(57)【要約】少なくとも１つのエアバッグ（１）、エアバッグにガスを充填するための少なくとも１つのガス発生器（２）、エアバッグの作動を制御するエアバッグ制御装置（３）、エアバッグの膨張速度を検出する膨張速度検出手段（７）および膨張速度を考慮してエアバッグへのガスの充填量を制御する充填量制御手段（６）を有する乗員保護装置、特に車両用の乗員保護装置を提供する。ここで本発明によれば、乗員保護装置は、構造的に簡単に実現可能な膨張速度に依存した充填量制御手段を有する。このためにガス発生器（２）とエアバッグ（１）とのあいだに少なくとも１つの放出弁（１０）が設けられており、さらに放出弁（１０）の閉鎖部に対する制御可能な操作手段（１５）も設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのエアバッグ（１）、エアバッグにガスを充填するための少なくとも１つのガス発生器（２）、エアバッグの作動を制御するエアバッグ制御装置（３）、エアバッグの膨張速度を検出する膨張速度検出手段（７）および該膨張速度を考慮してエアバッグへのガスの充填量を制御する充填量制御手段（６）を有する
乗員保護装置、例えば車両用の乗員保護装置において、
ガス発生器（２）とエアバッグ（１）とのあいだに少なくとも１つの放出弁（１０）が設けられており、さらに放出弁（１０）の閉鎖部に対する制御可能な操作手段（１５）も設けられている
ことを特徴とする乗員保護装置。
【請求項２】
前記放出弁の閉鎖部に対する操作手段（１５）はエアバッグ制御装置（３）により制御される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記放出弁の閉鎖部に対する操作手段（１５）は機械式または液圧式のレバー装置（１８）に接続された少なくとも１つのピエゾアクチュエータ（１７）を有する、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記放出弁の閉鎖部に対する操作手段（１５）は少なくとも１つの電磁石を有する、請求項１または２記載の装置。
【請求項５】
エアバッグ（１）にガスを充填するために圧力容器（２１）を備えた冷ガス発生器が使用され、該圧力容器には圧力をかけられた希ガス混合気が充填されており、さらに該圧力容器の閉鎖部はパイロ技術爆薬（２３）によって破壊されるラプチャディスク（２２）から成る、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記膨張速度検出手段（７）は膨張するエアバッグへ光信号を送信する送受信装置（２４）を有しており、エアバッグの内側には少なくとも部分的に光反射性コーティング（２５）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
エアバッグの膨張速度がドップラー効果または三角法を用いた伝搬時間測定により求められる、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、少なくとも１つのエアバッグ、エアバッグにガスを充填するための少なくとも１つのガス発生器、エアバッグの作動を制御するエアバッグ制御装置、エアバッグの膨張速度を検出する膨張速度検出手段およびこの膨張速度を考慮してエアバッグへのガスの充填量を制御する充填量制御手段を有する乗員保護装置、特に車両用の乗員保護装置に関する。
【０００２】
車両のエアバッグは一般に所定の座席またはそこに座る乗員に対して割り当てられている。作動されたエアバッグの緩衝作用は相応に乗員が事故状況に応じて怪我をする危険を最小化するため、エアバッグのトリガの瞬間に乗員が座席のバックレストにもたれる正しい姿勢を取ってシートベルトを締めている場合に効力を発揮する。これはそもそも乗員が事故に遭う前にエアバッグの完全膨張の範囲から所定の距離だけ離れていることが前提である。しかし事故は乗員がたまたま他の姿勢を取っているとき、例えば前屈みになっているときに発生することもある。こうしたいわゆる“アウトオブポジション状況”では、乗員が制御されないまま膨張されたエアバッグにぶつかり、きわめて重大な怪我をするおそれがある。したがって、エアバッグの膨張速度を検出し、エアバッグの展開領域内に障害物が存在する場合には充填量を低減するというコンセプトが既に種々に提案されている。
【０００３】
国際公開第０３／０３９９１８号明細書には、エアバッグにガスを充填する充填装置を備えた乗員保護装置が記載されている。エアバッグの膨張速度はここでは無接触で検出される。このために電磁波の送受信装置とエアバッグカバーに配置されたいわゆる問い合わせユニットとが設けられている。エアバッグが展開されるあいだ、送受信装置は電磁波をエアバッグカバーとともに運動する問い合わせユニットへ送信する。これに応じて問い合わせユニットから送受信装置へ返送された応答信号は送受信装置に接続された評価ユニットで評価される。
【０００４】
前掲の国際公開第０３／０３９９１８号明細書に記載されている手段では、エアバッグへのガスの充填量を膨張速度に依存して制御することができる。ただし相応に実際のエアバッグへのガスの充填量を制御することは膨張時間が全体でも約３０ｍｓしかないため困難である。
【０００５】
本発明の利点
本発明によれば、乗員保護装置は、構造的に簡単に実現可能な膨張速度に依存した充填量制御手段を有する。
【０００６】
本発明の乗員保護装置ではこのためにガス発生器とエアバッグとのあいだに少なくとも１つの放出弁が設けられている。放出弁の閉鎖部に対する制御可能な操作手段も設けられている。
【０００７】
本発明によれば、このように外部へ作用する制御可能な放出弁を介して、エアバッグの展開領域内に障害物が検出された場合、またはエアバッグの膨張速度から障害物の存在が推論される場合、簡単に所定量の圧力ガスを放出することができる。エアバッグへのガスの充填量は膨張速度または障害物の位置および大きさを考慮して簡単に制御することができる。
【０００８】
多くの乗員保護装置には中央にエアバッグ制御装置が設けられており、危険な状況をできるかぎり確実に識別して適切な拘束手段を作動させるために、車両のステータス、座席占有状態、交通状況などに関する全ての情報が制御装置へ供給される。この場合有利には、エアバッグの膨張速度検出手段および放出弁の閉鎖部に対する操作手段もエアバッグ制御装置に接続される。こうすれば一方ではエアバッグ制御装置は適切な手段を介して膨張速度の計算および解釈に利用される測定データを評価でき、他方では供給される情報（例えば座席占有状態の情報）を膨張速度の解釈および制御の際に考慮できる。さらにエアバッグ膨張の測定データの検出から放出弁の制御までの信号の伝搬時間も中央のエアバッグ制御装置により最小化することができる。
【０００９】
一方では放出弁の閉鎖部は作動されたガス発生器から流れるガスに対して充分に大きなチョーク作用が得られ、エアバッグが最大速度で完全に膨張されるように構成されなければならない。しかし他方では、放出弁が開放されているとき外部へ向かう充分な量の放出流が得られ、エアバッグの膨張の抑圧が達成されるように放出開口を構成しなければならない。エアバッグの膨張速度および充填量を制御するためには、そもそも、高速のバルブストロークを実現する必要がある。このために有利には、放出弁の閉鎖部に対する操作手段は機械式または液圧式のレバー装置に接続されたピエゾアクチュエータを有する。同様に本発明の乗員保護装置の有利な実施形態として、放出弁の閉鎖部を電磁石によって操作してもよい。
【００１０】
基本的には本発明の乗員保護装置はあらゆるタイプのガス発生器とともに実現可能である。ただしここで放出弁を用いるコンセプトから、使用されるガスまたは混合気の物理的特性および化学的特性、特に放出流速度が考慮される。特に簡単に取り扱うことのできる低コストな実施形態として、本発明の乗員保護装置に圧力をかけた希ガス混合気の充填された冷ガス発生器を設ける。このガス発生器はパイロ技術爆薬によりラプチャディスクが破壊されて動作するように構成されている。
【００１１】
エアバッグの膨張に希ガス混合気を使用することは膨張速度の検出を行う際に有利であると判明している。希ガス混合気は強い酸性を示すため、光はこうした媒体中を阻止されずに伝搬する。膨張速度を求めるために光測定プロセスを用いるときわめて信頼性の高い結果が得られる。本発明の乗員保護装置の有利な実施形態では、光信号、例えばパルス状の赤外光を膨張するエアバッグへ向かって送信する送受信装置が設けられる。さらにエアバッグの内側には少なくとも部分的に、当該の光信号を反射して送受信装置へ返送する光反射性のコーティングが設けられる。エアバッグの膨張速度はドップラー効果または三角法を用いた伝搬時間測定により簡単に求めることもできる。
【００１２】
図面
前述したように、本発明の種々の手段およびコンセプトを有利な種々の実施形態として実現することができる。有利な実施形態は請求項１に従属する請求項に記載されている。また図示の本発明の実施例を以下に詳細に説明する。
【００１３】
図１には本発明の乗員保護装置のブロック図が示されている。図２には図１の乗員保護装置の基本図が示されている。図３には図２の放出弁の閉鎖部の平面図が示されている。図４には図３の放出弁の閉鎖部に対する操作手段としてのピエゾアクチュエータが示されている。
【００１４】
実施例の説明
図１に示されている車両用乗員保護装置のシステムはエアバッグ１を有しており、このエアバッグには必要な場合にガス発生器２によってガスが充填される。ガス発生器２は中央のエアバッグ制御装置３に接続されており、この制御装置には車両のステータス、走行状況、交通状況、座席占有状態などに関する全てのデータが供給される。このことは矢印４で示されている。これらの情報を評価することにより、エアバッグ制御装置３は危険状況を早期に識別し、例えばクラッシュの重大度やタイプをクラシフィケーションして、適切な防止措置を開始することができる。エアバッグ制御装置３は所定の危険状況で信号線路５を介してガス発生器２を作動させ、エアバッグ１をトリガする。
【００１５】
ガス発生器２の機能を保証するために、ここに図示されている実施例では、ガス発生器２のガス圧が連続的に監視される。このために相応のデータが信号線路１１を介してエアバッグ制御装置３へ伝送される。さらにエアバッグ制御装置３は車両内に組み込まれたハンズフリー装置のマイクロフォン１２に接続されており、このマイクロフォンは事故発生時にはクラッシュレコーダとともに作動される。このようにして事故の経過および乗員拘束手段のトリガが音響信号の形式でドキュメンテーションされる。
【００１６】
ガス発生器２は接続モジュール６およびエアバッグ１の前方に接続された測定モジュール７を介してエアバッグ１に接続されている。測定モジュール７はエアバッグ１の膨張速度を検出するために用いられるが、このことについては図２に則して詳細に説明する。測定値の評価は測定モジュール７および／または双方向線路８を介してこの測定モジュール７と接続されたエアバッグ制御装置３において行われる。
【００１７】
エアバッグ１へのガス充填量は少なくとも１つの放出弁１０を備えた接続モジュール６によって制御される。これは図２に示されている。放出弁の閉鎖部は信号線路９を介してエアバッグ制御装置３により制御可能である。エアバッグ制御装置３は図示の実施例ではエアバッグへのガス充填量の制御を担当しており、その際に測定モジュール７で求められたエアバッグ１の膨張速度を考慮する。放出弁１０の閉鎖部に対する操作手段は図３，図４に則して詳細に説明する。
【００１８】
本発明の乗員保護装置の機能にとって特に重要なのは、ガス発生器２とエアバッグ１とのあいだに配置された放出弁１０である。図２にはこの構成の有利な実施例が示されている。放出弁１０はここでは接続モジュール６として用いられるケーシング部２０のケーシング壁内に設けられている。エアバッグ１は放出弁１０とは反対側のケーシング壁の開口を介してケーシング部２０に接続されている。図２ではエアバッグ１は折り畳まれた状態で示されている。
【００１９】
ガス発生器２として適切な希ガス混合気の充填された圧力容器２１が使用される。希ガス混合気は例えば９４％のアルゴンと６％のヘリウムとに約５００ｂａｒの圧力のかけられた混合気であるか、またはアルゴン窒素混合気である。ガス発生器２もケーシング部２０に接続されており、圧力容器２１の閉鎖部はラプチャディスク（Berstscheibe）２２によって形成され、ケーシング壁の別の開口の上方に配置されている。ラプチャディスク２２はガス発生器２とは反対側のケーシング壁に配置された相応の寸法のパイロ技術爆薬（pyrotechnische Ladung）２３によって破壊される。所定の圧力をかけられたガスは圧力容器２１からケーシング部２０を通って一方では接続されたエアバッグ１へ流れ込み、他方で放出弁１０が開放されている場合にはこれを介して外部へ放出される。
【００２０】
エアバッグ１の膨張速度の測定、より正確に言えば乗員に向かうエアバッグ表面の運動速度の測定はここでは光学的に行われる。このためにケーシング部２０の内部に送受信装置２４が設けられ、光信号、例えばパルス状の赤外光が膨張するエアバッグ１へ送信される。この信号は少なくとも部分的に光反射性コーティング２５を有するエアバッグ１の内部で反射される。エアバッグ１に流れ込む希ガス混合気は強い酸性を示すので、光信号は阻止されずに伝搬する。反射されたパルス状の赤外光の走行時間の変化から、乗員に向かうエアバッグ表面の運動速度を計算することができる。もちろんドップラー効果または三角法を利用する他の光学的測定法を用いて膨張速度を求めてもよい。
【００２１】
エアバッグが完全に膨張する前に膨張速度が低下すれば、エアバッグの展開領域内に障害物が存在するということを意味する。一般にこれはアウトオブポジション状況である。関連する乗員が膨張するエアバッグで怪我するのを阻止するために、放出弁１０を用いてガス発生器２から流れ込む充填ガスの一部を矢印２６で示されているように外部へ逃がす。それでもエアバッグ１はいちおう膨張しているので、充分に良好に乗員の衝突の衝撃を緩和する。外部へ放出される充填ガスの量は乗員の怪我の危険ができるだけ小さくなるように制御される。
【００２２】
前述したように、図３には図２の放出弁１０の閉鎖部のＡ−Ａ線での断面が示されている。放出弁１０はここでは閉鎖絞りの形態でケーシング部２０の壁に配置されており、ほぼ矩形の開口１３とこの開口の大きさに相応する閉鎖部１４とを有する。この閉鎖部はふだんは操作手段１５により開口１３内に保持されているが、操作手段１５が相応に駆動されると開口１３から持ち上げられる。
【００２３】
図示の実施例では、開口１３は約０．５ｃｍ×０．５ｃｍ＝０．２５ｃｍ２の面積を有する。ガス発生器は充填ガスを過剰に有しているので、放出弁１０の閉鎖部は密封しなくてもよい。外部へ向かうガスに対するチョーク作用はバルブが閉鎖されているときに約０．１ｍｍ幅の狭いスリットが生じれば一般に充分である。バルブストローク約１ｍｍ、バルブの位置でのケーシング部２０の壁の厚さ０．５ｍｍとすると、自由面積０．２５ｃｍ２、スリット幅０．５ｍｍである。ガス圧２００ｂａｒで閉鎖絞りには０．５ｋＮの力がかかり、この力が操作手段１５に対して作用する。エアバッグの膨張時間が約３０ｍｓである場合、エアバッグ表面の運動速度を迅速に制御するには、バルブのフルストロークに０．５ｍｓ以上かかってはならない。この要求は例えば閉鎖部１４を直接に操作する相応の寸法の迅速な電磁石を設けることによって満足される。
【００２４】
操作手段１５は高い変形力を備えたピエゾアクチュエータ１７を有している。図４に示されているピエゾアクチュエータ１７は５０ｍｍ高さの圧電積層体の形態で実現されており、駆動電圧３００Ｖで０．１２５ｍｍ膨張する。閉鎖部１４に１ｍｍのストロークを行わせるためには、例えば図４に示されているような８倍の変換比を有するメカニカルレバー１８を用いてストローク変換を行う必要がある。レバー１８はここでは引っ張り方向およびせん断方向ではなく０．４ｔの圧縮方向の力で圧電積層体を押圧する。ピエゾアクチュエータ１７は圧電積層体の膨張により駆動され、これにより放出弁が開放される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の乗員保護装置のブロック図である。
【図２】図１の乗員保護装置の基本図である。
【図３】図２の放出弁の閉鎖部の平面図である。
【図４】放出弁の閉鎖部に対する操作手段としてのピエゾアクチュエータを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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