-
Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein
Kraftfahrzeug, mit einer innerhalb eines begrenzten Kippbereichs
kippbaren Fahrzeugsitzlehne und einem in die Lehne eingebauten Gurtaufroller, der
eine Blockiereinrichtung und eine innerhalb eines Schwenkbereichs
schwenkbare Trägheitsanordnung mit einem Sensor aufweist,
der bei Überschreiten einer Sperrbeschleunigung die Blockiereinrichtung auslöst.
-
Solche
Sicherheitsvorrichtungen, deren Gurtaufroller aufgrund der besonderen
Aufhängung der den Sensor enthaltenden Trägheitsanordnung
auch als Gurtaufroller mit Gimbal-Sensor oder einfach als Gimbal-Gurtaufroller
bezeichnet werden, sind beispielsweise aus der
US 5 495 994 und der
US 5 882 084 bekannt. Gimbal-Gurtaufroller
werden vornehmlich in Coupes und Cabriolets eingesetzt, die keine stabile
B-Säule zur Anbringung von Sicherheitsgurtsystemkomponenten
aufweisen.
-
Wie
bei herkömmlichen Gurtaufrollern kann der Sensor die Blockiereinrichtung
mechanisch auslösen, um den Gurtbandauszug zu sperren,
was im folgenden als „Schalten" des Sensors bezeichnet wird.
Der Sensor eines Gimbal-Gurtaufrollers reagiert fahrzeugsensitiv
(in Abhängigkeit von den auf das Fahrzeug einwirkenden
Beschleunigungskräften) und lagesensitiv (im Falle einer
unnatürliche Lage des Fahrzeugs, z. B. bei einem Überschlag). Um
angesichts der besonderen Einbausituation eines Gimbal-Gurtaufrollers
einer unerwünschten Beeinflussung des Sensors durch ein
Kippen der Sitzlehne entgegenzuwirken, ist die Trägheitsanordnung mit
dem Sensor als frei schwenkbares Modul ausgebildet. Somit kann
sich die Trägheitsanordnung selbsttätig nach dem
Erdschwerefeld ausrichten und den Kippwinkel der Fahrzeugsitzlehne
ausgleichen.
-
In
herkömmlichen Gimbal-Gurtaufrollern ist der Winkelbereich,
innerhalb dessen die Trägheitsanordnung verschwenkbar ist
(Schwenkbereich), durch Endanschläge fest vorgegeben. Der
gewünschte Schwenkbereich ergibt sich aus der konkreten
Einbausituation und der Geometrie der Fahrzeugumgebung. In der Regel
sind die Endanschläge auf die extremen Kippstellungen der
Sitzlehne abgestimmt. Eine Sitzlehne kann ausgehend von einer Normalposition,
die eine „Nullstellung" der Trägheitsanordnung
definiert, maximal um einen ersten Winkelbetrag nach vorne und um
einen zweiten Winkelbetrag nach hinten gekippt werden. Die Endanschläge
sind nun so angeordnet, daß die Trägheitsanordnung
bei Erreichen der vordersten und hintersten Kippstellung der Sitzlehne
jeweils an einem Endanschlag anliegt. Abgesehen davon, daß das
mit dem Kippen der Sitzlehne korrespondierende Schwenken der Trägheitsanordnung
einen anderen Drehsinn hat, stimmt der Schwenkbereich der Trägheitsanordnung mit
dem Kippbereich der Sitzlehne überein.
-
Unabhängig
vom Sensorprinzip hat ein Gimbal-Gurtaufroller die Eigenschaft,
daß die Trägheitsanordnung nicht nur bei einem
Kippen der Sitzlehne, sondern auch im Falle einer Beschleunigung
des Gurtaufrollers eine Schwenkbewegung beginnt. Dies liegt daran,
daß die Trägheitsanordnung frei schwenkbar ist
und sich deshalb – den Gesetzen der Physik folgend – nach
der resultierenden Beschleunigung aus der Erdbeschleunigung und
der Gurtaufrollerbeschleunigung ausrichtet. Die Empfindlichkeit des
Sensors bezüglich des Schaltens wird dadurch grundsätzlich
verringert, da das Schalten des Sensors in zeitlicher Konkurrenz
zur Schwenkbewegung der Trägheitsanordnung steht. Diese überlagerte
Dynamik ist bei der Auslegung und Einstellung des Sensors zu berücksichtigen.
-
Die über
einen weiten Schwenkwinkelbereich gleichmäßige
Beeinflussung der Sperrbeschleunigung durch das Schwenkverhalten
der Trägheitsanordnung endet abrupt, sobald die Trägheitsanordnung
auf einen Endanschlag trifft, wodurch ein Weiterschwenken unterbunden
wird. Durch den Wegfall der Schwenkbewegung sinkt das Sperrniveau
in einer Beschleunigungsrichtung deutlich ab, d. h. nach dem Auftreffen
auf den Endanschlag nimmt die Empfindlichkeit des Sensors bezüglich
dieser Richtung signifikant zu.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, das Sperrverhalten eines Gimbal-Gurtaufrollers
zu verbessern.
-
Hierzu
schlägt die Erfindung eine Sicherheitsvorrichtung der eingangs
genannten Art vor, bei der der Schwenkbereich der Trägheitsanordnung
relativ zum Kippbereich der Lehne wenigstens in einer Richtung erweitert
ist. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bislang übliche Übereinstimmung
des Kippbereichs der Sitzlehne mit dem Schwenkbereich der Trägheitsanordnung
aufgrund der geschilderten Anschlagproblematik die Auslegung des
Sensors und die Einstellung des Sperrgrundniveaus, bei der alle erforderlichen
Spezifikationen zu berücksichtigen sind, erschwert. Es
zeigt sich, daß für die eigentliche Blockierfunktion
des Gurtaufrollers eine solche Übereinstimmung nicht zwingend
notwendig ist. Die erfindungsgemäße Erweiterung
des Schwenkbereichs ermöglicht es, die Anschlagproblematik
weitestgehend zu vermeiden, so daß über den in
der Praxis relevanten Schwenkbereich der Trägheitsanordnung
ein gleichmäßigeres Sperrverhalten des Gurtaufrollers erreicht
werden kann. Dies vereinfacht die Einstellung des Sperrgrundniveaus
erheblich.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die
Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
schematische Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit einem Gurtaufroller;
-
2 ein
Diagramm mit Kennlinien eines herkömmlichen Gimbal-Gurtaufrollers;
und
-
3 eine
Detailansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers.
-
In 1 ist
ein Sitz 10 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, dessen Lehne 12 um
eine Achse A zwischen einer maximalen vorderen Kippstellung, die
durch den Winkel α1 charakterisiert
ist, und einer maximalen hinteren Kippstellung drehbar ist, die
durch den Winkel α2 charakterisiert
ist. Der Kippbereich der Lehne 12 läßt
sich dementsprechend als α1–α2 darstellen. Bei einer bekannten Sicherheitsvorrichtung der
Anmelderin erstreckt sich der Kippbereich über insgesamt
67°, wobei die Lehne 12 ausgehend von einer Normalstellung
(nicht gezeigt) maximal um einen Winkelbetrag von 15° nach
vorne und um einen Winkelbetrag von 52° nach hinten gekippt
werden kann. In die Lehne 12 ist ein herkömmlicher
Gimbal-Gurtaufroller 14 integriert, dessen grundsätzlicher
Aufbau dem Fachmann bekannt ist und daher nicht im einzelnen erläutert
werden muß.
-
Die
beiden Detailvergrößerungen in 1 zeigen,
wie sich die relativ zum fest mit der Lehne 12 verbundenen
Rest des Gurtaufrollers 14 frei schwenkbare Trägheitsanordnung 16 mit
dem beschleunigungs- und lagesensitiven Sensor 18 in den beiden
extremen Kippstellungen der Lehne 12 nach dem Erdschwerefeld
ausrichtet und so den Kippwinkel der Lehne 12 kompensiert.
Ausgehend von einer (an sich beliebigen) Nullstellung, die die Trägheitsanordnung 16 in
der Normalposition der Lehne 12 einnimmt, hat sich die
Trägheitsanordnung 16 gemäß der
linken Detailvergrößerung, die der vordersten Kippposition
der Lehne 12 entspricht, relativ zur Lehne 12 und
zum restlichen Gurtaufroller 14 in einer ersten Drehrichtung
im Uhrzeigersinn gedreht. Gemäß der rechten Detailvergrößerung,
die der hintersten Kipposition der Lehne 12 entspricht,
hat sich die Trägheitsanordnung 16 in einer zweiten
Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Ein weiteres Schwenken
der Trägheitsanordnung 16 wird durch (in 1 nicht
gezeigte) Endanschläge verhindert. Der so durch die beiden
Endanschläge definierte Schwenkbereich der Trägheitsanordnung 16 stimmt also
mit dem Kippbereich der Lehne 12 überein.
-
Das
Diagramm der 2 zeigt beispielhaft das Sperrverhalten
des herkömmlichen Gimbal-Gurtaufrollers 14. Auf
der x-Achse des Diagramms ist der Schwenkwinkel Wx der
Trägheitsanordnung 16 innerhalb des Schwenkwinkelbereichs α1–α2 aufgetragen, wobei,
jeweils ausgehend von der Nullstellung der Trägheitsanordnung 16,
ein kleiner Winkel Wx einem Verschwenken
in der ersten Drehrichtung und ein großer Winkel Wx einem Verschwenken in der zweiten Drehrichtung
entspricht. Auf der y-Achse des Diagramms ist die auf den Gurtaufroller 14 einwirkende Beschleunigung
in Einheiten der Erdbeschleunigung aufgetragen.
-
Die
beiden Kurven 20, 22 repräsentieren jeweils
eine Sperrbeschleunigung, bei deren Überschreiten der Sensor 18 des
Gurtaufrollers 14 schaltet, also die Blockiereinrichtung
des Gurtaufrollers 14 auslöst. Die erste Kurve 20 stellt
das Sperrverhalten bei einer auf den Gurtaufroller 14 einwirkenden
Beschleunigung in Fahrzeugvorwärtsrichtung dar, die zweite
Kurve 22 entsprechend bei einer Beschleunigung in Rückwärtsrichtung
(Abbremsen des Fahrzeugs).
-
Aus
dem Diagramm ergibt sich, daß eine Vorwärtsbeschleunigung
auf den Gurtaufroller 14 die Sperrbeschleunigung gleichmäßig
beeinflußt, solange die Trägheitsanordnung 16 in
der ersten Drehrichtung verschwenkt ist (siehe linker Teil der ersten
Kurve 20). Dies liegt daran, daß die Trägheitsanordnung 16 bei
einer vorwärts gerichteten Beschleunigung auf den Gurtaufroller 14 dazu
tendiert, sich in der zweiten Drehrichtung (gegen den Uhrzeigersinn)
zu drehen. In dieser zweiten Drehrichtung hat die Trägheitsanordnung 16 noch
viel „Spiel" bis zum rechten Endanschlag 24 (siehe
linkes Bild im Diagramm), so daß eine Schwenkbewegung in
dieser Richtung immer möglich ist, bevor der Sensor 18 schaltet.
Die Sperrbeschleunigung wird also gleichmäßig
beeinflußt, was einem konstanten Kurvenverlauf entspricht.
-
Anders
sieht es bei einer Beschleunigung auf den Gurtaufroller 14 in
Rückwärtsrichtung aus. Eine Schwenkbewegung ist
nur in geringem Maße oder gar nicht möglich, wenn
sich die Trägheitsanordnung 16 nahe bzw. bereits
direkt am linken Endanschlag 26 befindet. Aufgrund der
unterbundenen Schwenkbewegung nimmt die Empfindlichkeit des Sensors 18 zu,
so daß die Sperrbeschleunigung mit kleineren Winkeln Wx deutlich abnimmt (siehe linker Teil der zweiten
Kurve 22).
-
Umgekehrtes
gilt für eine in der zweiten Drehrichtung verschwenkte
Trägheitsanordnung 16 (siehe rechtes Bild im Diagramm).
Hier ist im Falle einer rückwärts gerichteten
Beschleunigung auf den Gurtaufroller 14 genügend
Spiel für ein Schalten des Sensors 18 während
der Schwenkbewegung vorhanden (siehe rechter Teil der zweiten Kurve 22),
während im Falle einer vorwärts gerichteten Beschleunigung
das vorzeitige Erreichen des rechten Endanschlags 24 eine
deutliche Abnahme der Sperrbeschleunigung bewirkt (siehe rechter
Teil der ersten Kurve 20).
-
Bei
dem beispielhaft in 3 gezeigten, für eine
erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung geeigneten
Gurtaufroller ist eine Erweiterung des Schwenkbereichs der Trägheitsanordnung 16 relativ zum
Kippbereich der Lehne 12 vorgesehen. Genauer gesagt wird
durch ein Versetzen eines Endanschlags 26, 28 (relativ
zur Position beim zuvor beschriebenen herkömmlichen Gimbal-Gurtaufroller)
eine Erweiterung um einen Winkel δ (Offset) erreicht, der
in 3 symbolisch dargestellt ist. Vorzugsweise sind
beide Endanschläge 24, 26 versetzt, so
daß der Schwenkbereich in beiden Schwenkrichtungen erweitert
ist, wobei die beiden Offsets nicht notwendigerweise gleich groß sein
müssen.
-
Die
vorteilhaften Auswirkungen dieser Schwenkbereichserweiterung werden
nachfolgend am Beispiel einer in der ersten Drehrichtung verschwenkten
Träg heitsanordnung 16 erläutert. Der Versatz
des linken Endanschlags 26 ermöglicht es der Trägheitsanordnung 16 bei
einer Beschleunigung auf den Gurtaufroller 14 in Rückwärtsrichtung
(zweite Kurve 20 im Diagramm der 2) weiter
zu verschwenken als bisher üblich, d. h. der Endanschlag 26 stoppt
die Schwenkbewegung nicht so frühzeitig. Dadurch wird die
Sperrbeschleunigung im entsprechenden Bereich weniger stark abgesenkt
als bei einem herkömmlichen Gimbal-Gurtaufroller.
-
Entsprechendes
gilt im Falle eines Versatzes des rechten Endanschlags 24 für
den rechten Teil der ersten Kurve 20 bei einer in der zweiten
Drehrichtung verschwenkten Trägheitsanordnung 16,
wenn der Gurtaufroller 14 in Vorwärtsrichtung
beschleunigt wird. Insgesamt ergibt sich dadurch ein gleichmäßigeres
Sperrverhalten über den gesamten Schwenkbereich.
-
Als
weitere Maßnahme zur Verstärkung des oben erläuterten
Effekts ist durch bauliche Maßnahmen der maximale Verdrehwinkel
der Trägheitsanordnung 16, der zwangsläufig
zu einer Auslösung der Blockiereinrichtung des Gurtaufrollers 14 führt,
minimiert. Die baulichen Maßnahmen können die
Anpassung der Geometrie der Komponenten des Gurtaufrollers 14,
insbesondere der Trägheitsanordnung 16, durch
geeignete Festlegung der Schwerpunkte, Drehpunkte etc. einschließen.
-
Idealerweise
schaltet der Sensor 18 in jedem Fall bereits vor Erreichen
eines Endanschlags 24, 26, so daß auf
die Endanschläge vollständig verzichtet werden
kann.
-
Die
Anpassung des Sperrniveaus in den freien Schwenkrichtungen und senkrecht
dazu kann bei einem Kugelsensor z. B. durch Lagerung in einer asymmetrischen
Kalotte realisiert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5495994 [0002]
- - US 5882084 [0002]