DE102006015969B3

DE102006015969B3 - Adaptronischer Sicherheitsgurt

Info

Publication number: DE102006015969B3
Application number: DE200610015969
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Scherf
Original assignee: Siemens Restraint Systems GmbH
Current assignee: Continental Safety Engineering International GmbH
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-04-06

Abstract

Die Erfindung schafft ein adaptronisches Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit (5), die in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges einen Spannungsregler (3) zum Anlegen einer elektrischen Spannung (U) an einen adaptronischen Sicherheitsgurt ansteuert. Das Sicherheitsgurtsystem ist vollständig reversibel und integriert die Funktionen des Gurtstraffens, Gurtaufrollens und der Gurtkraftbegrenzung.

Description

Die Erfindung betrifft einen adaptronischen Sicherheitsgurt für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Ein Sicherheitsgurt ist ein Rückhaltesystem für Automobile, Flugzeuge oder sonstige Verkehrsmittel. Die Fahrzeuginsassen werden dabei von durch Unfälle hervorgerufenen Fahrzeugverzögerungen von stabilen, mit der Karosserie des Fahrzeuges verbundenen Gurten gehalten. Herkömmliche Rückhaltesysteme umfassen im Wesentlichen einen elektrischen Multifunktionsaufwickler bzw. -aufroller, einen Gurtstraffer und einen Gurtkraftbegrenzer. Der Aufroller rollt nach dem Anlegen des Sicherheitsgurtes diesen derart auf, dass er für den Fahrzeuginsassen bequem anliegt. Wenn sich der Fahrer anschließend während der Fahrt bewegt und damit den Sicherheitsgurt lockert, wird diese so genannte Gurtlose durch den Aufroller ausgeglichen, indem der gelockerte Gurt wieder aufgerollt wird. Gesteuert werden kann dies durch einen Algorithmus, der fahrdynamische Daten oder Daten aus einer Pre-Crash-Sensorik verarbeitet. ( DE 44 11 184 A1 )
Der Gurtstraffer strafft den Sicherheitsgurt während eines auftretenden Unfalls, damit der angeschnallte Fahrzeuginsasse schneller an der Gesamtverzögerung des Kraftfahrzeuges teilnimmt. Daher wird der Sicherheitsgurt durch den Gurtstraffer innerhalb von Sekundenbruchteilen um zum Beispiel 15 cm angezogen. Dieses Straffen ist auch deshalb notwendig, da dicke Kleidung ein straffes Anliegen des Sicherheitsgurtes an den Körper unter Umständen verhindert. Neben dem Aufroller und dem Gurtstraffer umfasst ein herkömmliches Rückhaltesystem für Fahrzeuginsassen einen Gurtkraftbegrenzer. Der Gurtkraftbegrenzer begrenzt die maximale, auf den Fahrzeuginsassen einwirkende Kraft des Sicherheitsgurtes. Verwirklicht wird dies durch die plastische Verformung eines Torsionsstabes in dem Gurtaufroller oder durch ein Blech das bei Überschreiten einer Kraftschwelle ausreißt.
1 zeigt ein herkömmliches Rückhaltesystem nach dem Stand der Technik. Die bei einer Kollision des Fahrzeuges auftretende Verzögerung wird durch einen Beschleunigungssensor erfasst, der bei Überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes einen Befehl zur Auslösung des Sicherheitssystems, welches bei dem dargestellten Beispiel aus einem Airbag und einem Gurt besteht, erzeugt. Der Beschleunigungssensor beinhaltet im Wesentlichen ein Federmassesystem, wobei die Masse bei einer Kollision zu einer Verbiegung einer Feder führt. Dadurch ändert sich beispielsweise die Länge eines auf der Feder aufgetragenen Dehnungsmessstreifens und somit dessen elektrischer Widerstand. Bei dem herkömmlichen Sicherheitssystem lösen Sensoren für das Airbagsteuergerät auch den Gurtstraffer aus. Die Auslöseschwelle für den Gurtstraffer liegt unter Umständen niedriger als die des Airbags, z. B. bei einer niedrigen Geschwindigkeit von etwa 15 km/h, während der Airbag erst bei einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 25 km/h auslöst. Der Gurtstraffer ist entweder in dem Gurtaufroller unterhalb des Gurtschlusses und/oder in der Verankerung des Gurtes integriert. Als Energielieferant zum Auslösen des Gurtstraffers wird entweder eine gespannte Feder oder eine kleine Sprengladung verwendet. Dabei wird im Falle einer Kollision durch eine Steuereinheit eine pyrotechnische Treibladung ausgelöst, deren Gasdruck Stahlkugeln in dem Gurtaufroller beschleunigt. Diese wiederum geben ihre Bewegungsenergie an ein Zahnrad ab, welches sich an einer Welle des Gurtaufrollers befindet.
Ein Nachteil eines herkömmlichen Insassensicherheitssystems nach dem Stand der Technik besteht darin, dass mehrere Komponenten zum Straffen des Sicherheitsgurtes in dem Fahrzeug vorgesehen werden müssen, nämlich ein Gurtaufroller bzw. elektrischer Multifunktionsaufwickler, ein pyrotechnischer Gurtstraffer und ein Gurtkraftbegrenzer.
Ein weiterer Nachteil eines herkömmlichen Insassensicherheitssystems nach dem Stand der Technik besteht darin, dass es nicht vollständig reversibel ist. Nach Auslösen des Gurtstraffers, beispielsweise durch Zünden einer pyrotechnischen Treibladung, kann dieser nicht mehr verwendet werden. Ein ausgelöster Gurtstraffer wird beispielsweise durch eine gelbe oder rote Lasche an einem Gurtstraffungsmechanismus angezeigt.
Die DE 100 51 784 C1 offenbart ein elektromechanisches Funktionsmodul, das für Struktursysteme verwendet werden kann, die sich mit selbstregelnden Mechanismen an veränderte Umgebungsbedingungen anpassen können und als adaptive Strukturen bezeichnet werden. Bei derartigen adaptiven Strukturen sind Sensoren und Aktuatoren in Verbindung mit geeigneten Reglern in die Struktur integriert. Als solche Sensoren und Aktuatoren können piezokeramische Werkstoffe genutzt werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vollständig reversibles Insassensicherheitssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen adaptronischen Sicherheitsgurt gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 18 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft einen Sicherheitsgurt, der aus adaptronischen Fasern besteht, deren Länge sich in Abhängigkeit von einer an die Fasern angelegten elektrischen Spannung ändert.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtes besteht darin, dass dieser nach einer Auslösung unmittelbar wieder verwendbar ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtes besteht darin, dass er alle drei wesentlichen Funktionen des Sicherheitssystems, nämlich Aufrollen, Gurtstraffen und Gurtkraftbegrenzung ausführen kann.
Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes weist dieser elektroaktive Kunststofffasern auf.
Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes weist dieser Piezofasern auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes weist dieser Fasern auf, die aus Formgedächtnislegierungen bestehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes ziehen sich die adaptronischen Fasern mit steigender elektrischer Spannung zusammen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes sind die adaptronischen Fasern elektrisch isoliert.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes wird die an die Faser des Sicherheitsgurtes angelegte Spannung durch einen Spannungsregler geregelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes ist der Spannungsregler an eine Spannungsquelle angeschlossen.
Diese Spannungsquelle wird vorzugsweise durch eine Fahrzeugbatterie gebildet.
Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes wird die Spannungsquelle durch mindestens einen aufladbaren Kondensator gebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes wird der Spannungsregler durch eine Steuereinheit angesteuert.
Diese Steuereinheit ist vorzugsweise an Sensoren zur Erfassung eines Fahrzustandes des Fahrzeuges angeschlossen.
Die Sensoren weisen vorzugsweise Crash-Sensoren zur Erfassung einer aufgetretenen Kollision des Fahrzeuges auf.
Die Sensoren weisen vorzugsweise zusätzlich Pre-Crash-Sensoren zur Erfassung einer zu erwartenden Kollision des Fahrzeuges auf.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes weisen die Sensoren einen Gurtschlusssensor zur Erfassung, ob ein Sicherheitsgurt durch einen Fahrzeuginsassen angelegt ist, auf.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise an eine Insassenidentifizierungseinrichtung angeschlossen.
Die Erfindung schafft ein adaptronisches Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug mit einer Steuerungseinheit, die in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges einen Spannungsregler zum Anlegen einer elektrischen Spannung an einen adaptronischen Sicherheitsgurt ansteuert.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Straffen eines Sicherheitsgurtes, wobei in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges eine einstellbare elektrische Spannung an adaptronische Fasern des Sicherheitsgurtes angelegt wird.
Dabei wird vorzugsweise bei einer sensorisch erfassten Kollision des Fahrzeuges oder einer durch Pre-Crash-Sensoren erkannten Gefahrensituation die an die adaptronischen Fasern angelegte elektrische Spannung erhöht.
Zur Verminderung bzw. Begrenzung einer auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Gurtkraft wird die an die adaptronischen Fasern angelegte elektrische Spannung vorzugsweise vermindert.
Die Erfindung schafft ferner einen Personensitz für Fahrzeuginsassen mit einem erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurt zum Anschnallen eines Fahrzeuginsassen.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes sowie des erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtsystems und des erfindungsgemäßen Systems zum Straffen eines Sicherheitsgurtes unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
1 ein Fahrzeuginsassensystem nach dem Stand der Technik;
2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtsystems;
3 eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtes;
4 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Straffen eines Sicherheitsgurtes.
Wie man aus 2 erkennen kann, weist das erfindungsgemäße adaptronische Sicherheitsgurtsystem 1 einen adaptronischen Sicherheitsgurt 2 auf, dessen Länge sich in Abhängigkeit von einer Spannung U ändert. Die an den adaptronischen Sicherheitsgurt 2 angelegte Spannung U wird durch einen Spannungsregler 3 geregelt, der an eine Spannungsquelle 4 angeschlossen ist. Der Spannungsregler 3 erhält von einer Steuereinheit 5 ein Steuersignal zum Regeln der an den adaptronischen Sicherheitsgurt 2 angelegten Spannung U. Die Spannungsquelle 4 ist beispielsweise eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeug batterie. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Spannungsquelle durch mindestens einen aufladbaren Kondensator gebildet, der durch eine Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann. Der adaptronische Sicherheitsgurt 2 besteht aus adaptronischen Fasern deren Länge sich in Abhängigkeit von der an dem adaptronischen Sicherheitsgurt 2 angelegten Spannung U ändert. Die adaptronischen Fasern bestehen aus Werkstoffen, die die angelegte elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Diese adaptronischen Werkstoffe können auch in der Lage sein, den umgekehrten Prozess zu vollziehen, d. h. sie sind auch in der Lage, mechanische Energie in elektrische, thermische oder magnetische Energie umzuwandeln.
Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtes 2 weist dieser adaptronische Fasern auf, die durch elektroaktive Kunststofffasern gebildet werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform bestehen die adaptronischen Fasern aus Piezofasern.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtes 2 bestehen die adaptronischen Fasern aus Formgedächtnislegierungen.
Bei einer Ausführungsform sind die adaptronischen Fasern in herkömmliche Textilfasern eingewebt.
Bei einer alternativen Ausführungsform besteht der adaptronische Sicherheitsgurt 2 vollständig aus adaptronischen Fasern. Die adaptronischen Fasern des Sicherheitsgurtes 2 sind vorzugsweise elektrisch isoliert.
Die Steuerungseinheit 5 ist an Sensoren angeschlossen. Die Sensoren bestehen unter Anderem aus Pre-Crash-Sensoren 6 bzw. Umfeldsensoren zur zeitlich optimalen Aktivierung der Gurtstrafffunktion. Die Umfeldsensoren umfassen beispielsweise optische Erfassungseinrichtungen wie Kameras, aber auch Radarsensoren, Ultraschallsensoren oder Infrarotsensoren. Die Pre-Cash-Sensoren 6 erfassen die aktuelle Fahrzeugsituation und ermitteln daraus die Wahrscheinlichkeit einer zukünftig auftretenden Kollision des Fahrzeuges.
Neben den Umfeldsensoren 6 ist die Steuereinheit 5 an Crash-Sensoren, insbesondere Beschleunigungssensoren 7 angeschlossen. Diese Sensoren 7 erfassen eine tatsächlich auftretende Kollision des Fahrzeuges. Darüber hinaus ist die Steuerungseinheit 5 an einen Gurtschlosssensor 8 angeschlossen, welcher erfasst, ob der Fahrzeuginsasse den Sicherheitsgurt 2 angelegt hat oder nicht. Die Steuerungseinheit 5 ist ferner an eine Speichereinrichtung 9 angeschlossen, in der Kennlinien abspeicherbar sind. Darüber hinaus ist die Steuerungseinheit 5 vorzugsweise an ein Insassenidentifizierungssystem 10 angeschlossen, welches den Fahrzeuginsassen, welcher den adaptronischen Sicherheitsgurt 2 angelegt hat, identifiziert.
3 zeigt eine Kennlinie zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen adaptronischen Sicherheitsgurtes 2. Die Länge des Sicherheitsgurtes L hängt dabei von einer an die adaptronischen Fasern des Sicherheitsgurtes 2 angelegten elektrischen Spannung U ab. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtes 2 vermindert sich die Länge L des Sicherheitsgurtes mit zunehmender elektrischer Spannung U. Im Normalbetrieb liegt an dem adaptronischen Sicherheitsgurt 2 eine Spannung U₀ an. Diese kann bei einer bevorzugten Ausführungsform in Abhängigkeit von einer Körpergröße des Fahrzeuginsassen eingestellt werden, welcher durch das Insassenidentifizierungssystem 10 erkannt wird. Darüber hinaus kann die normale Betriebsspannung U₀ von einer Komforteinstellung abhängen.
Erfassen die Pre-Crash-Sensoren 6 eine Fahrsituation, bei der eine Kollision des Fahrzeuges zu erwarten ist, wird während einer Pre-Crash-Phase I die an den Sicherheitsgurt 2 angeleg te Spannung U von der normalen Betriebsspannung U₀ auf die Spannung U₁ erhöht. Hierdurch wird die Gurtlose zum Teil herausgenommen und der Fahrer zusätzlich auf diese kritische Fahrsituation hingewiesen. Die Sicherheit des Fahrzeuginsassen wird hierdurch erhöht, da bei einem möglicherweise daraufhin stattfindenden Unfall bereits der Sicherheitsgurt 2 straffgezogen ist.
Erfassen anschließend die Crash-Sensoren bzw. Beschleunigungssensoren 7 eine tatsächlich auftretende Kollision des Fahrzeuges, wird durch die Steuereinheit 5 der Spannungsregler 3 derart angesteuert, dass die Spannung U an dem adaptronischen Sicherheitsgurt 2 in sehr kurzer Zeit von der Spannung U₁ auf eine relativ hohe Spannung U₂ erhöht wird. Hierdurch wird erreicht, dass sich die adaptronischen Fasern des Sicherheitsgurtes 2 stark kontrahieren und während der Crash-Phase II den Fahrzeuginsassen zurückhalten. Bei einer Gesamtlänge des adaptronischen Sicherheitsgurtes 2 von beispielsweise 1 m, kann eine Kontraktion von beispielsweise 15 cm erreicht werden, d. h. eine relative Längenänderung von 15%. Durch die Verwendung spezieller elektroaktiver Kunststoffe können auch höhere relative Längenänderungen erreicht werden. Wird während der Verzögerung des Fahrzeuginsassen durch den Sicherheitsgurt 2 während einer Phase III festgestellt, dass die auf den Fahrzeuginsassen durch den Sicherheitsgurt 2 wirkende Kraft einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird die Spannung von dem Spannungswert U₂ auf die Spannung U₃ herabgesenkt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Straffen des Sicherheitsgurtes 2. Erkennt die Steuerungseinheit 5 im Schritt S1 anhand der Sensorsignale, die von den Pre-Crash-Sensoren 6 geliefert werden, dass eine Kollision des Fahrzeuges wahrscheinlich ist, wird die normale Betriebsspannung U₀, die an dem adaptronischen Sicherheitsgurt 2 anliegt, auf eine höhere Spannung U₁ im Schritt S2 erhöht.
Erkennt die Steuerungseinheit 5 im Schritt S3 anhand der von den Crash-Sensoren 7 gelieferten Signale, dass tatsächlich eine Kollision des Fahrzeuges stattfindet, wird die an dem adaptronischen Sicherheitsgurt 2 angelegte Spannung innerhalb kürzester Zeit auf einen relativ hohen Spannungswert U₂ im Schritt S4 erhöht.
In einem Schritt S5 wird erfasst, ob die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Gurtkraft einen bestimmten einstellbaren Schwellenwert überschreitet, und falls dies der Fall ist, wird im Schritt S6 die an dem adaptronischen Sicherheitsgurt 2 angelegte Spannung zur Gurtkraftbegrenzung abgesenkt.
Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem ermöglicht insbesondere in Verbindung mit der Umfeldsensorik 6 eine zeitlich optimale Aktivierung einer Gurtstrafffunktion.
Dabei ist das erfindungsgemäße System vollständig reversibel, ohne dass beispielsweise pyrotechnische Bauelemente nach einer Auslösung erneuert werden müssen. Durch personenindividualisierte Kennlinien, die beispielsweise in dem Speicher 9 abgespeichert sind, ist es auch möglich, eine optimale Rückhaltecharakteristik bezogen auf den jeweiligen Insassen und den jeweiligen Crash-Last-Fall zu realisieren. In dem erfindungsgemäßen Rückhaltesystem lassen sich alle drei wesentlichen Funktionen eines Insassensicherheitssystems, nämlich die Funktion des Gurtstraffens, der Gurtkraftbegrenzung und des Aufrollens in einem einzigen integralen Bauelement realisieren, wobei das System vollständig reversibel und individuell an die Fahrzeuginsassen adaptierbar ist.

Claims

Sicherheitsgurt (2), der adaptronische Fasern aufweist, deren Länge (L) sich in Abhängigkeit von einer an die Fasern angelegten elektrischen Spannung (U) ändert.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, wobei die adaptronischen Fasern aus elektroaktiven Kunststofffasern bestehen.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, wobei die adaptronischen Fasern aus Piezofasern bestehen.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, wobei die adaptronischen Fasern aus Formgedächtnislegierungen bestehen.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, wobei die adaptronischen Fasern sich mit steigender elektrischer Spannung (U) zusammenziehen.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, wobei die adaptronischen Fasern elektrisch isoliert sind.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, wobei die an den Sicherheitsgurt (2) angelegte Spannung (U) eine durch einen Spannungsregler (3) geregelte Spannung. ist.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 7, wobei der Spannungsregler (3) an eine Spannungsquelle (4) angeschlossen ist.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 8, wobei die Spannungsquelle (4) durch mindestens eine Fahrzeugbatterie gebildet wird.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 8, wobei die Spannungsquelle (4) durch mindestens einen aufladbaren Kondensator gebildet wird.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 7, wobei der Spannungsregler (3) von einer Steuereinheit (5) angesteuert wird.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (5) an Sensoren zur Erfassung eines Fahrzustandes des Fahrzeuges angeschlossen ist.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 12, wobei die Sensoren Crash-Sensoren (7) zur Erfassung einer aufgetretenen Kollision des Fahrzeuges aufweisen.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 12, wobei die Sensoren Pre-Crash-Sensoren (6) zur Erfassung einer zu erwartenden Kollision des Fahrzeuges aufweisen.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 12, wobei die Sensoren einen Gurtschlosssensor (8) aufweisen zur Erfassung, ob der Sicherheitsgurt (2) durch einen Fahrzeuginsassen angelegt ist.
Sicherheitsgurt nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit (5) an eine Insassenidentifizierungseinrichtung (10) angeschlossen ist.
Adaptronisches Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit (5), die in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges einen Spannungsregler (3) zum Anlegen einer elektrischen Spannung (11) an einen adaptronischen Sicherheitsgurt (2) ansteuert.
Verfahren zum Straffen eines Sicherheitsgurtes, wobei in Abhängigkeit von einer Situation eines Fahrzeuges eine einstellbare elektrische Spannung (U) an adaptronische Fasern des Sicherheitsgurtes (2) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei bei einer sensorisch erfassten Kollision des Fahrzeuges die angelegte elektrische Spannung (U) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei zur Verminderung einer auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Gurtkraft die angelegte elektrische Spannung (U) vermindert wird.