-
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurteinrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Sicherheitsgurteinrichtungen, die im Crash-Fall beschleunigungsabhängig, das heißt unabhängig vom Gewicht des angegurteten Fahrzeuginsassen, einen begrenzten Gurtauszugsweg freigeben, sind allgemein bekannt.
-
So ist aus der
DE 10 2004 035 486 A1 eine Sicherheitsgurteinrichtung für ein Fahrzeug bekannt, die eine Blockiereinrichtung zum Blockieren eines Gurtauszuges eines an einem Fahrzeuginsassen anlegbaren Sicherheitsgurtes aufweist. Außerdem ist eine auf die Blockiereinrichtung einwirkende Freigabeeinrichtung vorgesehen, die zur Bereitstellung eines begrenzten Gurtauszugsweges die Blockiereinrichtung freigibt. Die Bereitstellung des Gurtauszugsweges erfolgt dabei alleine in Abhängigkeit von der im Crash-Fall erfolgenden Fahrzeugverzögerung, also lediglich beschleunigungsabhängig.
-
Konkret weist die Blockiereinrichtung eine Anzahl von in Reihe angeordneten Anschlagstiften auf, die Anschläge zum Blockieren einer Bewegung einer Zahnstange bilden. Die Zahnstange kämmt wiederum mit einem Zahnrad, das mit einer Wickeltrommel für den Sicherheitsgurt gekoppelt ist. Die Bewegungsrichtung der Zahnstange, die durch die Anschlagstifte blockiert ist, entspricht dabei der Bewegungsrichtung, die eine, einen Gurtauszug herbeiführende Drehung des mit der Zahnstange kämmenden Zahnrades ergeben würde. Die Anschlagstifte blockieren daher den Gurtauszug. Die Freigabeeinrichtung ist hier ein, bei einer Fahrzeugverzögerung verschiebbarer Sensorkörper. Im Falle eines Frontalaufpralles des Fahrzeuges erfolgt eine Beschleunigung des Sensorkörpers in Richtung auf die Anschlagstifte. Wenn der Sensorkörper mit einer ausreichend großen Kraft gegen die Schrägfläche eines entsprechenden Anschlagstiftes der Blockiereinrichtung anschlägt, so wird dieser Anschlagstift aus seiner Position verschoben und gibt dadurch eine, den Gurtauszug ermöglichende Bewegung der Zahnstange frei.
-
Die oben genannte Freigabeeinrichtung ist so ausgelegt, dass erst bei einer vorgegebenen Grenzbeschleunigung bzw. -verzögerung des Fahrzeuges der Sensorkörper verschoben und damit die Freigabeeinrichtung aktiviert wird. Diese Grenzbeschleunigung kann im Crash-Fall etwa 20g betragen und ist im Hinblick auf eine biomechanische Grenzbelastbarkeit des angegurteten Fahrzeuginsassen ausgelegt, bei der Rippenfrakturen oder andere schwerwiegende Verletzungen im Brustkorbbereich des Fahrzeuginsassen noch mit ausreichender Wahrscheinlichkeit verhindert werden können.
-
Die Beschleunigung des Fahrzeuginsassen wird hier nicht unmittelbar am Fahrzeuginsassen erfasst. Vielmehr erfolgt die Erfassung der Fahrzeuginsassen-Beschleunigung mittels des Sensorkörpers, der im Crash-Fall als ein Referenzsystem das Bewegungsmuster des Fahrzeuginsassen simuliert. Es ist daher von großer Bedeutung, dass die Bewegungsmuster des Sensorkörpers und des Fahrzeuginsassen zueinander synchron sind.
-
Insbesondere der Brustkorbbereich des Fahrzeuginsassen ist bekanntermaßen aufgrund von in diesem Bereich vorgesehener kleinerer Gelenke elastisch ausgebildet. Aufgrund der inneren Elastizität im Brustkorbbereich erfährt daher ein angegurteter Fahrzeuginsasse im Crash-Fall einen Beschleunigungsverlauf, der gegenüber dem eigentlichen Fahrzeugbeschleunigungs-Verlauf zeitverzögert ist. Im Gegensatz dazu findet diese innere Elastizität des Fahrzeuginsassen im Referenzsystem des Sensorkörpers keinen Niederschlag. Der Beschleunigungsverlauf des Sensorkörpers ist daher im Crash-Fall nicht zeitverzögert, sondern bis Erreichen der Grenzbeschleunigung synchron mit dem Fahrzeugbeschleunigungs-Verlauf. Entsprechend sind daher die Bewegungsmuster des Sensorkörpers und des Fahrzeuginsassen zueinander nicht synchronisiert.
-
Aus der
DE 10 2006 027 897 A1 ist eine gattungsgemäße Sicherheitsgurteinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Aus der
DE 32 18 569 A1 ist ein automatisch sperrender Gurtaufroller für Sicherheitsgurte bekannt. Aus der
DE 22 15 892 A ist ein Sicherheitsgurt bekannt.
-
Aus der
DE 91 10 281 U1 ist ein geräuschgedämpfter Sensor für einen Sicherheitsgurtaufroller bekannt.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sicherheitsgurteinrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der ein im Fahrzeugsitz angegurteter Fahrzeuginsasse vor Verletzungen, insbesondere im Brustkorbbereich, geschützt ist.
-
Die Aufgabe ist gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
-
Gemäß dem Anspruch 1 ist dem Sensorkörper in der Freigabeeinrichtung ein Verzögerungsglied zugeordnet. Mit dem Verzögerungsglied ist der Umstand berücksichtigt, dass im Crash-Fall der zeitliche Verlauf der Fahrzeuginsassen-Beschleunigung aufgrund der inneren Elastizität des Fahrzeuginsassen zeitlich verzögert zur eigentlichen Fahrzeugbeschleunigung ist. Mit dem Verzögerungsglied wird daher die innere Elastizität des Fahrzeuginsassen simuliert. Insgesamt können daher synchrone Bewegungsmuster von sowohl dem Fahrzeuginsassen als auch dem Sensorkörper erreicht werden, wodurch die Gurtauszugs-Steuerung im Crash-Fall verbessert wird.
-
Durch entsprechende Auslegung des Verzögerungsgliedes können die Bewegungsabläufe des Sensorkörpers und des Fahrzeuginsassen zueinander synchronisiert werden, wodurch im Crash-Fall Überbelastungen des Fahrzeuginsassen aufgrund unterschiedlicher Bewegungsabläufe des Sensorkörpers und des Fahrzeuginsassen vermieden werden.
-
Erfindungsgemäß ist dem Sensorkörper als Verzögerungsglied ein Federelement zugeordnet. Die Federkonstante des Federelements entspricht einer inneren Elastizität des Fahrzeuginsassen. In der erfindungsgemäßen Freigabeeinrichtung ist daher zusätzlich die innere Elastizität sowie der dadurch bedingte zeitlich verzögerte Nachlauf des Beschleunigungsverhaltens des Fahrzeuginsassen berücksichtigt.
-
Die Freigabe des Gurtauszugsweges erfolgt im Crash-Fall bevorzugt erst dann, wenn die innere Elastizität des Fahrzeuginsassen weitgehend überwunden ist, das heißt dieser unter Kompression seines Brustkorbbereiches gegen den blockierten Sicherheitsgurt gepresst ist. Ab diesem Zeitpunkt ist der Fahrzeuginsasse im Wesentlichen starr an die Freigabeeinrichtung angekoppelt.
-
Die Nachbildung des crashbedingten Bewegungsmusters kann mechanisch erfolgen, das heißt durch Vorsehen eines tatsächlichen Sensorkörpers mit vorgegebenem Gewicht sowie mit dem zugeordneten Verzögerungsglied. Alternativ kann der Sensorkörper mit dem Verzögerungsglied computergestützt mittels eines Simulationsprogrammes nachgebildet werden.
-
Die Freigabeeinrichtung weist außerdem einen Kraftbegrenzer auf, zwischen dem und dem Beschleunigungskörper das Verzögerungsglied geschaltet ist. Der Kraftbegrenzer kann im Crash-Fall nach Aufbau einer vorgegebenen Federkraft durch das Federelement und den Beschleunigungskörper den Gurtauszugsweg freigeben. Das Federelement ist dabei im Hinblick auf die innere Elastizität des angegurteten Fahrzeuginsassen ausgelegt. Bevorzugt kann daher eine Aktivierung des Kraftbegrenzers, das heißt die Freigabe des Gurtauszugsweges, erst erfolgen, wenn der angegurtete Fahrzeuginsasse mit der oben erwähnten vorbestimmten Grenzbeschleunigung, etwa den 20g, gegen den blockierten Sicherheitsgurt gepresst wird.
-
Zur technischen Realisierung der Sicherheitsgurteinrichtung weist die Blockiereinrichtung eine selbsthemmende Reibungsvorrichtung auf, die den Gurtauszug des Sicherheitsgurtes bei einer Fahrzeugkollision blockiert. Im Falle einer unfallbedingten Fahrzeugverzögerung kann die Freigabeeinrichtung in einfacher Weise durch Aufhebung der Selbsthemmung der Reibungsvorrichtung die Blockiereinrichtung freigeben, um dem Sicherheitsgurt einen begrenzten Auszugsweg bereitzustellen.
-
Bevorzugt ist daher erfindungsgemäß die Freigabeeinrichtung nicht nur erst bei Erreichen einer vorgegebenen Fahrzeugverzögerung aktivierbar, um eine Verletzung des Fahrzeuginsassen zu vermeiden. Zusätzlich erfolgt die Freigabe des Gurtauszugsweges erst dann, wenn der Fahrzeuginsasse mit der oben erwähnten Grenzbeschleunigung in den blockierten Sicherheitsgurt gedrückt wird.
-
Die mit der Reibungsvorrichtung ausgeführte Blockiereinrichtung ist in einfacher Weise mit einem Seil realisierbar, das zur Erzeugung einer Seilreibungskraft mit einer Anzahl von Wicklungen um ein feststehendes Reibungselement reibschlüssig gewickelt ist. Bei einer entsprechend gewählten Reibpaarung zwischen dem Reibungselement und den Seilwicklungen ergibt sich somit eine Seilreibung, die bei einer kollisionsbedingten Fahrzeugverzögerung die Wickeltrommel des Sicherheitsgurtes zuverlässig blockiert. In diesem Fall kann die Freigabeeinrichtung zur Aufhebung der Selbsthemmung der Reibungsvorrichtung die Seilwicklungen um das Reibungselement lockern. Die Seilwicklungen können in einfacher Weise dadurch blockiert werden, dass die Freigabeeinrichtung das Seil entgegen der Aufwickelrichtung um das feststehende Reibungselement schiebt. Damit sich in diesem gelockerten Zustand die Seilwicklungen nicht einander überlagern, können diese zumindest teilweise in einem Ringspalt geführt sein, der das feststehende Reibungselement von einem äußeren Hohlzylinder beabstandet.
-
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel sowie ein nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel beschrieben.
-
Es zeigen:
- 1 in einer grob schematischen Ansicht eine Sicherheitsgurteinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel;
- 2 eine Detailansicht des Gurtaufrollers sowie der Blockiereinrichtung aus der 1;
- 3 ein Beschleunigungs-Zeit-Diagramm, das den Beschleunigungsverlauf des angegurteten Fahrzeugs, des Fahrzeuginsassen sowie des Beschleunigungskörpers der Freigabeeinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel im Crash-Fall veranschaulicht;
- 4 in einer Ansicht entsprechend der 1 eine Sicherheitsgurteinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
- 5 ein Beschleunigungs-Zeit-Diagramm entsprechend der 3 der Sicherheitsgurteinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
-
In den 1 und 2 ist als ein Vergleichsbeispiel eine Sicherheitsgurteinrichtung gezeigt, die nicht von der Erfindung umfasst ist. Die Sicherheitsgurteinrichtung weist gemäß den 1 und 2 einen Gurtaufroller 1 mit einem Sicherheitsgurt 2 auf, der in der 1 an einem Fahrzeuginsassen angelegt ist. Der Sicherheitsgurt 2 ist über einen Umlenkbügel 3 zum Gurtaufroller 1 geführt. Der Gurtaufroller 1 weist in der 2 eine Wickeltrommel 6 zum Auf- und Abwickeln des Sicherheitsgurtes 2 sowie eine Sperrscheibe 7 auf, die koaxial zu der Wickeltrommel 6 angeordnet ist.
-
Im normalen Fahrbetrieb, etwa beim Anlegen bzw. Ablegen des Sicherheitsgurtes 1, ist die Wickeltrommel 6 unabhängig von der Sperrscheibe 7 frei drehbar. So wird beim Anlegen des Sicherheitsgurtes 1 durch den Fahrzeuginsassen der Sicherheitsgurt 1 entgegen der Kraft einer nicht gezeigten Rückstellfeder von der Wickeltrommel 6 abgewickelt. Die Rückstellfeder gewährleistet, dass der Sicherheitsgurt 1 im angelegten Zustand straff am Fahrzeuginsassen anliegt, und dass der Sicherheitsgurt beim Ablegen wieder auf die Wickeltrommel 6 gewickelt wird.
-
Das bei einer Fahrzeugkollision vom angelegten Sicherheitsgurt 1 auf die Wickeltrommel 6 übertragene Drehmoment bewirkt, dass Flieh- und/oder Trägheitskräfte auf ein Kupplungselement 8 einwirken, das in der 2 nur gestrichelt angedeutet ist. Das Kupplungselement 8 ist zwischen der Wickeltrommel 6 und der Sperrscheibe 7 geschaltet. In seiner, in der 2 angedeuteten Kupplungsstellung verriegelt das Kupplungselement 8 die Wickeltrommel 6 gegenüber der Sperrscheibe 7. Somit ist ein Abwickeln des Sicherheitsgurtes 1 von der Wickeltrommel 6 und damit eine Vorverlagerung des angegurteten Fahrzeuginsassen verhindert.
-
Um die in der 2 gezeigte Sperrscheibe 7 ist ein aus Stahl gefertigtes Seil 9 gewickelt, das die Sperrscheibe 7 mit einer Blockiereinrichtung 11 verbindet. Die Blockiereinrichtung 11 ist als eine Reibungsvorrichtung mit einem feststehenden Zylinder 13 ausgeführt, um den das von der Sperrscheibe 7 kommende Seil 9 mehrfach gewickelt ist. Die Mehrfach-Wicklungen 14 des Seiles 9 sind von einem Hohlzylinder 35 ummantelt, der über einen Ringspalt 17 vom Zylinder 13 beabstandet ist. Die Spaltbreite des Ringspaltes 17 ist derart bemessen, dass sie in etwa dem Seildurchmesser entspricht. Somit ist gewährleistet, dass sich die Seilwicklungen 14 auch im gelockerten Zustand nicht einander überlagern können.
-
Das Seil 9 ist mit seinem Seilende 18 mit einer Freigabeeinrichtung 36 gekoppelt. Die Freigabeeinrichtung 36 erfasst die Beschleunigung des Fahrzeugs und betätigt ab einer vorgegebenen Grenz-Beschleunigung die Blockiereinrichtung 11, um einen begrenzen Gurtauszug des Sicherheitsgurtes 2 zuzulassen. Die Freigabeeinrichtung 36 wirkt daher in einem Crash-Fall beschleunigungsabhängig, das heißt unabhängig vom Gewicht des angegurteten Fahrzeuginsassen, auf die Blockiereinrichtung 11 ein.
-
Im Vergleichsbeispiel der 1 weist die Freigabeeinrichtung 36 einen Sensorkörper 39 auf, der über eine Zugfeder 40 mit einem karosserieseitigen Stützabschnitt 29 verbunden ist. Mit dem Sensorkörper 39 wird die Beschleunigung des Fahrzeugs erfasst. Die Zugfeder 40 wirkt demgegenüber als ein Beschleunigungs-Begrenzer. Das heißt, die Federkonstante der Zugfeder 40 ist derart ausgelegt, dass sich erst bei einer vorgegebenen Größe der Fahrzeugverzögerung der Beschleunigungskörper 39 entgegen der Zugkraft der Zugfeder 40 um einen Stellweg s in die Fahrtrichtung I bewegt.
-
Wie oben erwähnt, erfasst der Sensorkörper 39 die Beschleunigung des Fahrzeugs. Mit dem Sensorkörper 39 wird daher das Bewegungsmuster des Fahrzeuginsassen im Crash-Fall simuliert.
-
Bei einer Fahrzeugkollision beschleunigt der Fahrzeuginsasse mit angelegtem Sicherheitsgurt 2 in der Fahrtrichtung FR. Der Sicherheitsgurt 2 übt daher gemäß der 1 mit einer Auszugskraft FA ein Drehmoment auf die Wickeltrommel 6 aus. Aufgrund entstehender Fliehkräfte verstellt sich das Kupplungselement 8 in seine Sperrposition, in der die Sperrscheibe 7 drehfest mit der Wickeltrommel 6 verbunden ist. Dem so auf die Sperrscheibe 7 ausgeübten Drehmoment wird von der Blockiereinrichtung 11 eine Reibungskraft FR bzw. ein Rückhaltemoment entgegengesetzt, das durch die Seilreibung zwischen den Seilwicklungen 14 und dem Zylinder 13 erzeugt wird. Durch eine crashbedingte Beschleunigungsbewegung des Sensorkörpers 39 in der Fahrtrichtung FR wird das Seil 9 entgegen seiner Wickelrichtung um den Zylinder 13 geschoben. Dadurch lockern sich die um den Zylinder 13 gewickelten Seilwicklungen 14, wodurch deren Selbsthemmung gelöst wird. Entsprechend kann sich die Sperrscheibe 7 mitsamt der Wickeltrommel 6 begrenzt drehen, bis die Seilwicklungen 14 um den Zylinder 13 wieder gestrafft sind. In diesem abermals gestrafften Zustand ist die Seilreibung FR wieder größer als die auf das Seil 9 wirkende Auszugskraft FA.
-
Der oben beschriebene Vorgang ist im Beschleunigungs-Zeit-Diagramm der 3 veranschaulicht. Dabei zeigt die Kurve I den zeitlichen Verlauf der Fahrzeugverzögerung, die Kurve II den zeitlichen Verlauf der auf den Sensorkörper 39 einwirkenden Beschleunigung und die Kurve III die Beschleunigung des Fahrzeuginsassen.
-
Der Fahrzeuginsasse weist im Gegensatz zum starren Sensorkörper 39 eine gewisse innere Elastizität auf, und zwar aufgrund von Gelenken und/oder des Gewebes im Brustkorbbereich des Fahrzeuginsassen, die in der Freigabeeinrichtung 36 der 1 keinen Niederschlag findet. Der Fahrzeuginsasse ist daher während einer Fahrzeugkollision nicht starr, sondern elastisch am angelegten Sicherheitsgurt angekoppelt. Die Bewegungsmuster des Sensorkörpers 39 und des Fahrzeuginsassen, die in der 3 als zeitliche Beschleunigungsverläufe veranschaulicht sind, sind daher nicht deckungsgleich.
-
So läuft gemäß der 3 der Beschleunigungsverlauf III des Fahrzeuginsassen dem mit I gezeigten Aufprallimpuls - aufgrund seiner inneren Elastizität - mit verzögertem Ansprechverhalten nach.
-
Die Freigabeeinrichtung 36 wird zum Zeitpunkt tF aktiviert, bei der die Beschleunigung des Sensorkörpers 39 einen vorgegebenen Grenzwert aG, etwa 20g, überschreitet.
-
Aufgrund seiner inneren Elastizität kann dem Fahrzeuginsassen ein zusätzlicher, von der Freigabeeinrichtung 36 nicht berücksichtigter Beschleunigungsweg bereitgestellt werden, der zu einem kurzzeitigen Überschwingen der auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigung über den Grenzwert aG führen kann, wie es in der 3 gezeigt ist . Dies ergibt nachteilhaft eine übermäßig große Belastung des Fahrzeuginsassen im Crash-Fall.
-
Eine solch übermäßig große Beschleunigung des Fahrzeuginsassen wird mittels der in der 4 gezeigten Sicherheitsgurteinrichtung verhindert. Die in der 4 gezeigte Sicherheitseinrichtung entspricht in großen Teilen der Sicherheitsgurteinrichtung des Vergleichsbeispiels, so dass insoweit auf deren Beschreibung verwiesen ist.
-
Im Unterschied zum Vergleichsbeispiel wird in der Freigabeeinrichtung 36 der 4 das aufgrund seiner inneren Elastizität verzögerte Ansprechverhalten des Fahrzeuginsassen berücksichtigt. Das zeitlich verzögerte Beschleunigungsverhalten des Fahrzeuginsassen wird in der Freigabeeinrichtung 36 der 4 durch ein zusätzliches Verzögerungsglied 41 nachgebildet, das hier ein Federelement ist.
-
Die Freigabeeinrichtung 36 weist außerdem einen Kraftbegrenzer 43 auf, der über das Federelement mit dem Sensorkörper 39 verbunden ist. Der Sensorkörper 39 ist bei einer Fahrzeugverzögerung in der Fahrtrichtung FR über einen Federweg verschiebbar. Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist das Seilende in einem Bereich zwischen dem Kraftbegrenzer 43 und dem Federelement angekoppelt.
-
Bei einer Fahrzeugkollision wird daher zunächst der Beschleunigungskörper 39 in der Fahrtrichtung FR beschleunigt, und zwar unter Aufbau einer Federkraft F des Federelementes. Die Federkonstante des Federelements ist dabei so ausgelegt, dass sie mit der inneren Elastizität des angegurteten Fahrzeuginsassen korrespondiert. Der Beschleunigungskörper 39 bewegt sich daher synchron mit der Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen, das heißt mit gleicher zeitlicher Verzögerung wie der Fahrzeuginsasse, ohne einen Gurtauszugsweg freizugeben, wie es im Beschleunigungs-Zeit-Diagramm der 5 dargestellt ist.
-
Dadurch wird im Vergleich zur 3 der Zeitpunkt tF zur Freigabe der Blockiereinrichtung 11 verzögert. Zu diesem Zeitpunkt tF bewegen sich gemäß der 5 der Sensorkörper 39 und der Fahrzeuginsasse synchron mit gleicher Geschwindigkeit. Außerdem bewegen sich sowohl der Beschleunigungskörper 39 als auch der Fahrzeuginsasse mit der Grenz-Beschleunigung von hier beispielhaft 20g, ohne dass es zu einem Überschwingen der Fahrzeuginsassen-Beschleunigung kommt.
-
BEZUGSZEICHENLISTE
-
- 1
- Gurtaufroller
- 2
- Sicherheitsgurt
- 3
- Umlenkbügel
- 6
- Wickeltrommel
- 7
- Sperrscheibe
- 8
- Kupplungselement
- 9
- Seil
- 11
- Blockiereinrichtung
- 13
- Zylinder
- 14
- Seilwicklungen
- 17
- Ringspalt
- 18
- Seilende
- 29
- Karosserieabschnitt
- 35
- Hohlzylinder
- 36
- Freigabeeinrichtung
- 37
- Referenzsystem
- 39
- Beschleunigungskörper
- 40
- Zugfeder
- 41
- Verzögerungsglied
- 43
- Kraftbegrenzer
- FR
- Fahrtrichtung
- I
- zeitlicher Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung
- II
- zeitlicher Verlauf der Sensorkörper-Beschleunigung
- III
- zeitlicher Verlauf der Fahrzeuginsassen-Beschleunigung
- aG
- Grenz-Beschleunigung
- F
- Federkraft
