ist dabei definiert durch die

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Masse, die pro Zeiteinheit zu dem Airbagsack hin strömt (—) .

Die Ventilanordnung weist ein elektrisch ansteuerbares Sol enoidventil auf, das als bistabiles Ventil ausgebildet ist.

Dadurch, dass in der Gaszuführung zwischen dem Kaltgasgenerator und dem Airbagsack ein elektrisch ansteuerbares Solenoidventil vorgesehen ist, ist es möglich, die Füllung des Airbagsackes mit dem Airbaggas gezielt einem Aufprallverlauf bei einem Unfall anpassen zu können. Um einen optimalen Füllverlauf des Air bagsackes durchführen zu können, z. B. indem der Airbagsack bereits vor dem erwarteten Aufprall vorgefüllt und später noch nachgefüllt wird, ist eine Steuerung des Massestroms m des Airbaggases aus dem Kaltgasgenerator erforderlich. Über die Ventilanordnung bzw . das elektrisch ansteuerbare Solenoidventil kann zu jedem Zeitpunkt vor, während und nach dem Aufprall der Massestrom iii gezielt gesteuert und somit die Befüllung des Airbagsackes zu jedem Zeitpunkt geregelt werden. So ist es möglich, die Befüllung des Airbagsackes gezielt an den Auf prallverlauf anzupassen.

Dadurch, dass das Solenoidventil als bistabiles Ventil aus gebildet ist, weist es zwei Positionen auf, die das Ventil selbständig, d. h. ohne Zufuhr von äußerer Energie, halten kann. Damit ist es möglich, eine Offen- bzw. eine Geschlossenposition des Solenoidventils gezielt beizubehalten, auch wenn wegen einer Unterbrechung der Spannungsversorgung keine elektrische Energie zur Verfügung steht.

Vorzugsweise weist das bistabile Ventil ein entlang einer Bewegungsachse bewegliches Aktorelement auf, wobei zwei sich entlang der Bewegungsachse gegenüberliegende Halteposition für das Aktorelement vorgesehen sind, in denen das Aktorelement ohne elektrische Energiezufuhr gehalten wird.

Die Verwendung des bistabilen Ventiles begrenzt daher die notwendige Energiezufuhr zum Betreiben des Solenoidventiles . Nur in dem Moment, in dem das bistabile Ventile zwischen seinen zwei Haltepositionen - Offenposition und Geschlossenposition - schalten muss, ist ein Stromfluss, d. h. eine elektrische Energiezufuhr, notwendig. Für die restliche Zeit verbleibt das bistabile Ventil in einer der beiden Haltepositionen ohne weitere Energiezufuhr von außen.

Lediglich zum Zeitpunkt der Aktivierung bzw. Deaktivierung des Ventils wird eine elektrische Energiezufuhr benötigt. Dabei ist es möglich, über die geringfügige elektrische Energiereserve in der Steuereinrichtung, das bistabile Ventil zu aktivieren. Dadurch kann das Airbagmodul sicher ohne Zufuhr von äußerer Energie betrieben werden und ist somit unabhängig von einer Energieversorgung. Die Deaktivierung des bistabilen Ventiles kann beispielsweise nach einer Reaktivierung der äußeren Energiezufuhr erfolgen.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Airbagsystem, das das Airbagmodul wie oben beschrieben aufweist, eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Solenoidventils aufweist, wobei die Steuerein richtung eine elektrische Energiereserve aufweist, die dem Solenoidventil zugeführt werden kann, um eine Bewegung des Aktorelements entlang der Bewegungsachse zu induzieren.

Vorteilhaft ist die Steuereinrichtung zum Ansteuern des Sol enoidventils derart ausgelegt, dass das Solenoidventil zum Induzieren der Bewegung des Aktorelements lediglich mit einem elektrischen Impuls beaufschlagt wird.

Der elektrische Impuls reicht dabei aus, das Aktorelement aus einer der beiden Haltepositionen in Richtung auf die andere Halteposition zu bewegen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Airbagsystems mit einem Airbagsack, einem Kaltgasgenerator, einer Gaszuführung zwischen Kaltgasgenerator und Airbagsack und einem bistabilen Ventil in der Gaszuführung; und Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Stromflusses zu einem Solenoidventil in dem Airbagsystem aus Fig. 1, wobei in a) das Solenoidventil als normales Ventil und in b) das Solenoidventil als bistabiles Ventil aus gebildet ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Airbagsystems 10, das Teil eines Insassenschutzes in einem Kraftfahrzeug ist.

Das Airbagsystem 10 weist ein Airbagmodul 12 und eine Steu ereinrichtung 14 auf, die das Airbagmodul 12 gezielt ansteuert. Das Airbagmodul 12 umfasst einen Kaltgasgenerator 16 und einen Airbagsack 18, wobei in dem Kaltgasgenerator 16 ein druckbe aufschlagtes Airbaggas 20 bereitgestellt wird, das im Betrieb des Airbagmoduls 12 den Airbagsack 14 befüllt, wodurch sich dieser entfaltet, ein Kissen bildet und Insassen von harten Teilen des Kraftfahrzeuges trennt. Dadurch können Verletzungen der Insassen vermieden werden.

Außerhalb und innerhalb des Kraftfahrzeuges sind Sensoren angeordnet, die einerseits die Geschwindigkeit des Kraft fahrzeuges und eine Entfernung zu dem Hindernis, und andererseits Größe und Gewicht des oder der Insassen erfassen können. Über diese Parameter ist es möglich, einen Aufprallverlauf eines unvermeidbaren Aufpralles des Kraftfahrzeuges auf das Hindernis vorauszuberechnen und zu ermitteln, zu welchen vorbestimmten Zeitpunkten tn der Airbagsack 18 wie stark aufgeblasen sein muss, um den oder die Insassen maximal schützen zu können.

Die Steuereinrichtung 14 erfasst die Signale der Sensoren und ermittelt aus diesen Signalen den voraussichtlichen Auf prallverlauf. Dadurch kann die Steuereinrichtung 14 definieren, welcher Massestrom m des Airbaggases 20 zu dem Airbagsack 18 zugeführt werden muss.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist das Airbagmodul 12 neben dem Airbagsack 18 und dem Kaltgasgenerator 16 eine Gaszuführung 22 auf, über die das Airbaggas 20 von dem Kaltgasgenerator 16 zu dem Airbagsack 18 geleitet werden kann.

In der Gaszuführung 22 ist eine Ventilanordnung 24 vorgesehen, die ein elektrisch ansteuerbares Solenoidventil 26 aufweist, das so über die Steuereinrichtung 14 ansteuerbar ist, dass die Gaszuführung 22 gezielt geöffnet bzw. verschlossen werden kann. So kann ein von dem Kaltgasgenerator 16 zu dem Airbagsack 18 zugeführter Massestrom iii des Airbaggases 20 vordefiniert ge steuert werden.

Das Solenoidventil 26 weist einen Ventilbereich 28 auf, bei dem ein Schließelement 30 mit einem Ventilsitz 32 zusammenwirkt, um das Solenoidventil 26 in einer Geschlossenposition zu halten.

Das Schließelement 30 ist mit einem Aktorelement 34 des Sol enoidventils 26 gekoppelt, das in einem elektrisch angesteuerten Zustand eine Bewegungskraft F _B auf das Schließelement 30 ausübt, so dass sich das Schließelement 30 zwischen seiner Geschlos senposition und seiner Offenposition bewegt. Dazu bewegt sich das Ankerelement 34 entlang einer Bewegungsachse 36 und nimmt das Schließelement 30 jeweils mit. Das Aktorelement 34 wird dadurch in Bewegung entlang der Bewegungsachse 36 versetzt, dass es eine elektrische Energiezufuhr ausgehend von der Steuereinrichtung 14 erfährt, indem es mit einem Strom I beaufschlagt wird. Das Solenoidventil 26 in Fig. 1 ist als bistabiles Ventil 38 ausgebildet. Das bedeutet, dass das Aktorelement 34 entlang der Bewegungsachse 36 zwei stabile Haltepositionen 40, 42 einnehmen kann, die sich entlang der Bewegungsachse 36 gegenüberliegen. Befindet sich das Aktorelement 34 in einer dieser Haltepositionen 40, 42, wird keine elektrische Energiezufuhr von außen, bei spielsweise über die Steuereinrichtung 14, benötigt, damit das Aktorelement 34 in der jeweiligen Halteposition 40, 42 verbleibt. D. h. in diesen beiden Haltepositionen 40, 42 ist das Sol enoidventil 26 stabil.

Um zwischen den beiden Haltepositionen 40, 42 hin- und her zuschalten, wird lediglich ein kurzer elektrischer

(Strom-) Impuls benötigt, der das Aktorelement 34 aus der je weiligen Halteposition 40, 42 heraushebt. Das Solenoidventil 26 muss demgemäß nicht dauerhaft mit einem Strom I beaufschlagt sein, um von der Geschlossenposition in die Offenposition und umgekehrt wechseln zu können. Das Solenoidventil 26 arbeitet daher besonders energiesparsam.

Denn im Falle eines Unfalls kann es passieren, dass eine permanente Stromversorgung der Steuereinrichtung 14 bzw. des Airbagmoduls 12 unterbrochen wird. Dann kann das Solenoidventil 26 nicht über den „normalen" Stromfluss wie beispielsweise über eine funktionsfähige Batterie versorgt werden. Ist das Sol enoidventil 26, wie dies bislang der Fall war, als „normales" Ventil ausgebildet, ist es häufig nach einem Unfall nicht mehr möglich, das Solenoidventil 26 gezielt anzusteuern.

Diese Situation ist in der schematischen Darstellung in Fig. 2a) gezeigt, die dem Stand der Technik entspricht. Hier fließt ausgehend von einer funktionsfähigen Batterie 44 ein Strom I über die Steuereinrichtung 14 zu dem Solenoidventil 26, das, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, als „normales" Solenoidventil ausgebildet ist. Wird nun die Stromversorgung aus der Batterie 44 durch einen Unfall unterbrochen, wird das Solenoidventil 26 nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt, und kann daher nicht mehr durch die Steuereinrichtung 14 angesteuert werden. Fig. 2b) zeigt jedoch ein Airbagsystem 10, bei dem statt eines „normalen" Solenoidventils 26 ein bistabiles Ventil 38 verwendet wird. Um das Solenoidventil 26 ansteuern zu können, reicht hier eine Energiereserve 46, die in der Steuereinrichtung 14 vorhanden ist, aus, so dass auch bei einer unterbrochenen Energieversorgung von Seiten der Batterie 44 eine normale Ansteuerung des bistabilen Ventiles 38 möglich ist.