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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zurückhalten eines Fahrzeuginsassen und ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem.
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In bisherigen Fahrzeugen ist die Position der Fahrzeugsitze während der Fahrt zu einem großen Maß fest vorgegeben. Allenfalls ist es möglich, eine Rückenlehne nach hinten zu kippen oder den Fahrzeugsitz linear vor oder zurück zu bewegen.
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Beim automatisierten oder autonomen fahrenden Fahrzeugen muss der Fahrer das Fahrzeug nicht mehr dauerhaft steuern und überwachen, vielmehr fährt das Fahrzeug selbstständig. Daher sehen neu entwickelte Fahrzeugkonzepte zunehmend vor, dass die Fahrzeuginsassen ihre Sitzposition im Fahrzeuginnenraum freier wählen können. Dies ermöglicht es, dass der Fahrer eine ihm angenehme Position in einer beliebigen Sitzeinstellung im Rahmen eines vorgegebenen Verstellfelds einnimmt.
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Daraus ergibt sich jedoch auch die Schwierigkeit, dass bisherige Fahrzeuginsassenrückhaltesysteme stets auf eine im Wesentlichen aufrechte Position des Oberkörpers des Insassen ausgelegt sind.
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Somit kann ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem nicht mehr auf bestimmte, in engen Grenzen vorgegebene Normpositionen der Fahrzeugsitze hin entwickelt werden, da den Fahrzeuginsassen mehr Freiheitsgrade bei der Wahl der Sitzposition zur Verfügung stehen. „Normposition“ heißt nicht, dass die Position durch eine gesetzliche Norm festgeschrieben ist, sondern der Begriff bezeichnet eine aufrechte Position des Oberkörpers, die üblicherweise zwischen 90° und 120° der Rückenlehnenvorderseite zur Horizontalen liegt. Durch das autonome Fahren können sich auch Sitzpositionen ergeben, die sich außerhalb eines Bereichs einer bisherigen Normposition des Fahrzeugsitzes befinden. Dies hat zur Folge, dass sich die Relativpositionen der Fahrzeuginsassen zu den üblicherweise an der Fahrzeugstruktur fest angebrachten Sicherheitssystemen, wie Sicherheitsgurte und Gassäcke, während der Fahrt stark verändern können und im Vergleich zum o. g. Normpositions-Bereich die Rückenlehne stärker geneigt sein kann.
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Wird eine freiere Sitzposition im Fahrzeuginnenraum angestrebt, ist es daher notwendig, Rückhaltekonzepte zu schaffen, die einen guten Schutz auch für Positionen bieten, in denen der Fahrzeuginsasse beispielsweise eine liegende oder fast liegende Stellung einnimmt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die mögliche Positionierfreiheit eines Fahrzeuginsassen in einem Fahrzeuginnenraum zu erhöhen und dabei dem Fahrzeuginsassen in allen Positionen einen guten Schutz in Rückhaltesituationen zu bieten.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Zurückhalten eines Fahrzeuginsassen mittels eines Fahrzeuginsassen-Schutzsystems mit einem Fahrzeugsitz, der einen Sitzflächenabschnitt und einen daran anschließenden Rückenlehnenabschnitt aufweist, sowie einem Sicherheitsgurt mit zumindest einer Straffeinrichtung und einem Gassackmodul, mit den folgenden Schritten:
- a) Erkennen einer Rückhaltesituation bei einem Frontalaufprall;
- b) Erkennen einer Komfortstellung des Fahrzeuginsassen mit einer zurückgeschwenkten Position des Rückenlehnenabschnitts;
- c) Straffen des Sicherheitsgurts im Beckenbereich des auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrzeuginsassen und Aufbauen einer Rückhaltekraft;
- d) Kontrolliertes Aufrichten des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen in eine Normposition; anschließend
- e) Zurückhalten des Schulterbereichs des auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrzeuginsassen und Aufbauen einer Rückhaltekraft; und
- f) Zurückhalten des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen in der Normposition durch Aufblasen eines Gassacks.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, in einer Rückhaltesituation den Oberkörper des Fahrzeuginsassen aus einer Komfortstellung aufzurichten, nachdem eine Rückhaltesituation bei einem Frontaufprall automatisch und bevorzugt kurz vor dem Aufprall erkannt wird.
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Darüber hinaus wird die Position der Rückenlehne erfasst, sodass bekannt ist, in welcher Position sich der Fahrzeuginsasse im Fahrzeugsitz befindet. Liegt eine Komfortstellung mit stark zurückgeschwenkter Rückenlehne (bspw. über 120° gegenüber der Horizontalen) vor, so wird der Insasse im Beckenbereich durch das Straffen des Sicherheitsgurts im Fahrzeugsitz durch die dabei entstehende Rückhaltekraft im Sitz positioniert und fixiert. Der Oberkörper des Fahrzeuginsassen wird kontrolliert um den Beckenbereich aus der Komfortposition in die Normposition, also eine vordefinierte, aufrechtere Position, aufgerichtet, sodass die Längsachse der Wirbelsäule eine möglichst vertikale Ausrichtung einnimmt, wodurch die auf die Wirbelsäule wirkenden Kräfte in einer Rückhaltesituation verringert werden.
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Spätestens wenn der Oberkörper des Insassen die vordefinierte Normposition erreicht hat, wird über den Gurt eine Rückhaltekraft am Schulterbereich aufgebaut, die die Oberkörperbewegung des Insassen begrenzt oder zumindest verlangsamt.
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Zudem wird der Oberkörper des Insassen in der Normposition durch den Gassack abgebremst. Durch das Zusammenwirken des Gassacks und des Sicherheitsgurts, der im Schulterbereich eine Rückhaltekraft verursacht, wird der Fahrzeuginsasse insgesamt sicher zurückgehalten.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann im Schritt d) beim Aufrichten des Oberkörpers des Insassen eine Gurtkraft im Schulterbereich wirken, die der Bewegungsrichtung des Oberkörpers des Insassen entgegenwirkt. Hierdurch kann bereits Energie abgebaut werden und die auf den Oberkörper wirkende Beschleunigung zumindest verringert werden, sodass die auf den Insassen wirkenden Kräfte beim Erreichen der Normposition geringer sind.
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Im Schritt d) kann der Sicherheitsgurt am Schulterbereich von einem Gurtaufroller ausgegeben werden und der Oberkörper des Fahrzeuginsassen durch die eigene Trägheit aufgerichtet werden. Das Ausgeben des Sicherheitsgurts durch den Gurtaufroller kann dabei kontrolliert erfolgen. Weiter ist kein Verstellen des Rückenlehnenabschnitts des Fahrzeugsitzes notwendig, da die Trägheit zum Aufrichten des Oberkörpers genutzt wird, sodass keine zusätzlichen Systeme zur Sitzverstellung vorzusehen sind.
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Alternativ kann im Schritt d) der Rückenlehnenabschnitt aktiv gemeinsam mit dem Oberkörper des Fahrzeuginsassen aufgerichtet werden. Hierdurch wird erreicht, dass der Fahrzeuginsasse während der Bewegung des Oberkörpers vom Rückenlehnenabschnitt geführt wird und beim möglichen Rebound sofort Sitzrückenlehnenkontakt hat.
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Die im Schritt e) aufgebaute Rückhaltekraft im Schulterbereich kann durch das Auslösen des Gassackmoduls im Schritt f) abgebaut werden. Hierdurch verringert sich die Belastung im Schulterbereich des Insassen. Gleichzeitig wird der Fahrzeuginsasse sowohl durch den Sicherheitsgurt als auch durch den Gassack zurückgehalten, sodass eine insgesamt große Rückhaltekraft aufgebracht werden kann, die jedoch gleichmäßig auf den Fahrzeuginsassen wirkt und dadurch die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Belastung insgesamt gering hält.
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Im Schritt c) können ein Umlenkstraffer und ein Schlossstraffer ausgelöst werden. Dies stellt sicher, dass der Insasse im Beckenbereich bereits innerhalb des Fahrzeugsitzes fixiert ist und ausschließlich der Oberkörper um den Beckenbereich rotiert und aufgerichtet wird. Somit stellen Umlenkstraffer und Schlossstraffer sicher, dass die Relativbewegung des Fahrzeuginsassen zum Fahrzeugsitz mit Ausnahme des Oberkörpers beinahe vernachlässigbar ist.
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Ein Schultergurtabschnitt kann mit einem Kraftbegrenzer mit mehreren Kraftbegrenzerstufen gekoppelt sein, der während des Schritts d) keine Kraftbegrenzung vornimmt oder nur eine Begrenzung auf eine niedrige Kraft, im Schritt e) auf eine im Vergleich zu Schritt d) höhere Kraft und die Kraft im Schritt f) auf eine Kraft zwischen der Kraft im Schritt d) und im Schritt e) begrenzt.
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Folglich wirkt im Schulterbereich des Insassen im Schritt d) keine Kraft oder nur eine sehr geringe Rückhaltekraft. Im darauffolgenden Schritt e) nimmt die Rückhaltekraft im Schulterbereich signifikant zu, bis die durch den Kraftbegrenzer festgelegte Maximalkraft erreicht wird, die für Schritt e) zulässig ist. In Schritt f) wird die vom Kraftbegrenzer vorgegebene Maximalkraft verringert, wobei die Kraft auf einen Wert begrenzt ist, der über dem der in Schritt d) wirkenden Kraft und unterhalb der in Schritt e) maximal zugelassenen Kraft liegt.
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Diese Abstufung lässt in Schritt d) zunächst zu, dass der Oberkörper des Fahrzeuginsassen aufgerichtet wird und die Wirbelsäulenbelastung gering gehalten wird. Bei Erreichen der Normposition wird eine Rückhaltekraft im Schulterbereich aufgebaut, die dazu beiträgt, den Oberkörper abzubremsen, wobei auch hierbei die Wirbelsäulenbelastung verhältnismäßig gering gehalten wird, da der Oberkörper sich bereits in der Normposition befindet. In Schritt f) kann die Rückhaltekraft im Schulterbereich verringert werden, da der Oberkörper auch zusätzlich durch den Gassack zurückgehalten wird.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem mit einem Fahrzeugsitz, der einen Sitzflächenabschnitt und einen daran anschließenden Rückenlehnenabschnitt aufweist, sowie einem Sicherheitsgurt mit zumindest einer Straffeinrichtung und einem Gassackmodul mit einem Frontgassack ausgestattet ist, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass sie bei einem Frontalaufprall ein Straffen des Sicherheitsgurts im Beckenbereich des auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrzeuginsassen und Aufbauen einer Rückhaltekraft initiiert und beim oder nach einem kontrollierten Aufrichten des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen in eine Normposition ein Aufblasen des Frontgassacks initiiert.
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Hinsichtlich der sich daraus ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die Steuerung kann so ausgebildet sein, dass sie einen Antrieb des Rückenlehnenabschnitts aktiviert, nachdem der oder die Beckengurtstraffer aktiviert wurden. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich der Rückenlehnenabschnitt gemeinsam mit dem Oberkörper des Fahrzeuginsassen aufrichtet. Dabei ist es denkbar, dass die Steuerung die gefahrene Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt und anhand dessen den Antrieb des Rückenlehnenabschnitts schneller oder langsamer verstellt. Bei dem Antrieb kann es sich dabei sowohl um einen elektromechanischen Antrieb als auch um einen pyrotechnischen Antrieb handeln.
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Für den Schultergurtabschnitt kann ein zumindest zweistufiger Kraftbegrenzer vorgesehen sein, der von der Steuerung aktivierbar ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Rückhaltekraft, die im Schulterbereich des Fahrzeuginsassen wirkt, in Abhängigkeit der Oberkörperposition des Fahrzeuginsassen in der Rückhaltesituation jeweils auf einen maximalen Wert begrenzt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeuginsassen-Schutzsystem in einer normalen Fahrsituation, wobei der Fahrzeugsitz in einer zurückgelehnten Sitzposition und in einer in Fahrzeuglängsrichtung weisenden Stellung ist;
- - 2 bis 5 das Fahrzeug aus 1 während des Ablaufs einer Rückhaltesituation gemäß verschiedener Optionen; und
- - 6 ein Diagramm mit einer grafischen Darstellung der festgelegten Kraftbegrenzung in den einzelnen Verfahrensschritten.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 bei autonomem Fahren.
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Das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 umfasst einen Fahrzeugsitz 14, der im Fahrzeuginnenraum 16 aufgenommen ist.
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Der Fahrzeugsitz 14 kann eine aufrechte Sitzposition und eine zurückgelehnte Sitzposition einnehmen, die auch als Komfortstellung bezeichnet wird.
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Der Fahrzeugsitz 14 weist einen Sitzflächenabschnitt 18 und einen Rückenlehnenabschnitt 20 auf, durch deren Verstellung zueinander die verschiedenen Sitzpositionen realisiert werden können.
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Weiter kann zur Verstellung des Rückenlehnenabschnitts 20 zum Sitzflächenabschnitt 18 ein Antrieb 21 vorgesehen sein, durch den der Fahrzeugsitz beispielsweise elektromechanisch oder auch durch Pyrotechnik schlagartig von einer Komfortposition in eine vordefinierte, aufrechtere Normposition verstellt werden kann.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 einen Sicherheitsgurt 22 mit einem Gurtaufroller 23, der natürlich auch an einem Fahrzeugboden oder bodennah an einer Fahrzeugsäule befestigt sein kann.
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Der Sicherheitsgurt 22 umfasst einen Schultergurtabschnitt 24 und einen Beckengurtabschnitt 26.
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Dem Sicherheitsgurt 22 ist eine Straffeinrichtung 28 zugeordnet, die einen Beckengurtstraffer 30, bestehend aus einem Umlenkstraffer 32 und einem dem Umlenkstraffer 32 gegenüberliegenden Schlossstraffer 34, umfasst. Der Schlossstraffer 34 ist eigentlich in 1 deshalb nicht zu sehen, weil er in der Zeichenebene hinter dem Umlenkstraffer 32 liegt.
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Darüber hinaus kann die Straffeinrichtung 28 einen Schultergurtstraffer 36 aufweisen, der z. B. als Aufrollstraffer ausgeführt ist.
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Der Beckengurtstraffer 30, bestehend aus dem Umlenkstraffer 32 und dem Schlossstraffer 34, ist dem Beckengurtabschnitt 26 zugeordnet, der entlang eines Beckenbereichs 38 eines auf dem Fahrzeugsitz 14 befindlichen Fahrzeuginsassen 40 verläuft.
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Der Schultergurtstraffer 36 ist dem Schultergurtabschnitt 24 zugeordnet, der über einen Schulterbereich 42 und anschließend über einen Oberkörper 44 des Fahrzeuginsassen 40 hin zum Beckenbereich 38 verläuft.
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Zudem ist am Schultergurtstraffer 36 zusätzlich oder auch anstelle des Schultergurtstraffers 36 dem Schultergurtabschnitt 24 ein Kraftbegrenzer 46 zugeordnet, der z. B. in den Aufrollstraffer integriert ist.
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Überdies umfasst das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 ein Gassackmodul 48 mit einem Frontgassack 50 (siehe 4), wobei der Frontgassack 50 in etwa auf den Oberkörper 44 und den Kopf 52 des Fahrzeuginsassen 40 ausgerichtet ist.
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Darüber hinaus ist eine Steuerung 54 vorgesehen, die mit dem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 und dessen Komponenten gekoppelt ist.
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Nachfolgend wird anhand der 2 bis 6 das Verfahren zum Zurückhalten des Fahrzeuginsassen 40 mittels des Fahrzeuginsassen-Schutzsystems 12 erläutert.
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Das Aufrichten des Oberkörpers 44 teilt sich dabei in drei Schritte auf, wobei während dieser drei Schritte jeweils eine angepasste Rückhaltekraft über den Schultergurtabschnitt 24 auf den Oberkörper 44 bzw. den Schulterbereich 42 wirkt.
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6 zeigt ein Diagramm, anhand dessen die im Schultergurtabschnitt 24 wirkende Kraft dargestellt ist. Auf der x-Achse des Diagramms in 6 wird die Zeit dargestellt. Die y-Achse zeigt das im Schultergurtabschnitt 24 vorliegende Level der Kraftbegrenzung am Schulterbereich 42, welches während des Zurückhaltens des Fahrzeuginsassen 40 vorgesehen ist.
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1 zeigt den Ausgangszustand. Zunächst wird eine Rückhaltesituation bei einem Frontaufprall erkannt. Hierbei erfährt das Fahrzeug 10 eine starke Verzögerung, weshalb Trägheitskräfte auf den Fahrzeugsitz 14 und den darauf sitzenden Fahrzeuginsassen 40 in Richtung der Fahrzeugfront wirken.
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Sobald die Rückhaltesituation detektiert wird, wird im nächsten Schritt die Sitzposition, also die Anordnung von Sitzflächenabschnitt 18 und Rückenlehnenabschnitt 20 zueinander, geprüft und erkannt, ob sich der Fahrzeugsitz 14 und damit auch der Fahrzeuginsasse 40 in einer Komfortstellung befinden (wie diese in 1 dargestellt ist), bei der der Rückenlehnenabschnitt 20 eine zurückgeschwenkte Position einnimmt.
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Kommt es zum Erkennen einer Komfortstellung, so wird im nächsten Schritt der Beckengurtabschnitt 26 des Sicherheitsgurts 22 über den Beckengurtstraffer 30, d. h. den Umlenkstraffer 32 und den Schlossstraffer 34, gestrafft, sodass der Beckenbereich 38 des Fahrzeuginsassen 40 im Fahrzeugsitz 14 fixiert ist und eine Rückhaltekraft aufgebaut wird. Daraufhin erfolgt ein kontrolliertes Aufrichten des Oberkörpers 44 des Fahrzeuginsassen 40.
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Gemäß einer Option wird dabei der Sicherheitsgurt 22 vom Gurtaufroller 23 am Schultergurtabschnitt 24 im Schulterbereich 42 ausgegeben, sodass sich der Oberkörper 44 des Fahrzeuginsassen 40 durch die eigene Trägheit aufrichtet und in Richtung Normposition bewegt (siehe 2).
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Gemäß einer weiteren Option wird der Oberkörper 44 des Fahrzeuginsassen 40 gemeinsam mit dem Rückenlehnenabschnitt 20 des Fahrzeugsitzes 14 aufgerichtet, wobei sich auch hier der Oberkörper des Fahrzeuginsassen in Richtung der Normposition bewegt. Dieses Aufrichten des Rückenlehnenabschnitts 20 erfolgt über die Steuerung 54, die auf das Straffen des Sicherheitsgurts im vorherigen Schritt den Antrieb 21 aktiviert (siehe 3).
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Dabei kann bei beiden Optionen eine geringe oder keine Gurtkraft im Schulterbereich 42 des Fahrzeuginsassen 40 wirken, die der Bewegungsrichtung des Oberkörpers 44 entgegenwirkt (siehe 6, Abschnitt 56).
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Bei der ersten Option wird dies erreicht, indem beim Ausgeben der Kraftbegrenzer 46 wirkt, der eine niedrige Kraft zulässt, die beim Ausgegeben von Gurt am Schultergurtabschnitt 24 wirkt.
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Bei der zweiten Option kann der Oberkörper 44 des Fahrzeuginsassen 40 abgebremst werden, indem der Gurtaufroller 23 am Schultergurtabschnitt 24 keinen oder nur wenig Sicherheitsgurt 22 ausgibt und gleichzeitig der Antrieb 21 den Rückenlehnenabschnitt 20 derart aufrichtet, dass der Rückenlehnenabschnitt 20 am Schultergurtabschnitt 24 eine Rückhaltekraft entgegen der Bewegungsrichtung des Oberkörpers 44 aufbringt. Dabei ist es auch denkbar, dass der Kraftbegrenzer 46 zum Einsatz kommt.
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Alternativ ist es auch möglich, dass bei beiden Optionen auf das Aufbringen einer Rückhaltekraft im Schulterbereich 42 beim Aufrichten des Oberkörpers 44 vollständig verzichtet wird.
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Ist der Oberkörper 44 des Fahrzeuginsassen 40 zumindest nahezu vollständig aufgerichtet und befindet sich somit zumindest beinahe in der Normposition, so erfolgt in beiden Optionen ein Zurückhalten des Schulterbereichs 42 des auf dem Fahrzeugsitz 14 befindlichen Fahrzeuginsassen 40. Hierdurch wird eine Rückhaltekraft im Schulterbereich 42 aufgebaut, welche ebenfalls bei beiden Optionen über eine weitere Stufe im Kraftbegrenzer 46 eingestellt werden kann. Die im Schulterbereich 42 wirkende Rückhaltekraft übersteigt dabei betragsmäßig die zuvor erwähnte Rückhaltekraft, welche optional während des Aufrichtens des Oberkörpers 44 wirken kann (siehe 6, Abschnitt 58).
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Hat der Oberkörper 44 des Fahrzeuginsassen 40 die Normposition erreicht (siehe 4 und 5), so wird der Oberkörper 44 zusätzlich durch den über die Steuerung 54 ausgelösten Frontgassack 50 zurückgehalten. Hierbei ist es möglich, dass der Kraftbegrenzer 46 die Rückhaltekraft über eine weitere Stufe anpasst, sodass der Schulterbereich 42 des Fahrzeuginsassen 40 entlastet wird, da der Oberkörper 44 nun sowohl über den Schultergurtabschnitt 24 als auch über den Frontgassack 50 zurückgehalten wird (siehe 6, Abschnitt 60).
