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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 6, Vorrichtungen zur Energieversorgung gemäß der Ansprüche 7 und 8 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 14.
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Offenbarung der Erfindung
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Immer stärker wird weg vom „standardisierten“, für jeden Insassen gleichen Schutzsystem, zu einem an Crashsituation und Insassen bestmöglich angepassten „Individual Safety“ Konzept gearbeitet. Mit ansteigendem Individualisierungsgrad der Insassenschutzsysteme werden immer größere Ansprüche an die verwendeten Systeme der passiven wie auch aktiven Sicherheit gestellt. In diesem Zusammenhang spielt die optimale Auslegung der einzelnen Komponenten bzw. des gesamten Rückhaltesystems eine stetig ansteigende Rolle. Dabei steht eine optimale Balance zwischen dissipierter (Crash-)Energie und dem Verletzungsgrad der Insassen im Fokus.
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DE 199 17 340 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Auslösen von Insassenschutzmitteln eines Kraftfahrzeugs, bei der mehrere Zündelemente von einem Energiespeicher mit Zündenergie versorgt werden.
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DE 37 29 785 C1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen mit einer Speichereinrichtung für elektrische Energie, sowie mit mehreren mit der Speichereinrichtung verbindbaren Auslösemitteln für Rückhaltemittel, wie Luftsack,. Gurtstraffer oder dergleichen.
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Der Fahrzeugsitz inklusive der im, am und um den Sitz herum befindlichen aktiven und passiven Sicherungssysteme spielt beim Crash eine Kernrolle wenn es um den Schutz des Insassen geht. Je nach Crashart definiert der Sitz während der ersten Phasen des Crashs die primäre Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und seiner Verzögerung und dem Insassen. Daher steckt im „System Sitz“ ein großes Sicherheitspotential bei der weiteren Verbesserung und Individualisierung des Insassenschutzes.
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Generell spielt heutzutage ein Energiemanagement bei der Auslegung der einzelnen Rückhaltesystemkomponenten, wie z.B. Gurt, Airbag, Sitz, Lenkrad, Instrumententafel, eine wichtige Rolle. Dabei erfolgt typischerweise das Energiemanagement im Crashfall über das abgestimmte Ansteuern lokal optimierter Rückhaltemittel, wie z.B. der Gurte, des aktiven Sitzbügels o.ä. oder anderer unabhängiger Sitzverstellmechanismen von einem zentralen Steuergerät wie üblicherweise vom Airbagsteuergerät aus. Der Energiebedarf für die Rückhaltewirkung erfolgt durch Einsatz von pyrotechnischen und mechanischen Komponenten. Damit ist eine Abstimmung für unterschiedliche Lastfälle auf Basis verschiedener Algorithmen notwendig.
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Bei Gurtaufrollern, Gurtautomaten oder Gurtkraftbegrenzer finden sich zum Themenbereich Energiemanagement beispielsweise die Patentanmeldungen
US-5544918 A ,
US-5904371 A ,
US-6302346 oder
US-20050017116 A1 . Dabei bezieht sich allerdings der Ausdruck „Energiemanagement“ vornehmlich auf die Kontrolle der aktiv wirkenden Gurtkraft und Induzierung von lokaler Energiedissipation innerhalb der Komponente. Eine vom Grundsatz der lokalen Energiedissipation ähnliche Idee wurde für den optimalen Aufbau von Türen bei Seitencrashes in der Patentanmeldung
US-6056349 A vorgestellt. Auch hier bezieht sich der Begriff „Energiemanagement“ zum einen auf eine bessere Energiedissipation beim Crash und zum anderen auf eine bessere Verteilung der Last in die tragende Struktur.
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Allen oben dargestellten Ideen gemeinsam ist, dass keine aktive Steuerung der Energie und damit auch kein richtiges Energiemanagement im Sinne des Wortes durchgeführt wird. Hinsichtlich eines Energiemanagements für ein Gesamtfahrzeug findet sich die Patentanmeldung
WO-1997030872 A1 . Hier wird das Thema Energiemanagement über eine sequentielle, aber aktive Ansteuerung der Gurtvorstraffung und eines oder mehrerer Airbags auf Basis von Sensordaten aus der B-Säule und der gemessenen Zugkraft im Gurt angegangen. Kernpunkt der letztgenannten Patentanmeldung ist allerdings der Einsatz einer einzigen in der B-Säule positionierten Auswerteeinheit in Kombination mit der aktiven Steuerung der Gurtkräfte. Eine untergeordnete Rolle spielt dagegen ein, dem Themenbereich Energiemanagement zugrundeliegender Auswertealgorithmus.
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Ein Beispiel für die Anwendung eines im weitläufigen Sinne als zentralen Energiespeicher bezeichenbaren Gasgenerators für Airbags ist in der Patentanmeldung
DE19705431A1 angegeben. Hier erfolgt die Steuerung über einen zeitlichen Energieverlauf, d.h. die Gesamtrückhaltearbeit wird gesteuert. Dagegen kann nicht die anfänglich zur Verfügung gestellte Gesamtenergie gesteuert werden. Weiterhin berücksichtigt der offenbarte Ansatz die zum damaligen Zeitpunkt übliche Aktivierung von Rückhaltemitteln auf der Basis von Gas. Wie die technische Entwicklung der vergangenen Jahre jedoch zeigte, werden zunehmend auch reversible Aktuatoren, wie reversible Gurtstraffer, reversible Kopfstützen, reversible Sitzkissen oder reversible Sitzlehneneinstellungen eingesetzt. Dieser Trend wird sich in den folgenden Jahren mit der zunehmenden Verbreitung von Fahrassistenzsystemen in Fahrzeugen weiter fortsetzen und verstärken. Die Art und Weise der Energiezufuhr ist daher über eine „Gas“-Ansteuerung zwar technisch realisierbar, jedoch als unwahrscheinlich einzustufen. Wesentlich bei der Rückhaltung eines Insassen ist der Ausgleich zwischen der abzubauenden Energie des Insassen und der von den Rückhaltemitteln zur Verfügung gestellten Energie. Dies wird allerdings nicht in der genannten Patentanmeldung berücksichtigt. Hier findet sich auch keinerlei Information zum Energiemanagement und wie die optimale Aufteilung des Gasdrucks erreicht wird. Die dargestellte Funktionsweise basiert vornehmlich auf einer Detektion der Crashschwere, der Insassenbelegung und dem entsprechenden Abrufen abgelegter Aufblascharakteristiken. Die Crashschwere kann basierend auf detektierten Crashwerten ermittelt werden. Eine Adaption ist nur in dem Maße möglich, in dem die Charakteristiken hinterlegt wurden. Insofern ist das beschriebene Verfahren nicht wirklich adaptiv und anpassungsfähig.
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, weiterhin ein Steuergerät zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, Vorrichtungen zur Energieversorgung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der erfindungsgemäße Ansatz basiert auf dem Gedanken, dass sich durch ein effizientes Energiemanagement bei der Rückhaltesystemauslegung noch ungenutzte Potentiale bei der Rückhaltesystemoptimierung für Standardcrashfälle, aber auch bei der Anpassung an den tatsächlich, real auftretenden Crash („Real Crash Adaption“) ausnutzen lassen. Der erfindungsgemäße Ansatz eines energiebasierten Einsatzes der beispielsweise im, am und rund um den Sitz befindlichen Rückhaltemittel aus einem gemeinsamen Energiespeicher heraus und unter Einschluss eines intelligenten Energieaufteilungsalgorithmus, ist getrieben durch die Vision der „Real Life Safety“ und damit auch einer „Real Crash Adaption“. Der erfindungsgemäße Ansatz ermöglicht den Schutz der Insassen im Crash durch Verwendung von Rückhaltesystemkomponenten, welche ihre Energie aus einem zentralen, beispielsweise im bzw. unter dem Sitz verbauten Energiespeicher beziehen, der über einen Algorithmus angesteuert wird. Die Verteilung der im zentralen Energiespeicher zur Verfügung gestellten Energie übernimmt ein Energiemanagement-Algorithmus, der auf Basis vorhandener Sensorik entscheidet.
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Damit ist der Kern dieser Erfindung die Verteilung einer gegebenen Energiemenge auf Insassenschutzsysteme. Kern der Erfindung ist auch der Ausgleich zwischen der abzubauenden Energie des Insassen und der von den Rückhaltemitteln zur Verfügung gestellten Energie. Daher ist es bei der vorliegenden Erfindung als wesentlich anzusehen, dass ein perfekter Insassenschutz über ein effizientes Energiemanagement erreicht wird. Dabei wird eine vorhandene Energiemenge, ausgehend von einem zentralen Energiespeicher, unabhängig auf die Rückhaltemittel verteilt. Der erfindungsgemäße Ansatz berücksichtigt auch den Einsatz von Aktuatoren, die eine reversible Charakteristik aufweisen, wie beispielsweise reversible Gurtstraffer, reversible Kopfstütze, reversible Sitzkissen, reversible Sitzlehneneinstellungen oder reversible Sitzwangen- und Seitenführungseinstellungen der Sitzlehne. Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Vergleich zu bekannten Verfahren, die auf gespeicherten Auslösecharakteristiken basieren, adaptiv und anpassungsfähig.
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Vorteilshafterweise bietet der erfindungsgemäße Ansatz im Vergleich zu bekannten Ansätzen sowohl eine Kostenersparnis als auch einen Sicherheitsgewinn. Zudem weist der erfindungsgemäße Ansatz eine erhebliche Zukunftsrelevanz auf, da in der Zukunft durch andere Antriebstechnologien ein Mehr an Energie zur Verfügung gestellt werden kann, die allerdings zentralisiert vor liegt, wie beispielsweise bei Hybrid- und Elektroantrieben.
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Die Kostenersparnis ergibt sich durch die Möglichkeit der Nutzung eines zentralen Energiereservoirs für verschiedene Rückhaltemittel bzw. Elemente der passiven Sicherheit. Damit muss insgesamt weniger Energie, z.B. in Form von Sprengmittel, Stromspeicher bzw. Batterie oder mechanischer Vorspannung vorgehalten werden, da je nach Lastfall Energie aus, dem gemeinsamen System entnommen wird. Somit ist eine Material- und Gewichtsersparnis möglich. Aufgrund einer möglichen Einsparung bei den Zündkreisen und der Verkabelung ist weniger Bauraum notwendig. Dies ist auch im Steuergerät der Fall und sorgt somit für einen schonenden Umgang mit den Ressourcen. Eine Abschirmung des Reservoirs, falls z.B. Sprengmittel als Energiespeicher verwendet werden, kann deutlich einfacher und damit günstiger ausgeführt werden. Eine Entsorgung der Sprengmittel nach Stilllegung des Fahrzeugs ist günstiger. Zudem ist eine niedrigere Versicherungseinstufung des Fahrzeugs bedingt durch kostengünstigere Reparatur- und Ersatzmöglichkeiten möglich. Die Produktion ist deutlich einfacher, da die Modularität höher ausfällt. Ferner ist die Nutzung eines möglicherweise bestehenden Sitzsteuergeräts möglich.
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Der Sicherheitsgewinn wird durch einen optimalen Einsatz der verfügbaren Energie möglich. So kann beispielsweise eine bestehende Gewichtsabhängigkeit von dem Insassen berücksichtigt werden. So benötigt ein leichter Insasse mehr Energie für eine Sitzanpassung, zum Beispiel zur Verstellung des Sitzes oder für aufblasbare Sitzwangen oder eine aufblasbare Sitzrampe. Dagegen benötigt ein schwererer Insasse mehr Energie für Gurtanpassungen. Ein weiterer Faktor ist das Alter des Insassen. So darf ein älterer Insasse insgesamt weniger Energie ausgesetzt werden als ein jüngerer Insasse. Dies gilt z.B. für Gurtkräfte oder den Airbag. Ein sehr hohes Potenzial besteht bei der Ansteuerung von zukünftigen Aktuatoren im Sitz, z.B. der Sitzrampe, aufblasbare Seitenwangen oder ein aktiver Verstellmechanismus des Sitzes für den Crash-, Pre-Crash- und Post-Crash-Fall. Zudem ist eine Vorhaltung von Reserveenergie für einen Einsatz im Fall von Mehrfachkollisionen einfach möglich. Auch ist eine irreversible und reversible Gurtstraffung an unterschiedlichen Seiten eines Sitzes effizient möglich, beispielsweise für eine Doppelstraffung an Gurtschloss und Gurtanker oder eine Dreifachstraffung an Gurtschloss, Gurtanker, Aufroller usw.
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Die Zukunftsrelevanz ergibt sich dadurch, dass zukünftige (Elektro-)fahrzeuge bzw. Hybridfahrzeuge mit entsprechender Ausstattung an Batterietechnik sozusagen einen Energiespeicher on-board mitliefern. In einer erweiterten Umsetzungsvariante könnte je nach Umsetzung und Auslegung des zukünftigen Fahrzeugs der entsprechende (Batterie-) Speicher diese Energie auch für Notfall- bzw. für Safety Systeme zur Verfügung stehen. Aus Gewichts- bzw. Schwerpunktsgründen ist zu erwarten, dass die Batterien im unteren Bereich der Fahrgastzelle positioniert werden. Somit sind die Wege zwischen den Aktoren und Rückhaltesystemen im und am Sitz und dem Energiespeicher nicht weit.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, das einen Schritt des Empfangens mindestens eines Sensorsignals über eine Schnittstelle und einen Schritt des Bestimmens einer Aufteilungsvorschrift basierend auf dem mindestens einen Sensorsignal umfasst, wobei die Aufteilungsvorschrift geeignet ist, um eine Aufteilung zumindest einer Teilmenge einer, den Insassenschutzkomponenten gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge auf die Insassenschutzkomponenten zu definieren. Mögliche Insassenschutzkomponenten sind Rückhaltemittel wie Airbags, Gurtaufroller, Gurtstraffer oder eine Sitzaktorik. Das Sensorsignal kann ein Crash-Sensorsignal, ein Pre-Crash-Sensorsignal, ein Post-Crash-Sensorsignal und/oder ein Insassencharakterisierungs-Sensorsignal repräsentieren. Insbesondere kann das Sensorsignal von einer Fahrdynamiksensorik, einer Umfeldsensorik, einer Innenraumsensierung, einer Beschleunigungssensorik, einer Körperschallsensorik oder einer Drucksensorik oder eine Kombination aus diesen Signalen bereitgestellt werden. Die gemeinsam zur Verfügung stehende Energiemenge kann eine Energiemenge repräsentieren, die in einem zentralen Energiereservoir gespeichert ist. Aus dem zentralen Energiereservoir können die Insassenschutzkomponenten mit der, beispielsweise zur Auslösung erforderlichen Energie versorgt werden. Dezentrale Energiespeicher, die jeweils den einzelnen Insassenschutzkomponenten zugeordnet sind, sind erfindungsgemäß nicht erforderlich. Die Aufteilungsvorschrift kann definieren, welcher Anteil der gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge auf jede einzelne der Insassenschutzkomponenten entfallen soll. Somit kann die zur Verfügung stehende Energiemenge entsprechend einer, durch das mindestens eine Sensorsignal angezeigten Situation, optimal auf die einzelnen Insassenschutzkomponenten verteilt werden. Insassenschutzkomponenten, die situationsabhängig einen geringeren Energiebedarf haben, kann somit ein geringerer Anteil an der gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge zugeteilt werden, als Insassenschutzkomponenten, die situationsabhängig einen höheren Energiebedarf haben. Erfindungsgemäß kann entweder die gesamte zur Verfügung stehende Energiemenge oder nur eine Teilmenge davon aufgeteilt werden. Wird beispielsweise bei einem ersten Crashereignis nur eine Teilmenge der Energiemenge den Insassenschutzsystemen zugeteilt, so steht der restliche Anteil der Energiemenge beispielsweise bei einem nachfolgenden Crashereignis zur weiteren Aufteilung an die Insassenschutzsysteme zur Verfügung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann einen Schritt des Auswählens geeigneter Insassenschutzkomponenten, basierend auf dem mindestens einen Sensorsignal aufweisen, wobei die Aufteilungsvorschrift eine Aufteilung der Energiemenge auf die geeigneten Insassenschutzkomponenten definiert. Somit können aus allen verfügbaren Insassenschutzkomponenten diejenigen ausgewählt werden, die entsprechend der aktuellen Situation einen bestmöglichen Insassenschutz ermöglichen. Die Aufteilungsvorschrift kann daraufhin gewährleisten, dass die gemeinsam zur Verfügung stehende Energiemenge ausschließlich auf die geeigneten Insassenschutzkomponenten konzentriert wird. Somit kann den geeigneten Insassenschutzkomponenten zusätzlich derjenige Anteil der Energiemenge bereitgestellt werden, der für die nicht geeigneten Insassenschutzkomponenten vorgesehenen war.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner einen Schritt des Versorgens der Insassenschutzkomponenten mit Anteilen der Energiemenge, entsprechend der Aufteilungsvorschrift, umfassen. Der Schritt des Versorgens kann ein Bereitstellen der Aufteilungsvorschrift an einen zentralen Energiespeicher umfassen und die Anteile der Energiemenge können aus dem zentralen Energiespeicher bereitgestellt werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur eine situationsabhängige Aufteilung der gemeinsam zur Verfügung stehende Energiemenge umfassen, sondern auch die Zuteilung der jeweiligen Anteile der Energiemenge an die jeweiligen Insassenschutzkomponenten.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, das eine Schnittstelle zum Empfangen mindestens eines Sensorsignals und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Aufteilungsvorschrift basierend auf dem mindestens einen Sensorsignal umfasst, wobei die Aufteilungsvorschrift eine Aufteilung einer, den Insassenschutzkomponenten gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge auf die Insassenschutzkomponenten definiert. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Energieversorgung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, mit einem Energiespeicher zum Speichern einer, den Insassenschutzkomponenten gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge, einer Empfangsschnittstelle zum Empfangen einer Aufteilungsvorschrift, die eine Aufteilung der Energiemenge auf die Insassenschutzkomponenten definiert und einer Versorgungsschnittstelle zum Versorgen der Insassenschutzkomponente mit Anteilen der Energiemenge entsprechend der Aufteilungsvorschrift. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung kann auf dezentrale Energiereservoirs verzichtet werden, die jeder einzelnen der Insassenschutzkomponenten zugewiesen sind. Zudem lässt sich die insgesamt verfügbare Energiemenge situationsangepasst auf die Insassenschutzkomponenten verteilen. Der Energiespeicher kann ein Pyrotechnisches System, eine Sprengkapsel, einen elektrisches Energiespeicher, eine mechanische Energiespeicherkomponente, eine magnetische Energiespeicherkomponente und/oder einen keramischen Energiespeicher aufweisen. Somit kann für jede Art von Insassenschutzkomponenten die geeignete Energieform bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Energieversorgung in einem Fahrzeugsitz integrierbar sein. Somit kann die Vorrichtung zur Energieversorgung speziell zur Versorgung von Rückhaltesystemen eines Fahrzeugsitzes eingesetzt werden.
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Von Vorteil ist auch ein Verfahren, beispielsweise ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, das auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher, einem magnetischen Speicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann ein Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung in Form eines Computerprogramms aufweisen.
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Im Vergleich zu bekannten und eingesetzten Rückhaltesystemen kann mittels der vorgeschlagenen Idee zum einen die bauartbedingt zur Verfügung stehende Rückhalteenergie effizienter, günstiger und für den Insassen optimaler eingesetzt werden. Andererseits erlaubt diese Erfindung eine Kontrolle crashrelevanter Parameter im gesamten Crashverlauf, um bei Bedarf adaptiv Energiemengen aus dem gemeinsamen Energiereservoir umzuleiten und damit den Insassen während des gesamten Pre-Crash-, Crash und Post-Crashverlaufs optimal zu schützen. Wesentlich ist natürlich, dass die Energie auch für die Ansteuerung reversibler Aktuatoren innerhalb des Sitzes abgerufen werden kann.
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Somit ist Kern der Erfindung nicht nur der Ansteuerungsalgorithmus selbst, sondern vor allem auch die Idee eines zentralen sitzintegrierten Energiespeichers der eine gemeinsame Energiequelle für verschiedene zur Verfügung stehende Rückhaltemittel (z.B. Gurtstraffung, Sitzverschieblichkeiten, und weitere sitzintegrierte Rückhaltesysteme) darstellt. Zu beachten sei hier, dass der Begriff „Energie“ nicht wie üblicherweise im Zusammenhang mit Crashes als „zu disspierende Energie“ verstanden werden soll, sondem als die „zum Schutz des Insassen verfügbare Energie“ verstanden wird.
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Das erfindungsgemäße System erlaubt über den Bereich einer personifizierten Sicherheit hinaus einen wesentlichen Schritt in Richtung „Real Life Safety“ und eine damit verbundenen „Real Crash Adaption“. Ferner wird das passive Sicherheitsniveau eines Insassen erhöht, wodurch sich z.B. eine tendenzielle Verminderung der Verletzungsschwere ergibt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 4 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Fahrzeugsitz.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
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Die 1 und 2 zeigen den Ablauf für eine mögliche Umsetzungsvariante der vorliegenden Erfindung in Form von Blockschaltplänen auf. 1 zeigt den groben Ablaufplan, wogegen in 2 das Vorgehen detailierter beschrieben wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann in mehrere Funktionsabschnitte eingeteilt werden. Ein erster Funktionsabschnitt umfasst eine Sensorik 110, ein zweiter Funktionsabschnitt umfasst eine Steuerung 120, ein dritter Funktionsabschnitt ist auf eine Energie 130 gerichtet, die den Insassenschutzsystemen gemeinsam zur Verfügung steht und ein vierter Funktionsabschnitt umfasst Rückhaltemittel 140, bei denen es sich allgemein um Insassenschutzkomponenten des Fahrzeugs handeln kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann es sich speziell um Rückhaltemittel handeln, die in oder an einem Fahrzeugsitz angeordnet sind.
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Die Steuerung 120 kann in einem Steuergerät zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs realisiert sein und eine Schnittstelle zum Empfangen mindestens eines Sensorsignals 150 und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Aufteilungsvorschrift 160 aufweisen. Die Aufteilungsvorschrift 160 kann basierend auf dem mindestens einem Sensorsignal 150 bestimmt werden und eine Aufteilung der Energie 130 definieren.
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Die Steuerung 120 kann ausgebildet sein, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs auszuführen. Erfindungsgemäß erfolgt zunächst ein Empfangen des mindestens einen Sensorsignals 150 über die Schnittstelle und anschließend ein Bestimmen der Aufteilungsvorschrift 160 basierend auf dem mindestens einen Sensorsignal 150. Die Aufteilungsvorschrift 160 definiert eine Aufteilung der Energie 130 in einzelne Anteile 170. Die Steuerung 120 ist ausgebildet, um die Aufteilungsvorschrift 160, beispielsweise in Form eines elektrischen Signals bereitzustellen.
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Die Energie 130 kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten 140 gespeichert sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung einen Energiespeicher zum Speichern der Energie 130, eine Empfangsschnittstelle und eine Versorgungsschnittstelle auf. Die Empfangsschnittstelle ist ausgebildet, um die Aufteilungsvorschrift 160 zu empfangen. Die Versorgungsschnittstelle ist ausgebildet, um die Rückhaltemittel 140 mit Anteilen 170 der Energie 130 zu versorgen. Die Anteile 170 ergeben sich gemäß der Aufteilungsvorschrift 160.
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2 zeigt eine detailliertere schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind wiederum die bereits anhand von 1 beschriebenen Funktionsabschnitte.
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Im Bereich des ersten Funktionsabschnittes der Sensorik sind eine Fahrdynamiksensorik 211, eine Umfeldsensorik 212, eine Innenraumsensierung 213 sowie Beschleunigungs- und Drucksensoren 214, gezeigt. Nicht dargestellt sind eine Körperschallsensorik sowie eine mögliche weitere Sensorik, die weitere Sensorsignale liefern können, die für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden können. Insbesondere die Beschleunigungs- und Drucksensoren 214 als auch die Umfeldsensorik 212, die Innenraumsensierung 213, die Körperschallsensorik, sowie weitere Sensorik können beispielsweise in einer Crash-Phase Sensordaten liefern, die für Insassenschutzsysteme relevant sind. Die Fahrdynamiksensorik 211, Umfeldsensorik 212, Innenraumsensierung 213, sowie weitere Sensorik können bereits in einer Pre-Crash-Phase Sensordaten liefern, die für Insassenschutzsysteme relevant sind.
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Im Bereich des zweiten Funktionsabschnittes der Steuerung ist ein Steuergerät 221 mit einem ECU Airbagsteuergerät 222 und ein Energiemanagementsystem 223 mit entsprechendem Algorithmus sowie entsprechender Software und Steuerung gezeigt. Ferner kann ein fahrdynamisches Steuergerät/ESP 224 vorgesehen sein.
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Im Bereich des dritten Funktionsabschnittes der Energie ist ein Energiespeicher 231 gezeigt.
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Im Bereich des vierten Funktionsabschnittes der Rückhaltemittel sind Airbags 241, Gurtaufroller 242, Gurtstraffung 243, Sitzaktorik 244 und mögliche weitere Rückhaltemittel 245 gezeigt.
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Die Fahrdynamik 211 ist ausgebildet, um ein Sensorsignal 251 an das fahrdynamische Steuergerät/ESP 224 bereitzustellen. Das fahrdynamische Steuergerät/ESP 224 ist ausgebildet, um das Sensorsignal 251 zu empfangen und ein Signal an das Energiemanagementsystem 223 bereitzustellen. Die Umfeldsensorik 212, die Innenraumsensierung 213, die Beschleunigungs- und Drucksensoren 214, die Körperschallsensorik sowie die weitere Sensorik sind ausgebildet, um Sensorsignale 252, 253, 254 an das Airbagsteuergerät 222 bereitzustellen. Das Airbagsteuergerät 222 ist ausgebildet, um ein Signal an gerät 222 bereitzustellen. Das Airbagsteuergerät 222 ist ausgebildet, um ein Signal an das Energiemanagementsystem 223 bereitzustellen.
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Das Energiemanagementsystem 223 ist ausgebildet, um die Aufteilungsvorschrift 160 an den Energiespeicher 231 bereitzustellen.
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Der Energiespeicher 231 ist ausgebildet, um einen ersten Anteil 271 der in dem Energiespeicher 231 gespeicherten Energie an die Airbags 241, einen zweiten Anteil 272 an die Gurtaufroller 242, einen dritten Anteil 273 an die Gurtstraffung 243, einen vierten Anteil 274 an die Sitzaktorik und einen weiteren Anteil 275 an die möglichen weiteren Rückhaltemittel 245 bereitzustellen.
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Grundsätzlich kann das eigentliche Energiemanagement (Berechnung & Steuerung) im Airbagsteuergerät 222 implementiert werden. Alternativ kann dies auch in einem anderen Steuergerät wie, z.B. im Sitzsteuergerät geschehen. Die Übermittlung der Sensorsignale 150, 251, 252, 253, 254 kann über ein Bus-System oder über ein direktes Einlesen der Sensorinformation im entsprechenden Steuergerät 120, 221, 224 erfolgen. Die Speicherprinzipien für die verwendeten Speicher können auf unterschiedlichster Basis sein, beispielsweise optisch, magnetisch oder elektromagnetisch.
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Ein weiterer Schwerpunkt der Erfindung betrifft den Auswertealgorithmus für die optimale Aufteilung der Energien auf die einzelnen Schutzkomponenten. Die entsprechende Berechnung läuft im entsprechenden Steuergerät 120, 221 ab.
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3 zeigt einen Auswertealgorithmus in symbolischer Form bzw. ein Blockschaltbild eines Energiemanagement Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Neben Fahrdynamik 211, Umfeldsensorik 212, Innenraumsensierung (Insassenposition) 213, sowie Beschleunigungs- und Drucksensoren 214 zeigt 3 ECU Sensoren 315, einen Sitzpositionssensor 316 und eine Personal Safety Einrichtung 317, die z.B. das Alter eines Insassen angeben kann.
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Die ECU Sensoren 315 sind ausgebildet, um Sensorsignale an eine Crashdetektion 380 bereitzustellen. Die Beschleunigungs- und Drucksensoren 214 sind ausgebildet, um Sensorsignale über eine Plausibilitätseinrichtung 381 an die Crashdetektion 380 bereitzustellen. Die Umfeldsensorik 212 und die Fahrdynamik 211 sind ausgebildet, um Sensorsignale an Pre-Crash System 382 bereitzustellen. Die Pre-Crash System 382 sind ausgebildet, um Signale über eine Plausibilitätseinrichtung 383 an die Crashdetektion 380 bereitzustellen. Die Crashdetektion 380 ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung zur Bestimmung der Crashart 384 und eine Einrichtung zur Bestimmung der Crashschwere 385
bereitzustellen. Die Einrichtung zur Bestimmung der Crashart 384 ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 386 zur bereichsweisen (Seite, Front, Heck ...) Verteilung der Energie [%] bereitzustellen. Die Einrichtung 386 ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 325 zur Verteilung der [%] Werte nach Verletzungsrelevanz (Gurt/Airbag vs. passive Systeme) bereitzustellen. Die Einrichtung 325 zur Verteilung der [%] Werte nach Verletzungsrelevanz ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 326 zur Anpassung der tatsächlich bereitgestellten Energie (u.U. Absenkung) bereitzustellen. Die Einrichtung zur Bestimmung der Crashschwere 385 ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 387 zur maximal bereitstellbaren Energie [absolut] bereitzustellen. Die Einrichtung 387 ist ausgebildet, um ein Signal an die Einrichtung 326 zur Anpassung der tatsächlich bereitgestellten Energie bereitzustellen.
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Der Sitzpositionssensor 316, die Innenraumsensierung 213 und die Personal Safety Einrichtung 317 sind jeweils ausgebildet, um ein Signal an eine Insassencharakterisierung 388 bereitzustellen. Die Insassencharakterisierung 388 ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 389 zur Bestimmung von Sitzposition, aktueller Vorverlagerung, Gewicht, Geometrie/Form und Alter bereitzustellen. Die Einrichtung 389 ist ausgebildet, um ein Signal an die Einrichtung 325 zur Verteilung der [%] Werte nach Verletzungsrelevanz und ein Signal an die Einrichtung 326 zur Anpassung der tatsächlich bereitgestellten Energie bereitzustellen.
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Die Einrichtung 326 zur Anpassung der tatsächlich bereitgestellten Energie ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 327 „Steuerung Energiespeicher“ bereitzustellen.
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Grundsätzlich können die beiden Aufgabenbereiche des in 3 dargestellten Auswertealgorithmus relativ leicht nach „Anpassung an Crash“ und „Anpassung an Insasse“ getrennt betrachtet und dargestellt werden. Der Bereich „Anpassung an Crash“ umfasst dabei die Sensoren 315, 214, 212, 211 sowie die Einrichtungen 380, 382, 384, 385, 386, 387. Der Bereich „Anpassung an Insasse“ umfasst die Sensoren 316, 213, 317 sowie die Einrichtungen 388, 389.
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4 zeigt eine Darstellung eines sitzintegrierten Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Gesamtsitzsystem mit zwei Sitzen mit einer Anordnung von jeweils einem Energiespeicher 140, der z.B. Pyrotechnik, Sprengkapseln, Elektrik oder keramische Speicher aufweisen kann. Ferner sind an dem Sitz Airbags 241 angeordnet. Dabei kann es sich um Airbags 241 für die Seite, z.B. für Thorax und Kopf sowie für die Front, z.B. für die Sitzrampe und Antisubmarining handeln. Ferner sind ein 3-Punkt, 4- Punkt, 6-Punkt oder sonstiges Mehrpunkt Gurtsystem 446 mit Straffung an Schulter, Gurtschloss, Gurtanker usw. und Gurtkraftbegrenzung, passive/aktive Kopfstützen bzw. Rolloverschutzsysteme 447, aufblasbare/abstützende Sitzwangen 448 sowie aktiv verstellbare Sitzmechanik 449 bzgl. Kippen, Senken und Heben, Längs- und Querverschieblichkeit vorgesehen.
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Der erfinderische Ansatz basiert auf dem gemeinsamen, sitzintegrierten Energiespeicher 140 zur Aktivierung der Rückhaltesystemkomponenten 242, 246, 447, 448, 449 des Sitzes und dem, zur optimalen Aufteilung der Energie notwendigen Auswertealgorithmus inklusive dem zugehörigen Steuergerät, wobei alternativ eine Integration in bestehende Steuergeräte möglich ist. Dadurch ist eine optimale Anpassung des Rückhaltemitteieinsatzes an den Crash und die Insassen möglich.
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Ein Kern des erfinderischen Ansatzes ist somit der Energiespeicher 140, der gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel unter dem Sitz angeordnet ist. Der Energiespeicher 140 könnte von der technischen Seite her durch ein pyrotechnisches System, z.B. per Sprengkapseln, aber auch durch alternative, z.B. elektrische Speichermedien oder auch konventionelle Batterietechnik (vgl. Elektrofahrzeuge) oder Kombinationen daraus umgesetzt werden.
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Alle entsprechenden reversiblen und irreversiblen Rückhaltemittel 242, 246, 447, 448, 449 beziehen ihre Energie aus diesem zentralen Speicher 140. Entsprechend müssen die Anschlüsse gestaltet werden und über geeignete Schnittstellen an den Speicher 140 angebunden werden. Die Anschlüsse können beispielsweise mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch sein. Mögliche integrierte Rückhaltemittel sind Gurtstraffer 446 am Schulteraufhängepunkt, Gurtschloss und/oder Gurtbefestigungspunkt. Denkbar wäre zudem die Anbindung/Integration von Airbags/Luftsäcken 242 für den Seitencrash als kombinierter Thorax-/Kopfbag und/oder aufblasbare/abstützende Sitzwangen oder für die Frontcrashes als Antisubmarining Sitzrampenbag oder Sitzrampenbügel ausgeführt. Denkbar wäre auch die Ansteuerung von aktiven und passiven Schutzsystemen 447 zum Überollschutz, welche ihre Wirkung aus dem Sitz heraus entfalten könnten. Weiterhin könnten aktive Heckcrashsysteme, wie z.B. eine aktive Kopfstütze oder aktive Lehnentiefenverstellung oder aktive Sitzaktorik 449 (Rückwärtskippen) ihre Energie aus dem Energiespeicher beziehen. Ein derartiges Energiereservoir 140 würde auch die Anbindung bzw. Ansteuerung zukünftig möglicher, aktiv verstellbarer Sitzmechanik (je nach Anwendungsfall) unterstützen. In diesem Zusammenhang kann natürlich auch eine crashaktive Längs- und Querverstellung des Sitzes im Crashfall angesteuert und mit Energie beliefert werden. Weiterhin ist das System nicht nur auf ein Standard 3-Punkt-Gurtsystem fixiert, sondern kann auch sehr gut in Kombination mit 4-Punkt, 6-Punkt oder alternatives Mehrpunkt Gurtsystemen angewendet werden.
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Zu beachten ist, dass außer dem unter dem Sitz positionierten Energiespeicher 140 viele der oben angegebenen Rückhaltesysteme schon in heutigen Gesamtsystemen eingesetzt werden, allerdings jeweils mit einem eigens für ihre Anwendung ausgestatteten Energiespeicher. Beispiele dafür sind die Gasgeneratoren auf Basis von Sprengkapseln für die Airbags, „vorgespannte Feder“-Systeme, pyrotechnisch oder elektromotorisch gesteuerte Systeme für die Gurtstraffung, oder Elektromotoren für die Steuerung der Sitzverstellung / Klimatisierung / Massagefunktion. Dies hat zur Folge, dass die Einbauposition der einzelnen Rückhaltekomponenten zwar nicht verändert werden muss, allerdings ihre Anbindung konzeptionell neu gestaltet werden muss.
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Auch können entsprechende (reversible) Pre-Crash Funktionen unterstützt werden und ihren Energiebedarf aus dem gemeinsamen Energiespeicher decken. Dies hat zur Folge, dass auch schon im Pre-Crash Bereich ein optimal an den Insassen und seine Sitzposition angepasster Energieeinsatz möglich wäre. Typische Beispiele für unterstützte Pre-Crash Funktionen sind die elektromotorische Vorstraffung oder haptische Warnung an Gurt oder Sitzlehne, aufblasende Sitzwangen/Sitzfront zur Positionierung des Insassen oder aktiv einsetzende Sitzverstellungen.
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Der erfindungsgemäße Ansatz erlaubt den optimalen Schutz des Insassen bei real auftretenden Crash-Situationen, wie beispielsweise Front-, Seiten oder Heck-Kollisionen, Rollover-Situationen und Kombinationen daraus. Auf der Basis von gemessenen Informationen aus einer elektronischen Kontrolleinheit, peripheren Sensoren, Umfeldsensorik, fahrdynamischen Größen aber auch Insassen- und Innenraumsensierung mittels visueller Verfahren wird eine Klassifikation des Crashes durchgeführt und adaptiv während des Crashes angepasst. Die elektronische Kontrolleinheit kann als Steuergerät ausgebildet sein. Periphere Sensoren können beispielsweise Beschleunigung oder Druck erfassen. Die Umfeldsensorik kann visuell basiert sein oder auf Infrarot (IR) oder Radar basieren. Fahrdynamische Größen können von fahrdynamischen Regelsystemen wie z.B. ESP bereitgestellt werden. Die Insassensensierung kann die Größe, das Gewicht, oder die Sitzposition z.B. mittels sitzintegrierter Sensoren bestimmen, oder das Alter des Insassen bereitstellen. Die Klassifikation des Crashes kann die Crashschwere, die Crashart oder Crashkombination oder einen Offset berücksichtigen. Ein Auswertealgorithmus bestimmt den optimalen Einsatz der für die Rückhaltesysteme am, im und um den Sitz herum gemeinsam zur Verfügung stehenden Energie, welche in einem zentralen Energiespeicher zur Verfügung steht. Die Terminologie „optimal“ bedeutet in diesem Kontext gleichzeitig optimal an den Insassen angepasst (Gewicht, Position, Alter) und optimal an den Crash angepasst (Schwere, Crashart/Kombination, Offset). Damit können z.B. Rückhaltemittel für Front- und Seitencrashes gleichzeitig, aber mit niedrigerem als üblichen Energieeinsatz aktiviert werden.
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Ein gemäß dem erfindungsgemäßen Ansatz ausgestattetes Fahrzeug verfügt über ein entsprechendes Steuergerät inklusive einem gemeinsamen Energiespeicher (z.B. unter dem Sitz). Damit beziehen alle betroffenen Rückhaltesystemkomponenten ihre Energie aus einem Energiespeicher, wie es beispielsweise anhand der sitzintegrierten Lösung beschrieben ist.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Der erfinderische Ansatz kann für Rückhaltemittel im Bereich des Sitzes ebenso eingesetzt werden, wie für weitere im Fahrzeug angeordnete Insassenschutzsysteme.
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Im Grundsatz ist der Einschluss möglichst vieler wenn nicht sogar aller im Fahrzeug verfügbaren Rückhaltemittel angedacht bzw. schützenswert. Allerdings ist zum jetzigen Zeitpunkt die Realisierung einer sitzintegrierten Umsetzung am einfachsten bzw. wahrscheinlichsten. Alle Untermengen der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden und ansteuerbaren Insassenschutzsysteme sollen auf der Basis des Einschlusses energetisch und geometrisch passender Rückhaltesystemen (d.h. nur ein Teil der im Fahrzeug verfügbaren Rückhaltemittel) in einen eigenen Energiekreislauf abgedeckt werden. Beispiele von Umsetzungsvarianten beinhalten eine sitzintegrierte Lösung, eine fahrzeugseitenintegrierte
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Lösung (links/rechts), eine Fahrzeuglängsposition basierte Lösung (Front/Fond) und eine Fahrzeugseiten- und für einen Insassenbereich (Sitz) integrierte Lösung. Die sitzintegrierte Lösung bezieht, wie bereits beschrieben, alle in und an einem einzelnen Sitz einsetzbare Rückhaltesysteme ein. Die fahrzeugseitenintegrierte Lösung schließt Front und Fondbereich ein inkl. aller oder nur Teil der einsetzbaren Rückhaltesysteme (möglicher Bauraum B-Säule). Die Fahrzeuglängsposition basierte Lösung schließt Fahrer/Beifahrerbereich oder die gesamte Rückbank ein inkl. aller oder Teilen der einsetzbaren Rückhaltesysteme. Die Fahrzeugseiten- und für einen Insassenbereich (Sitz) integrierte Lösung schließt Front oder Fondsitz (jeweils links oder rechts) inklusive zugehöriger Fahrzeugseitenstruktur ein.
