DE19956530B4

DE19956530B4 - Sicherheitsgurtanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19956530B4
Application number: DE19956530A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Wako Suyama
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: DE19956530A1; US6213510B1; JP2000159059A; JP3946366B2

Abstract

Sicherheitsgurtanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
einen Gurtaufroller (18) mit Aufprallenergie- Absorptionsmechanismus (40) der in einem Notfall einen Sicherheitsgurt (16) sperrt und bei Überschreiten einer voreingestellten Last den Sicherheitsgurt (16) mittels einer Dämpfungsvorrichtung (64) in begrenzten Maß ausfahren lässt,
dadurch gekennzeichnet dass,
die Dämpfungsvorrichtung (64) einen steuerbaren Dämpfer (66) aufweist, der in Abhängigkeit von der Beschleunigung des Insassen (14) in Bezug auf die Fahrbahn, berechnet von einer Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (114), steuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurtanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen dienen Sicherheitsgurte, im folgenden auch als Insassen-Rückhaltevorrichtungen bezeichnet, zum Schutz der Fahrzeuginsassen gegen Verletzungen bei einem Fahrzeugunfall. Beispielsweise besitzt ein Sicherheitsgurt einen Notfall-Sperrückzieher zum Zurückwickeln eines Sicherheitsgurts um eine Aufwickelwelle mit Federkräften, um zu verhindern, daß der Sicherheitsgurt ausgerollt wird, und um sicherzustellen, daß der Insasse des Fahrzeugs bei einem durch Unfall bedingten Aufprall zurückgehalten wird.

Wenn der Sicherheitsgurt durch den Notfall-Sperrückzieher an einem Ausrollen gehindert wird, so erleidet der abrupt an einer Vorwärtsbewegung gehinderte Fahrzeuginsasse die Einwirkung der Aufprallkraft, die auf ihn über den Sicherheitsgurt übertragen wird. Um diese auf den Insassen einwirkende Aufprallkraft zu verringern, wurde ein Aufprall-Energieabsorptionsmechanismus (im folgenden: "EA-Mechanismus") eingesetzt, der dazu ausgebildet ist, den Sicherheitsgurt auszufahren, dabei den Gurt aber unter einer vorbestimmten Gurtspannung zu halten (im folgenden als EA-Last bezeichnet), um dadurch die auf den Insassen einwirkende Aufprallenergie zu absorbieren, wenn eine eine vorbestimm te Last übersteigende Last auf den Sicherheitsgurt einwirkt, nachdem dieser von dem Sperrückzieher blockiert wurde. Dies ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 8-127313 beschrieben.

Die Bewegungsgleichung: Fs (Rückhaltekraft) = m (Masse des Fahrzeuginsassen) × α (Beschleunigung oder Verzögerung) besagt, daß dann, wenn die Masse des Insassen, sein Gewicht, bei konstanter EA-Last, also Energieabsorptions-Last, variiert, die auf den Insassen einwirkende Beschleunigung (Verzögerung oder Stoß) bei einem Fahrzeugunfall ebenfalls schwankt, wie dies aus 20 ersichtlich ist. Die japanische Patent-Offenlegungsschrift 8-268224 (= DE 195 08 679 A1 ) zeigt eine Sicherheitsgurtanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Dämpfungsvorrichtung dient zum Variieren der EA-Last, indem mechanische Einstellungen vorgenommen werden, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu berücksichtigen. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß die mechanischen Einstellvorgänge für den jeweiligen Fahrzeugbenutzer mühsam und zeitraubend sind, und bei jedem neuen Benutzer erneute mechanische Einstellmaßnahmen erforderlich sind, um eine Anpassung vorzunehmen.

Die japanische Patent-Offenlegungsschrift 7-186880 zeigt ein System zum Steuern einer Insassen-Rückhaltevorrichtung, indem das Gewicht eines Fahrzeuginsassen durch einen Gewichtssensor und einen Kipp-Sensor gemessen wird. Dieses System weist allerdings eine große Anzahl von Teilen auf und ist ziemlich teuer, bedingt durch die komplexe Korrekturlogik, weil die Differenz zwischen dem erfaßten Gewicht des Fahrzeuginsassen und dessen tatsächlichem Gewicht im Hinblick auf die Art und Weise zu kompensieren ist, wie die Person auf dem Sitzpolster sitzt und welchen Winkel die Rückenlehne einnimmt.

Ein weiteres Problem, die die Rückhaltekräfte erhöht, ergibt sich durch das Aufblasen eines Airbags vor dem Insassen. Wie in 21 dargestellt ist, wird selbst dann, wenn bei einem Unfall die Beschleunigung a des Insassen in Bezug auf die Bodenfläche (entsprechend einer Aufprallkraft des Insassen) im Zeitpunkt t0 konstant zu halten ist, indem der Sicherheitsgurt unter der konstanten EA-Last ausgerollt wird, die Be schleunigung α des Insassen in Bezug auf die Bodenfläche (Fahrbahn) aufgrund der Rückhaltekräfte durch den Airbag erhöht.

Es gibt ein Verfahren zum Einstellen der Strecke, um die der Sicherheitsgurt ausgerollt wird, um die EA-Last zu reduzieren, wenn der EA-Mechanismus betätigt wird, vergleiche japanische Patent-Offenlegungsschriften 8-127313 und 8-268224 (siehe auch 22 der Zeichnung). Nach diesem Verfahren wird die Ausrolllänge des Sicherheitsgurts zur Reduzierung der EA-Last auf einen vorbestimmten Wert L'1 eingestellt, der festliegt und nicht zu variieren ist.

Die Sitzstellung eines Insassen in einem Fahrzeugsitz bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung, das heißt in Rutsch-Richtung des Sitzes, variiert von Körper zu Körper. Wie in 22 angedeutet ist, wird also die relative Aufblaszeit des Airbags gemäß "1" bis "3" variiert. Wie in 23 gezeigt ist, ändert sich die Beschleunigung α des Insassen in Bezug auf die Bodenfläche abhängig von der Sitzeinstellung, was zu einer Instabilität bei der Möglichkeit einer Insassenrückhaltung führt.

Bei dem EA-Mechanismus, also dem Energieabsorptionsmechanismus wird gemäß 24 selbst dann, wenn ein Rückroller 2 die Gurtspannung (EA-Last) Ts auf einem konstanten Wert hält, wenn sich der Insasse 3 nach vorn bewegt, eine Erhöhung der auf den Insassen 3 einwirkenden Gurtrückhaltekraft Fs erfolgen. Die Gurtrückhaltekraft Fs, die auf den Insassen 3 einwirkt, steht in Beziehung zu der Gurtspannung Ts gemäß Fs = Ts cosθs. Wenn sich der Insasse 3 gegenüber der ausgezeichneten Linie in die in 24 durch eine doppelpunktierte Strichlinie nach vorn bewegt, so wird der Winkel θs, unter dem die Zugspannung Ts wirkt, spitzer, was die Gurtrückhaltekraft Fs erhöht (siehe 25). 25 zeigt einen Querschnitt entlang des Sicherheitsgurts an dem Fahrgast 3 gemäß 4.

Selbst wenn also die Gurtspannung Ts von dem Rückzieher oder Rückroller 2 auf einem konstanten Wert gehalten wird, so erhöht sich gemäß

26 die auf den Insassen 3 einwirkende Gurtrückhaltekraft Fs, wenn sich der Insasse 3 nach vorn bewegt.

Dementsprechend ergibt die Gleichung Fs = m · α (m ist die Masse des Insassen 3 und a ist die Beschleunigung oder Verzögerung an der Brust des Insassen 3), daß die Beschleunigung oder Verzögerung α an der Brust des Insassen 3, das heißt die Aufprallkraft, sich im Verhältnis zu der Gurtrückhaltekraft Fs steigert, wenn sich der Insasse 3 nach vorn bewegt (vergleiche 27).

28 und 29 zeigen die Gurtrückhaltekraft Fs, die auf einen Insassen einwirkt, dargestellt auf der Ordinate in Bezug auf die auf der Abszisse aufgetragene Verlagerung x' des Insassen entsprechend der Formel Fs = m · α, um die Effizienz bei der Energieabsorption zu betrachten.

Selbst wenn die Gurtspannung Ts von dem Rückroller 2 konstant gehalten wird, wird, da die Gurtrückhaltekraft Fs wegen der Änderungen des Gurtspannungswinkels θs nicht konstant ist, wenn der EA-Mechanismus sich in seinem Anfangs-Arbeitsstadium befindet, eine in 28 schraffiert dargestellte Totzone gebildet, in der der EA-Mechanismus nicht arbeitet, bedingt durch die Differenz zwischen den maximalen Rückhaltekräften und den Rückhaltekräften während der Bewegung des Insassen 3. Dies führt zu einer schlechten Effizienz beim Absorbieren von Aufprallenergie.

Soweit die Gurtrückhaltekraft Fs konstant ist, läßt sich die Aufprallenergie theoretisch in effizienter Weise vom Anfangsstadium des Betriebs des EA-Mechanismus absorbieren, was die Möglichkeit eröffnet, die maximalen Rückhaltekräfte und die maximale Verzögerung, das heißt die Aufprallkraft, zu reduzieren, wie dies in 29 durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist.

Wenn allerdings die auf den Insassen 3 einwirkende Gurtrückhaltekraft Fs konstant ist, muß die Gurtspannung Ts abhängig von der Ausrolllänge des Gurts während des Betriebs des EA-Mechanismus reduziert werden unter Berücksichtigung der Änderungen des Gurtspannungswinkels θs bei der Vorwärtsbewegung des Insassen 3, wie dies in 26 durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist.

Aus der WO 85/04 628 A1 ist eine Längendetektoreinrichtung für eine Sicherheitsgurtanordnung bekannt, die mit Hilfe der Gurtaufwickelrolle eine Kodierscheibe bewegt. Durch Ermitteln der Abwickelgeschwindigkeit des Gurts und der Winkelbeschleunigung der Gurtaufwickelrolle wird der Gurt an einer als geeignet angesehenen Stelle während seines Ausrollvorgangs von einer Steuereinrichtung gesperrt.

Aus der DE 41 12 579 A1 ist eine Inneneinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Vielfalt von Dateneingabeeinrichtungen aufweist, darunter eine Einrichtung zum Eingeben von Insassendaten. Bezüglich des Sicherheitsgurts ist eine Messklemmhalterung erwähnt, die für die Berücksichtigung der Sicherheitsgurtbelastung eingesetzt werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Sicherheitsgurtanordnung, die in der Lage ist, in einfacher und gleichzeitig in hohem Maße zuverlässiger Weise eine Aufprallkraft zu verringern, die auf einen Fahrzeuginsassen einwirkt, ohne daß dies durch das Gewicht des Insassen und durch reaktive Kräfte seitens eines Airbags beeinflußt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Wenn ein Sicherheitsgurt in einem Kraftfahrzeug sich bei einem Unfall unter Einwirkung einer Gurtlast verlängert, so wird, weil eine maximale Gurtlast annähernd gleich ist einer EA-Last, also einer Energieabsorptions-Last, die Längung des Sicherheitsgurts als im wesentlichen nicht zu der Zeit verursacht angenommen, zu der der Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus (EA-Me chanismus) betätigt wird. Besitzt der EA-Mechanismus einen Sicherheitsgurt-Klemmechanismus, so ist der Gurt nicht fest um den Wickeldorn eines Rückrollers gewunden. Wenn der EA-Mechanismus in Betrieb ist, so entspricht die Ausrollänge des Sicherheitsgurts annähernd der Strecke, über die sich ein Insasse gegenüber dem Fahrzeug bewegt.

Bei einer Sicherheitsgurtanordnung gemäß der Erfindung wird eine Ausrollänge des Sicherheitsgurts zur Zeit des Betriebs des EA-Mechanismus erfaßt, und es wird eine Ausrollgeschwindigkeit des Sicherheitsgurts, die eine zeitabhängige Änderung der Ausrollänge des Sicherheitsgurts ist, oder eine Ausrollbeschleunigung des Sicherheitsgurts berechnet als eine Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Insassen gegenüber dem Fahrzeug. Ermittelt wird die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs gegenüber der Bodenfläche, auf der das Fahrzeug abrollt, und es wird eine auf den Insassen gegenüber der Bodenfläche einwirkende Beschleunigung berechnet (abgeschätzt).

Wenn die Prinzipien der vorliegenden Erfindung bei einem Aufpralltest angewendet werden, so ist es möglich, die Beschleunigung des Insassen bei einem Unfall exakt und einfach abzuschätzen, was bislang nur schwierig zu messen war. Durch Steuern der Sicherheitsgurtanordnung (Insassenrückhaltevorrichtung) auf der Grundlage der Beschleunigungsabschätzung ist es möglich, den für die Einzelheiten des Aufpralls am besten geeigneten Rückhaltezustand zuverlässig einzustellen.

Vorzugsweise wird der Sicherheitsgurt über einen Schulteranker umgelenkt, und die Beziehung zwischen der Ausrollänge des Sicherheitsgurts und der Distanz, über die sich der Insasse bewegt, läßt sich betrachten als die Beziehung zwischen einer Änderung der Hypotenuse eines hypothetischen Dreiecks, welches von dem Schulteranker ausgehend gezogen wird, und einer Änderung in der Basis des hypothetischen Dreiecks, welche horizontal verläuft (vergleiche 24). Wenn sich der Insasse bewegt, ändert sich der Winkel zwischen der Hypotenuse und der Basis (der Gurtspannungswinkel θs). Der Gurtspannungswinkel θs wird umso spitzer, desto weiter sich der Insasse 3 nach vorn bewegt.

Obschon sich zwar die Ausrollänge des Sicherheitsgurts und die Strecke, über die sich der Insasse nach vorn bewegt, nicht in einem exakten Eins-zu-Eins-Verhältnis befinden, so läßt sich dennoch die Bewegungsstrecke des Insassen exakt abschätzen anhand der Ausrollänge des Sicherheitsgurts, indem eine Ausrollrichtung (Winkel) des Sicherheitsgurts erfaßt wird und die Strecke, über die sich der Insasse bei erfaßter Ausrollrichtung (Winkel) bewegt, korrigiert wird. Die Genauigkeit, mit der die Beschleunigung des Insassen gegenüber der Bodenfläche abgeschätzt werden kann, wird beträchtlich erhöht.

Wenn die obige abgeschätzte Beschleunigung dazu verwendet wird, die Insassenrückhaltevorrichtung zu steuern, so kann der Insasse unter günstigeren Bedingungen zurückgehalten werden, da dann die EA-Last direkt in einer Regelschleife geregelt wird, um die Beschleunigung des Insassen in Bezug auf die Bodenfläche konstant zu halten, wobei diese Beschleunigung angenommenerweise die Beziehung zwischen der Änderung der Hypotenuse des hypothetischen Dreiecks und der Änderung der Basis dieses hypothetischen Dreiecks entspricht. Anders ausgedrückt: selbst wenn der Gurtspannungswinkel θs spitzer wird, bedingt durch ein anderes Gewicht des Insassen oder weil sich der Insasse nach vorn bewegt (Rückhaltekraft (Fs) = Sitzgurtspannung (Ts) × cos(θs); Fs = Masse (m) × Beschleunigung (α)), nimmt die Rückhaltekraft oder die Aufprallkraft, die auf den Insassen einwirkt, nicht zu.

Außerdem wird erfindungsgemäß die auf den Insassen einwirkende Beschleunigung gegenüber der Bodenfläche direkt abgeschätzt anhand der Abrollänge des Sicherheitsgurts, wenn der EA-Mechanismus sich in Betrieb befindet, und die von dem EA-Mechanismus auf das Ausrollen des Sicherheitsgurts ausgeübte Belastung, das heißt die EA-Belastung, wird in einer Regelschleife geregelt. Die auf den Insassen gegenüber der Bodenfläche einwirkende Beschleunigung läßt sich daher unabhängig von verschiedenen Insassen-Gewichten, Aufprall-Einzelheiten und unabhängig davon, ob ein Airbag vorhanden ist oder nicht, auf einem konstanten Wert halten, wodurch es möglich wird, die Aufprallenergie wirksam zu absorbieren. Der Insasse kann also unter optimalen Bedingungen zu allen Zeiten zurückgehalten werden.

Durch Abschätzen eines zeitlichen Differentials der Beschleunigung des Insassen gegenüber dem Boden ist es möglich, die Tendenz des Aufpralls vorherzusagen, um die Last auf den ausrollenden Sicherheitsgurt noch besser zu variieren und den Insassen unter noch besseren Bedingungen zurückzuhalten.

Darüber hinaus ist es möglich, in zuverlässiger Weise einen Zeitpunkt zu erfassen, zu dem der Airbag aufgeblasen wird, indem ein Airbag-Auslösesignal geliefert wird. Folglich läßt sich die Zunahme der Rückhaltekraft durch den Airbag voraussagen, um die EA-Last zu regeln, und der Airbag wird in die Lage versetzt, in wirkamer Weise die Rückhaltekraft gegenüber der Vorwärtsbewegung des Insassen aufzunehmen, wobei ein konstanter Beschleunigungswert für den Insassen gegenüber der Bodenfläche in exakter Weise aufrechterhalten wird.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß der Abstand zwischen dem Insassen und einer vor dem Insassen befindlichen Einrichtung des Fahrzeugs, das heißt die Distanz, über die sich der Insasse nach vorn bewegen darf, vorhergesagt anhand der Stellung des Insassen in Längsrichtung des Fahrzeugs, die sich mit Hilfe einer Insassenstellungs-Nachweiseinrichtung erfassen läßt. Die EA-Last oder die EA-Last und die Ausrollänge des Sitzgurts während des Betriebs des EA-Mechanismus werden darüber hinaus im Hinblick auf eine Distanz gesteuert, über die sich der Insasse gegenüber dem Fahrzeug bewegt, abgeschätzt anhand der Ausrollänge des Sicherheitsgurts, die mit Hilfe einer Sitzgurt-Ausrollängen-Detektoreinrichtung erfaßt wird. Wenn daher die Distanz, über die sich der Insasse bewegen darf, beträchtlich ist, so läßt sich die auf den Insassen einwirkende Aufprallkraft dadurch verringern, daß man die EA-Last auf einen niedrigen Wert einstellt. Folglich läßt sich der Insasse unter noch besseren Bedingungen im Hinblick auf die von dem Insassen eingenommene Sitzposition zurückhalten.

Erfindungsgemäß wird außerdem die Richtung, in der sich das Fahrzeug bewegt, das heißt die Richtung, in der sich der Insasse gegenüber dem Fahrzeug bewegt, anhand der Beschleunigungsrichtung ermittelt, in der die Beschleunigung im Fall eines Unfalls auf das Fahrzeug einwirkt, und die Distanz zwischen dem Insassen und einem Fahrzeugbauteil in der erwähnten Richtung, in der sich der Insasse gegenüber dem Fahrzeug bewegt, das heißt die Strecke, über die sich der Insasse bewegen darf, wird anhand der ermittelten Richtung vorhergesagt. Dann werden die EA-Last oder die EA-Last und die Ausrollänge des Sicherheitgurts während des Betriebs des EA-Mechanismus geregelt. Dementsprechend kann der Insasse unter noch besseren Bedingungen bezüglich der Einzelheiten des Aufpralls zurückgehalten werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische, teilweise in Blockform gehaltene Darstellung einer Sicherheitsgurtanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine vertikale Schnittansicht eines Notfall-Sperrückrollers des Sicherheitsgurtzeugs;
3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Einrichtung zum variablen Aufbringen einer Last in dem Notfall-Sperrrückroller;
4 eine perspektivische Ansicht mit teilweise weggelassenen Teilen einer Einrichtung zum Aufbringen einer variablen Last;
5 ein Flußdiagramm eines Betriebsablaufs bei einem Verfahren zum Steuern der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtzeugs;
6A eine Vertikal-Schnittansicht des im folgenden als "Retraktor" bezeichneten Notfall-Sperrückziehers mit betätigtem Klemmechanismus;
6B eine Vertikal-Schnittansicht des Retraktors mit gemeinsam mit einem Sicherheitsgurt ausgezogenen Klemmechanismus;
7 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Gurtspannung und der Sitzgurt-Ausrollänge bei verschiedenen Körpergewichten veranschaulicht;
8 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Beschleunigung von Insassen unterschiedlicher Gewichte gegenüber der Bodenfläche in Abhängigkeit von der Zeit;
9 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Beschleunigung eines Insassen gegenüber der Bodenfläche zur Zeit der Betätigung eines Airbags veranschaulicht;
10 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Sicherheitsgurt-Ausrollwinkels;
11 ein Diagramm, welches die Art und Weise veranschaulicht, in der aus dem Sicherheitsgurt-Ausrollwinkel eine Aussage über einen Längenabschnitt des Sicherheitsgurts gewonnen wird;
12 ein Diagramm der Beschleunigung eines Insassen gegenüber einer Bodenfläche für den Fall, daß die EA-Last variiert, und für den Fall, daß die EA-Last konstant ist;
13 ein Diagramm, welches die Gurtspannung für den Fall zeigt, daß die EA-Last variiert, außerdem für den Fall einer konstanten EA-Last;
14A ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Strecke X₁, über die sich ein Insasse bewegen darf;
14B ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Strecke X₂, über die sich ein Insasse bewegen darf;
15 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen den Strecken X₁ und X₂ einerseits und der Beschleunigung des Insassen gegenüber der Bodenfläche andererseits veranschaulicht;
16 eine perspektivische Ansicht einer Klemmen-Löseeinrichtung in dem Retraktor;
17 eine teilweise in Blockform gehaltene schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtanordnung;
18 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs beim Verfahren zum Steuern der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtzeugs;
19 eine teilweise in Blockform gehaltene schematische Darstellung einer Insassenrückhaltevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit eingebautem G-Sensor;
20 ein Diagramm zum Veranschaulichen der auf Insassen mit unterschiedlichen Gewichten einwirkenden Beschleunigungen;
21 ein Diagramm der Beschleunigung eines Insassen gegenüber der Bodenfläche in Abhängigkeit der Zeit, wenn ein herkömmlicher Airbag aufgeblasen wird;
22 ein Diagramm, welches die Gurtspannung zu der Zeit veranschaulicht, zu der die EA-Last in zwei Stufen geregelt wird;
23 ein Diagramm, welches die Gurtspannung zu der Zeit veranschaulicht, zu der der Airbag bei unterschiedlichen Sitzpositionen aufgeblasen wird;
24 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Gurtspannung und der Rückhaltekräfte, die aufgrund der Bewegung des Insassen wirksam werden;
25 ein Diagramm der horizontal auf einen Inassen einwirkenden Rückhaltekräfte;
26 ein Diagramm, welches die allgemeine Beziehung zwischen der Sitzgurt-Ausrollänge und der Gurtspannung veranschaulicht;
27 ein Diagramm der allgemeinen Beziehung zwischen der Beschleunigung eines Insassen in Bezug auf die Bodenfläche in Abhängigkeit der Zeit;
28 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Verlagerung des Insassen und den Rückhaltekräften veranschaulicht; und
29 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der theoretischen Verlagerung des Insassen und den Rückhaltekräften veranschaulicht.
1 zeigt schematisch und teilweise in Blockform eine Sicherheitsgurtanordung oder ein Sicherheitsgurtzeug 10 in Form einer Insassenrückhaltevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 zu sehen ist, besitzt die Sicherheitsgurtanordnung 10 einen Sicherheitsgurt 16 zum Schützen eines auf einem Sitz 12 sitzenden Insassen 14. Der Sicherheitsgurt 16, der von einem Notfall-Sperrückzieher 18, im folgenden kurz als Retraktor 18 bezeichnet, ausgerollt wird, verläuft über einen Schulteranker 20 über eine Schulter 14a des Insassen 14 zu einem Schloß 22, das an dem Unterbau des Sitzes 12 befestigt ist, wobei der Sitzgurt mit dem Schloß 22 verrastet ist. Die Sicherheitsgurtanordnung 10 ist in einem Kraftfahrzeug installiert, typischerweise in einem Personenkraftfahrzeug, welches ein Lenkrad 26 mit eingebautem Airbag 24 vor dem Insassen, bei dem es sich in der Regel um den Fahrer des Fahrzeugs handelt, aufweist.
Wie in 2 gezeigt ist, besitzt der Retraktor 18 eine Retraktorbasis 30, in der eine Rolle 32 mit darauf aufgewickeltem Gurt 16 drehbar gelagert ist. Die Rolle 32 ist zusammen mit einem Aufwickeldorn 34 drehbar, der seinerseits mit einer (nicht gezeigten) Aufnahmefeder kombiniert ist, um die Rolle 32 so vorzuspannen, daß diese sich in einer Richtung dreht, in der der Gurt 16 auf die Rolle 32 aufgewickelt wird. Die Rolle 32 besitzt ein Paar Trommelelemente 32a, 32b, die auf ihren äußeren Umfangsflächen mehrere Rippen 36 haltern, die unter einer von dem Gurt 16 aufgebrachten Last plastisch verformbar sind, wodurch sich der Durchmesser des Aufwickeldorns 34 verringert und ein Stück von dem Gurt 16 ausgegeben oder "ausgerollt" wird.
Der Retraktor 18 besitzt einen Klemmechanismus 40 als EA-Mechanismus, das heißt als Energieabsorptionsmechanismus, um den Gurt 16 in einem Notfall festzuklemmen und den Insassen 14 zurückzuhalten, und um außerdem ein Stück von dem Gurt 16 auszugeben oder auszurollen, wenn auf den Gurt 16 eine Last einwirkt, die eine vorbestimmte Last übersteigt. Der Klemmechanismus 40 enthält ein Klemmglied 42, das gegen den Gurt 16 gedrückt wird, um den Gurt 16 festzuhalten, einen Klemmhebel 44 zum Halten des Klemmglieds 42, damit das Klemmglied 42 in einem Notfall bewegt wird, und eine obere Platte 46 zum Begrenzen des Bewegungsspielraums des Klemmglieds 42, wenn der Klemmhebel 44 das Klemmglied 42 bewegt.
Der Klemmhebel 44 ist winkelbeweglich an der Retraktorbasis 30 über eine Welle 48 gelagert und besitzt an einem freien Ende eine Schwenkwelle 50 an dem Klemmglied 42. Der Klemmhebel 44 ist betrieblich mit dem Retraktor 18 gekoppelt. Wenn der Retraktor 18 die Rolle 32 an einer Drehung in Ausrollrichtung des Gurts 16 bei einem Unfall hindert, so drückt der Klemmhebel 44 das Klemmglied 42 gegen den Gurt 16, um zu verhindern, daß der Gurt 16 ausfährt.
Der Klemmhebel 44 ist normalerweise in einer Richtung entgegen der Pfeilrichtung B mit Hilfe einer Rückstellfeder 51 hinter der oberen Platte 46 vorgespannt, um den Gurt 16 außer Berührung mit dem Klemmglied 42 zu halten, wie dies in 2 und 3 gezeigt ist. Der Klemmhebel 44 besitzt ein Gelenk 52 zum Einrichten der Stellung, in der der Gurt 16 von der Rolle 32 abgerollt wird. Das Klemmglied 42 weist eine bestimmte Anzahl erster Eingriffszähne 56 mit scharfen Spitzen und eine vorbestimmte Anzahl zweiter Eingriffszähne 58 mit flachen Enden auf, wobei die ersten und die zweiten Eingriffszähne 56 und 58 sich auf einer Fläche des Klemmglieds 42 befinden, die dem Gurt 16 gegenüberliegt.
An der oberen Platte 46 ist ein Verlagerungssensor (eine Längenerfassungseinrichtung) 62 angeordnet, um eine Verlagerung der oberen Platte 46 zu erfassen, wenn diese sich im Verein mit dem Sicherheitsgurt 16 bewegt, das heißt einen Längenabschnitt des Gurts 16 zu ermitteln, der beim Betrieb des EA-Mechanismus ausgefahren wird. Der Versetzungssensor 62 enthält beispielsweise einen elektrostatischen Kapazitätssensor zum Ermitteln einer Versetzung einer beweglichen Elektrode mittels einer Änderung der elektrostatischen Kapazität, die durch die Versetzung der beweglichen Elektrode verursacht wird.
Der Klemmechanismus 40 besitzt eine variable Lastaufbringeinrichtung 64 zum Variieren der Last, die auf den ausgefahrenen Sicherheitsgurt 16 durch den Klemmechanismus 40 aufgebracht wird. Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 enthält einen hydraulischen Dämpfer 66 und ein Paar plastisch verformbarer Streifen 68 jeweils auf einer Seite des hydraulischen Dämpfers 66. Die plastisch verformbaren Streifen 68 sind in Form aufeinanderfolgender Wellenelemente gewellt in Richtung des Pfeils A, in der der Sicherheitsgurt 16 ausgefahren wird. Die plastisch verformbaren Streifen 68 sind mit ihren oberen Enden an der Retraktorbasis 30 mittels Schrauben befestigt, ihre unteren Enden sind an der oberen Platte 46 angeschraubt. Die plastisch verformbaren Streifen 68 fungieren als Pannensicherung zur Aufrechterhaltung einer Minimum-EA-Last.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, besitzt der hydraulische Dämpfer 66 ein zylindrisches Rohr 70, orientiert in Pfeilrichtung A, und eine Kolbenstange 72, die axial beweglich in dem zylindrischen Rohr 70 aufgenommen ist und aus einem oberen offenen Ende des zylindrischen Rohrs 70 nach oben vorsteht. Die Kolbenstange 72 ist mit einem oberen Ende an der Retraktorbasis 30 fixiert und ist mit einem unteren Ende an eine zylindrische abgestufte Hülse 74 angeschlossen, an deren unterem Ende integral ein Kolben 76 angebracht ist. Der Kolben 76, der verschieblich in dem zylindrischen Rohr 70 aufgenommen ist, unterteilt den Innenraum des zylindrischen Rohrs 70 in eine obere Hydraulik 78 und eine untere Hydraulik 80.
Wie aus 4 hervorgeht, besitzt die Hülse 74 Hydraulikkanäle 82a bis 82d in ihrem Inneren, die für eine Strömungsverbindung zwischen der oberen Hydraulikkammer 78 und der unteren Hydraulikkammer 80 sorgen. Die Hydraulikkanäle 82a bis 82d dienen gemeinsam als Drosselpunkt. Ein zylindrisches Drosselelement 84 befindet sich in vertikaler Anordnung innerhalb des Hydraulikkanals 82b und besitzt ein konisches unteres Ende 84a. Das zylindrische Drosselelement 84 ist mechanisch mit seinem oberen Ende an ein piezoelektrisches Element 86 gekoppelt. Wenn das piezoelektrische Element 86 betätigt wird, ist dementsprechend die Einschnürstelle der Drossel zwischen dem konischen unteren Ende 84a und einer inneren Umfangswand des Hydraulikkanals 82b kontinuierlich veränderbar.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die variable Lastaufbringeinrichtung 64 und der Verlagerungssensor 62 elektrisch mit einer Steuerschaltung 100 verbunden. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 102 und ein Sicherheitgurtsensor 104 sind ebenfalls elektrisch mit der Steuerschaltung 100 verbunden. Der Schulteranker 20 ist mit einem Codierer (einer Winkel detektoreinrichtung) 106 kombiniert, um einen Sitzgurt-Ausrollwinkel θ zu erfassen, bei dem es sich um den Winkel zwischen dem von dem Schulteranker 20 zu dem Insassen 14 verlaufenden Teil des Gurts 16 und einer Linie senkrecht zur Fahrbahn handelt. Der Codierer 106 ist ebenfalls elektrisch mit der Steuerschaltung 100 verbunden. Das Lenkrad 26 besitzt einen Airbag-Betriebsfühler 108 als Airbagbetrieb-Detektoreinrichtung, um das Aktivieren des Airbags 24 zu erfassen. Der Airbag-Betriebssensor 108 ist elektrisch mit der Steuerschaltung 100 verbunden. Zu dem Sitz 12 gehört ein Sitzpositionsdetektor 109 zum Erfassen der Stellung des Insassen 14 auf dem Sitz 12 innerhalb des Fahrgastraums. Der Sitzpositionsdetektor 109 ist elektrisch mit der Steuerschaltung 100 gekoppelt.
Die Steuerschaltung 100 fungiert als Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 zum Berechnen einer Ausfahrgeschwindigkeit des Sicherheitsgurts 16 aus einer Ausroll- oder Ausfahrlänge des Gurts 16, die von dem Verlagerungssensor 62 erfaßt wird, sie fungiert weiterhin als Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 112 zum Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber der Fahrbahn anhand einer von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (Tachometer) 102 erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit, und sie fungiert weiterhin als Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 zum Berechnen der Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn aus der von der Berechnungseinrichtung 110 berechneten Ausrollgeschwindigkeit sowie aus der von der Detektoreinrichtung 112 berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine Anfangseinstellung der EA-Last erfolgt mittels einer Anfangs-Ventilstellung des hydraulischen Dämpfers 66 und einer Nachgiebigkeitslast der plastisch verformbaren Streifen 68.
Im folgenden soll anhand der 5 die Arbeitsweise der Sicherheitsgurtanordnung 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert werden, wobei die 5 eine Ablauffolge eines Verfahrens zum Steuern der Sicherheitgurtanordnung 10 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
Wenn das Fahrzeug beispielsweise durch einen Aufprall abrupt verzögert wird, wird die Rolle 32 durch einen (nicht gezeigten) Notsperrmechanismus an einer Drehung gehindert. Der Klemmhebel 44 wird in Pfeilrichtung B verschwenkt und drückt das Klemmglied 42 entlang der Unterseite der oberen Platte 46 nach außen. Das Klemmglied 42 wird entgegen der Vorspannkraft der Rückstellfeder 41 gegen den Gurt 16 gedrückt, wobei es den Gurt 16 mit den ersten und den zweiten Eingriffszähnen 56 und 58 hält (vergleiche 6A).
Nachdem der Gurt 16 durch den Klemmechanismus 40 gegen ein Ausrollen gesperrt ist, nimmt die auf den Gurt 16 in Ausrollrichtung entsprechend Pfeil A einwirkende Belastung progressiv zu. Wenn die auf den Gurt 16 in Ausrollrichtung einwirkende Last eine voreingestellte Lastgrenze erreicht, kollabieren die aufeinanderfolgenden Wellenelemente der plastisch verformbaren Streifen 68 in Ausrollrichtung, und der hydraulische Dämpfer 66 wird zusammengedrückt, wodurch das Klemmglied 42 sich im Verein mit dem Gurt 16 in Ausfahrrichtung entsprechend Pfeil A bewegen kann (Schritt 1 in 5). Nachdem der Gurt 16 von dem Klemmechanismus 40 gegen ein Ausfahren gesperrt wurde, wird der Gurt 16 unter der auf den Gurt 16 einwirkenden Last oder Belastung verlängert. Da die EA-Last etwa so groß ist wie die maximale auf den Gurt 16 einwirkende Last, wird der Gurt 16 dann nicht verlängert, wenn der EA-Mechanismus in Betrieb ist.
Wie in 6B gezeigt ist, ermittelt der an der oberen Platte 46 angebrachte Verlagerungssensor 62 eine Verlagerung der oberen Platte 46, das heißt eine Ausroll- oder Ausfahrlänge X des Gurts 16 beim Betrieb des EA-Mechanismus (Schritt S2), wenn sich das Klemmglied 52 in die Ausfahrrichtung A bewegt. Die ermittelte Ausrollänge x wird an die Steuerschaltung 100 gegeben, die dann als Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 fungiert und dementsprechend die Ausfahr- oder Ausrollgeschwindigkeit v (v = dx/dt) des Gurts 16 berechnet (Schritt S3).
Die Steuerschaltung 100 empfängt außerdem von dem Sensor 102 den Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Steuerschaltung 100 arbeitet dann als Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 zum Erfassen einer Geschwindigkeit V des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn (Schritt S4). Die Steuerschaltung 100 berechnet dann eine Geschwindigkeit V' (V' = v + V) des Insassen 14 bezüglich der Fahrbahn, basierend auf der Ausrollgeschwindigkeit v des Gurts 16 bezüglich des Fahrzeugs und der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn (Schritt S5). Dann geht die Steuerung zum Schritt S6, wo die Steuerschaltung 100 eine Beschleunigung α (α = dv'/dt = d(v + V)/dt) des Insassen 14 bezüglich der Fahrbahn während des Betriebs des EA-Mechanismus berechnet. Anschließend geht die Steuerung zum Schritt S7, wo die Steuerschaltung 100 die Aufprall-Einzelheiten erfaßt oder die variable Lastaufbringeinrichtung 64 die auf den ausfahrenden Gurt 16 von dem Klemmechanismus 40 als EA-Mechanismus aufgebrachte Kraft variiert, basierend auf der berechneten Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn. Insbesondere betätigt die Steuerschaltung 100 die piezoelektrische Einrichtung 86 des hydraulischen Dämpfers 66, um das Drosselelement 48 vertikal zu bewegen und so die Einschnürung der Drosselstelle einzustellen. Auf diese Weise läßt sich der Dämpfungskoeffizient des hydraulischen Dämpfers 66 kontinuierlich verändern.
Wenn bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der EA-Mechanismus in Betrieb ist, wird die Ausrollänge X des Gurts 16 erfaßt, und es wird die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn auf der Grundlage der Ausrollänge x und der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn berechnet. Anschließend wird basierend auf der berechneten Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn von der variablen Lastaufbringeinrichtung 64 die auf den ausfahrenden Sicherheitsgurt 16 von dem als EA-Mechanismus dienenden Klemmechanismus 40 aufgebrachte Last variiert.
Folglich läßt sich die Beschleunigung α des Ansassen 14 in einem gewissen Bereich steuern, ohne daß es dabei zu einer Beeinflussung durch die Gewichtsunterschiede verschiedener Insassen kommt. Dies wiederum ermöglicht die optimale Verringerung einer Aufprallkraft. Eine auf den Insassen 14 einwirkende Aufprallkraft, das heißt eine Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der Bodenfläche oder Fahrbahn, wird direkt abgeschätzt (berechnet), und auf der Grundlage der abgeschätzten Aufprallkraft oder Beschleunigung wird die EA-Last variiert. Selbst wenn also verschiedene Insassen 14 mit verschiedenen Gewichten das Fahrzeug benutzen, wird die Gurtspannung (die EA-Last), die auf den Insassen 14 einwirkt, abhängig vom Gewicht des Insassen 14 eingestellt (vergleiche 7). Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine konstante Beschleunigung (mithin Aufprallkraft) des Insassen 14 in Bezug auf die Fahrbahn unabhängig davon einzustellen, wie groß das Gewicht des Insassen 14 ist, und folglich wird die Aufprallkraft für den Insassen 14 praktisch beliebigen Gewichts absorbiert oder verringert (8). In 8 ist zum besseren Verständnis dieses Vorteils der Einfluß, den eine Änderung des Gurtspannwinkels θs hat, verursacht durch die Bewegung des Insassen 14, auf die Beschleunigung α außer Acht gelassen. Die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 berechnet außerdem ein zeitliches Differential der Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn. Hierdurch ist es möglich, die Tendenz des Aufpralls vorherzusagen, was eine noch bessere Regelung der variablen Lastaufbringeinrichtung 64 ermöglicht und damit zu besseren Bedingungen beim Rückhalten des Insassen 14 führt.
Das Steuerrad 26 beinhaltet einen Airbag-Betriebssensor 108 zum Erfassen des Betriebs des Airbags 24. Wie in 9 gezeigt ist, wird von dem Airbag-Betriebssensor 108 zum Zeitpunkt t₁ ein Airbag-Aufblassignal geliefert, und dann wird die EA-Last unter Berücksichtigung der durch den Airbag 24 verursachten Zunahme der Rückhaltekraft gesteuert. Da der Betrieb des Airbags 24 relativ zuverlässig erfaßt wird, besteht die Möglichkeit, den Airbag 24 dazu zu bringen, in wirksamer Weise eine Rückhaltekraft zu erzeugen, um hierdurch zu verhindern, daß der Insasse 14 sich zu weit nach vorn bewegt. Hierzu wird die Beschleunigung α des Insassen 14 in Bezug auf die Fahrbahn exakt auf einem konstanten Wert gehalten.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Schulteranker 20 mit einem Kodierer 106 ausgestattet, um den Gurtausrollwinkel θ zu erfassen. Wie in 10 gezeigt ist, besteht der Gurtausrollwinkel θ aus der Summe eines Verlagerungswinkels θ1, den der Kodierer 106 liefert, und eines Winkels θ2 zwischen dem aus dem Retraktor 18 kommenden Gurt 16 und der Senkrechten K. Wenn sich der Insasse 14 bei einem Aufprall in Pfeilrichtung nach vorn bewegt, nimmt der Gurtausrollwinkel θ zu. Wenn sich der Insasse 14 parallel zur Bodenfläche bewegt, läßt sich die Ausrollstrecke dx des Gurts 16 in der gleichen Richtung wie der Insasse 14 nach folgender Gleichung berechnen (vergleiche 11):
wobei d1 die Ausrolldistanz des Gurts 16 und h der Abstand zwischen der Schulter des Insassen 14 und dem Schulteranker ist.
Mit Hilfe der obigen Gleichung ist es möglich, in noch genauerer Weise die Strecke zu berechnen, über die sich der Insasse 14 bei einem Aufprall relativ zu dem Fahrzeug bewegt, und außerdem läßt sich noch besser die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn abschätzen (berechnen). Folglich spiegelt die Ausrollstrecke d1 des Gurts 16 die Bewegungsrichtung des Insassen 14 gegenüber dem Fahrzeug wieder, und die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn wird zum Regeln der EA-Last berechnet. Wie also in den 12 und 13 gezeigt ist, wird die EA-Last in einer Regelschleife basierend auf der Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn unter Berücksichtigung der Änderung des Gurtspannungswinkels θs, verursacht durch die Bewegung des Insassen 14, geregelt, wodurch es möglich wird, die EA-Last so zu regeln, daß sie progressiv verringert wird. Selbst wenn der Gurtspannungswinkel θs sich bei der Bewegung des Insassen 14 zu einem spitzeren Winkel hin ändert, ist es möglich, die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Bodenfläche konstant zu halten und dadurch die Aufprallenergie mit Beginn des Betriebs des EA-Mechanismus wirksam zu absorbieren, demzufolge sich die maximale Beschleunigung (Aufprallkraft), die auf den Insassen 14 einwirkt, verringern läßt.
Bei der ersten Ausführungsform dient der Sitzpositionsdetektor 109 zum Erfassen der Position oder Stellung des Insassen 14 auf dem Sitz 12 innerhalb des Fahrgastraums. Wie in den 14A und 14B gezeigt ist, ermittelt der Sitzpositionsdetektor 109 die Strecken X₁ und X₂, über die sich der Insasse 14 innerhalb des Fahrgastraums bewegen kann, und er liefert die ermittelten Strecken X₁ und X₂ an die Steuerschaltung 100. Die Steuerschaltung 100 variiert dann abhängig von den Strecken X₁, X₂, über die sich der Insasse 14 innerhalb des Fahrgastraums bewegen kann, die EA-Last.
Wenn der Insasse 14 sich über eine relativ große Strecke hin bewegen kann (Strecke X₂), so ist es gemäß 15 möglich, die EA-Last auf einen geringeren Wert einzustellen, um die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Bodenfläche zu reduzieren, damit die Last (der Aufprall), der der Insasse 14 ausgesetzt ist, wirksam verringert werden kann. Bei der ersten Ausführungsform dient der Sitzpositionsdetektor 109 als Insassenstellungs-Detektoreinrichtung. Allerdings kann als solche Insassenstellungs-Detektoreinrichtung auch ein Detektor zum Erfassen der Ausrollänge des Gurts bei angelegtem Sicherheitsgurt oder ein Ultraschall-Doppler-Radar oder ein Milliwellenradar im Amaturenbrett untergebracht sein, um die Strecke zu ermitteln, über die sich ein Insasse bewegt hat.
Wie in 16 gezeigt ist, kann man eine Klemmenlöseeinrichtung 90 verwenden, um das Klemmglied 52 aus seinem Eingriff mit dem Gurt 16 zu lösen und dadurch in gewünschter Weise den Bereich zu steuern, in welchem der EA-Mechanismus betätigbar ist. Die Klemmenlöseeinrichtung 90 besitzt eine untere Platte 92 mit einer oberen und einer unteren Öffnung 94a und 94b, durch die hindurch der Gurt 16 verläuft. Ein piezoelektrisches Bauelement 96 ist an einer Oberfläche der unteren Platte 92 entfernt von dem Gurt 16 befestigt, und ein Paar seitlich beabstandeter Blattfedern 98 ist an der abgewandten Fläche der unteren Platte 92 gelagert, die dem Gurt 16 gegenüberliegt, um im Normalfall die untere Platte 92 weg von dem Klemmglied 42 zu belasten.
Wenn das piezoelektrische Bauelement 96 zu einem gewünschten Zeitpunkt während des Betriebs des EA-Mechanismus aktiviert wird, drückt die untere Platte 92 den Gurt 16 von dem Klemmechanismus 40 weg. Der Gurt 16 ist nun von den ersten und den zweiten Eingriffszähnen 56 und 58 beabstandet und wird zu dem Insassen 14 hin ausgerollt, was die Betriebsspanne für den EA-Mechanismus verkürzt.
17 zeigt schematisch in Blockform eine Sicherheitsgurtanordnung 10a als Insassenrückhaltevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Teile der Sicherheitsgurtanordnung 10a, die mit denen der Sicherheitsgurtanordnung 10 gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, tragen gleiche Bezugszeichen und werden im folgenden nicht noch einmal detailliert beschrieben.
Die Sicherheitsgurtanordnung 10a besitzt eine Steuerschaltung 100a, an die elektrisch ein Geschwindigkeitssensor 102 oder ein Beschleunigungs sensor 102a angeschlossen ist. Die Steuerschaltung 100a fungiert als Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a zum Berechnen einer Abziehbeschleunigung des Sicherheitsgurts 16 anhand der Ausrollänge des Gurts 16, fungiert als Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a zum Berechnen einer Beschleunigung des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn basierend auf der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn, wie sie von dem Geschwindigkeitssensor 102 erfaßt wird, oder fungiert als Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b zum Erfassen einer Beschleunigung des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn mit Hilfe des Beschleunigungssensors 102a, und fungiert als Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 zum Berechnen einer Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn aus der Ausrollbeschleunigung, die von der Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a berechnet wurde, und der Beschleunigung des Fahrzeugs, berechnet durch die Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a, oder ermittelt von der Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf 18 die Arbeitsweise der Sitzgurtanordnung 10a mit dem obigen Aufbau erläutert, wobei die 18 einen Betriebsablauf bei einem Verfahren zum Steuern der Sicherheitsgurtanordnung 10a der zweiten Ausführungsform zeigt.
Nachdem der EA-Mechanismus zu arbeiten begonnen hat, Schritt S1a, wird die Ausrollänge x des Gurts 16 erfaßt (Schritt S2a), und es wird eine Ausrollbeschleunigung G (G = d²x/dt²) des Gurts 16 berechnet (Schritt S3a). Die Steuerschaltung 100a empfängt die Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Geschwindigkeitssensor 102 (Schritt S4a), und die Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a berechnet eine Beschleunigung A (A = dV/dt) des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn (Schritt S5a). Alternativ empfängt die Steuerschaltung 110 den Wert der Fahrzeugbeschleunigung von dem Beschleunigungssensor 102a, und die Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b erfaßt eine Beschleunigung A des Fahrzeugs gegenüber der Bodenfläche. Wenn die Be schleunigung A direkt von dem Beschleunigungssensor 102a ermittelt wird, entfällt der Schritt S4a. Anschließend geht es zum Schritt S6a, wo die Beschleunigung α (α = G + A) des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn berechnet wird, und es werden die Aufprall-Einzelheiten erkannt, oder es wird die variable Lastaufbringeinrichtung 64 gesteuert (Schritt S7a).
Da also bei der zweiten Ausführungsform die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn basierend auf der Ausrollbeschleunigung G des Gurts 16 und der Beschleunigung A des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn berechnet wird, verändert die variable Lastaufbringeinrichtung 64 die auf den ausgerollten Gurt 16 von dem Klemmmechanismus 14 aufgebrachte Last, so daß man die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielen kann.
19 zeigt schematisch und teilweise in Blockform eine Insassenrückhaltevorrichtung 144 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein G-Sensor (Längs- und Seitenbeschleunigungs-Detektoreinrichtung) 146 vorhanden ist. Der G-Sensor 146 dient zum Erfassen von Beschleunigungsvorgängen des Fahrzeugs in dessen Längs- und Querrichtung. Eine (nicht gezeigte) Steuerschaltung dient als Bewegungsrichtungs-Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer Richtung, in der das Fahrzeug aufprallt, das heißt einer Richtung, in der sich der Insasse 14 gegenüber dem Fahrzeug bewegt.
Insbesondere bewegt sich der Insasse 14 über eine Strecke X₁ in Längsrichtung (entsprechend Pfeil B₁) des Fahrzeugs, und er bewegt sich außerdem über eine Strecke X₂ in einer schrägen Richtung (entsprechend Pfeil B₂), wobei die Strecke X₂ beträchtlich verschieden von der Strecke X₁ ist. Durch Einstellen einer Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn abhängig von den Strecken X₁ und X₂ läßt sich die auf den Insassen 14 einwirkende Last wirksam reduzieren.
Die Insassenrückhaltevorrichtung (die Sicherheitsgurtanordnung) 10, 10a bzw. 144 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform besitzt eine Längen- oder Streckendetektoreinrichtung (Verlagerungssensor 62) zum Erfassen einer Ausfahr- oder Ausrollänge des Gurts 16, wenn der Aufprall-Energieabsorptions-Mechanismus (der Klemmechanismus 40) in Betrieb gesetzt wird, sie besitzt die Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 zum Berechnen der Ausrollgeschwindigkeit des Gurts 16 unter Zugrundelegung der von der Längendetektoreinrichtung erzeugten Daten, sie besitzt die Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 zum Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber der Fahrbahn, und sie besitzt die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 zum Berechnen einer Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn aus der von der Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 114 berechneten Ausrollgeschwindigkeit und der von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit.
Alternativ kann die Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 ersetzt werden durch die Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a zum Berechnen einer Ausfahr- oder Ausrollbeschleunigung des Gurts 16, und die Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 läßt sich ersetzen durch die Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a oder die Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b, und schließlich kann die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 eine Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn berechnen anhand der von der Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a berechneten Ausrollbeschleunigung für den Gurt und der von der Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12a berechneten oder von der Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b detektierten Fahrzeugbeschleunigung.
Die Insassenrückhaltevorrichtung besitzt außerdem die Winkeldetektoreinrichtung (den Kodierer 106) zum Erfassen des Ausrollwinkels θ des Gurts, bei dem es sich um einen Winkel zwischen demjenigen Teil des Gurts 16, der sich von dem Schulteranker 20 ausgehend hin zu dem Insassen 14 erstreckt, und der senkrecht auf der Fahrbahn stehenden Geraden handelt. Eine Ausrollgeschwindigkeit oder -beschleunigung des Gurts 16 wird unter Berücksichtigung des Ausrollwinkels θ des Gurts berechnet, der von der Winkeldetektoreinrichtung ermittelt wird.
Der Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus enthält die Klemmeinrichtung (den Klemmechanismus 40) zum Klemmen des Gurts 16 in einem Notfall, und die variable Lastaufbringeinrichtung 64 dient zum Variieren der auf den ausgerollten Sicherheitsgurt 16 von der Klemmeinrichtung aufgebrachten Last basierend auf der Beschleunigung des Insassen 14, die von der Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 berechnet wird.
Die Insassenrückhaltevorrichtung besitzt außerdem eine Airbagbetriebs-Detektoreinrichtung (einen Airbagbetriebssensor 108). Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 variiert die auf den ausgerollten Gurt 16 von der Klemmeinrichtung aufgebrachte Last basierend auf dem Betrieb des Airbags 24, wie er von der Airbagbetrieb-Detektoreinrichtung erfaßt wird, und basierend auf der Beschleunigung des Insassen 14, die von der Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 berechnet wird.
Die Insassenrückhaltevorrichtung besitzt außerdem die Sitzpositions-Detektoreinrichtung (den Sitzpositionsdetektor 109) zum Erfassen der Stellung des Insassen 14 auf dem Sitz 12 in Längsrichtung des Fahrzeugs. Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 variiert die auf den ausgerollten Sicherheitsgurt 16 von der Klemmeinrichtung aufgebrachte Last unter Berücksichtigung der Stellung des Insassen 14 in Längsrichtung des Fahrzeugs.
Außerdem besitzt die Insassenrückhaltevorrichtung die Längs- und Querbeschleunigungs-Detektoreinrichtung (den G-Sensor 146) zum Erfassen von Beschleunigung des Insassen 14 in Längs- und Seitenrichtung des Fahrzeugs, um die Richtung zu ermitteln, in der der Insasse 14 bezüglich des Fahrzeugs bewegt wird. Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 variiert die von der Klemmeinrichtung auf den ausgerollten Sicherheitsgurt 16 aufgebrachte Last unter Berücksichtigung der Richtung, in der sich der Insasse 14 gegenüber dem Fahrzeug bewegt.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Insassenrückhaltevorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu deren Steuerung und Regelung wird bei Betrieb des Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus eine Ausfahr- oder Ausrollänge des Sicherheitsgurts ermittelt, und es wird aus der ermittelten Ausrollänge des Gurts eine Ausrollgeschwindigkeit oder eine Ausrollbeschleunigung des Gurts errechnet. Es wird eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn berechnet (oder detektiert), das heißt direkt mit einem Sensor erfaßt, und es wird eine Beschleunigung des Insassen gegenüber der Fahrbahn basierend auf der Ausrollgeschwindigkeit oder -beschleunigung des Gurts und der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs berechnet. Dann werden die Einzelheiten des Aufpralls erkannt und verarbeitet, oder die Insassenrückhaltevorrichtung wird basierend auf der berechneten Beschleunigung des Insassen gegenüber der Bodenfläche oder der Fahrbahn geregelt.
Die auf den Insassen einwirkende Beschleunigung bezüglich der Fahrbahn wird also direkt berechnet (abgeschätzt) anhand der Ausrollänge des Sicherheitsgurts, um die von dem Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus auf den ausfahrenden Sicherheitsgurt aufgebrachte Last mit einer Regelschleife zu regeln. Die auf den Insassen einwirkende Beschleunigung gegenüber der Bodenfläche läßt sich daher unabhängig vom Insassengewicht auf einem konstanten Wert halten, auch unabhängig von den Einzelheiten des Aufpralls und unabhängig davon, ob ein Airbag vorhanden ist oder nicht. Hierdurch kann die Aufprallenergie wirksam absorbiert werden. Der Insasse kann also zu jeder Zeit unter optimalen Bedingungen zurückgehalten werden.

Claims

Sicherheitsgurtanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen Gurtaufroller (18) mit Aufprallenergie- Absorptionsmechanismus (40) der in einem Notfall einen Sicherheitsgurt (16) sperrt und bei Überschreiten einer voreingestellten Last den Sicherheitsgurt (16) mittels einer Dämpfungsvorrichtung (64) in begrenzten Maß ausfahren lässt, dadurch gekennzeichnet dass, die Dämpfungsvorrichtung (64) einen steuerbaren Dämpfer (66) aufweist, der in Abhängigkeit von der Beschleunigung des Insassen (14) in Bezug auf die Fahrbahn, berechnet von einer Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (114), steuerbar ist.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Längendetektoreinrichtung (62) zum Ermitteln eines ausgefahrenen Längenabschnitts des Gurts (16), bei Betrieb des Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus (40); eine Ausfahrgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung (110) zum Berechnen der Ausfahrgeschwindigkeit des Gurts (16) auf der Grundlage des ausgefahrenen Längenabschnitts und eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung (112) zum Erfassen der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn, wobei die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (114) die Beschleunigung des Insassen (14) aus der berechneten Ausfahrgeschwindigkeit des Gurts (16) und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Längendetektoreinrichtung (62) zum Erfassen eines Ausfahr-Längenabschnitts des Gurts (16), bei Betrieb des Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus (40); eine Ausfahrbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (110a) zum Berechnen einer Ausfahrbeschleunigung des Sicherheitsgurts (16) anhand der von der Längendetektoreinrichtung (62) ermittelten Ausfahrlänge; und eine Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (112a) zum Berechnen einer Fahrzeugbeschleunigung in Bezug auf die Fahrbahn, wobei eine Fahrzeuggeschwindigkeit bezüglich der Fahrbahn, auf der das Kraftfahrzeug fährt erfasst wird oder eine Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung (112b) zum Erfassen der Fahrzeugbeschleunigung in Bezug auf die Fahrbahn; wobei die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (114) die Beschleunigung des Insassen (14) bezüglich der Fahrbahn aus der berechneten Ausfahrbeschleunigung und der berechneten oder detektierten Beschleunigung des Fahrzeugs berechnet.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 2 oder 3, umfassend: eine Winkeldetektoreinrichtung (106) zum Erfassen eines Ausrollwinkels des Sicherheitsgurts (16); wobei die Ausfahrgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung (110) eine Einrichtung zum Berechnen der Ausfahrgeschwindigkeit des Gurts (16) unter Berücksichtigung des Ausrollwinkels des Gurts (16), wie er von der Winkeldetektoreinrichtung (106) erfaßt wird, aufweist.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus eine Klemmeinrichtung (40) zum Festklemmen des Sicherheitsgurts (16) in einem Notfall aufweist, wobei der Dämpfer (66) die auf den ausfahrenden Sicherheitsgurt (16) von der Klemmeinrichtung (40) aufgebrachten Last basierend auf der Beschleunigung des Insassen (14) variiert.
Sicherheitsgurtanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (114) eine Einrichtung zum Berechnen eines zeitlichen Differentials der Beschleunigung des Insassen (14) bezüglich der Fahrbahn aufweist.
Sicherheitsgurtanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, umfassend: eine Airbagbetriebs-Detektoreinrichtung (108) zum Feststellen der Aktivierung eines zu dem Fahrzeug gehörigen Airbags (24); wobei die Dämpfungsvorrichtung (64) die auf den ausfahrenden Sicherheitsgurt (16) von der Klemmeinrichtung (40) aufgebrachte Last diese Last in Abhängigkeit von der Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (114) berechneten Insassenbeschleunigung und der von der Airbagbetriebs-Detektoreinrichtung (108) erfaßten Aktivierung des Airbags (24) variiert.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 5, umfassend: eine Insassenpositions-Detektoreinrichtung (109) zum Feststellen der Position des Insassen (14) in Längsrichtung des Fahrzeugs; wobei die Dämpfungsvorrichtung (64) die von der Klemmeinrichtung auf den ausfahrenden Gurt (16) aufgebrachte Last abhängt von der Beschleunigung des Insassen (14), der von der Längendetektoreinrichtung (62) erfaßten Ausfahrlänge des Gurts (16) und der Position des Insassen (14) in Längsrichtung des Fahrzeugs, wie sie von der Insassenpositions-Detektoreinrichtung (109) erfaßt wird, variiert.
Sicherheitsgurtanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, weiterhin umfassend: eine Längs- und Seitenbeschleunigungs-Detektoreinrichtung (146) zum Erfassen von Fahrzeugbeschleunigungen in Längs- und Querrichtung; eine Bewegungsrichtungs-Erfassungseinrichtung zum Feststellen der Richtung, in der sich der Insasse (14) bewegt, basierend auf den Beschleunigungen und den Richtungen, in denen diese Beschleunigungen wirken, wie sie von der Längs- und Seitenbeschleunigungs-Detektoreinrichtung (146) erfaßt werden; wobei die Dämpfungsvorrichtung (64) im Dämpfer (66) die auf den ausfahrenden Sicherheitsgurt (16) aufgebrachte Last auch unter Berücksichtigung der Richtung variiert, wie sie von der Bewegungsrichtungs-Bestimmungseinrichtung ermittelt wird.