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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsitzverzögerungseinheit, auf ein Verfahren zum Aktuieren einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Beim Design moderner Fahrzeuge werden zunehmend die Aspekte der Insassensicherheit berücksichtigt. Hinzu wird beispielsweise in der Offenbarung von Adomeit et al.:. „Das hohe Schutzniveau eines Pre-Crash Rückhaltesystems und seine breitbandige Wirkung', 7. VDI-Tagung Fahrzeugsicherheit, Berlin, 22. und 23. Oktober 2009 ein sitzbasiertes Rückhaltemittel vorgestellt, welches als ein Merkmal die Eigenschaft hat, im Frontalcrash kontrolliert und unter Absorption von Energie dem Crashpuls nachzugeben.
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Zudem ist aus der Schrift
DE 197 45 656 C2 und der Schrift
EP 909 681 B1 bekannt, dass eine Absorption von Aufprallenergie durch eine Verjüngung eines Elementes erreicht werden kann.
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Im Fahrzeuginnenraum sind im Wesentlichen folgende Front-Insassenschutzsysteme vorhanden:
- – ein Sitz, der die primäre, initiale Verbindung zwischen dem Insassen und dem Fahrzeug und seiner Fahrbewegung bietet, und insbesondere den Insassen möglichst lange in einer sicheren Position halten soll.
- – ein Gurtstraffer (reversibel und/oder irreversibel), der die Gurtlose beseitigt und damit eine frühere Ankopplung des Insassen an die Fahrzeugverzögerung erlaubt.
- – ein Gurtsystem (meist ein 3-Punkt-Gurt) mit Gurtkraftbegrenzer, der den Insassen gezielt zurückhält.
- – ein Airbag, der in einer späteren Phase des Crashs den Insassen in der Rückhaltung vom Gurtsystem „übernimmt" und insbesondere einen zusätzlichen Schutz für den Kopf- und Nackenbereich bietet.
- – das Lenksystem, das die restliche kinetische Energie des Insassen absorbiert in dem es gezielt nachgeben kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugsitzverzögerungseinheit, weiterhin ein Verfahren zum Aktuieren einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit, ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Fahrzeugsitzverzögerungseinheit, die folgende Merkmale aufweist:
- – ein an einem Fahrzeugsitz eines Fahrzeugs befestigbares oder befestigtes Deformationselementes;
- – eine zur Deformation des Deformationselementes ausgebildete Deformationseinheit, die an einer zur Führung des Fahrzeugsitzes ausgebildeten Sitzschiene befestigbar oder befestigt ist, wobei die Deformationseinheit ferner ausgebildet ist, um das Deformationselement zu deformieren, wenn sich das Deformationselement innerhalb eines Toleranzbereichs in eine Haupterstreckungsrichtung der Sitzschiene bewegt.
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Auch schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aktuieren einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Einlesen von zumindest einem Sensorsignal, das einen Aufprall eines Objekts auf das Fahrzeug repräsentiert;
- – Ermitteln eines Grades einer Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug; und
- – Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung einer Steifigkeit der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit auf der Basis des ermittelten Grades der Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug, um die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit zu aktuieren.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät zur Aktuierung einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Steuergerät die folgenden Merkmale aufweist:
- – eine Schnittstelle zum Einlesen von zumindest einem Sensorsignal, das einen Aufprall eines Objekts auf das Fahrzeug repräsentiert;
- – eine Einheit zum Ermitteln eines Grades einer Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug; und
- – eine Schnittstelle zum Ansteuern eines Aktuators zur Einstellung einer Steifigkeit der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit auf der Basis des ermittelten Grades der Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug, um die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit zu aktuieren.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensor- und/oder Datensignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Unter einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit kann beispielsweise eine Einheit oder ein Element verstanden werden, welches eine Bewegung eines Fahrzeugsitzes bei einem Aufprall eines Objekts auf das Fahrzeug abgebremst. Unter einem Deformationselement kann ein mechanisches Bauteil verstanden werden, welches verformt oder zerstört werden kann, um eine Aufprallenergie des Objekts auf das Fahrzeug zu absorbieren. Das Deformationselement kann dabei beispielsweise ein Rohr oder ein Profil sein, welches verbogen, geknickt, verjüngt, aufgeschlitzt oder anderes verformt wird, um die Aufprallenergie zu absorbieren. Unter einer Deformationseinheit kann ein mechanisches Element verstanden werden, welches mechanisch auf das Deformationselement einwirkt, um dieses zu verformen oder zu zerstören. Dabei kann das Deformationselement selbst unverändert oder mit den Vergleich zum Deformationselement nach der Deformation lediglich kleineren mechanischen Veränderungen verbleiben. Unter einer Sitzschiene kann ein Befestigungselement verstanden werden, an welchem der Fahrzeugsitz beweglich befestigt werden kann, damit beispielsweise ein Insasse des Fahrzeugs den Fahrzeugsitz in eine Position bringen kann, in der der Fahrzeuginsasse eine komfortable Sitzhaltung einnehmen kann. Unter einer Haupterstreckungsrichtung kann eine Richtung verstanden werden, in die sich die Sitzschiene erstreckt, um die Einstellungs- oder Fixierungsmöglichkeit des Fahrzeugsitzes in unterschiedlichen Positionen an der Sitzschiene zu ermöglichen. Unter einem Toleranzbereich kann beispielsweise ein Winkelbereich verstanden werden, der um maximal 30 Grad, insbesondere nicht mehr 15 Grad von der Haupterstreckungsrichtung der Sitzschiene abweicht.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Sicherheit eines Fahrzeuginsassen erhöht werden kann, wenn bei einem Aufprall des Objekts auf das Fahrzeug der Fahrzeugsitz beweglich gehalten wird, jedoch verzögert, das heißt abgebremst wird. Durch dieses Abbremsen des Fahrzeugsitzes beim Aufprall des Objekts auf das Fahrzeug kann ein (großer) Teil der Bewegungsenergie des Insassen durch die Deformation des Deformationselements mittels der Deformationseinheit absorbiert werden. Dies bewirkt (insbesondere im Zusammenspiel mit weiteren Fahrzeuginsassenschutzsystemen des Fahrzeugs) ein deutlich reduziertes Verletzungsrisiko für den Fahrzeuginsassen, welcher auf einem Fahrzeugsitz mit einer derartigen Fahrzeugsitzverzögerungseinheit sitzt. Die vorliegende Erfindung bietet somit den Vorteil einer Erhöhung eines Schutzes für einen Fahrzeuginsassen, wobei dieser Vorteil durch konstruktiv einfache und somit kostengünstige Mittel erreicht werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Hauptteil des Deformationselementes bezogen auf eine Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs vor der Deformationseinheit anordenbar oder angeordnet sein. Unter einem Hauptteil des Deformationselementes kann beispielsweise ein Teilbereich des Deformationselements verstanden werden, der länger als die Hälfte des Deformationselementes in Haupterstreckungsrichtung des Deformationselementes ist. Unter einer Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs kann eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs verstanden werden, in die das Fahrzeug im überwiegenden Teil seines Betriebs fährt oder fahren wird. Üblicherweise wird das Fahrzeug die meiste Zeit im Betrieb vorwärts fahren, sodass die Vorwärtsrichtung als Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs betrachtet werden kann. Dadurch, dass nur der Hauptteil des Deformationselements vor der Deformationseinheit angeordnet werden kann oder angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, besonders gut Bewegungsenergie des Insassen bzw. des Sitzes relativ zum Fahrzeug welche durch ein auf die Fahrzeugfront oder den vorderen Teil des Fahrzeugs aufprallendes Objekt entsteht, absorbieren zu können.
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Auch kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Hauptteil des Deformationselementes bezogen auf eine Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs nach der Deformationseinheit anordenbar oder angeordnet sein. Unter einem Hauptteil des Deformationselementes kann beispielsweise ebenfalls wieder ein Teilbereich des Deformationselements verstanden werden, der länger als die Hälfte des Deformationselementes in Haupterstreckungsrichtung des Deformationselementes ist. Unter einer Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs kann eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs verstanden werden, in dieses Fahrzeug im überwiegenden Teil seines Betriebs fährt oder fahren wird. Üblicherweise wird das Fahrzeug die meiste zeit im Betrieb vorwärts fahren, sodass die Vorwärtsrichtung als Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs betrachtet werden kann. Dadurch, dass nur der Hauptteil des Deformationselements nach der Deformationseinheit angeordnet werden kann oder angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, besonders gut Bewegungsenergie des Insassen bzw. des Sitzes relativ zum Fahrzeug welche durch ein auf das Fahrzeugheck oder den hinteren Teil des Fahrzeugs aufprallendes Objekt entsteht, absorbieren zu können.
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Technisch besonders einfach kann eine Deformation des Deformationselements durch die Deformationseinheit dann ausgeführt werden, wenn die Deformationseinheit zumindest eine Matrize aufweist, die ausgebildet ist, um das Deformationselement bei einer Deformation zu verjüngen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch technisch sehr einfache Mittel ein hoher Grad von Energie absorbiert werden kann.
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Um eine besonders hohe Sicherheit für die Insassen des Fahrzeugs sicherzustellen, kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Deformationseinheit einen Aktuator aufweisen, der ausgebildet ist, um eine variierbare Steifigkeit der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit einzustellen. Ein solcher Aktuator kann beispielsweise, ansprechend auf ein Aktuatorsignal, durch Veränderung von einem oder mehreren Elementen der Deformationseinheit zueinander diese veränderliche bzw. variierbare Steifigkeit einstellen. Das Aktuatorsignal kann dabei einen erfassten Grad einer Aufprallschwere des Objekts auf das Fahrzeug oder eines erfassten Typs des Aufpralls des Objekts auf das Fahrzeug der präsentieren. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, je nach erfasstem Aufprallszenario die Steifigkeit der Fahrzeugverzögerungseinheit einzustellen, um die Sicherheit des auf dem mit der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit ausgestatteten Fahrzeugsitz sitzenden Insassen zu optimieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Deformationselement ausgebildet sein, um bei einer Kraft von vier bis acht kN (Kilo Newton) verformt zu werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass ein solches Deformationselement den Fahrzeuginsassen besonders gut schützt, da keine zu hohe oder zu geringe Verzögerung zum Abbremsen des Fahrzeugsitzes erreicht wird.
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Besonders vorteilhaft ist ein Fahrzeugsitz für ein Fahrzeug, der eine Fahrzeugsitzverzögerungseinheit gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform aufweist. Auch ist eine Sitzschiene zur Führung eines Fahrzeugsitzes sehr vorteilhaft, die eine Fahrzeugsitzverzögerungseinheit einer hier vorgestellten Ausführungsform aufweist. Derartige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bietet eine besonders hohe Sicherheit für den Fahrzeuginsassen, der auf einem derart ausgestalteten Fahrzeugsitz sitzt, oder der auf einem Fahrzeugsitz sitzt, welcher an einer derart ausgestalteten Sitzschiene befestigt oder angebracht ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit sowie einem Steuergerät gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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2A und 2B einer Seitenansicht von unterschiedlichen Möglichkeiten des Einbaus einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit in einem Fahrzeug;
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3 ein Blockschaltbild einer Verarbeitung von Signalen von Fahrzeugsensoren zur Ansteuerung von Fahrzeuginsassenschutzsystemen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4A bis 4C Querschnittsdarstellungen durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Fahrzeugsitzverzögerungseinheit in unterschiedlichen Stadien bei einer Aktuierung; und
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5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100, dass eine Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 sowie ein Steuergerät 120 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung aufweist. Hierzu umfasst das Fahrzeug 100 einen oder mehrere Sensoren 130, die beispielsweise als Radarsensor, Ultraschallsensor und/oder Beschleunigungssensor ausgestaltet sein können. Die in 1 dargestellten Sensoren 130 sind dabei lediglich exemplarisch ausgewählt. Alternativ oder zusätzlich können die Sensoren 130 auch andere physikalische Größen aufzeichnen. Die von den Sensoren 130 Größen werden als Sensorsignale an das Steuergerät 120 übertragen, in dem mittels eines implementierten Algorithmus ein Typ oder eine Schwere eines Aufpralls eines Objektes 140 auf das Fahrzeug 100 ermittelt wird. Ferner ist es auch denkbar, dass ein Insassengewichtssensor 135 vorgesehen ist, der ein Gewicht des Insassen 136, der auf einem bestimmten Fahrzeugsitz 137 sitzt. Das durch den Insassengewichtssensor 135 erfasste Gewicht des Insassen 136 kann dann ebenfalls zum Steuergerät 120 betragen werden und in dem in dem Steuergerät 120 implementierten Algorithmus zur Ansteuerung oder Aktivierung des oder der Insassenschutzmittel verwendet werden.
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Dabei kann beispielsweise von dem Algorithmus ein Aufpralltyp ermittelt werden, der angibt, an welcher Position das Objekt 140 auf das Fahrzeug 100 aufprallt. Unter einer Aufprallschwere kann beispielsweise ein Grad der Aufprallintensität verstanden werden, der auf einen Grad einer zu erwartenden Verletzungsschwerer eines Fahrzeuginsassen schließen lässt, wenn keine Fahrzeuginsassenschutzmittel aktiviert werden. In Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren 130 und dem im Steuergerät 120 implementierten Algorithmus kann nun eine Aktivierung von einem oder mehreren Fahrzeuginsassenschutzmitteln wie der nachfolgend noch näher erläuterten Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, einem Airbag 150 und/oder einem Gurtstraffer 160 angesteuert werden.
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Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass ein einfaches leichtes und vor allem schaltbares Konzept realisiert werden kann, welches beispielsweise in Sitzschienen 210 eines Fahrzeuges entsprechend der Darstellung aus 2A oder der 2B integriert werden kann und einen adaptiven Energieabbau des Sitzes 137 mit Insassen136 durch kontrollierte Sitzverzögerung ermöglicht. 2A und 2B zeigen dabei Seitenansichten von unterschiedlichen Möglichkeiten des Einbaus einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit in einem Fahrzeug. Abhängig beispielsweise von u.a. der Beschleunigungshöhe einer von einem Sensor 130 gemessenen Beschleunigung und/oder vom Insassengewicht würde dies im Fall eines Crashvorganges einen zusätzlichen Verformungsweg zur Verfügung stellen, um die Bewegungsenergie adaptiv zu absorbieren und damit um die Insassen 136 besser zu schützen. Die vorgestellte Technologie bietet beispielsweise die Möglichkeit, eine Absorption von mehreren, insbesondere zwei unterschiedlichen Kraftniveaus (und auch große Kraftniveau-Unterschiede) zu realisieren.
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Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in einer technischen Lösung für einen adaptiven dämpfenden Sitz gesehen werden. Ziel des hier vorgestellten Ansatzes ist es die Insassensicherheit gegenüber dem Stand der Technik deutlich zu erhöhen, indem es einen zusätzlichen Energieabbaupfad und Freiheitsgrad eine individuelle Anpassung auf den Insassen ermöglicht.
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2A zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes derer 137, auf dem ein Insasse 136 des Fahrzeugs ersetzt. Unter dem Fahrzeugsitz 137 ist beispielsweise der Insassengewichtssensor 135 angebracht, der das Gewicht des Insassen 136 misst und an das in 2A nicht dargestellte Steuergerät überträgt. Unter dem Fahrzeugsitz 137 ist die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 angeordnet, die zwischen einem im Bereich der Fahrzeugsitzlehne unter dem Fahrzeugsitz 137 angeordneten Halter 220 des Fahrzeugsitzes 137 und der Sitzschiene 210 verbaut ist. Die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 weist dabei ein Deformationselement 230 und eine Deformationseinheit 240 auf, die in einer Darstellung im rechten Teil der 2A in einem Kreis vergrößert dargestellt ist. Die Deformationseinheit 240 ist dabei direkt mit der Sitzschiene 210 verbunden, ob gegen das Deformationselement 230 direkt mit dem Halter 220 des Fahrzeugsitzes 137 verbunden ist. Das Deformationselement 230 ist in dem in 2A dargestellten Ausführungsbeispiel als Deformationsrohr ausgestaltet, welches durch die Deformationseinheit 240 verjüngt wird, wenn das Deformationselement 230 auf die Deformationseinheit 240 durch den Aufprall des Objektes auf einen Frontbereich des Fahrzeugs gedrückt wird. In diesem Fall wird nämlich der Fahrzeugsitz 137 durch die Aufprallenergie beim Aufprall des Objekts auf das Fahrzeug in Fahrtrichtung 250 (das heißt in die Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs, da das Fahrzeug üblicherweise hauptsächlich vorwärts fährt) durch die Aufprallenergie beim Aufprall des Objekts auf das Fahrzeug beschleunigt. Dadurch, dass nun das Deformationselement 230 durch die Deformationseinheit 240 gedrückt und dabei verjüngt wird, lässt sich nun Bewegungsenergie des Sitzes und des Insassen Energie durch die Deformation des Deformationselements 230 absorbieren. Hierdurch wird eine Verzögerung des Fahrzeuginsassen 136 erreicht, die ein Verletzungsrisiko des Fahrzeuginsassen 136, beispielsweise durch einen Aufschlag des Brustkorbs des Fahrzeuginsassen 136 auf das Lenkrad 260 verhindert oder zumindest abmildert.
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Der genaue Aufbau bzw. Verbau der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 wird nachfolgend näher beschrieben.
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Damit die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 Energie absorbieren kann, die durch einen Aufprall eines Objektes auf einen Frontbereich des Fahrzeugs resultiert, sollte diese Deformationseinheit 240 in Fahrtrichtung 250 gesehen vor dem Deformationselement 230 angeordnet sein, damit das Deformationselement 230 zur Absorption der Aufprallenergie durch die Deformationseinheit 240 gedrückt werden kann. Eine solche Anordnung ist in der 2A zu erkennen.
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Damit die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 Energie absorbieren kann, die durch ihren Aufprall eines Objektes auf einen Heckbereich des Fahrzeugs resultiert, sollte die Deformationseinheit 240 in Fahrtrichtung 250 gesehen hinter dem Deformationselement 230 angeordnet sein, damit das Deformationselement 230 zur Absorption der Energie ebenfalls durch die Deformationseinheit 240 gedrückt werden kann. Eine solche Anordnung ist in der 2B zu erkennen, in der das Deformationselement 230 an einem Halter 220 befestigt ist, der unter dem Bereich der Sitzvorderkante des Fahrzeugsitzes 137 angeordnet ist.
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Die Technologie der adaptiven Crashstrukturen kann somit die Sitzschiene oder der Fahrzeugsitz entsprechend modifiziert werden. Die wesentlichen Elemente einer solchen Fahrzeugsitzverzögerungseinheit (d. h. beispielsweise ein verjüngendes Rohr als Deformationselement 230, eine feste und brechbare Matrize als Deformationseinheit 240 mit einem Aktuator usw.) gemäß dem hier vorgestellten Ansatz lassen sich durch eine adaptive Crashstruktur realisieren. Ein wesentlicher Unterschied zur adaptiven Crashstruktur (ACS) als System des Vorderwagens sind die Auslegungskraftniveaus der unterschiedlichen Systeme: Beim „ACS in der Längsträgerstruktur"-Prinzip erfolgt die Auslegung bei der harten Stufe auf 130 kN und in der weichen Stufe bei 70 kN. Dagegen wird bei einem Einsatz, im Bereich der Sitzschiene von Kraftniveaus zwischen 4 und 8 kN ausgegangen, also ist bei der Auslegung mit ca. 10 bis 20 Mal geringeren Lasten zu rechnen. Über den hier vorgestellten Ansatz hinaus können adaptiv die Belegungssituation und die Crashschwere einbezogen werden. Eine beispielhafte Umsetzung innerhalb eines typischen PKW-Sitzes 137 ist in 2A und 2B dargestellt. 2A betrifft dabei eine Anordnung von Komponenten zur Umsetzung des hier vorgestellten Ansatzes zur Absorption einer Aufprallenergie bei Aufprall eines Objekts auf den Frontbereich des Fahrzeugs, während in der 2B eine Anordnung von Komponenten zur Umsetzung des hier vorgestellten Ansatzes zur Absorption einer Aufprallenergie bei Aufprall eines Objekts auf den Heckbereich des Fahrzeugs. Im Falle eines Heck-Crashs kann der Insasse definiert „angeschoben“ werden. Die Belastung der Wirbelsäule des Fahrzeuginsassen 136 kann reduziert werden. Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes ist darin zu sehen, dass die Sitzstruktur des Fahrzeugsitzes 137 durch den starken Anfangspuls des Auffahrunfalls nicht geschädigt wird und somit stabiler bei hohen Differenzgeschwindigkeiten ist.
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Weiterhin kann auch vorteilhafterweise eine besondere Einbindung des hier vorgestellten Ansatzes in eine Sensorik und Aktuatorik des Fahrzeuginsassenschutzsystems erfolgen. In der sehr frühen Crashphase sammeln Sensoren 130 wie beispielsweise Inertialsensoren 130A im Fahrzeugvorderwagen Informationen, die Hinweise auf die Crashschwere geben. Auch Sensorsignale von vorausschauenden Sensoren 130B wie beispielsweise Radarsensoren oder Ultraschallsensoren können Hinweise auf die Crashschwere geben. Die frühesten Signale geben Fußgängerschutzsensoren innerhalb der ersten 10 ms nach Kontakt. Upfrontsensoren reagieren fast gleichzeitig. Eine Ansteuerung der Längsverschiebungskraft der Sitzstruktur ist noch lastfrei möglich. Eine Ansteuerung aufgrund von Umfeldsensorik 130A/vorausschauender Sensorik 130B ist ebenfalls möglich. Auch Signale einer Innenraumsensierung 135 kann die Masse des Insassen 136 ermitteln und schließlich gibt es Sensoren 130C, die die Sitzposition des Fahrzeuginsassen ermitteln. Hierbei werden die all diese Sensorinformationen der Sensoren 130A, 130b, 130c bzw. 135 über eine Schnittstelle 310 zum Einlesen von zumindest einem Sensorsignal, das einen Aufprall eines Objekts auf das Fahrzeug repräsentiert, in das Steuergerät 120 eingelesen. Weiterhin wird die eingelesenen Signale in einer Einheit 320 zum Ermitteln eines Grades einer Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug entsprechend einem Algorithmus be- oder verarbeitet und eine situationsoptimale Ansteuerung der Rückhaltemittel durchgeführt. Schließlich erfolgt von einer Einheit 330 zum Ansteuern eines Aktuators des Steuergerätes 120 ein Ansteuern zur Einstellung einer Steifigkeit der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit auf der Basis des ermittelten Grades der Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug, um die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit zu Aktuieren. Dabei wird beispielsweise durch die Ansteuerung ein Kraftniveau der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 eingestellt, das eine maximale Sitzlängsverschiebung zulässt, ein Gurtkraftniveau des Gurtstraffers 160 eingestellt, welches die maximal auf den Insassen 136 wirkende Gurtkraft einstellt und Airbagparameter eingestellt, um die Steuerung des Airbags zu optimieren. Dabei werden beispielsweise die einzelnen der vorstehend genannten Komponenten gemäß einer ganzheitlichen Regelstrategie angesteuert.
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Die grundsätzliche Funktionsweise der adaptiven Struktur beim Einsatz in der Sitzschiene ist mit der im „ACS in der Längsträgerstruktur“-Prinzip gleich: Die „harte Einstellung", also das hohe Kraftniveau, wird realisiert in dem der Ring die brechbare Matrize unterstützt. Dagegen wird die „weiche Einstellung", also das niedrige Kraftniveau, dadurch abgebildet, dass der Ring verschoben ist und sich dann die brechbare Matrize auseinander bewegen kann. Dabei kann das „Basisrohr" auch vorverjüngt sein. Dies ist allerdings keine zwingende Voraussetzung und sollte je nach Randbedingung ausgeführt werden. Ein wesentlicher Unterschied zum „ACS in der Längsträgerstruktur"-Prinzip ist, dass Querkräfte eine untergeordnete Rolle bei der Auslegung spielen. Aus diesem Grund kann das Gesamtsystem vornehmlich zur Aufnahme der Längskräfte optimiert werden, womit in der Folge die Bauteile – nicht nur wegen der deutlich geringeren Kraftniveaus – deutlich filigraner ausgestalten werden können.
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Beim Energieabsorptionsprinzip gibt es ähnlich wie beim „ACS in der Längsträgerstruktur“-Prinzip unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten, wie z.B. Verjüngungen, Abschaben, Aufweiten, Umstülpen usw. Das Funktionsprinzip zur Kraftniveaueinstellung ist in den nachfolgenden 4A bis 4C beispielhaft dargestellt und verdeutlicht die Funktionsweise des Entwicklungsstandes der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 als System. In 4A ist die Ruhestellung des Systems dargestellt. Bei einer Kollision wird das Rohr 230 in die feste und in die brechbare Matrize 240 geschoben und dabei stark verjüngt. Bei einer Aktuierung wird entsprechend der Darstellung aus 4B ein Ring verschoben. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 230 ebenfalls in die feste und in die brechbare Matrize 240 ein. Da der Ring die brechbare Matrize nicht abstützt, kann diese infolge der Aufprägung der Radialkraft durch das Rohr brechen (Sollbruchstellen) und ausrücken. Der Verjüngungsgrad des Rohrs ist somit verglichen mit der Grundeinstellung geringer.
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4A bis 4C zeigen Prinzipdarstellungen zur Funktionsweise einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 zum Aufnehmen von Aufprallenergie mit einstellbarer Steifigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellungen der 4A bis 4C zeigen jeweils einen Längsschnitt durch die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 bzw. einen Abschnitt der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 mit einstellbarer Steifigkeit bzw. adaptive Crashstruktur, wie sie beispielsweise unter einem Fahrzeugsitz 137 gemäß der 2A und 2B eines Fahrzeugs 110 installiert sein kann. Die adaptive Crashstruktur 110 umfasst ein Deformationselement 230, das hier als ein Rohr ausgebildet ist, sowie ein Gehäuse 240, das hier als Deformationseinheit 240 wirkt, in dem eine feste bzw. nicht-ausrückbare Matrize 410 und eine brechbare bzw. ausrückbare Matrize 420 angeordnet sind. Ferner umfasst die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 einen innerhalb des Gehäuses 240 verschiebbaren Ring 430 zur Abstützung bzw. Freigabe der ausrückbaren Matrize 420, eine angrenzend an den Ring 430 angeordnete stromführende Spule 440 und ein zwischen dem Ring 430 und einer weiteren Wand des Gehäuses 240 angeordnetes Federelement 450. Eine Aufprallrichtung bzw. Vorschubrichtung 460 des Deformationselements 230 entlang seiner mittels einer Punkt-Strich-Linie gekennzeichneten Längserstreckung ist durch einen Pfeil in der Darstellung gekennzeichnet. Die Punkt-Strich-Linie markiert auch eine Mittelachse der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110.
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Die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 weist in erster Hinsicht zwei Steifigkeiten auf. Die Grundeinstellung der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 ist die höhere Steifigkeit. Die zweite Einstellung, auf die umgeschaltet wird, weist eine geringere Steifigkeit auf.
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Im Falle hoher Aufprallgeschwindigkeiten und somit hoher Kollisionsenergien ist es vorteilhaft, frühzeitig ein hohes Energieabsorptionsniveau zu erreichen, weshalb die höhere Steifigkeit als Grundeinstellung sinnvoll ist. Im Falle geringer Kollisionsenergien ist eine niedrigere Steifigkeit erforderlich, damit die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 durch die geringere eingeleitete Kraft verformt werden kann. Dadurch ergeben sich Vorteile bei der Insassenbelastung in Form einer in der Intensität geringeren, dafür aber längeren Belastung. Die beiden Niveaus werden mithilfe eines Aktuators eingestellt.
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4A zeigt ein Schnittbild der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 in Ruhestellung. Hier ist der innerhalb des Gehäuses verschiebbare Ring 430 zwischen der ausrückbaren Matrize 420 und einer Wand des Gehäuses 240 angeordnet, sodass die ausrückbare Matrize 420 abgestützt ist. Entsprechend ist die Steifigkeit der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 hoch. Bei einer Kollision wird das Rohr bzw. Deformationselement 230 in die feste Matrize 410 und in die brechbare Matrize 420 geschoben und dabei stark verjüngt.
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4B zeigt ein Schnittbild der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 in aktuierter Stellung. Hier ist der Ring 430 ansprechend auf einen Stromfluss in der Spule 440 nach unten verschoben. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 230 ebenfalls in die feste Matrize 410 und in die brechbare Matrize 420 ein. Da der Ring 430 die brechbare Matrize 420 nicht abstützt, kann diese infolge der Aufprägung der Radialkraft durch das Rohr 230 brechen, z. B. an Sollbruchstellen, und ausrücken. Ein Verjüngungsgrad des Rohrs 230 ist somit verglichen mit der in 4A gezeigten Grundeinstellung geringer.
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4C zeigt ein Schnittbild der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 im Kollisionsfall, und zwar bei weicher Einstellung, also niedriger Steifigkeit, wie sie anhand der Darstellung in 4B erläutert ist.
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Unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C stellt anders ausgedrückt zur Anpassung der Steifigkeit auf hohen Niveaus, z. B. Kräfte größer als 7 bis 8 kN, die Verjüngung ein geeignetes Konzept dar. Den 4A bis 4C kann die Funktionsweise einer geeigneten Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 entnommen werden. Hierbei zeigt 4A die Ruhestellung der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110. Bei einer Kollision wird das Rohr 230 in die feste Matrize 410 und in die brechbare Matrize 420 geschoben und dabei stark verjüngt. 4A zeigt hierbei ein Schnittbild der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 in Ruhestellung mit hoher Steifigkeit. Bei einer Betätigung bzw. Aktuierung mittels der Spule 440 und gegebenenfalls des Federelements 450 wird der Ring 440 verschoben, wie es in 4B gezeigt ist. 4B zeigt ein Schnittbild der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 in betätigter bzw. aktuierter Stellung. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 230 in die feste Matrize 410 und in die brechbare Matrize 420 ein. Da der Ring 430 die brechbare Matrize 420 nicht abstützt, kann dieselbe infolge der Aufprägung der Radialkraft durch das Rohr 230 brechen und ausrücken. Der Verjüngungsgrad des Rohrs 230 ist somit verglichen mit der Grundeinstellung geringer, wie es in 4C gezeigt ist. 4C zeigt ein Schnittbild der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit 110 im Kollisionsfall in aktuiertem Zustand mit geringer bzw. weicher Steifigkeit.
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Anstelle des Rings 430 können auch Bolzen verwendet werden, welche in einer ersten Position die ausrückbare Matrize 420 freigeben und nach einer Lageänderung der Bolzen in eine zweite Position die ausrückbare Matrize 420 freigeben, sodass dieselbe in Folge einer Aufprägung einer Radialkraft ausrücken kann.
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Als Aktuierungsprinzip stehen reversible wie auch irreversible Mechanismen zur Verfügung. Ein Beispiel für ein reversibles System ist die vorstehend genanten Aktuierung mittels einer durch Stromfluss verursachten Induktion und einer hierdurch bedingten Verschiebung des Rings 430. Ein irreversibles System kann beispielsweise in einer pyrotechnischen Einheit zur Aktuierung gesehen werden.
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Die Auswahl der Aktuierungsart ist vor allem vor dem Hintergrund des Einsatzgebietes zu sehen. Da im vorliegenden Fall eine Aktuierung im Crashfall angestrebt wird, wird bei einem nachfolgenden Werkstattaufenthalt — wenn überhaupt noch – das Gesamtsystem ersetzt. Damit macht eine pyrotechnische Schaltung auch aus ökonomischen Gesichtspunkten Sinn.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 Aktuieren einer Fahrzeugsitzverzögerungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Einlesens von zumindest einem Sensorsignal, das einen Aufprall eines Objekts auf das Fahrzeug repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 520 des Ermittelns eines Grades einer Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug und einen Schritt 530 des Ansteuerns eines Aktuators zur Einstellung einer Steifigkeit der Fahrzeugsitzverzögerungseinheit auf der Basis des ermittelten Grades der Intensität des Aufpralls des Objektes auf das Fahrzeug, um die Fahrzeugsitzverzögerungseinheit zu Aktuieren.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19745656 C2 [0003]
- EP 909681 B1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Adomeit et al.:. „Das hohe Schutzniveau eines Pre-Crash Rückhaltesystems und seine breitbandige Wirkung', 7. VDI-Tagung Fahrzeugsicherheit, Berlin, 22. und 23. Oktober 2009 [0002]
