WO2008077442A1 - Verfahren und gurtstraffsystem zum rückhalten von insassen eines fahrzeugs bei einem aufprall auf ein hindernis - Google Patents

Abstract

Die Verfahren zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs bei einem Aufprall auf ein Hindernis, bei dem zunächst ein möglicher Unfall sensiert und dann spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis oder bei Überschreiten einer Schwelle für die Fahrzeugverzögerung auf den Insassen über ein Sicherheitsgurtsystem eine mit der Stossrichtung wirkenden Kraft auf den Insassen aufgebracht wird. Die Kraft wird durch beidseitige Straf fung eines Beckengurtes eines Sicherheitsgurtsystems eingeleitet, indem von beiden Seiten mit einer Kraft von mindestens 2000-4500 N gestrafft wird und diese Kraft entlang eines Verlagerungsweges des Insassen über eine Haltephase von mindestens 20msec aufrecht erhalten wird. Ein integriertes Gurtstraf f System zur beidseitigen Straffung eines Beckengurtes umfasst zwei Straffer mit einer gemeinsamen Arbeitskammer.

Description

Verfahren und GurtstraffSystem zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs bei einem Aufprall auf ein Hindernis

Die Erfindung betrifft Verfahren und ein GurtstraffSystem zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche .

Das in der nächst liegenden DE 10139609 Cl beschriebenen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein möglicher oder tatsächlich statt findender Unfall sensiert und dann frühzeitig, dass heißt spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit einem Hindernis, eine Kraft auf den Fahrzeuginsassen aufgebracht wird. Diese Kraft wirkt mit der Stossrichtung, das heißt der Richtung des Stoßes auf das Fahrzeug. Bei einem Frontalaufprall ist die Richtung somit entgegen der Fahrtrichtung. Die Kraft wird so auf den Insassen aufgebracht, dass über den gesamten Bremsweg eine konstante, das heißt gleichmäßige Kraft auf den Insassen wirkt. Angewendet auf ein auf dieses Verfahren ausgelegten Sicherheitsgurt wird über die Beseitigung einer Gurtlosen hinaus ein Abbau von kinetischer Energie des Insassen frühzeitig eingeleitet, indem der Insassen über Grund verzögert wird, noch bevor eine Rückhaltewirkung durch das Sicherheitsgurt - System einsetzt. Die bekannte, passive Rückhaltewirkung setzt ein, wenn der Insassen aufgrund von Massenkräften vorwärts bewegt und von dem Gurt zurückgehalten wird. Üblicherweise wirkt dann eine Gurtauszugsperre mit Kraftbegrenzung, welche die Belastungswerte auf die Brust begrenzt . Insgesamt kann somit über den gesamten Bremsweg gleichmäßig Energie abgebaut werden, so dass schädigende Beschleunigungsspitzen auf den Insassen vermieden werden. Mit "Bremsweg" ist der Absolutweg des Insassen im Fahrzeug gemeint, der zum Abbremsen des Insassen vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis an zur Verfügung steht. Dieser Weg setzt sich aus der dynamischen Gesamtdeformation des Fahrzeugs und dem möglichen Vorverlagerungsweg des Insassen in der Fahrgastzel- Ie zusammen. Dieses Verfahren bringt den Vorteil, dass die Rückhaltung des Fahrzeuginsassen frühzeitig durch eine auf diesen aufgebrachte Kraft einsetzt. Dadurch kann die kinetische Energie des Insassen frühzeitig reduziert und der gesamte zur Verfügung stehende Weg ausgenutzt werden. Anders als bei konventionellen Rückhaltesystemen braucht keine Relativbewegung zwischen Insasse und Fahrzeug abgewartet werden, damit eine Rückhaltewirkung einsetzt. Die Kraft kann durch mehrere nacheinander oder gleichzeitig aktivierter Rückhaltesysteme auf den Fahrzeuginsassen aufgebracht werden. Die Kraft kann auch entsprechend der Stoßrichtung durch unterschiedliche Rückhaltesysteme aufgebracht werden.

Aus dem Stand der Technik ist es zur Erhöhung der Insassensicherheit bekannt, ein Dreipunktgurtsystem für einen normalen Fahrzeugsitz mit mehreren Gurtstraffern zu versehen, damit bei einem Unfall die Gurtlose im Gurtsystem schlagartig beseitigt werden kann. Die Gurtstraffer sind so ausgelegt, dass mit einem Kraftstoß das Gurtband an den Körper des Insassen straff und ohne Spiel angezogen wird, damit der Insassen möglichst bald an der Verzögerung des Fahrzeugs teilnehmen kann, wobei die Rückhaltewirkung über eine Gurtauszugssperre mit Kraftbegrenzung vermittelt wird. Die bekannten Gurtstraffer zur Beseitigung der Gurtlose sind nicht dafür ausgelegt eine Kraft auf den Insassen auszuüben, welchen eine Schwerpunktsbeschleunigung herbeiführen könnte.

Die konventionellen, in Fahrzeugen eingesetzte pyrotechni- schen Linearstraffer bauen innerhalb einer möglichst kurzen Zeit von 5-12 msec in einer Zylinder-Kolben-Einheit eine Kraft von 2-2,5 kN auf, mit welcher der Gurt eingezogen wird, um die Gurtlose zu entfernen. Am Ende des Straffweges verrastet der Kolben, um in der anschließenden, passiven Rückhaltephase, bei welcher der Insasse eine Vorverlagerung erfährt, den Insassen zurückzuhalten oder gegen den Widerstand einer Kraftbegrenzungsvorrichtung, wenn diese vorhanden ist, Gurt- band wieder frei zu geben. Mit der Verrastung des Kolbens, braucht der Druck nicht mehr in der Kolben-Zylinder-Einheit gehalten werden. Der Trend geht dahin, dass Straffer in möglichst kurzer Zeit den Punkt der Verrastung erreichen, um dann in die Verrastung zu gehen. Danach lässt der Druck in der Kolben-Zylinder-Einheit schnell nach, damit die Kraftbegrenzungsvorrichtung in der Gurt-Auszugsphase definiert wirken kann .

Ein Verfahren, wie es in der DE 10139609 Cl beschrieben ist, bei dem durch die vorgezogene Verzögerung des Insassenschwerpunktes über Grund die später, in der Rückhaltephase einsetzende, crashbedingte Kraftspitze im Gurtband verringert wird, erfordert, dass hohe Kräfte über das Sicherheitsgurtsystem eingeleitet werden können.

Ein Sicherheitsgurtsystem umfasst üblicherweise ein Gurtband, welches zwischen Gurtendbeschlag und Gurtschloss einen Beckengurt bildet, an der Gurtzunge umgelenkt und zu einem in Schulternähe eines Insassen angeordneten Umlenkers eines Gurtaufrollers geführt ist und im Bereich zwischen Gurtschloss und Umlenker den Schultergurt bildet . Die Einleitung hoher Kräfte über eine Straffung des Schultergurtes, z.B. durch Straffung im Bereich des Gurtaufrollers oder am Gurtschloss, stößt an Grenzen aufgrund der begrenzten Druckbelastbarkeit im Brustbereich des Insassen. Die für eine Beschleunigung des Insassen notwendigen hohen Kräfte können über den Schultergurt nicht in ausreichender Höhe eingeleitet werden, zumal durch die Umlenkung Reibungsverluste entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Insassenschutz zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Rückhaltung von Fahrzeuginsassen und einem GurtstraffSystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst .

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs angewendet, bei dem zunächst ein möglicher Unfall sensiert und dann spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis oder kurz danach, nämlich bei Überschreiten einer Schwelle für die Fahrzeugverzögerung, auf den Insassen über ein Sicherheitsgurtsystem eine mit der Stossrichtung wirkenden Kraft auf den Insassen aufgebracht wird. Bei einer Straffung zum gleichen Zeitpunkt wie bei heutigen Fahrzeugen der Zündzeitpunkt für Schlossstraffer oder der Aufrollstraffer liegt, also kurz nach der ersten Berührung mit dem Hindernis, nämlich dann wenn die Fahrzeugverzögerung eine Schwelle überschreitet, ergibt sich bereits eine Verbesserung von 30%.

Die Aktivierung des Sicherheitsgurtsystems kann im Sinne einer Precrash-Auslösung auch kurz vor dem Aufprall stattfinden, frühestens sobald mit Sicherheit feststeht, dass der Aufprall stattfinden wird. Die ist mit höherem sensoriellem Aufwand einer Precrash-Sensorik verbunden. Die Kraft wird durch beidseitige Straffung eines Beckengurtes eines Sicherheitsgurtsystems eingeleitet, indem von beiden Seiten mit einer Kraft von typischerweise 2000 N bis 4500 N gestrafft wird und diese Kraft entlang eines Verlagerungsweges des Insassen über einen Zeitraum von mindestens 20msec aufrechterhalten wird.

Gemäß der Erfindung ist daher eine beidseitige Straffung des Beckengurtes vorgesehen, weil die Beckenschaufeln des Insassen sehr viel höhere Kräfte aufnehmen können als die Schulter- oder Brustpartie des Insassen. Die Erfindung ist nicht nur auf Dreipunkt-Sicherheitsgurtsysteme sondern auch auf Sicherheitsgurtsysteme anwendbar, die allein einen Beckengurt oder einen separaten Beckengurt aufweisen.

Der über die frühe Straffung des Beckengurtes auf den Insassen ausgeübte Krafteintrag ist von dem Verzögerungs- impuls des Fahrzeugs entkoppelt, welcher aufgrund der weichen Knautschzonen aktueller Fahrzeuge erst mit einiger Verzögerung in voller Höhe einsetzt. Es wird über die Beseitigung einer Gurtlosen hinaus ein Abbau von kinetischer Energie des Insassen eingeleitet, indem der Insassen über Grund verzögert wird, noch bevor eine durch den Aufprall bedingte Trägheitsbewegung des Insassen eine passive Rückhaltewirkung durch das Sicherheitsgurtsystem einsetzen lässt. Oder anders ausgedrückt: Bei einem Frontalaufprall wird ein der normalen Fahrzeugbewegung entgegen gerichteter Beschleunigungsimpuls dem Insassen aufgeprägt. Hinsichtlich Zeitdauer und Kraftniveau wird der Impuls oder Krafteintrag eingestellt auf die abzubauende kinetische Energie des Insassen, wobei bekanntermaßen die Masse des Insassen und die Fahrzeuggeschwindigkeit die maßgeblichen Größen sind. Der zu erwartenden Crashverlauf (Relativgeschwindigkeit, Crahsschwere/Unfallgegner) geht in die Bemessung als zur Verfügung stehenden „Bremsweg" für die Insassenverzögerung über Grund ein, indem der Verbrauch an Deformationsweg der Knautschzone von der Unfallschwere abhängt.

Auch bringt die Impulseinleitung über den Beckengurt einen Vorteil in der Kinematik des Oberkörpers, indem der Impuls in Stoßrichtung in den Oberkörper weiter geleitet wird. Dadurch wird der Oberkörper in Stoßrichtung beschleunigt, taucht bei seiner Rückwärtsbewegung in die Sitzrückenlehne und Sitzpolster ein. Damit setzt die crashbedingte Vorverlagerung des Oberkörpers nicht nur später ein sondern es steht auch mehr Vorverlagerungsweg für Oberkörper, Becken und Kopf des Insassen bereit .

Als Vorteil kommt noch hinzu, dass der Insasse durch die Stärke der Straffung in den Sitz hinein gezogen wird, wodurch in der nachfolgenden passiven Rückhaltephase mehr Vorverlagerungsweg für den Insassen bereit steht. Das Erfordernis einer zeitlich länger andauernden Straffung bedingt, dass der Straffer einen längeren Einzugsweg bereitstellen muss, welcher in der nachfolgenden passiven Rückhaltephase einem längeren Auszugsweg unter Einwirkung einer definierten Kraftbegrenzung zugute kommt, wodurch ein gezielter Abbau an kinetischer Energie des Insassen möglich wird.

Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass durch die Straffung alle Elastizitäten des Systems, z.B. die Elastizität des Gurtbandes oder des Sitzes, herausgenommen werden, wodurch in der nachfolgenden passiven Rückhaltephase ein ansonsten zum Verzehr der Elastizitäten erforderlicher Rückhalteweg entfällt, so dass effektiv mehr Rückhalteweg zur Verfügung steht. Auch erfolgt eine wesentlich frühere Rückhaltung des Beckens über das Sitzpolster oder andere Strukturelernente des Sitzes, z.B. Antisubmarining-Einrichtungen, Sitzkeile, usw.

Eine Weiterbildung des Verfahrens betrifft ein Dreipunkt - Rückhaltesystem, bei welchem das Gurtband an der Gurtzunge umgelenkt und zu einem in Schulternähe eines Insassen angeordneten Gurtaufroller geführt ist, an welchem ein dritter Straffer zur Einleitung einer Kraft in den Schultergurt angreift. Gemäß der Weiterbildung wird der Gurtbandabschnitt zwischen Gurtschloss und Gurtaufroller (Schultergurt) gleichzeitig mit oder vor dem Beckengurt gestrafft, allerdings ist die in den Schultergurt eingeleitete Kraft darauf begrenzt, eine Gurtlose zu entfernen. Mit dieser Kombination aus Beckengurt- und Schultergurtstraffung ist eine optimale Rückhaltung eines Insassen möglich, ohne dass die durch die StraffSysteme ausgeübten Kräfte die biomechanische Belastbarkeit des Insassen übersteigen. Gegenüber heutigen Rückhaltesystemen wird eine Reduzierung der Spitzenwerte erreicht.

In einer Weiterbildung kann mit der beidseitigen Straffung des Beckengurtes eine gezielte Steuerung der Rückverlagerung in Richtung und Beschleunigung erreicht werden. Beispielsweise kann durch beidseitiges, gleich starkes Straffen des Beckengurtes bei einem Frontalaufprall der Schwerpunkt des Insassen resultierend in Richtung Sitzrückenlehne und/oder Sitzpolster verschoben werden. Durch einen Zeitverzug in der Straffung beider Seiten kann z.B. bei einem Schrägaufprall auf eine Abweichung der Stoßrichtung von der Fahrzeuglängsrichtung reagiert werden.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird die Kraft im Beckengurt vor oder zu einem frühen Zeitpunkt nach Crashbeginn (t_0) auf einem hohen Niveau von typischerweise 2,0-4,5kN ü- her eine anhaltende Zeitspanne zwischen 20-100ms gehalten. Dies erfordert einen längeren Straffweg, weil der Gurt der Rückzugsverlagerung und der Reduzierung der Elastizitäten des Sitzes des Insassen folgen muss.

Die Straffer können eine pyrotechnische Auslöseeinheit aufweisen. Diese bringt den Vorteil mit sich, dass sie schnell ausgelöst werden kann, wodurch die Straffzeiten optimiert werden und wodurch die Sicherheit für Fahrzeuginsassen erheblich erhöht wird. Es ist jedoch auch denkbar andere übliche Auslöseeinheiten zu verwenden, welche einen pneumatischen, hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb aufweisen. Mechanische Antriebe, welche die gespeicherte Energie einer gespannten Feder nutzen, sind auch denkbar.

In einer vorteilhaften Ausführung werden die Straffer durch eine Weiterbildung der vom Aufbau her bekannten Linearstraffer mit einer Zylinder-Kolben-Einheit gebildet. Erster und zweiter Straffer sind Linearantriebe mit jeweils einem Kraftübertragungselement, welches mit dem Gurtschloss beziehungsweise dem Endbeschlag in Wirkverbindung steht. Mit einer Verlängerung des Zylinders, ein Hohlzylinder, in welchem der Kolben bewegt wird, auf 100 -150mm kann ein längerer Straffweg bereit gestellt werden, so dass in der Summe eine Verkürzung des Beckengurtes um mindestens 200-300mm erreicht werden kann. Damit der Druck in der Zylinder-Kolben-Einheit über die längere Zeitspanne von 20-100ms definiert gehalten werden kann, sind in der Regel Abdichtungsmaßnahmen zwischen Kolben, Zugmittel und Zylinder notwendig.

Wenn die beidseitige Krafteinleitung in den Beckengurt durch zwei unabhängige Straffer erfolgen, nämlich einen ersten Straffer für den Gurtendbeschlag und einen zweiten Straffer für das Gurtschloss, können die StraffZeitpunkte, die Straff- dauer und die Kraftniveaus beider Straffer unabhängig eingestellt werden, womit auf die Stoßrichtung reagiert werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform sind beide StraffSysteme zu einem einstückigen Bauteil zusammengeführt, welches in das Sitzgestell integriert sein kann, z.B. können die StraffSysteme in eine Quertraverse des Sitzgestells integriert sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie komplett vormontiert werden kann, was sich positiv auf die Montagezeiten auswirkt .

Das Gurtstraffsystem - einstückig oder mehrstückig - zur Straffung des Beckengurtes kann unter der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes angeordnet sein. Dort steht Platz zur Verfügung, so dass das Straffsystem optisch unauffällig und ohne Einbuße von Freiraum für die Füße in das Fahrzeug integriert werden kann.

Wenn beide Straffer als Querstraffer unter der Sitzfläche quer liegend angeordnet und mit dem Sitz verbunden sind, z.B. durch Integration in eine Quertraverse des Sitzgestells, dann ist es möglich, den Sitz mit den StraffSystemen gemeinsam zu verschieben. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die StraffSysteme immer dieselbe Position relativ zu dem Gurtendbeschlag und dem Gurtschloss annehmen, an denen die Straffsysteme angreifen. Dadurch wird eine zuverlässige Funktionsweise der Sicherheitsvorrichtung gewährleistet. Bei einer Anordnung des Querstraffers zwischen den Sitzverstellschienen des Sitzes müssten Maßnahmen getroffen werden, um eine Sitzverschiebung in der Länge oder der Höhe auszugleichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Straffer für den Beckengurt in eine gemeinsame sitzintegrierte Komponente, insbesondere die hintere Quertraverse des Sitzgestells integriert und weisen eine gemeinsame Auslöseeinheit mit einer gemeinsamen Arbeitskammer auf, welche bei Auslösung von einem gemeinsamen Gaserzeuger, z.B. einer pyrotechnische Zündpille, mit einem unter hohem Druck stehenden Gas gefüllt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden Arbeitskammern beider Straffer durch ein Ausgleichsvolumen miteinander pneumatisch verbunden. Damit kann sichergestellt werden, dass von beiden Seiten mit gleicher Kraft eingezogen wird. Die Straffer können axial versetzt so angeordnet werden, dass beide Arbeitskammern senkrecht in einer Flucht liegen. Dann sind beide Arbeitskammern mit dem Ausgleichsvolumen zu einer gemeinsamen Arbeitskammer integriert, in welcher der Druckaufbau erfolgt. Dann ist es auch sinnvoll einen gemeinsamen Gasgenerator zum Einströmen des Gases in das Ausgleichsvolumen vorzusehen. Für ein beidseitiges Straffen ist somit nur eine Zündpille erforderlich.

Zwischen dem Gurtendbeschlag des Gurtbandes und der Auslöseeinheit kann ein Verbindungselement, insbesondere ein Zugelement vorgesehen sein. Bevorzugt besteht dieses Verbindungs- element aus einem Drahtseil. Ein solches Seil kann zuverlässig die Zugkräfte übertragen, die die Auslöseeinheit in das Verbindungselement einleitet. Es ist selbstverständlich auch jede andere Art von Verbindungselement denkbar, die diese Aufgabe zuverlässig erfüllt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen betreffen ein Ausführungsbeispiel eines integrierten GurtstraffSystems in sehr kompakter Bauweise.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. Ia, Ib: Eine schematische Darstellung (Aufsicht) der beidseitigen Straffung des Beckengurtes eines Insassen

Fig. 2: Ein GurtstraffSystem gemäß der Erfindung

Fig. 3: den zeitlichen Druckverlauf p(t) innerhalb des Zylinders eines Linearstraffers, konventionell und gemäß der Erfindung

Fig. 4 ein erstes integriertes GurtstraffSystem mit einem Ausgleichsvolumen in Varianten a) und b)

Fig. 5 ein zweites integriertes GurtstraffSystem a) vor der Zündung und b) nach der Zündung.

Die Fig. Ia und Ib zeigen in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf einen Fahrzeugsitz 1 mit einem Insassen 2. Der Fahrzeugsitz umfasst eine Sitzfläche 1.1 und eine Rückenlehne 1.2. Der Insasse ist durch ein Gurtband 3 gesichert, welches einen Beckengurt bildet und Teil eines umfassenderen Sicherheitsgurtsystems sein kann. Ein möglicherweise vorhandener Schultergurt ist nicht dargestellt. Der Beckengurt erstreckt sich normalerweise von einem Endbeschlag zu einem Gurtschloss, wobei das Gurtband über eine Gurtzunge mit dem Gurtschloss verbunden ist. Die Anordnung von Gurtschloss und Gurtendbeschlag hängt davon ab, ob es sich um einen Fahrer- oder einen Beifahrersitz und vom Fahrzeugtyp ab und ist nicht dargestellt. Die beidseitige Straffung erfolgt mittels zweier Straffer, z.B. eines an einem Endbeschlag angreifenden ersten Straffers 5 und eines an dem Gurtschloss angreifenden zweiten Straffers 6. Die StraffSysteme sind dabei mit dem Fahrzeugaufbau fest verbunden und als Linearantrieb mit einer symbolisch dargestellten Kolben- Zylinderanordnung ausgeführt.

In der gesamten Anmeldung wird unter einem Zylinder immer ein Hohlzylinder verstanden. Die Arbeitskammer, in welcher ein Treibgas expandiert, um einen Kolben 5.1, 6.1 anzutreiben, wird durch den Raum zwischen Kolben und einer Stirnseite des Zylinders gebildet und ist druckdicht abgeschlossen, damit der Druck zum Antreiben des Kolbens aufgebaut werden kann. Die andere Stirnseite ist druckdurchlässigen ausgebildet, um eine axiale Kolbenbewegung innerhalb des Zylinders ohne Gegendruck zu ermöglichen.

In Fig. 2 sind die beiden Straffer 5, 6 zusammengefasst und bilden ein beidseitig quer ziehendes GurtstraffSystem 7. Bei einem Lineartrieb ist ein Zugelement 5.2, 6.2 oder Zugseil (in Fig. 1 nicht dargestellt, in Fig. 2 als Linie symbolisch dargestellt) einerseits unter Vermittlung des Gurtschlosses oder des Endbeschlages mit einem Gurtbandende und andererseits mit einem im Zylinder des StraffSystems 5, 6 axial verschiebbar gelagerten Kolben 5.1, 6.1 angeschlossen. Im Auslösefall wird der Kolben 5.1. 6.1 in dem Zylinder mit Druck eines expandierenden Gases beaufschlagt, welches z.B. durch einen pyrotechnischen Gasgenerator erzeugt wird, so dass der Kolben in Richtung des Pfeils in Fig. Ib im Zylinder verschoben wird, wobei das Zugelement 5.2, 6.2 mitgenommen und folglich ein daran angeschlossenes Gurtband gestrafft wird. Es ergibt sich eine resultierende Rückziehkraft auf den Insassen, welche ebenfalls in Pfeilrichtung weist und den Insassen in den Sitz zurückzieht. Die Pfeilrichtung zeigt nur eine Projektion auf die horizontale Fahrzeugebene. In 3 Dimensionen hat die Kraft auch eine Komponente in Richtung schräg nach unten, aufgrund des Verlaufes des Zugmittels vom Gurtbandende bis zur Anbindung bzw. Umlenkung am Sitzgestell.

Die detaillierte Ausgestaltung eines StraffSystems ist aus dem Stand der Technik wohlbekannt . Es kann der Aufbau eines jeden bekannten, in Fahrzeugen eingesetzten Linearantriebes herangezogen werden. StraffSysteme mit einem Rotationsantrieb wären ebenfalls einsetzbar.

Straffer können auch mit einem Kraftbegrenzer ausgestattet sein. Ein Energie verzehrendem Element sorgt dafür, dass die durch den Gurt auf den Oberkörper des Insassen einwirkenden Kräfte bei der Verzögerung des Fahrzeugs begrenzt werden, indem mittels der Energie verzehrenden Elemente Kraftspitzen abgebaut werden. Als Energie verzehrende Elemente sind unterschiedlichste Ausprägungen bekannt, z.B. ein Zugseil, welches unter Materialaufweitung durch eine Halterung gezogen wird, ein sich aufweitender Kolben, welcher unter Materialaufweitung einer Zylinderwand verschoben wird, oder eine Torsionswelle. Die Straffer zur Anwendung in vorliegender Erfindung müssen möglicherweise besondere Maßnahmen aufweisen, damit der Kraftbegrenzer in der passiven Rückhaltephase zwar wirksam ist, in der vorangehenden Straffphase aber nicht zu einer Begrenzung der aktiv einleitbaren Kraft führt, welche über dem

Kraftbegrenzungsniveau liegen kann. Eine solche Maßnahme ist in der noch nicht offen gelegten Anmeldung DE 102006053563 für einen speziellen Typ von Linearstraffer beschrieben.

In Fig. 3 ist schematisch ein Druckverlauf p(t) über der Zeit t im Zylinder einer Zylinder-Kolben-Einheit eines Straffers dargestellt, bei welchem der Kolben durch den Gasdruck eines expandierenden Gases bewegt wird. Die gestrichelte Line zeigt den typischen Druckverlauf in einem konventionellen, in Fahr- zeugen eingesetzten pyrotechnischen Linearstraffer. Innerhalb einer möglichst kurzen Zeit von 5-12 msec wird in dem Zylinder ein Druck aufgebaut, so dass der Gurt mit einer Kraft von 0,5-2,5 kN eingezogen wird, um die Gurtlose zu entfernen. Nach Ende der Straffung und am Beginn der anschließenden passiven Rückhaltephase, bei welcher der Insasse eine Vorverlagerung erfährt, verrastet der Kolben oder das Zugelement, um gegen den Widerstand einer Kraftbegrenzungsvorrichtung bei Überschreiten des Kraftbegrenzungsniveaus Gurtband wieder frei zu geben. Mit der Verrastung des Kolbens, braucht der Druck nicht mehr in der Kolben-Zylinder-Einheit gehalten werden. Die Auszugsphase wird allein von der Kraftbegrenzungs- einheit gesteuert . Es sind keine besonderen Maßnahmen zur Druckabdichtung erforderlich, weil aufgrund der kurzen Straffzeit ein Druckverlust vernachlässigbar ist. Heutige Straffer sind daher so ausgelegt, dass der Druck im Zylinder nach der Straffung und Verrastung schnell wieder abgebaut wird. Daher fällt in Fig. 2 die gestrichelte nach Erreichen des Höhepunktes wieder sehr schnell ab.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird bei den gemäß der Erfindung eingesetzten Straffern die Kraft im Beckengurt zu einem frühen Zeitpunkt nach Crashbeginn (t_0) auf einem hohen Niveau (2-5kN) über eine anhaltende Zeitspanne zwischen 20- 100ms gehalten. Die durchgezogene Linie zeigt einen entsprechenden Druckverlauf im Zylinder eines Straffers. Nach einem schnellen Anstieg wird der Druck im Zylinder gehalten, der Kolben verrastet nicht, sondern zieht für eine Zeitdauer 20- 100 msec mit konstanter Kraft entlang eines Einzugweges am Gurt bevor durch die einsetzende Auszugsbewegung der Rückhaltephase eine Verrastung mit Kraftbegrenzung stattfindet. In Simulationen und Versuchen hat sich gezeigt, dass mit zwei Straffern mit jeweils einer Kraft von 2000-4000N über einen Zeitspanne von 60-80 msec und einem Gurtband-Einzug von 100- 200 mm beste Ergebnisse erzielt werden können. Das Niveau der Kraftbegrenzung hängt von dem zur Verfügung stehenden Vorverlagerungsweg (Innenraum, Sitzposition, Insassengewicht) , der Airbagabstimmung und der Crashschwere ab. Der für die Erfindung erforderliche Straffer erfordert daher besondere Maßnahmen in der Bereitstellung einer größeren Einzugslänge, besondere Maßnahmen zur Abdichtung des Zylinderraumes, um einen hohen Gasdruck für eine Zeit bis lOOmsec halten zu können und möglicherweise besondere Maßnahmen, um in der anfänglichen Straffphase eine Kraftbegrenzung auszuschalten.

In Fig. 4a ist eine Weiterbildung des in Fig. 2 dargestellten GurstraffSystems 7 dargestellt, wobei äquivalente Komponenten mit gleichem Positionszeichen bezeichnet wurden. Die beiden Straffer 5, 6 sind durch ein Ausgleichsvolumen 8 in der Weise pneumatisch verbunden, dass zwischen den beiden Arbeitskammern 5.4 und 6.4 ein Druckausgleich stattfinden kann. Der Druck kann durch einen äußeren Gasgenerator erzeugt und in das Ausgleichsvolumen 8 eingeleitet oder durch einen integrierten, z.B. pyrotechnischen Gasgenerator 9 erzeugt werden. Mit einer Zündung expandiert das Gas in dem Ausgleichsvolumen und strömt in die beiden Arbeitskammern 5.4, 6.4 ein und verschiebt dort die beiden Arbeitskammern begrenzenden Kolben 5.1, 6.1 in die Richtung der eingezeichneten Pfeile. Durch die Verschiebung der Kolben 5.1, 6.1 werden über die Zugelemente 5.2, 6.2, welche druckdicht durch die Zylinder 5.3, 6.3 geführt sind, beide Enden des Beckengurtes gestrafft. Wenn nun der Einzug des Gurtbandes auf einer Seite auf großen Widerstand stößt, weil z.B. dort kaum Gurtlose zu beseitigen ist, so findet dort kein weiterer Druckanstieg statt, vielmehr kommt das weiter erzeugte Gas über das Ausgleichsvolumen dem schnelleren Aufbau eines Drucks in dem anderen Zylinder zugute. Dort wird der Kolben mit größerem Druck bewegt und kann mit entsprechenden größerer Kraft das Gurtband einzie- hen, wie bei einer Anordnung ohne Ausgleichsvolumen. Durch das Ausgleichsvolumen stellt sich an beiden Seiten des GurtstraffSystems immer eine gleich hohe Kraft ein, so dass ein Insasse mittels des Beckengurtes immer mit einer in Richtung der Rückenlehnen und Sitzpolster (schräg nach hinten unten ziehend) weisenden, resultierenden Kraft eingezogen wird.

Die beiden Arbeitskammern 5.4, 6.4 und das Ausgleichsvolumen 8 können auch zu einer gemeinsamen Arbeitskammer integriert sein, z.B. wenn die beiden Straffer 5, 6 in axialer Richtung so versetzt angeordnet sind, dass die beiden Arbeitskammern in senkrechter Richtung übereinander zu liegen kommen. Ein solches GurtstraffSystem ist in Fig. 4b dargestellt, wobei der Gasgenerator nicht eingezeichnet wurde.

Bei dem in Fig. 4a, 4b gezeigten GurtstraffSystem entspricht der pro Seite bereit gestellte Einzugsweg dem zur Verfügung stehenden Verschiebungsweg des Kolbens. Wenn aufgrund einer hohen Gegenkraft auf einer Seite nur wenig Weg eingezogen werden kann, bleibt als Einzugsweg für die andere Seite nicht mehr als der durch die Zylindergeometrie bereit gestellte Verschiebungsweg für den Kolben. Dieser Nachteil wird bei einem GurtstraffSystem 10 gemäß Fig. 5 vermieden.

Fig. 5a zeigt ein integriertes GurtstraffSystem 10 mit einem langen äußeren Zylinder 11, ungefähr von doppelter Länge der beiden antiparallel angeordneten Straffer der Ausführung in Fig. 4a. Der äußere Zylinder 11 des integrierten Gurtstraff- Systems kann bei einer Anordnung quer zum Sitz eine Länge von maximal 500 mm annehmen, wodurch ein sehr langer gesamter Verschiebungsweg zur Verfügung steht . Innerhalb des äußeren Zylinders 11 ist ein innerer Zylinder 12 mit ungefähr halber Länge in axiale Richtung verschiebbar gelagert . Der äußere Zylinder 11 dient damit als Führungsrohr für den innerhalb des Zylinders 11 laufenden inneren Zylinder 12. Innerhalb des inneren Zylinders 12 ist eine zentrale Arbeitskammer 15 angeordnet, welche am Kopf des inneren Zylinders 12 durch einen abschließenden äußeren Kolben und in einem Abstand davon durch einen innerhalb des inneren Zylinders 12 axial verschiebbaren inneren Kolben 14 begrenzt wird. Der äußere Kolben 13 ist stirnseitig mit dem inneren Zylinder 12 fest verbunden und schließt diesen und damit auch die Arbeitskammer 15 dort druckdicht ab. Auf der gegenüberliegenden Seite schließt der innere Kolben 14 z.B. mittels eines O-Ringes die Arbeitskammer 15 druckdicht ab, so dass auch bei Verschiebung des inneren Kolbens 14 kein Gas in den außerhalb der Arbeitskammer 15 liegenden Abschnitt des Zylinders 12 entweichen kann. Bei einem Crash strömt schlagartig in die Arbeitskammer 15 ein Gas ein, welches die beiden Kolben 13, 14 mit Druck beaufschlagt . Das Gas kann von außen eingelassen oder es kann mittels eines innerhalb der Arbeitskammer 15 angeordneten Gasgenerators 16, z.B. einem pyrotechnischer Gasgenerator, welcher durch einen Zündstrom beim Crash gezündet wird, erzeugt werden. Mit der Druckbeaufschlagung der beiden Kolben 13, 14 wirken entgegen gesetzte, in der Fig. 5 als Pfeile angedeutete, Kräfte auf die beiden Kolben 13, 14.

Die Fig. 5b zeigt das integrierte GurtstraffSystem zu einem Zeitpunkt kurz nach Zündung des Gasgenerators, welcher nicht gesondert eingezeichnet ist, zumal eine pyrotechnische Schichtung auch nach Zündung rasch abgebrannt ist. Der innere Kolben 14, wird durch das expandierende Gas innerhalb des inneren Zylinders 12 nach außen, das heißt in der Fig. 5b nach links, verschoben während durch die Verschiebung des äußeren Kolbens 13 nach außen, das heißt in der Fig. 5b nach rechts, der innere Zylinder 12 in Richtung der Kraft auf den äußeren Kolben 13, das heißt in der Fig. 5b nach rechts, verschoben wird. Die Verschiebung der Kolben 13, 14, wird mittels zweier Zugelementes 17L, 17R, welche links und rechts aus dem äußeren Zylinder 11 herausgeführt sind, mittels nicht dargestellter Umlenkmittel auf die Gurtbandenden übertragen, und wirkt sich als beidseitige Einzugsbewegung aus. Das linke Zugelement 17L greift an dem inneren Zylinders 12 an und ist somit fest mit dem äußeren Kolben 13 verbunden und wird auf der einen (linken) Seite aus dem äußeren Zylinder 11 herausgeführt. Das rechte Zugelement 17R ist mit dem inneren Kolben 14 fest verbunden, druckdicht aber verschieblich durch den äußeren Kolben 13 geführt und auf der anderen (rechten) Seite aus dem äußeren Zylinder 11 herausgeführt.

In einer Ausführung ist vorgesehen, dass das rechte Zugelement 17R innerhalb einer Hülse 18 durch den äußeren Kolben 13 geführt wird. Damit kann eine möglichst definierte und reibungsarme Bewegung des Zugelementes 17R sichergestellt werden. Auch kann das Problem des druckdichten Abschlusses der Arbeitskammer 15 gegenüber einer Durchführung des Zugelementes 17R durch den äußeren Kolben 13 besser gelöst werden, weil die Hülse auf die Anforderung der verschieblichen Abdichtung hin optimiert werden kann. Die Hülse ist an ihrem äußeren Ende fest mit dem äußeren Zylinder 11 verbunden und an ihrem inneren Ende durch die Durchführung des äußeren Kolbens 13 gestützt.

Auch kann über der Hülse 18 der zentralen Arbeitskammer 15 ein Gas, ein Zündfunke oder ein Zündleitung zugeführt werden. Insbesondere könnte über die Hülse 18 das expandierende Gas eines externen Gasgenerators der zentralen Arbeitskammer 15 zugeführt werden. Bei Verwendung eines inneren Gasgenerators 16 wie in Fig. 5a dargestellt, könnten elektrischen Leitungen zur Zündung des (pyrotechnischen) Gasgenerators in der Hülse geführt werden. Ist die Zündung einmal erfolgt, können die elektrischen Zünddrähte hinterher schadlos bei der Bewegung der Kolben 14, 15 abreißen. Damit innerhalb der Arbeitskammer 15 ausreichend Druck aufgebaut werden kann, muss die Hülse 18 natürlich so ausgebildet sein, dass kein Druck über die Hülse 18 nach außen entweichen kann.

Alternativ kann die Hülse 18 mit dem inneren Kolben 14 fest verbunden sein. Dann wird bei einer der Gasexpansion folgenden Bewegung des inneren Kolbens 14 die Hülse 18 mitgenommen und durch den Durchgang des äußeren Kolbens gezogen. Mit einem Anschlags an der Hülse kann der Maximalweg des GurtstraffSystems begrenzt werden, indem der Maximalabstand zwischen beiden Kolben 13, 14 begrenzt wird.

Die einer äußeren Kraft auf die Zugelemente 17R, 17L folgenden Bewegung eines oder beider Kolben 13, 14 kann durch Kraftbegrenzungsmittel innerhalb eines oder der Zylinder 11, 12 gebremst werden. Dies ist wichtig, um in der passiven Rückhaltephase Kraftspitzen auf den Insassen zu unterbinden, indem der Gurt gezielt nachgibt, wenn die Kraft eine Schwelle überschreitet. Beispielsweise könnten die Zugelemente 17R, 17L über eine starke Feder an dem jeweiligen Kolben 13, 14 befestigt sein. Aufgrund des Ausgleichsvolumens genügt ein einziges Kraftbegrenzungsmittel (z.B. am kolbenseitigen Ende des Zugmittels 17L oder 17R) , weil sich immer ein Kräftegleichgewicht auf die Zugelemente 17R, 17L einstellt.

Weitere Ausgestaltungen sind denkbar. Es können durch verschiedene Querschnitte für Zylinder und Kolben jeweils einer Seite unterschiedliche Kräfte bereitgestellt werden. Bei gleichem Druck stellen sich aufgrund der unterschiedlichen Fläche unterschiedliche Kräfte ein. So kann z.B eine unterschiedliche Straffung an Gurtschloss und Endbeschlag erreicht werden. Da die Zylinder-Kolben-Einheit des erfindungsgemäßen Gurt- StraffSystems gasdicht (druckdicht) abgeschlossen ist, kann zur Begrenzung der Gurtkräfte ein Überdruckventil vorgesehen sein. Dies könnte erforderlich sein, um bei geringer Gurtlose zu hohe Gurtkräfte zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs bei einem Aufprall auf ein Hindernis, bei dem zunächst ein möglicher Unfall sensiert und dann spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis oder bei Überschreiten einer Schwelle für die Fahrzeugverzögerung auf den Insassen über ein Sicherheitsgurtsystem eine mit der Stossrichtung wirkenden Kraft auf den Insassen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft durch beidseitige Straffung eines Beckengurtes (3) eines Sicherheitsgurtsystems eingeleitet wird, indem von beiden Seiten mit einer Kraft von 2000-4500 N gestrafft wird und diese Kraft entlang eines Verlagerungsweges des Insassen (2) über eine Haltephase von mindestens 20msec aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zuvor oder gleichzeitig ein Schultergurt des Sicherheitsgurtsystems gestrafft wird, wobei die in den Schultergurt eingeleitete Kraft darauf begrenzt ist, eine Gurtlose im Schultergurt zu beseitigen.

3. Verfahren zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Zeitverzug in der Straffung der beiden Seiten des Beckengurtes (3) eine von der Fahrzeuglängsrichtung abweichende Kraft auf den Insassen (2) aufgebracht wird, wenn die Stoßrichtung von der Fahrzeuglängsrichtung abweicht .

4. Gurtstraffsystem zur Straffung eines Beckengurtes, welcher sich von einem Endbeschlag zu einem Gurtschloss erstreckt, wobei das Gurtband über eine Gurtzunge mit dem Gurtschloss verbunden ist, umfassend zwei Straffer (5,

6) , von denen einer mit dem Endbeschlag und der andere mit dem Gurtschloss in Wirkverbindung stehen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass beide Straffer (5, 6) das Gurtstraffsystem (7) bilden und hinsichtlich des maximalen Einzugsweges so ausgebildet sind, dass ein erreichtes Kraftniveau entlang des Einzugsweges über eine Haltephase von mindestens 20msec aufrecht erhalten werden kann.

5. Gurtstraffsystem zur Straffung eines Beckengurtes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Straffer

(5, 6) zu einem einstückigen Bauteil (7; 10) zusammengeführt sind.

6. Gurtstraffsystem zur Straffung eines Beckengurtes nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gurtstraffsystem (7) unter dem Sitz (1) angeordnet ist.

7. Gurtstraffsystem zur Straffung eines Beckengurtes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Straffer (5, 6) des GurtstraffSystems (7) Linearstraffer und quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet und insbesondere in das Sitzgestell, insbesondere in eine Quertraverse des Sitzgestells integriert sind.

8. GurtstraffSystem zur Straffung eines Beckengurtes nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Straffer (5, 6) des GurtstraffSystems (7) Linearstraffer mit jeweils einer Zylinder-Kolben-Einheit sind, deren Kolben (5.1, 6.1) durch ein in einer Arbeitskammer (5.4, 6.4) expandierendes Gas bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arbeitskammern (5.4, 6.4), durch ein Ausgleichsvolumen (8) miteinander pneumatisch verbunden sind.

9. GurtstraffSystem zur Straffung eines Beckengurtes nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierende Gas von einem gemeinsamen Gasgenerator (9) erzeugt wird.

10. GurtstraffSystem, insbesondere nach Anspruch 4, zur Straffung eines Beckengurtes (3), welcher sich von einem Endbeschlag zu einem Gurtschloss erstreckt, wobei das Gurtband über eine Gurtzunge mit dem Gurtschloss verbunden ist, umfassend zwei Zugelemente (17L, 17R) zur Straffung beider Enden des Beckengurtes (3), dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Zugelementen (17L, 17R) ein erstes Zugelement aus der einen und ein zweites Zugelement aus der gegenüber liegenden Stirnseite eines äußeren Zylinders (11) herausgeführt sind und bei einer Aktivierung des GurtstraffSystems die Zugelemente (17L, 17R) in den äußeren Zylinder (11) eingezogen werden.

11. GurtstraffSystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Zugelemente (17L, 17R) innerhalb des äußeren Zylinders mit jeweils einem Kolben (13, 14) verbunden sind, welche bei Aktivierung des GurtstraffSystems in einer gemeinsamen Arbeitskammer (15) mit dem Druck eines expandierendes Gas beaufschlagt und in entgegen gesetzter Richtung beschleunigt werden.

12. GurtstraffSystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass

- das erste Zugelement (17L) mittels eines in dem äußeren Zylinder (11) verschiebbaren inneren Zylinders (12) mit einem äußeren Kolben (13) verbunden ist und

- das zweite Zugelemente (17R) axial durch den äußeren Kolben (13) verschiebbar geführt und mit einem inneren Kolben (14) verbunden ist, welcher innerhalb des inneren Zylinders (12) verschiebbar ist.

13. GurtstraffSystem nach einem der Ansprüche 4-12, dadurch gekennzeichnet, dass die beide das GurtstraffSystem (7) bildende Straffer (5, 6) hinsichtlich des maximalen Einzugsweges so ausgebildet sind, dass ein erreichtes Kraftniveau entlang des Einzugsweges über eine Haltephase von mindestens 20msec aufrecht erhalten werden kann.