DE102004010764A1

DE102004010764A1 - Insassenschutzvorrichtung mit einem verfahrbaren Polsterelement

Info

Publication number: DE102004010764A1
Application number: DE102004010764A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dipl.-Ing. Bayer; Martin Dr. Fritzsche; Matthias Dr. Nohr; Markus Dr. Schiefele
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-22

Abstract

Eine Insassenschutzvorrichtung mit einem zur Fixierung von Insassen bei einer abrupten Fahrzeugverzögerung verfahrbaren Polsterelement, insbesondere einem Kniepolster, und einer Sensorvorrichtung zum Erfassen der Lage von Insassengliedmaßen in einem Fahrzeuginnenraum relativ zu dem verfahrbaren Polsterelement zeichnet sich dadurch aus, dass als Sensorvorrichtung zumindest ein kapazitiver Abstandssensor vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Insassenschutzvorrichtung mit einem zur Fixierung von Insassen bei einer abrupten Fahrzeugverzögerung verfahrbaren Polsterelement, insbesondere einem Kniepolster.

Bei modernen Schutzsystemen für Fahrzeuginsassen im Fahrzeuginnenraum werden zum Erhöhen der passiven Sicherheit reversible verfahrbare Polsterelemente, wie beispielsweise Kniepolster, vorgesehen. Ziel dieser Schutzsysteme ist es, durch das Verfahren von Schutzpolstern eine frühe Fixierung des Insassen bzw. der Gliedmaßen des Insassen zu erzielen und somit die bei einem Crash auftretenden Beschleunigungen und Verzögerungen zu reduzieren. Weiterhin wird durch eine frühe Fixierung die Gesamtkinematik der Bewegung des Insassen bei einem Zusammenstoß positiv beeinflusst. Außerdem wird bei unangeschnallten Fahrzeuginsassen eine deutliche Verbesserung der passiven Sicherheit erzielt.

Probleme ergeben sich bei ausfahrbaren Polstern durch das notwendige aggressive Verfahren derselben, da hier Verfahrwege von beispielsweise bis 250 mm in kurzer Zeit notwendig sein können. Die Verfahrzeiten liegen dabei in der Praxis bei 0,2 sec bis 0,5 sec. Dies kann zu Verletzungen der Insassen führen, sofern die Polsterelemente ungebremst auf die Gliedmaßen treffen.

Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitssysteme mit Sensorvorrichtungen zur Regelung der Verfahrwege von Kniepolstern bekannt. So beschreibt die WO 01/44024 A1 ein regelbares Rückhaltesystem für Kraftfahrzeuge, bei dem im Falle eines Fahrzeugzusammenstosses ein Signal eines Zustandserkennungssensors als Regelgröße zur Regelung der Kniepolsterbewegung dient. Dabei wird ein Kraftaufnehmer als Zustandssensor verwendet, d. h. die Sensorik ist nicht berührungslos und Verletzungen der Fahrzeuginsassen durch die Kniepolsterbewegung können nicht sicher verhindert werden.

Die US 4,951,963 und die EP 0 421 572 B1 beschreiben jeweils eine Sicherheitsvorrichtung, die ein verfahrbares Kniepolster aufweist, welches mit berührungslosen Ultraschallsensoren ausgestattet ist.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Lösungen die durch weite Bekleidungsstücke und ähnliches verursachte Meßungenauigkeit, die bei handelsüblichen Ultraschallsensoren technisch bedingte Beschränkung auf messbare Abstände größer 100 mm und die relativ hohen Kosten für derartige Sensoren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Insassenschutzvorrichtung der eingangs beschriebenen Art hinsichtlich einer genaueren und kostengünstigeren Sensorvorrichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Insassenschutzvorrichtung mit einem zur Fixierung von Insassen bei einer abrupten Fahrzeugverzögerung verfahren Polsterelement, insbesondere einem Kniepolster, und einer Sensorvorrichtung zum Erfassen der Lage von Insassengliedmaßen in einem Fahrzeuginnenraum relativ zu dem verfahrbaren Polsterelement, zeichnet sich dadurch aus, dass als Sensorvorrichtung zumindest ein kapazitiver Abstandssensor vorgesehen ist.

Der kapazitive Abstandssensor wird dabei beispielsweise aus zwei Elektroden gebildet. Dabei ändert sich die elektrische Kapazität der Elektroden durch Einbringen eines Dielektrikums zwischen die oder in die Nähe der beiden Elektroden. Die Kapazität hängt von der Form und Größe der räumlichen Anordnung des Dielektrikums zwischen den Elektroden ab.

Im vorliegenden Fall dienen die Gliedmaßen eines Fahrzeuginsassen, insbesondere die Knie, als Dielektrikum. Die Dielektrizitätskonstante eines Insassen kann dabei aufgrund der chemischen Zusammensetzung eines Menschen in etwa mit der von Wasser gleichgesetzt werden.

Hierdurch wird eine sehr genaue und kostengünstige Sensorvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche bei der erfindungsgemäßen Insassenschutzvorrichtung eine genaue Regelmöglichkeit von deren Aktuatoren erlaubt, womit die Verfahrgeschwindigkeit den morphologischen Daten des Fahrzeuginsassen und den vorliegenden Unfallbedingungen angepasst reduziert und gegebenenfalls mehrstufig, z. B. schnell/langsam, eingestellt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Insassenschutzvorrichtung sieht vor, dass der kapazitive Abstandssensor in das Polsterelement integriert ist. Dies hat gegenüber der Platzierung an anderen Stellen den Vorteil, dass keine Korrekturberechnung zur Abstandsbestimmung zwischen beispielsweise den Knie und dem Kniepolster erforderlich wird. Hierdurch erfolgt eine weitgehend fehlerfreie genaue Abstandsmessung.

Eine weiter vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der kapazitive Abstandssensor zumindest zwei Elektroden aufweist, die auf einer Folie angebracht sind. Hierdurch wird eine einfache kostengünstige Massenherstellung und Montage möglich. Der Sensor kann hierdurch auch einfach am Armaturenbrett oder jedem anderen geeigneten Ort im Fahrzeuginnenraum angebracht werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht dabei vor, dass die Folie eine Fläche in einem Bereich von 10 cm × 40 cm, vorzugsweise wenigstens annähernd 5 cm × 33 cm, aufweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Insassenschutzvorrichtung nach der Erfindung ist die Sensorvorrichtung zur Messung von Abständen zwischen den Gliedmaßen und dem Polsterelement in einem Bereich von 50 mm bis 250 mm, vorzugsweise von 100 mm bis 200 mm ausgelegt. Die Festlegung des Messbereiches wird durch entsprechende Voreinstellung bzw. Kalibrierung der Sensoren erreicht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der kapazitive Abstandssensor zur Messung der Knieposition optimiert.

Die Sensorvorrichtung kann dabei in eine Sitzbelegungserkennung(SBE)-Sensorik integriert sein oder diese bilden. Hierdurch erfüllt die Erfindung eine Mehrfachfunktion, da durch die Sensorvorrichtung auch Aussagen über die Größe des Insassen getroffen werden können. Eine derartige Größenabschätzung kann beispielsweise aus dem Schienbeinabstand von dem Polsterelement und den Daten aus der Sitzverstellung getroffen werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Vorkonditionierung in der Pre-Safe-Phase durch Ausmessen des Insassen kurz vor einem Fahrzeugzusammenstoß.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der kapazitive Abstandssensor zur kontinuierlichen Abstandsmessung vorgesehen ist. Dies erhöht die Genauigkeit bei der Antriebssteuerung für die Polsteraktuatoren. Insbesondere die Annäherung des Polsters an das Knie oder Schienbein kann sehr genau gesteuert werden, da die Entfernung dauernd gemessen wird. Hierdurch werden Beeinträchtigungen durch eine zu schnelle Annäherung des Polsters nahezu ausgeschlossen. Dabei kann beispielsweise eine zweistufige Ansteuerung erfolgen, d. h. zunächst erfolgt eine schnelle Annäherung des Polsters bis kurz vor das Schienbein und dann eine gefühlvolle, langsamere, sensorgeregelte Endannäherung.

Der kapazitive Abstandssensor kann mit Wechselspannung beaufschlagt sein, wobei dann beispielsweise eine Sinusspannung von 100 kHz mit einer Amplitude von 12 Volt angelegt werden kann. Bei Anlegen einer Wechselspannung fließt ein Verschiebestrom durch das Dielektrikum, d. h. der durch die beiden Elektroden und das Dielektrikum gebildete Kondensator hat einen endlichen kapazitiven Wechselstromwiderstand, dessen Größe mit wachsender Frequenz abnimmt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen einer Insassenschutzvorrichtung nach der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen.

Nachfolgend ist eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Dabei zeigen
1 eine schematische Schnittansicht durch eine Sensorvorrichtung einer Insassenschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 eine schematische ausschnittsweise Seitenansicht eines Fahrzeuginnenraums mit der darin angeordneten Insassenschutzvorrichtung.
Bezug nehmend auf 1 ist eine Insassenschutzvorrichtung mit einer Sensorvorrichtung 1 ersichtlich, wobei die Sensorvorrichtung 1 in ein im Querschnitt dargestelltes Kniepolster 2 integriert und als kapazitiver Abstandssensor ausgebildet ist. Der kapazitive Abstandssensor 1 weist dabei eine erste Elektrode 3 und eine zweite Elektrode 4 auf, die an ihrem in der Zeichnungsebene unteren Ende von einer Abschirmplatte 7 abgeschirmt werden. Hierdurch breiten sich die Feldlinien 5 nur in der in 1 dargestellten Form aus, und Störungen der Messung werden somit vermieden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der kapazitive Abstandssensor 1 mit Wechselspannung beaufschlagt. Dabei wird eine Sinusspannung von 100 kHz mit einer Amplitude von 12 Volt angelegt, wodurch ein Verschiebestrom durch das Dielektrikum fließt.
Das Feld zwischen den beiden Elektroden 3, 4 ändert sich messbar abhängig von dem Dielektrikum, welches zwischen die Elektroden 3, 4 gebracht wird. Dies bedeutet, in der vorliegenden Darstellung gemäß 1 verändert sich je nach Abstand der beiden Knie 6 zu dem Kniepolster 2 das Dielektrikum und damit der Verschiebestrom zwischen den beiden Elektroden 3, 4.
Die 2 zeigt stark schematisiert und ausschnittsweise eine Seitenansicht eines Fahrzeuginnenraums 8 mit einem Insassen 12, welcher auf einem Fahrzeugsitz 11 gegenüber einem Armaturenträger 10 sitzt und dessen untere Gliedmassen in den Fußraum 9 weisen. An einem dem Fußraum 8 zugewandten Bereich des Armaturenträgers 10 ist das Kniepolster 2 mit darin integrierter Sensorvorrichtung 1 angeordnet ist. Das Kniepolster 2 ist vorzugsweise reversibel ausgebildet, womit es nach einem Verfahren gegebenenfalls automatisch in seine Ausgangsposition am Armaturenträger 10 zurückgefahren werden kann.
Die Sensorvorrichtung bzw. der kapazitive Abstandssensor 1 ist vorliegend folienartig ausgebildet und unmittelbar unter einer undurchsichtigen Außenhaut des Armaturenträgers 10 unter einer Lenksäule im Falle eines Fahrersitzes oder unter einem Handschuhfach im Falle eines Beifahrersitzes angeordnet.
Von der im Kniepolster 2 angeordneten kapazitiven Sensoreinrichtung 1 wird während des Fahrzeugbetriebs kontinuierlich der Abstand zwischen Kniepolster 2 und Knien 6 des Insassen 12 gemessen. Durch eine Verknüpfung mit einem konventionellen Crash-Sensor bzw. mit einem unterschiedliche Insassenschutzeinrichtungen im Crash-Fall ansteuernden Steuergerät wird bei Detektion eines Fahrzeugaufpralls der Verfahrweg des Kniepolsters 2 und die Verfahrgeschwindigkeit desselben bestimmt, um eine schnelle und gefahrlose Annäherung des Kniepolsters 2 an die Knie 6 zu erreichen.
Dabei kann auch die Körpergröße des Insassen berücksichtigt werden, da durch die Abstandsmessung der kapazitiven Sensoreinrichtung und durch die Sitzposition eine Abschätzung der Größe des Insassen 12 getroffen werden kann.

Claims

Insassenschutzvorrichtung mit einem zur Fixierung von Insassen bei einer abrupten Fahrzeugverzögerung verfahrbaren Polsterelement (2), insbesondere einem Kniepolster, und einer Sensorvorrichtung (1) zum Erfassen der Lage von Insassengliedmaßen (6) in einem Fahrzeuginnenraum (8) relativ zu dem verfahrbaren Polsterelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass als Sensorvorrichtung (1) zumindest ein kapazitiver Abstandssensor vorgesehen ist.
Insassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Abstandssensor (1) in das Polsterelement (2) integriert ist.
Insassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Abstandssensor (1) zumindest zwei Elektroden (3, 4) aufweist, die auf einer Folie angebracht sind.
Insassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Fläche in einem Bereich von 10 cm × 40 cm, vorzugsweise wenigstens annähernd 5 cm × 33 cm, aufweist.
Insassenschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) zur Messung von Abständen zwischen den Gliedmaßen (6) und dem Polsterelement (2) in einem Bereich von 50 mm bis 250 mm, vorzugsweise von 100 mm bis 200 mm, ausgelegt ist.
Insassenschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Abstandssensor (1) zur Messung der Knieposition optimiert ist.
Insassenschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung in eine Sitzbelegungserkennung(SBE)-Sensorik integriert ist.
Insassenschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Abstandssensor (1) zur kontinuierlichen Abstandsmessung ausgelegt ist.
Insassenschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Abstandssensor (1) mit Wechselspannung beaufschlagt ist.