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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurtvorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Sicherheitsgurtvorrichtung zumindest ein Gurtband, einen Gurtbandaufroller und eine Kraftbegrenzungseinheit wenigstens zur Begrenzung einer Zugkraft im Gurtband bei einer Kollision des Fahrzeugs aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sicherheitsgurtvorrichtung.
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Aus der
DE 43 44 656 C1 ist ein Gurtroller für ein Sicherheitsgurtsystem in einem Kraftwagen bekannt. Der Gurtroller umfasst eine eine Gurtrolle sperrende Einrichtung, welche eine Auszugslänge eines Gurtbandes, sofern ein vorbestimmter Ruck und/oder eine vorbestimmte Fahrzeugverzögerung auf das Gurtband wirkt, begrenzt. Die Gurtrolle ist durch einen in ihrer Achsrichtung verlaufenden, ein Energie absorbierendes Element bildenden Drehstab mit der sperrenden Einrichtung verbunden. Das maximal mögliche Energieabsorptionsvermögen wird zumindest in Abhängigkeit des Gewichtes eines jeweiligen Benutzers des Sicherheitsgurtes durch selbsttätige Veränderung eines wirksamen Drehstababschnittes ausgeschöpft. Der Querschnitt des Drehstabes nimmt ausgehend von seiner der sperrbaren Einrichtung zugeordneten Einspannstelle ab und das Energieabsorptionsvermögen wird durch eine axiale Verschiebung des Drehstabes in seinen beiden Einspannstellen verändert. An einer Stirnfläche des Drehstabes greift eine Stelleinrichtung an und der Drehstab wird gegen die Kraft einer Feder in Richtung geringerer Ansprechkraft verschoben. Die Stelleinrichtung besteht aus einem Hebel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Sicherheitsgurtvorrichtung für ein Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer solchen Sicherheitsgurtvorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Sicherheitsgurtvorrichtung durch die im Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Sicherheitsgurtvorrichtung für ein Fahrzeug weist zumindest ein Gurtband, einen Gurtbandaufroller und eine Kraftbegrenzungseinheit wenigstens zur Begrenzung einer Zugkraft im Gurtband bei einer Kollision des Fahrzeugs auf. Erfindungsgemäß ist die Kraftbegrenzungseinheit als eine elektrische Maschine ausgebildet.
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Mittels der als elektrische Maschine ausgebildeten Kraftbegrenzungseinheit ist die auf einen Fahrzeuginsassen, welcher das Gurtband angelegt hat, wirkende Zugkraft reduzierbar, wodurch Verletzungen des Fahrzeuginsassen durch das Gurtband zumindest im Kollisionsfall vermindert sind. Dazu ist die elektrische Maschine beispielsweise mittels einer Welle oder mit einer Welle und einem Getriebe mechanisch mit dem Gurtbandaufroller gekoppelt, um eine Bewegung der elektrischen Maschine auf den Gurtbandaufroller zu übertragen.
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Dadurch, dass die Kraftbegrenzungseinheit als elektrische Maschine ausgebildet ist, ist in besonders vorteilhafter Weise eine stufenlose Regelung der Kraftbegrenzung in Abhängigkeit von erfassten Parametern hinsichtlich des Fahrzeuginsassen und/oder in Abhängigkeit von erfassten Parameter hinsichtlich der Kollision möglich. Zudem trägt im Fall der Kraftbegrenzung nur die elektrische Maschine die Last.
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Weiterhin ist es möglich, mittels der elektrischen Maschine einen Kraftimpuls auf den Fahrzeuginsassen vor der eigentlichen durch die Kollision bedingten Verzögerung des Fahrzeuginsassen auszuüben, wobei sich der Kraftimpuls positiv auf das Belastungsniveau auswirken kann. D. h., dass der Fahrzeuginsasse vor einem Kollisionszeitpunkt mittels der auf den Sicherheitsgurt wirkenden elektrischen Maschine einen Kraftimpuls erhält und in Richtung einer Fahrzeugsitzlehne positioniert wird. Dadurch wird ein zur Verfügung stehender Vorverlagerungsweg des Fahrzeuginsassen aufgrund seiner Massenträgheit vergrößert, so dass ein maximales Belastungsniveau in Bezug auf den Fahrzeuginsassen abgesenkt wird.
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Darüber hinaus kann eine eventuell vorgesehene Pyrotechnik zur Auslösung der Kraftbegrenzungseinheit in Form der elektrischen Maschine entfallen, wodurch die Kraftbegrenzungseinheit reversibel, d. h. wiederholt auslösbar, ausgeführt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Sicherheitsgurtvorrichtung ist die Kraftbegrenzungseinheit mit einem elektrochemischen Energiespeicher, vorzugsweise einer Hochvoltbatterie des Fahrzeugs gekoppelt. Insbesondere handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, in dem zum Betrieb des Fahrzeugs ein elektrochemischer Energiespeicher angeordnet ist. Ein derartiges Fahrzeug weist üblicherweise ein Hochvolt-Spannungsnetz und ein Niedrigvolt-Spannungsnetz auf. Dabei ist der mit der elektrischen Maschine gekoppelte elektrochemische Energiespeicher Bestandteil des Hochvolt-Spannungsnetzes.
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In besonders vorteilhafter Weise kann die elektrische Maschine auch als Gurtstraffer eingesetzt werden, so dass das Gurtband bei einer Kollision des Fahrzeugs straffbar ist, wobei die als elektrische Maschine ausgebildete Kraftbegrenzungseinheit dabei als Elektromotor wirkt. Dabei wird in Bezug auf das Gurtband elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt. Fungiert die elektrische Maschine als Kraftbegrenzungseinheit und Gurtstraffer, ist es möglich, sowohl die Auslösung der Kraftbegrenzung als auch die Auslösung der Straffung des Gurtbandes ohne Einsatz von Pyrotechnik auszuführen.
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Bei der Kraftbegrenzung der Zugkraft des Gurtbandes wirkt die elektrische Maschine als Generator, so dass aus einer Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen resultierende kinetische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist. Die mittels der kinetischen Energie erzeugte elektrische Energie ist besonders bevorzugt dem elektrochemischen Energiespeicher zuführbar, so dass dieser im Fall einer Kraftbegrenzung des Gurtbandes mit elektrischer Energie geladen wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die mit dem Gurtbandaufroller gekoppelte elektrische Maschine an einer Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Dadurch werden die aus der Kollision des Fahrzeugs resultierenden und auf das Gurtband wirkenden Kräfte in besonders vorteilhafter Weise über die elektrische Maschine direkt in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet.
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Um die elektrische Maschine vor mechanischen Belastungen sowie Verschmutzungen, wie beispielsweise Staub, zu schützen, ist vorgesehen, diese in einem Gehäuse anzuordnen. Durch die geschützte Anordnung im Gehäuse ist eine Funktionsweise der elektrischen Maschine weitgehend sichergestellt.
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Zur Ansteuerung der elektrischen Maschine im Kollisionsfall des Fahrzeugs ist eine Steuereinheit vorgesehen, mit welcher die elektrische Maschine drahtlos oder drahtgebunden verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Steuereinheit um ein Airbagsteuergerät. Die Steuereinheit in Form des Airbagsteuergerätes ist mit einer Fahrzeugsensorik verbunden, mittels der eine dem Fahrzeug bevorstehende Kollision oder eine Kollision erfassbar ist. Erfasste Signale der Fahrzeugsensorik sind der Steuereinheit, in welcher eine Anzahl von Schwellwerten hinterlegt ist, zuführbar, wobei bei Überschreiten oder Unterschreiten zumindest einer der Schwellwerte die elektrische Maschine auslösbar ist.
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Ein Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsgurtvorrichtung eines Fahrzeugs, wobei die Sicherheitsgurtvorrichtung zumindest ein Gurtband, einen Gurtbandaufroller und eine Kraftbegrenzungseinheit aufweist, sieht vor, dass das Gurtband auf den Gurtbandaufroller auf- und abgerollt wird und dass mittels der Kraftbegrenzungseinheit eine Zugkraft im Gurtband wenigstens bei einer Kollision des Fahrzeugs begrenzt wird. Erfindungsgemäß wird die Zugkraft im Gurtband mittels einer als elektrische Maschine ausgebildeten Kraftbegrenzungseinheit begrenzt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die:
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1 schematisch eine Sicherheitsgurtvorrichtung für ein Fahrzeug.
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In 1 ist eine Sicherheitsgurtvorrichtung für ein nicht näher gezeigtes Fahrzeug dargestellt, welches vorzugsweise als ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug ausgeführt ist. Ein solches Fahrzeug weist ein Hochvolt-Spannungsnetz und ein Niedrigvolt-Spannungsnetz auf.
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Die Sicherheitsgurtvorrichtung weist einen Gurtbandaufroller 1, ein Gurtband 2, eine elektrische Maschine 3, eine Steuereinheit 4 und einen elektrochemischen Energiespeicher 5 auf. Der elektrochemische Energiespeicher 5 ist bevorzugt eine Hochvolt-Batterie, die Bestandteil des Hochvolt-Spannungsnetzes des Fahrzeugs ist.
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Bei der Sicherheitsgurtvorrichtung, die als Sicherheitsgurt das Gurtband 2 mit einer nicht dargestellten, an dem Gurtband 2 angeordneten Schlosszunge, den Gurtbandaufroller 1 und ein an einer Fahrzeugkarosserie angeordnetes nicht gezeigtes Gurtschloss umfasst, handelt es sich vorzugsweise um einen Dreipunkt-Sicherheitsgurt. D. h., dass der Sicherheitsgurt an drei Punkten an einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist.
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Ein erster Punkt zur Befestigung ist üblicherweise in einem unteren Bereich der B-Säule des Fahrzeugs angeordnet. An dem ersten Punkt befindet sich ein so genannter Endbeschlag des Sicherheitsgurtes, wobei ein erstes Ende des Gurtbandes 2 an dem Endbeschlag befestigt ist.
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Einen zweiten Punkt bildet das Gurtschloss, in welches die an dem Gurtband 2 angeordnete Schlosszunge einsteckbar ist. Sofern die Schlosszunge in das Gurtschloss eingesteckt ist, ist ein Fahrzeuginsasse bei angelegtem Gurtband 2 über den zweiten Punkt an der Fahrzeugkarosserie angebunden.
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Einen dritten Punkt bildet der an der Fahrzeugkarosserie befestigte Gurtbandaufroller 1, wobei dieser oftmals in einem oberen Bereich der B-Säule verdeckt angeordnet ist.
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Der Gurtbandaufroller 1 ist kreiszylindrisch ausgebildet und seine Längsachse weist eine Länge auf, welche besonders bevorzugt weitestgehend der Breite des Gurtbandes 2 entspricht. Das Gurtband 2 ist auf der Mantelfläche des Gurtbandaufrollers 1 aufgewickelt, wobei ein zweites Ende des Gurtbandes 2 fest mit dem Gurtbandaufroller 1 verbunden ist.
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Legt ein Fahrzeuginsasse das Gurtband 2 an, wird dieses von dem Gurtbandaufroller 1 abgewickelt, wobei der Gurtbandaufroller 1 beispielsweise mittels eines Federelementes während des Abwickelns vorgespannt wird. Durch die Vorspannung dreht sich der Gurtbandaufroller 1 bei Ablegen des Sicherheitsgurtes selbsttätig um seine Längsachse, wodurch das Gurtband 2 auf dem Gurtbandaufroller 1 aufgewickelt wird.
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Der Gurtbandaufroller 1 ist mit einem Ende einer Welle 3.1 der elektrischen Maschine 3 fest verbunden, wobei die Welle 3.1 als eine Verlängerung einer Drehachse des Gurtbandaufrollers 1 angeordnet ist. D. h., dass die elektrische Maschine 3 und der Gurtbandaufroller 1 in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
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Alternativ dazu kann die elektrische Maschine 3 räumlich getrennt von dem Gurtbandaufroller 1 angeordnet sein. In einem solchen Fall kann ein Getriebe eingesetzt sein, um die elektrische Maschine 3 mit dem Gurtbandaufroller 1 zu koppeln.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Welle 3.1 nicht fest mit dem Gurtbandaufroller 1 verbunden, sondern steht nur im Bedarfsfall, welcher weiter unten beschrieben ist, mit dem Gurtbandaufroller 1 im Eingriff.
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Vorzugsweise sind der Gurtbandaufroller 1 und die elektrische Maschine 3 in einem Gehäuse angeordnet, so dass der Gurtbandaufroller 1 und die elektrische Maschine 3 vor mechanischen Beanspruchungen und/oder Verschmutzungen geschützt angeordnet sind.
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Sind die elektrische Maschine 3 und der Gurtbandaufroller 1 räumlich getrennt voneinander angeordnet, sind bevorzugt zwei Gehäuse zur geschützten Anordnung vorgesehen.
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Die Welle 3.1 ist Bestandteil der elektrischen Maschine 3, die einerseits als Elektromotor und andererseits als Generator wirkt.
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Dazu ist die elektrische Maschine 3 sowohl mit der Steuereinheit 4 als auch mit dem elektrochemischen Energiespeicher 5 in Form der Hochvolt-Batterie verbunden.
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Wird die elektrische Maschine 3 aktiviert, wird eine Drehbewegung der Welle 3.1 auf den Gurtbandaufroller 1 übertragen, so dass sich dieser entsprechend der Drehbewegung der Welle 3.1 dreht. Dabei wird mittels des elektrochemischen Energiespeichers 5 zur Verfügung gestellte elektrische Energie mittels der elektrischen Maschine 3 in kinetische Energie umgewandelt. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine 3 dadurch, dass diese von dem elektrochemischen Energiespeicher 5 gespeist wird, verstärkt ausgeführt.
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Dreht sich der Gurtbandaufroller 1 durch Anlegen oder Ablegen des Gurtbandes 2, wird die Drehbewegung des Gurtbandaufrollers 1 über die Welle 3.1 auf die elektrische Maschine 3 übertragen. Hierbei kann die kinetische Energie bei Anlegen des Gurtbandes 2 in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 sowohl zur Kraftbegrenzung einer im Gurtband 2 wirkenden Zugkraft bei einer Kollision des Fahrzeugs als auch zur Straffung des Gurtbandes 2, um einer Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen bei der Kollision entgegenzuwirken, eingesetzt wird.
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Um eine dem Fahrzeug bevorstehende Kollision oder eine Kollision des Fahrzeugs selbst erfassen zu können, ist die Steuereinheit 4 mit einer nicht näher dargestellten Fahrzeugsensorik verbunden.
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Die Fahrzeugsensorik umfasst eine Anzahl von Erfassungseinheiten, welche im oder am Fahrzeug angeordnet sind. Beispielsweise umfasst die Fahrzeugsensorik eine Bilderfassungseinheit, mit welcher ein Umfeld des Fahrzeugs und ein sich in dem Umfeld befindendes Objekt, welches ein potentielles Kollisionsobjekt darstellt, detektierbar sind.
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In der Steuereinheit 4, bei welcher es sich besonders bevorzugt um ein Airbagsteuergerät handelt, sind zumindest zwei Schwellwerte S1, S2 zur Auslösung der elektrischen Maschine 3 als Gurtstraffer und als Kraftbegrenzungseinheit hinterlegt. Werden die Schwellwerte S1, S2 über- oder unterschritten, wird mittels der Steuereinheit 4 ein Steuersignal S erzeugt und der elektrischen Maschine 3 zugeführt. Wird ein erster Schwellwert S1 über- oder unterschritten, wird ein Steuersignal erzeugt, der elektrischen Maschine 3 zugeführt und eine Strafffunktion ausgelöst.
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Die elektrische Maschine 3 wird angesteuert und wirkt als Elektromotor, um das an dem Fahrzeuginsassen anliegende Gurtband 2 zu straffen. Mittels der Straffung des Gurtbandes 2 wird bewirkt, dass der Fahrzeuginsasse, welcher den Sicherheitsgurt angelegt hat, schneller an einer aus der Kollision resultierenden Gesamtverzögerung des Fahrzeugs teilnimmt.
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Bei der Straffung des Gurtbandes 2 wirkt die elektrische Maschine 3 als Elektromotor, so dass eine von dem elektrochemischen Energiespeicher 5 gespeicherte, der elektrischen Maschine 3 zugeführte elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt wird und sich die Welle 3.1 und somit der Gurtbandaufroller 1 dreht. Dadurch wird das Gurtband 2 auf den Gurtbandaufroller 1 aufgewickelt und das Gurtband 2 gestrafft, so dass das Gurtband 2 straff an dem Oberkörper und dem Beckenbereich des Fahrzeuginsassen anliegt.
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Um die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Zugkraft im Gurtband 2 zu begrenzen und somit Verletzungen des Fahrzeuginsassen durch das gestraffte Gurtband 2 zumindest zu vermindern, wird die elektrische Maschine 3 besonders bevorzugt auch als Kraftbegrenzungseinheit eingesetzt.
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Mittels der elektrischen Maschine 3 als Kraftbegrenzungseinheit wird eine Zugkraft im Gurtband 2 vorzugsweise ab Erreichen eines in der Steuereinheit 4 hinterlegten und vorgegebenen zweiten Schwellwertes S2 reduziert. Die elektrische Maschine 4 gibt, um die Zugkraft zu reduzieren, das Gurtband 2 frei. Eine maximale Zugkraft, die mittels des Gurtbandes 2 insbesondere auf einen Schulterbereich des Fahrzeuginsassen wirkt, wird vermindert, so dass der Fahrzeuginsasse vergleichsweise sanft vom Gurtband 2 gehalten wird. Dabei trägt nur die elektrische Maschine 3 die Zugkraft des Gurtbandes 2.
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Bei der Freigabe des Gurtbandes 2 dreht sich der Gurtbandaufroller 1 entgegen der Drehrichtung, die der Gurtbandaufroller 1 bei der Straffung des Gurtbandes 2 durchführt. Die Drehbewegung des Gurtbandaufrollers 1 wird über die Welle 3.1, mit der der Gurtbandaufroller 1 mit der elektrischen Maschine 3 verbunden ist, auf dieselbe übertragen. Dabei wird die kinetische Energie durch das Abwickeln des Gurtbandes 2 mittels der elektrischen Maschine 3 in elektrische Energie gewandelt.
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Die somit erzeugte elektrische Energie wird vorzugsweise dem elektrischen Energiespeicher 5 zugeführt und in diesem gespeichert.
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Ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 im normalen Betrieb des Sicherheitsgurtes nicht fest mit dem Gurtbandaufroller 1 verbunden ist, so wird die elektrische Maschine 3 vorzugsweise spätestens bei erfasster, dem Fahrzeug bevorstehender Kollision oder bei identifizierter Kollision mit dem Gurtbandaufroller 1 gekoppelt.
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Die elektrische Maschine 3 ist mit der Steuereinheit 4 verbunden, so dass das Steuersignal zur Straffung und zur Kraftbegrenzung des Gurtbandes 2 der elektrischen Maschine 3 zuführbar ist.
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Mittels der elektrischen Maschine 3 als Kraftbegrenzungseinheit ist es möglich, die Zugkraft im Gurtband 2 und die Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen während der Kollision des Fahrzeugs stufenlos und mit variablen Parametern in Bezug auf die Kollision und in Bezug auf den Fahrzeuginsassen zu regeln.
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Dabei wird dem Fahrzeuginsassen mittels der Kraftbegrenzungseinheit in Form der elektrischen Maschine 3 ein maximal möglicher Verzögerungsweg zur Verfügung gestellt, ohne dass der Fahrzeuginsasse beispielsweise mit seinem Kopf auf das Lenkrad oder eine Armatur prallt.
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Dabei wird vorzugsweise zwischen einem maximal möglichen Verzögerungsweg eines auf einem Fahrersitz und eines auf einem Beifahrersitz sitzenden Fahrzeuginsassen unterschieden, da üblicherweise für einen Fahrzeuginsassen auf einem Beifahrersitz mehr Verzögerungsweg als auf einem Fahrersitz zur Verfügung steht.
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Dadurch, dass die elektrische Maschine 3 als Elektromotor und als Generator wirkt und mittels der Steuereinheit 4 aktiviert wird, ist eine Verwendung von Pyrotechnik zur Auslösung der Straffung und der Kraftbegrenzung im Gurtband 2 nicht erforderlich.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die elektrische Maschine 3 entweder nur zur Straffung des Gurtbandes 2 oder nur zur Kraftbegrenzung der Zugkraft im Gurtband 2 eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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