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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren einer crashaktiven
Kopfstütze nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1
sowie eine crashaktive Kopfstütze mit einem Sicherheits-System zum
vorgreifenden Erkennen eines Heckaufpralls nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 11.
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In
heutigen Fahrzeugen sind vielfach Sicherheitssysteme eingerichtet,
die auf den Schutz der Insassen im Falle eines Zusammenstoßes
gerichtet sind. Neben den weitverbreiteten Airbagsystemen haben
in jüngster Zeit weitere Systeme den Einzug in die Fahrzeuge
erhalten, so auch einige, die im Vorfeld einer nahenden Crash-Gefahr
aktiviert werden.
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So
sind Sicherheits-Systeme bekannt, die crashaktive Kopfstützen
aufweisen, die beispielsweise durch einen Federmechanismus oder
eine pyrotechnische Vorrichtung von einer Normalstellung in eine
Crash-Stellung vor einem prognostizierten Crashunfall gebracht werden.
Die Auslösung kann durch eine Crasherkennung durch Radar,
Ultraschall-, Video- oder sonstige Abstandssensorik im Precrashfall erfolgen.
Diese Art der Kopfstützensysteme ist irreversibel bzw.
nur teil-reversibel. Das bedeutet, dass diese Kopfstützen
nach einem evtl. fehlausgelösten Gebrauch ausgetauscht
bzw. durch eine Werkstatt reaktiviert werden müssen, was
Zeit- und Kostenaufwand bedeutet.
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Ein
anderer Ansatz besteht darin, elektromechanisch bewegbare Kopfstützen
zu verwenden, die z. B. mit Hilfe von Elektromotoren oder Elektromagneten
in verschiedene Positionen beliebig oft verstellt werden können.
Diese Aktuatoren können im Normalfall dem Fahrer ermöglichen,
eine für ihn geeignete Position der Kopfstütze
einzustellen. Zusätzlich lässt sich diese Form
der Aktuatoren auch in einem Precrashfall nutzen, um einen Insassen
besser zu schützen. Das Anfahren der Crashposition kann
zwar im Vergleich zur Normaleinstellung mit einer höheren Geschwindigkeit
erfolgen, ist allerdings generell wesentlich langsamer als bei den
zuerst genannten Feder- oder pyrotechnisch betriebenen Kopfstützen. Das
bedeutet auch, dass eine Precrash-Auslösung früher
vor dem möglichen Unfall erfolgen muss, was jedoch zu Fehlauslösungen
führen kann. Die Kopfstütze fährt dann
nach vorn, obwohl tatsächlich kein Unfall passiert ist
und verursacht dadurch eine Belästigung des Insassen.
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Die
Auslösung der Bewegung der Kopfstütze erfolgt üblicherweise
durch die Bestimmung einer sogenannten Time-To-Collision (TTC),
d. h. einer Zeitspanne bis zum Zusammenstoß. Hierzu gibt
es verschiedene Berechnungsverfahren, mit denen die Zeit ermittelt
wird, bei der es möglicherweise zu einem Crash kommt. Unterschreitet
die berechnete TTC einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwert, so
wird eine Aktion ausgeführt. Wenn z. B. die Kopfstütze
1 s benötigt, um von der hintersten in die vorderste Position
zu verfahren, so sollte die Zeitschwelle für die TTC beispielsweise
auf t1 = 1 s gesetzt werden, damit garantiert werden kann, dass
die Kopfstütze sich im Falle eines heckseitigen Aufpralls
auch tatsächlich rechtzeitig in ihrer vorderen Position
befindet. Dies stellt eine geschwindigkeitsabhängige Ausgestaltung
dar, wobei es im einfachsten Fall durch Ermittlung und Auswertung
des Abstandes zum nachfahrenden Fahrzeug und beispielsweise der
Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges bereits eine brauchbare Sicherheitssteigerung
erreichbar ist.
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In
der aktivierten vorderen Crash-Position berührt die Kopfstütze
bereits den Nacken des Insassen oder ist in einem geringen Abstand
von ihm, sodass wenn ein heckseitiger Aufprall durch ein auffahrendes
Fahrzeug erfolgt, der Kopf des Insassen infolge der Massenträgheit
nur einen stark verkürzten oder gar keinen Weg zurücklegen
muss, bis er von der Kopfstütze aufgefangen wird. Hierdurch
wird auch der Abprall des Kopfes des Insassen infolge der Federung
der Kopfstütze geringer und die Bewegung des Kopfes generell
weniger heftig. In extremen Situationen verhindert diese Technik
Schäden an der Halswirbelsäule, die trotz einer
konventionellen Kopfstütze auftreten können.
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DE 20 2006 005 357
U1 offenbart eine crashaktive Kopfstütze, die
durch eine Feder oder pneumatisch oder anders angetrieben wird,
wobei die Auslösung durch mechanische Zerstörung
eines Halteseils erfolgt. Das mechanisch zerstörte Teil
muss ersetzt werden, wenn wie so oft eine Fehlauslösung stattgefunden
hat, wodurch ein Zeit- und Kostenaufwand entsteht.
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DE 10 2005 051 423
B3 offenbart eine crashaktive Kopfstütze, die
mithilfe eines Elektromagneten angetrieben ist.
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DE 10 2004 035 582
B3 offenbart, eine crashaktive Kopfstütze, die
mithilfe eines Federmechanismus angetrieben ist und mehrere sogenannte Komfortstellungen
oder Normal stellungen und mehrere Crash-Stellungen der Kopfstütze
aufweist, die durch Einrastsperren eingenommen werden.
DE 10 2005 033 344 B3 beschreibt
eine crashaktive Kopfstütze, die eine Sperrung der in
DE 10 2004 035 582 B3 offenbarten
mehreren Kopfstützenstellungen bewirkt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine crashaktive Kopfstütze
bereitzustellen, bei der zum einen die Anzahl der Fehlauslösungen
reduziert sind und zum anderen die Belästigung des Insassen durch
die aktivierte Kopfstütze minimiert sind.
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Die
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 11 gelöst
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
offenbart.
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Gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird die Kopfstütze
bei Erkennen einer Gefahrensituation in eine, zwischen der Komfortposition
und der Crash-Position befindlichen Bereitschaftsposition verstellt,
die der Crash-Position zeitlich vorgelagert ist. Auf diese Weise
kann die Kopfstütze bereits im Vorfeld von Gefahrensituationen
in die Bereitschaftsposition bewegt werden, wodurch dem Fahrzeuginsassen
ein zusätzliches Sicherheitsgefühl potentiell
gefährlichen Situationen vermittelt wird. In der Bereitschaftsposition
kann die Kopfstütze in geringem Abstand zu ihrer Crash-Position
vorpositioniert werden. Aufgrund des reduzierten Verstellweges bis
zur Crash-Position kann erst unmittelbar vor dem Crash-Zeitpunkt
die Kopfstütze in die Crash-Position verstellt werden,
wodurch Fehlauslösungen der Kopfstütze reduzierbar
sind.
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Zur Überwachung
einer Gefahrensituation kann der zeitliche Verlauf eines Kollisionswarnparameters
erfasst werden. Ein solcher Kollisionswarnparameter ist üblicherweise
die Zeitdauer bis zu einem heckseitigen Zusammenstoß, die
mittels einer Berechnungseinheit ermittelt werden kann. Alternativ kann
der Kollisionswarnparameter der Abstand nachfahrenden Fahrzeug bzw.
die Geschwindigkeitsdifferenz zum nachfahrenden Fahrzeug sein.
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Üblicherweise
wird als Kollisionswarnparameter der zeitliche Verlauf der ermittelten
Zeitdauer bis zum Heckaufprall ermittelt. Sofern die ermittelte Zeitdauer
einen ersten Schwellwert unterschreitet, wird die Kopfstütze
von einer Komfortposition in die Crash-Position verstellt. Erfindungsgemäß ist
ein zweiter Schwellwert vorgesehen, der größer
als der erste Schwellwert zur Auslösung der Crash-Position ist.
Erfindungsgemäß kann die Kopfstütze in
die Bereitschaftsposition bewegt werden, wenn die ermittelte Zeitdauer
bis zum Heckaufprall den zweiten Schwellwert unterschreitet und
sich noch oberhalb des ersten Schwellwertes befindet.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung der Weiterbildungen der Erfindung
wird der Einfachheit halber als Kollisionswarnparameter die ermittelte Zeitdauer
bis zum Heckaufprall verwendet. Anstelle dessen können
bei entsprechender Systemauslegung auch der Abstand bzw. die Geschwindigkeitsdifferenz
zum nachfahrenden Fahrzeug als Kollisionswarnparameter verwendet
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung
kann eine Dränglererkennung ausgeführt werden,
bei der die Häufigkeit ermittelt wird, mit der die ermittelte Zeitdauer
bis zum Aufprall den zweiten Schwellwert innerhalb einer vorgegebenen
Drängler-Zeitspanne unterschreitet. Die Häufigkeit
wird mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahlschwellenwert verglichen.
Die Dränglererkennung kann ferner derart ausgeführt
werden, dass sogar erkannt wird, ob sie von „demselben
Fahrzeug” verursacht wird, da unterhalb einer bestimmten
Zeitspanne und bei gegebenen Fahrgeschwindigkeiten es physikalisch
unmöglich ist, dass die mehrfachen Unterschreitungen der
vorgegebenen Schwellenwerte durch verschiedene Fahrzeuge ausgelöst
werden können. Dies kann mit Sicherheit ermittelt werden,
weil Fahrzeuge über eine beträchtliche Masse und
somit Massenträgheit verfügen, die ein zu schnelles
Auswechseln des Dränglerfahrzeuges ausschließt.
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Wenn
ein Drängler erkannt wird, kann die Kopfstütze
vorzugsweise zur Bereitschaftsposition bewegt und solange darin
beibehalten werden, bis die Dränglererkennung keinen Drängler
mehr erkennt, wobei eine minimale Haltezeit der Kopfstütze in
der Bereitschaftsposition dem System vorliegt und/oder vorgegeben
wird. Der Fahrer kann daher mit der automatischen Betätigung
der Kopfstütze einen Drängler wahrnehmen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Bewegung der Kopfstütze aus der Komfortposition zur
Bereitschaftsposition bei einer Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges
bis 10 km/h, bevorzugter bis 16 km/h, oder bis 20 km/h deaktiviert.
Bei Geschwindigkeiten unterhalb von 10 km/h, bevorzugter bis 16 km/h,
oder noch bevorzugter bis 20 km/h ist eine Aktivierung der Bereitschaftsposition
unnötig, da auch ein konventionelles System eine ausreichende
Sicherheit gewährt.
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Die
Bewegung der Kopfstütze aus der Komfortposition zur Bereitschaftsposition
wird ferner vorzugsweise bei einer Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges
ab 80 ± 5 km/h deaktiviert. Bei solchen Geschwindigkeiten
rückt die Stellbewegung der Kopfstütze in den
Hintergrund aufgrund von Problemen in der Fahrstabilität
nach einem Zusammenstoß.
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Die
Kopfstütze kann gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung vorliegender Erfindung aus der Komfortposition zur
Bereitschaftsposition mit einer reduzierten Positionier-Geschwindigkeit,
aus der Bereitschaftsposition zur Crash-Position mit einer maximalen
Positionier-Geschwindigkeit, und/oder bei Erkennung einer besonders
kritischen Vorcrash-Situation aus der Normalposition direkt zur Crash-Position
mit der maximalen Geschwindigkeit bewegt. Somit entsteht eine geringere
Belästigung des Insassen, wenn die Bereitschaftsposition
langsamer angefahren wird. Andererseits wird die Crash-Position
mit hoher Geschwindigkeit und über eine verkürzte
Strecke erreicht, sodass die Verstellzeit der Kopfstütze
verkürzt und die Sicherheit erhöht wird.
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Es
ist ferner vorteilhaft, wenn die Kopfstütze nach einer
Positionierung in der Crash-Position und nach einer vorgegebenen
oder vorgebbaren Haltezeit, vorzugsweise von ungefähr 3
Sekunden zur Bereitschaftsposition bewegt wird, wenn kein Zusammenstoß registriert
wurde.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die erste Crash-Zeitspanne beispielsweise zu ungefähr
0,5 Sekunden und die zweite Vorcrash-Zeitspanne zu ungefähr
1,5 Sekunden gewählt. Hierdurch werden Fehlauslösungen
mit der Folge der Positionierung der Kopfstütze in der
Crash-Position reduziert, da diese durch die mittengelagerte Bereitschaftsposition
abgefangen werden.
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Im
Sinne einer optimalen Anpassung des erfindungsgemäßen
Verfahrens an verschiedene Fahrzeuge oder Anwendungen kann die Bereitschaftsposition
zwischen der Komfortposition und der Crash-Position in einem von
der Mittenstellung abweichenden Positionsbereich von ±30%.
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Das
Sicherheits-System der crashaktiven Kopfstütze weist eine
Berechnungseinheit zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufes eines
Kollisionswarnparameters auf, insbesondere die Zeitdauer bis zu
einem möglichen Heckaufprall. Der zeitliche Verlauf dieser
Zeitdauer wird in einer Vergleichseinheit mit einem ersten und zweiten
Schwellwert verglichen. Unterschreitet/Überschreitet der
Kollisionsparameter den ersten Schwellwert, so verstellt das Sicherheits-System
die Kopfstütze in die Crash-Position. Befindet sich der
zeitliche Verlauf dagegen zwischen dem zweiten und dem ersten Schwellwert,
so verstellt das Sicherheits-System die Kopfstütze in die Bereitschaftsposition.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
einer einzigen Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit einer erfindungsgemäßen Kopfstütze
und Steuerungsablauf;
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2 zeitlichen
Verlauf der Zeitdauer bis zu einem Heckaufprall, und
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3 zeitlichen
Verlauf der Zeitdauer TTC bei einem Drängler
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Die
in 1 dargestellte schematische Seitenansicht eines
Fahrzeugsitzes mit einer erfindungsgemäßen Kopfstütze 14 zeigt
eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung und einen Steuerungsablauf.
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Die
Kopfstütze 14 ist auf eine der konventionellen
Arten auf einem Stützgerüst 13 vorzugsweise justierbar
in der Höhe und/oder Neigung an einer Sitzlehne 12 des
Kraftfahrzeugsitzes 10 angeordnet. Der Kraftfahrzeugsitz 10 weist
ferner eine konventionelle Sitzfläche 11 auf.
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Die
Kopfstütze 14 ist erfindungsgemäß in den
drei Positionen P1, P2 und P3 anordbar. Hierzu wird vorzugsweise
ein (nicht dargestellter) elektrischer Antrieb verwendet, der beispielsweise
im Inneren der Kopfstütze eingerichtet ist. Es kann mit
einem Elektromotor und einem Getriebe oder durch einen Elektromagneten
realisiert sein und ermöglicht, die Kopfstütze
in jeder der Positionen und zurück zu positionieren.
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Die
Position P1 ist die Normalposition und die Position P3 die Crash-Position
der Kopfstütze, die auch ein konventionelles System aufweist.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine zwischen der
Normalposition P1 und der Crash-Position P3 gewählte und/oder
wählbare Bereitschaftsposition P2 eingerichtet. Vorzugsweise
ist diese Bereitschaftsposition P2 in der Mitte zwischen P1 und
P2 vorgesehen, kann jedoch eine von der Mitte abweichende, für
die jeweilige Anwendung optimierte Position in einem Positionsbereich
einnehmen, der von der Mitte vorzugsweise um ±30% abweicht.
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Die
erfindungsgemäße Bereitschaftsposition P2 der
Kopfstütze wird vorgreifend bei Erkennung eines früher
eintretenden Gefahren-Ereignisses eingenommen, um dadurch einerseits
mit einer sanfter auszuführenden Bewegung auszukommen,
und andererseits, wenn schließlich durch ein weiteres verschärftes
Gefahren-Ereignis die Crash-Position mit maximaler Positionier- Geschwindigkeit
angefahren werden muss, auch diese Bewegung schneller und sanfter
vonstatten gehen kann.
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Oberhalb
des Kraftfahrzeugsitzes 10 ist schematisch eine Ausgestaltung
der Ansteuerung des Sicherheits-Systems 15 dargestellt.
Hierbei erhält eine Berechnungseinheit 17 zur
Ermittlung der Zeitdauer TTC bis zu einem möglichen Heckaufprall eine
Anzahl von Sensorsignalen 16.
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Nach
einem Auftreten eines TTC-Signals wird der zum auslösenden
Ereignis zugehörige TTC-Wert in der Berechnungseinheit 17 ermittelt
und an eine Vergleichseinheit 19 übergeben. Die
Vergleichseinheit 19 führt vorzugsweise parallel
zwei Vergleiche I und II durch.
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Im
Vergleich I wird ermittelt, ob TTC zwischen einem ersten
Schwellenwert SW1 und einem zweiten Schwellenwert SW2 innerhalb
einer Zeitspanne zwischen t1 und t2 liegt. Wenn es nicht der Fall
ist, liegt kein potenzieller Crashfall vor und es wird daher zurück
zur Berechnungseinheit 17 verzweigt, die ständig
fortwährend die an ihr aufkommenden Sensorsignale 16 auswertet.
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Wenn
jedoch das Ergebnis dieses Vergleiches I positiv ausfällt,
bedeutet es, dass ein potenzieller Vor-Crashfall vorliegt und es
wird ein Bereitschaftssignal SB generiert,
das weiter an einen Antrieb 21 der Kopfstütze 14 geleitet
wird, die daraufhin in die Bereitschaftsposition P2 positioniert
wird.
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In
einem parallel zu I ablaufenden Vergleich II wird
abgefragt, ob der aktuelle ermittelte TTC-Wert gleich oder kleiner
als erster Schwellenwert SW1 des TTC ist. Wenn dies nicht der Fall
ist, passiert keine Signalausgabe und es wird zurück zur
Berechnungseinheit 17 verzweigt.
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Wenn
jedoch das Ergebnis dieses Vergleiches II positiv ausfällt,
bedeutet es, dass ein potenzieller Crashfall vorliegt und es wird
ein Crash-Signal SC generiert, das weiter
an den Antrieb 21 der Kopfstütze 14 geleitet
wird, die daraufhin in die Crash-Position P3 positioniert wird.
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Sollte
nach einer Zeitdauer kein Crashfall aufgetreten sein und die Berechnungseinheit 17 wieder
TTC-Werte liefern, die für beide Vergleiche I und II negative
Ergebnisse liefern, wird das jeweilige Ja-Signal zurückgenommen,
was dazu führt, dass die Kopfstütze 14 aus
der vorher eingenommenen Position P2 oder P3 zurück in
die Position P1 oder P2 bewegt wird.
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2 zeigt
einen zeitlichen Verlauf der Zeitdauer TTC bis zu einem potenziellen
Heckaufprall.
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Wenn
zum Zeitpunkt t1 der längere Schwellenwert SW2 unterschritten
worden ist, wird ein Bereitschaftssignal SB erzeugt,
das dazu führt, dass die Kopfstütze 14 in
die Bereitschaftsposition P2 bewegt wird.
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Wenn
der TTC-Wert zu einem späteren Zeitpunkt t2 durch eine
sich weiterhin verschärfende Verkehrssituation den ersten
Schwellenwert SW1 erreicht oder unterschreitet, wird ein Crash-Signal
SC erzeugt, das dazu führt, dass
die Kopfstütze 14 in die Crash-Position P2 bewegt
wird.
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3 zeigt
einen zeitlichen Verlauf der Zeitdauer TTC bei einem festgestellten
Drängler.
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Innerhalb
einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Zeitspanne Δtd
nach einem ersten Auslösen des Bereitschaftssignals SB wird der Schwellenwert SW2 mehrmals überschritten.
Wenn die Anzahl dieser Überschreitungen einen vorgegebenen und/oder
vorgebbaren Anzahlschwellenwert Nmax erreicht oder überschreitet,
dann wird ein Drängler erkannt. Als eine Reaktion darauf
kann es in bevorzugten Ausgestaltungen dafür ausgewertet
werden, die Verweildauer der Kopfstütze 14 in
der Bereitschaftsposition P2 für eine vorgegebene oder
vorgebbare minimale Haltezeit t4 beibehalten wird.
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- 10
- Kraftfahrzeugsitz
- 11
- Sitzfläche
- 12
- Sitzlehne
- 13
- Stützgerüst
- 14
- Kopfstütze
- 15
- Sicherheits-System
- 16
- Sensorsignale
- 17
- Berechnungseinheit
zur Ermittlung der Zeitdauer TTC bis zu einem möglichen Heckaufprall
- 19
- Vergleichseinheit
- 21
- Antrieb
der Kopfstütze 14
- a1
- minimaler
Abstand, erster Abstandswert
- a2
- zweiter
Abstandswert
- n
- Anzahl
der Unterschreitungen
- Nmax
- Anzahlschwellwert
- P1
- Normalposition
- P2
- Bereitschaftsposition
- P3
- Crash-Position
- SB
- Bereitschaftssignal
- SC
- Crash-Signal
- SW1
- erster
Schwellenwert
- SW2
- zweiter
Schwellenwert
- t1
- (erste)
Crash-Zeitspanne
- t2
- zweite
Vorcrash-Zeitspanne
- t3
- Haltezeit
- t4
- Haltezeit
- Δtd
- Drängler-Zeitspanne
- TTC
- Time-To-Collision,
Zeitdauer bis zu einem Heckaufprall
- V1
- maximale
Positionier-Geschwindigkeit
- V2
- komfortable
Positionier-Geschwindigkeit
- I
- zeitlicher
Verlauf der Zeitdauer bis zu einem Heckaufprall, erster Vergleich
- II
- zeitlicher
Verlauf der Zeitdauer TTC bei einem Drängler, zweiter Vergleich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202006005357
U1 [0007]
- - DE 102005051423 B3 [0008]
- - DE 102004035582 B3 [0009, 0009]
- - DE 102005033344 B3 [0009]