DE10296020B4

DE10296020B4 - Sicherheitsgurtanordnung

Info

Publication number: DE10296020B4
Application number: DE10296020.8T
Authority: DE
Inventors: Anders Ingemarsson
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2022-01-26
Also published as: DE10296020T5; US20040066027A1; US7128343B2; WO2002062631A1

Abstract

Sicherheitsgurtanordnung zum Gebrauch in einem Kraftfahrzeug, wobei die Sicherheitsgurtanordnung einen mit einem Ende mit einer Aufrollvorrichtung verbundenen Sicherheitsgurt, einen ein die Menge des aus der Aufrollvorrichtung ausgezogenen Sicherheitsgurtes darstellendes Signal erzeugenden Sensor, eine der Aufrollvorrichtung zugeordnete und einen Gurtbandauslass mit einem variablen Kraftbegrenzungseffekt zulassende Kraftbegrenzungseinrichtung, ferner Mittel zum Ändern des durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung ausgeübten Kraftniveaus zwischen einem ersten Niveau an Widerstandskraft und einem zweiten Niveau an Widerstandskraft und schließlich eine ein die das Kraftniveau ändernden Mittel steuerndes Ausgangssignal erzeugende Steuereinheit umfasst, wobei die Anordnung einen Bezugspunkt bestimmt, entweder durch Messen einer Zeitdauer nach dem Erfassen eines vorgegebenen Parameters in Bezug auf einen Zusammenstoß und anschließendes Bestimmen, wann eine spezifische Sicherheitsgurtlänge ausgegeben worden ist, oder durch Erfassen, wann das erste Niveau an Widerstandskraft durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung bereitgestellt ist und/oder anschließendes Bestimmen, wann eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge ausgegeben worden ist, und – nachdem der Bezugspunkt bestimmt worden ist – Messen einer vorgegebenen Zeitdauer, nachdem der Bezugspunkt erreicht worden ist, bevor das Ausgangssignal erzeugt ist, wobei auf einen ausgewählten Parameter reagierende Mittel bereitgestellt sind, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an welchem die Kraftbegrenzungsvorrichtung beginnt, das erste Niveau an Widerstandkraft bereitzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurtanordnung und insbesondere eine Sicherheitsgurtanordnung, die zum Gebrauch in einem Kraftfahrzeug bestimmt ist.
Eine einfache Sicherheitsgurtanordnung, wie weithin in Gebrauch, umfasst eine Becken-und-Diagonal-Sicherheitsgurtanordnung (oder „Dreipunkt^xx-Sicherheitsgurt), wobei ein Ende des Sicherheitsgurts an einem Teil des Fahrzeugs verankert ist, ein Zwischenteil des Sicherheitsgurts mit einer Zunge versehen ist, die lösbar mit einer starren Schnalle in Eingriff zu bringen ist, und das andere Ende des Sicherheitsgurts, das durch einen Umlenkbeschlag laufen kann, auf die Welle einer Aufrollvorrichtung gewickelt ist. Die Aufrollvorrichtung schließt einen Mechanismus ein, der die Welle der AufrollVorrichtung blockiert, um zu verhindern, dass weiterer Sicherheitsgurt aus der Aufrollvorrichtung ausgegeben wird, wenn ein Unfall oder eine potentielle Unfallsituation erfaßt wird. Wenn der Sicherheitsgurt auf diese Weise blockiert ist, kann der Sicherneitsgurt jedoch unter bestimmten Umständen eine sehr große Verzögerungskraft auf den Insassen des Fahrzeugs ausüben, wodurch der Insasse sehr schnell verlangsamt wird, und den Insassen möglicherweise verletzen.
Es wurde daher vorgeschlagen, eine Kraftbegrenzungsvorrichtung in einem Sicherheitsgurtsystem vorzusehen, wobei aie Kraftbegrenzungsvorrichtung geeignet ist, zu ermöglichen, dass eine bestimmte Sicherheitsgurtlänge mit einem kraftbegrenzenden oder energieabsorbierenden Effekt ausgezogen wird, wenn sehr hohe Kräfte auf den Sicherheitsgurt ausgeübt werden.
Es wurde vorgeschlagen, eine Anordnung vorzusehen, bei der der kraftbegrenzende Effekt bei Beginn oder während einer Unfallsituation variiert werden kann, abhängig von der Last, die durch den Sicherheitsgurt absorbiert werden muss. Eine Anordnung dieser Art ist in WO 97/49 583 A1 offenbart, worin die Welle einer Aufrollvorrichtung mit einer Torsionselementanordnung versehen ist, die den kraftbegrenzenden Effekt schafft. Die Torsionselementanordnung beinhaltet einen axial verlaufenden Torsionsstab und eine koaxiale Torsionshülse. Der Torsionsstab und die Torsionshülse enden jeweils mit einem Abschnitt, der einen jeweiligen gezahnten Umfang aufweist, der durch ein Sperrklinkenelement lösbar in Eingriff genommen sein kann. Auf diese Weise kann das Niveau des kraftbegrenzenden Effekts durch Auswählen entweder des Stabs oder der Hülse oder beider ausgewählt werden, um den kraftbegrenzenden Effekt bereitzustellen.
Es ist wünschenswert, dass die Kraftbegrenzungsvorrichtung in einer typischen Unfallsituation einen hohen kraftbegrenzenden Effekt während der Anfangsphasen eines Unfalls vorsieht, wenn sich der Insasse im Verhältnis zum Fahrgestell nach vorne zu bewegen beginnt, und einen geringeren kraftbegrenzenden Effekt in einer nachfolgenden Phase des Unfalls bereitstellt, wenn sich der Insasse nach vorne bewegt hat und auf einen sich aufblasenden Airbag aufzutreffen beginnt. Hierzu ist es aus der DE 197 31 689 A1 bekannt, eine Kraftbegrenzungseinrichtung in ihrem Kraftniveau in Abhängigkeit von geeigneten Sensorsignalen, wie insbesondere Insassengewicht, über die Feststellung der Position des Fahrzeugsitzes in der Längsrichtung des Fahrzeuges ermittelte Sitzposition, Unfallschwere und Bremspedalbetätigung zu steuern, wobei auch während des Unfallgeschehens über der Zeitachse eine Nachjustierung des Kraftniveaus in Abhängigkeit von der Unfallschwere vorgesehen sein kann. Eine Anordnung dieser Art weist jedoch verschiedene Nachteile auf.
Viele Unfälle beginnen mit einer geringfügigen oder kurzen Interaktion mit einem ersten Objekt, wie etwa einem Zusammenprall mit einem eine relativ niedrige Geschwindigkeit aufweisenden Auto oder einem Aufprall auf die Fahrbahnkante oder eine Leitplanke, wobei auf diese geringfügige oder kurze Interaktion einige Augenblicke später ein schwerer Zusammenprall mit einem zweiten Objekt folgt, wie etwa einem entgegenkommenden Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit, einem Baum oder einem Gebäude. In einer derartigen Situation würde die erste Interaktion durch den Sensor erfaßt werden, der in dem Kraftfahrzeug zum Erkennen eines Unfalls oder einer potentiellen Unfallsituation vorgesehen ist. Der Sensor könnte verschiedene Sicherheitsgeräte in dem Kraftfahrzeug steuern, wie etwa eine Vorspannvorrichtung und einen Airbag, würde aber auch den Betrieb des Zeitgebers starten, der der Kraftbegrenzungsvorrichtung zugeordnet ist.
Bei einem Unfall dieser Art würde die Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Zeitraum im Anschluss an die geringfügige oder kurze Interaktion ein hohes Kraftniveau zeigen, der Insasse des Fahrzeugs könnte sich aber keineswegs nach vorne bewegen oder sich nur eine sehr kurze Strecke während dieses Zeitraums nach vorne bewegen. Vor dem schweren Zusammenprall mit dem zweiten Objekt könnte der Zeitgeber abgelaufen sein, und die Kraftbegrenzungsvorrichtung würde daher nur das niedrigere Kraftniveau aufweisen. Wenn dann der schwere Zusammenprall stattfindet, der bewirkt, dass sich der Insasse im Verhältnis zum Fahrgestell nach vorne bewegt, könnte das Kraftniveau, daß durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung bereitgestellt wird, viel zu niedrig sein, um die ganze Energie des Insassen zu absorbieren, bevor der Insasse auf das Lenkrad oder das Armaturenbrett auftrifft.
Die vorliegende Erfindung strebt danach, eine verbesserte Sicherheitsgurtanordnung bereitzustellen.
Gemäß dieser Erfindung ist eine Sicherheitsgurtanordnung zum Gebrauch in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Sicherheitsgurtanordnung einen mit einem Ende mit einer Aufrollvorrichtung verbundenen Sicherheitsgurt, einen ein die Menge des aus der Aufrollvorrichtung ausgezogenen Sicherheitsgurtes darstellendes Signal erzeugenden Sensor, eine der Aufrollvorrichtung zugeordnete und einen Gurtbandauslass mit einem variablen Kraftbegrenzungseffekt zulassende Kraftbegrenzungseinrichtung, ferner Mittel zum Ändern des durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung ausgeübten Kraftniveaus zwischen einem ersten Niveau an Widerstandskraft und einem zweiten Niveau an Widerstandskraft und schließlich eine ein die das Kraftniveau ändernden Mittel steuerndes Ausgangssignal erzeugende Steuereinheit umfasst, wobei die Anordnung einen Bezugspunkt bestimmt, entweder durch Messen einer Zeitdauer nach dem Erfassen eines vorgegebenen Parameters in Bezug auf einen Zusammenstoß und anschließendes Bestimmen, wann eine spezifische Sicherheitsgurtlänge ausgegeben worden ist, oder durch Erfassen, wann das erste Niveau an Widerstandskraft durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung bereitgestellt ist und/oder anschließendes Bestimmen, wann eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge ausgegeben worden ist, und – nachdem der Bezugspunkt bestimmt worden ist – Messen einer vorgegebenen Zeitdauer, nachdem der Bezugspunkt erreicht worden ist, bevor das Ausgangssignal erzeugt ist, wobei auf einen ausgewählten Parameter reagierende Mittel bereitgestellt sind, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an welchem die Kraftbegrenzungsvorrichtung beginnt, das erste Niveau an Widerstandkraft bereitzustellen.
Der vorgegebene Parameter in Bezug auf einen Zusammenstoß kann eine Verlangsamung oder eine vorgegebene Verlangsamung oder ein anderer äquivalenter Parameter sein, der einen Zusammenstoß oder einen Zusammenstoß einer vorgegebenen Stärke anzeigt, der eintritt.
Durch Ändern des Kraftniveaus am Ende der vorgegebenen Zeitspanne wird die absorbierte Energie an das Gewicht des Insassen und/oder die Wucht des Zusammenstoßes angepasst.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beziehen sich die Mittel zur Bestimmung des Zeitpunktes, an welchem die Kraftbegrenzungsvorrichtung beginnt, das erste Niveau an Widerstandskraft bereitzustellen, darauf, daß die Mittel auf die im Sicherheitsgurt vorhandene Spannung reagieren.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Mittel auf eine vorgegebene Bewegung von Bestandteilen in der Kraftbegrenzungsvorrichtung als Parameter reagieren. Hierzu kann vorgesehen sein, daß die Kraftbegrenzungsvorrichtung eine Kraftbegrenzungsvorrichtung mit Torsionselement ist und die Bestimmungsmittel festlegen, wann ein Torsionselement in der Kraftbegrenzungsvorrichtung nachgibt.
In wiederum einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Mittel auf eine vorgegebene Auszugsgeschwindigkeit des Sicherheitsgurtes als Parameter reagieren.
Günstigerweise wird der Bezugspunkt bestimmt, indem erfaßt wird, wann das erste Nivea an Widerstandskraft durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung ausgeübt wird, und indem anschließend bestimmt wird, wann eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge ausgezogen wurde.
Vorteilhafterweise wird ein Sensor bereitgestellt, um die Schwere des Zusammenstoßes zu bestimmen.
Alternativ dazu wird ein Sensor bereitgestellt, um die Schwere des Zusammenstoßes zu bestimmen, und der Umfang der vorgegebenen Zeitspanne wird in Abhängigkeit von der erfassten Schwere des Zusammenstoßes ausgewählt.
Vorzugsweise beinhaltet die Aufrollvorrichtung eine Vorspannvorrichtung.
Damit die Erfindung ohne weiteres zu verstehen ist und weitere Merkmale davon zu erkennen sind, wird die Erfindung nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Figur in Diagrammform, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt,
2 eine grafische Figur, die ein Diagramm der auf einen Sicherheitsgurt ausgeübten Kraft, in Abhängigkeit von der für eine typische Person herausgezogenen Gurtlänge zeigt, und die zu Erläuterungszwecken bereitgestellt ist,
3 eine grafische Figur, die ein Diagramm der auf einen Sicherheitsgurt ausgeübten Kraft und herausgezogene Gurtlänge in Abhängigkeit von der Zeit für eine Situation zeigt, die der in 1 gezeigten entspricht, und
4 eine weitere grafische Figur, die 3 entspricht, wobei eine detailliertere grafische Darstellung der herausgezogenen Gurtlänge in Abhängigkeit von der Zeit gezeigt wird.
Beginnend unter Bezugnahme auf 1 der beiliegenden Zeichnungen ist ein Fahrzeugsitz 1 mit einer Sitzfläche 2 und einer Rückenlehne 3 dargestellt. Der Sitz ist von einem Benutzer 4 besetzt. Der Benutzer 4 ist mit angelegtem Sicherheitsgurt dargestellt, der eine Sicherheitsgurtanordnung gemäß der Erfindung bildet. Der Sicherheitsgurt umfasst ein Gurtband, von dem ein Ende an einem Teil des Fahrzeugsitzes verankert ist. In 1 nicht gezeigt ist eine Zunge, die am Sicherheitsgurt angebracht und lösbar mit einer Schnalle in Eingriff gebracht ist, die auf der anderen Seite des Sitzes bereitgestellt ist. Ein Teil des Sicherheitsgurtes 5 läuft durch einen Umlenkbeschlag 7, und das andere Ende des Sicherheitsgurts ist mit einer Aufrollvorrichtung 8 verbunden, die am Boden angebracht ist. Die Aufrollvorrichtung 8 ist geeignet, auf eine Unfallsituation zu reagieren und eine Welle in der Aufrollvorrichtung zu blockieren, um zu verhindern, dass weiterer Sicherheitsgurt aus der Aufrollvorrichtung ausgegeben wird, indem sie als Reaktion auf einen erfaßten Parameter, wie etwa eine vorgegebene Verlangsamung des Fahrzeugs, und/oder als Reaktion auf die Geschwindigkeit des Herausziehens des Sicherheitsgurtes aus der Aufrollvorrichtung blockiert. Die Aufrollvorrichtung ist mit einer Vorspannvorrichtung 9 versehen, die geeignet ist, als Reaktion auf das Erfassen einer Unfallsituation die Welle der Aufrollvorrichtung zu drehen, um den Sicherheitsgurt teilweise aufzuwickeln. Sicherheitsgurtanordnungen mit den oben beschriebenen Merkmalen sind allgemein bekannt und weithin in Gebrauch. Bei dieser Erfindung können jedoch alternative Mechanismen verwendet werden, die den Sicherheitsgurt als Reaktion auf einen erfaßten Parameter blockieren.
In der beschriebenen Ausführungsform beinhaltet die Aufrollvorrichtung 8 eine variable Kraftbegrenzungsvorrichtung 10. Die Kraftbegrenzungsvorrichtung 10 kann eine variable Kraftbegrenzungsvorrichtung sein, die eine Vielzahl an diskreten Kraftniveaus bereitstellt, so wie eine Kraftbegrenzungsvorrichtung mit Torsionselement des Typs, der in WO 97/49 583 A1 offenbart wird, wie oben beschrieben.
Die Aufrollvorrichtung 8 kann mit einem Sensor 11 versehen sein, der geeignet ist, die Sicherheitsgurtmenge zu erfassen, die aus der Aufrollvorrichtung herausgezogen wurde. Es wurden früher verschiedene Sensorarten vorgeschlagen, die diese Funktion erfüllen, und jeder dieser Sensoren kann verwendet werden. EP 0 723 895 A1 offenbart eine Anordnung, in der ein Getriebezug vorgesehen ist, der durch die Welle der Aufrollvorrichtung angetrieben wird und die Drehung eines Elements bewirkt, das eine teilweise spiralförmige Außenkante aufweist. Ein Sensor weist einen durch Federkraft vorgespannten Messkopf auf, der die teilweise spiralförmige Außenkante in Eingriff nimmt, so dass sich, wenn Sicherheitsgurt aus der Aufrollvorrichtung herausgezogen wird, das Element mit der teilweise spiralförmigen Außenkante dreht und der Grad der Drehung die Sicherheitsgurtlänge anzeigt, die herausgezogen wurde. Bei einer anderen, vorher vorgeschlagenen Anordnung ist ein Element, das sich mit der Welle mitdreht, mit mehreren Markierungen, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, vorgesehen, welche durch einen optischen Sensor erfaßt werden. Der optische Sensor erzeugt einen diskreten Impuls für jede Markierung, die den Sensor passiert. Geeignete Schaltungstechnik, die an den Sensor angeschlossen ist, kann durch Bestimmen der Anzahl der Drehungen oder Teildrehungen der Welle die Sicherheitsgurtlänge bestimmen, die ausgegeben wurde. Ein Halleffekt-Sensor kann ebenfalls verwendet werden, um die Drehungen der Welle zu bestimmen, wenn die Welle mit einer Anzahl an in geeigneter Weise angeordneten Magneten versehen wird.
Das Ausgangssignal aus dem Sensor 11 wird an eine zentrale Steuereinheit 12 übermittelt. Die zentrale Steuereinheit 12 empfängt in der beschriebenen Ausführungsform auch Signale aus anderen Quellen. Die Steuereinheit 12 empfängt somit Signale von einem Unfallsensor 13 in der Ausbildung eines Beschleunigungssensors. Der Beschleunigungssensor sieht ein Ausgangssignal vor, wenn eine Verlangsamung über einen vorgegebenen Schwellenwert hinaus erfaßt wird. Der Beschleunigungssensor kann außerdem ein Signal vorsehen, das die Schwere des Zusammenstoßes anzeigt. Ein derartiger Unfallsensor 13 ist herkömmlich. Die zentrale Steuereinheit 12 empfängt auch ein Signal von einem Sensor 14, der geeignet ist, zu erfassen, wann der erste Niveau F₂ erreicht ist. Der Sensor kann die relative Bewegung von Bestandteilen in der Kraftbegrenzungsvorrichtung 10 erfassen, so wie Mittel, welche erfassen, wenn ein Torsionselement nachgibt. Alternativ dazu kann der Sensor die Spannung im Sicherheitsgurt oder die Geschwindigkeit erfassen, mit welcher der Gurt aus der Aufrollvorrichtung herausgezogen wird.
In der gegenwärtig beschriebenen Ausführungsform ist die Steuereinheit 12 geeignet, nicht nur die Vorspann- und die Kraftbegrenzungsvorrichtung zu steuern, sondern auch einen Airbag 15, der vor dem Insassen angeordnet ist.
Während in der beschriebenen Ausführungsform die einzelne Steuereinheit 12 eine Anzahl verschiedener Elemente steuert, könnten die Steuerfunktionen in alternativen Ausführungsformen unter einer Anzahl verschiedener, unabhängiger Steuereinheiten aufgeteilt sein.
Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich sein wird, wird bei einer Sicherheitsgurtanordnung gemäß der Erfindung ein variabler kraftbegrenzender Effekt bereitgestellt, wobei die Variation des krafterzeugenden Effekts eine vorgegebene Zeit lang, nachdem ein Bezugspunkt erreicht worden ist, gesteuert wird. Der Bezugspunkt kann eine vorgegebene Zeit nach dem ersten Erfassen eines Zusammenstoßes oder eine vorgegebene Zeit, nachdem eine spezifische Verzögerung während eines Zusammenstoßes erreicht ist, oder ein Zeitpunkt sein, zu dem eine spezifische vorgegebene Sicherheitsgurtlänge nach einer dieser vorgegebenen Zeiten ausgezogen worden ist. Alternativ dazu kann der Bezugspunkt erreicht sein, wenn eine spezifische Sicherheitsgurtlänge ausgezogen wurde, nachdem eine erste Verzögerungskraft erreicht worden ist, die von der Kraftbegrenzungsvorrichtung bereitgestellt wird. Wiederum alternativ dazu kann der Bezugspunkt einfach der Punkt sein, an dem die erste Verzögerungskraft erreicht ist, die von der Kraftbegrenzungsvorrichtung bereitgestellt wird.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3, die grafische Figuren sind, wird nun die Arbeitsweise der Sicherheitsgurtanordnung von 1 in einem typischen Unfall für eine – Person mit typischem oder normalem Gewicht beschrieben. Die Kurve von 2 ist ein Diagramm der Kraft des kraftbegrenzenden Effekts, die in Abhängigkeit von der Sicherheitsgurtlänge aufgetragen ist, welche aus der Aufrollvorrichtung herausgezogen ist. Die Kurve von 3 ist ein Diagramm von Kraft und herausgezogener Gurtlänge in Abhängigkeit von Zeit.
Es ist ersichtlich, dass es zwei vorgegebene Verzögerungskräfte F₁ und F₂ gibt, die in der grafischen Darstellung gezeigt sind, wobei die Kraft F₂ größer als die Kraft F₁ ist. Diese Kräfte können beispielhaft als die Kräfte betrachtet werden, die durch den Torsionsstab bzw. das Torsionsrohr einer Anordnung wie in WO 97/49 583 A1 gezeigt bereitgestellt sind.
Die Unfallsituation beginnt an Punkt 20 der grafischen Darstellung. In diesem Stadium wurde eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge aus der Aufrollvorrichtung herausgezogen. Dies ist die Sicherheitsgurtlänge, die herausgezogen wird, wenn der Insasse den Sicherheitsgurt in der Position anordnet, die in 1 dargestellt ist. In diesem Beispiel ist diese Sicherheitsgurtlänge die Sicherheitsgurtlänge, die gewöhnlich eingesetzt ist, wenn der Insasse, der von normaler oder typischer Größe ist, bequem in einer aufrechten Position sitzt. Sie ist mit L₀ gekennzeichnet. Wenn ein Unfall oder eine potentielle Unfallsituation durch den Beschleunigungsmesser 13 erfaßt wird, wenn die Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, wird zur Zeit t₀ ein Signal von der Steuereinheit 12 an die Vorspannvorrichtung 9 weitergeleitet, die zum Aufwickeln von Sicherheitsgurt auf die Welle der Aufrollvorrichtung 8 betätigt wird. Die Welle der Aufrollvorrichtung dreht sich daher, und der Sicherheitsgurt wird gegen eine sachte anwachsende Widerstandskraft aufgerollt, die allmählich auf einen Niveau F_p ansteigt, bis der Punkt 21 erreicht ist, an dem der Sicherheitsgurt völlig stramm am Insassen anliegt. Die Gurtlänge, die aus der Aufrollvorrichtung herausgezogen ist, ist nun auf einem Minimum L_m. Die Zeit ist nun t_min. Der Zeitraum zwischen t₀ und t_min, ist a, wie in 3 gezeigt. Dieser Zeitraum stellt die Zeit dar, die die Vorspannvorrichtung zum Vorspannen des Gurts aufwendet. Zu Erklärungszwecken wird angenommen, dass der Unfall, der durch den Beschleunigungssensor 13 erfasst wird, ein anfänglicher Aufprall auf die Fahrbahnkante oder eine Leitplanke ist. Die Verlangsamung des Fahrgestells des Fahrzeugs ist nur sehr gering, und daher bewegt sich der Insasse infolge des Aufpralls auf die Fahrbahnkante oder die Leitplanke um keine merkliche Strecke im Verhältnis zum Fahrgestell nach vorne. Da der Unfall jedoch von dem Beschleunigungssensor erfasst wurde, wurde der Sicherheitsgurt durch die Vorspannvorrichtung vorgespannt, und der Insasse wurde durch die Vorspannvorrichtung im Verhältnis zum Fahrgestell nach hinten gezogen.
Wenn die Vorspannvorrichtung das Einziehen des Gurts beendet hat, lässt die Spannkraft auf den Gurt nach, und auf Grund der Elastizität des Gurts und auch auf Grund der Elastizität der Bekleidung und des Körpers des Insassen wird Gurt ausgezogen. Daher weitet sich nun die Bekleidung des Insassen, die anfänglich während der Vorspannphase zusammengedrückt wurde, wieder auf. Daher erhöht sich die ausgezogene Sicherheitsgurtlänge, während die Spannkraft auf den Sicherheitsgurt nachlässt.
Wenn der Gurt ausgezogen wird, spricht die Blockiervorrichtung der Aufrollvorrichtung an und die Aufrollvorrichtung wird zur Zeit t_lock blockiert, wie an Punkt 22 in 2 gezeigt. Der Zeitraum von t_min bis t_lock weist eine Dauer b auf, wie in 3 gezeigt.
Zum Zeitpunkt t_lock wird die Aufrollvorrichtung durch den Blockiermechanismus blockiert, der zu der Aufrollvorrichtung gehört. Typischerweise könnte t_lock 15 bis 19 ms nach t₀ sein. Der genaue Zeitraum zwischen t₀ und t_lock könnte von Faktoren wie etwa Variationen im Gewicht des Sitzbenutzers oder der Schwere des Unfalls, jedoch hauptsächlich von der spezifischen Auslegung und dem Funktionieren der Vorspannvorrichtung abhängen.
t_lock könnte kurz vor, gleichzeitig mit oder kurz nach dem Hauptaufprall des Unfalls auftreten, der gegenwärtig in Betracht gezogen wird. Während dieses Hauptaufpralls wird das Fahrgestell einer starken Verlangsamung unterworfen, und möglicherweise auch einer Beschleunigung in die Rückwärtsrichtung, besonders wenn der Aufprall ein Zusammenprall mit einem Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit ist, das sich in der entgegengesetzten Richtung fortbewegt.
Während dieser Phase des Unfalls wirkt der Gurt des Sicherheitsgurts zum Verlangsamen des Insassen und möglicherweise zum Beschleunigen des Insassen nach hinten, je nach Bewegung des Fahrgestells. Während dieser Phase wird die Kraft im Gurt erhöht, bis die Kraft das höhere Niveau F₂ erreicht. Wenn die Kraft das höhere Niveau F₂ erreicht, beginnt die Kraftbegrenzungsvorrichtung, Gurt auszugeben.
Die Geschwindigkeit, mit der der Gurt ausgegeben wird, steht im Verhältnis zum Integral der relativen Beschleunigung (a_re1) zwischen dem Fahrgestell und dem Insassen. Die relative Beschleunigung (a_re1) ist die Differenz zwischen der Beschleunigung des Fahrgestells (a_c) und der Beschleunigung des Insassen (a_c). Daher gilt: a_re1 = a_c – a_o
Die Beschleunigung des Fahrgestells ist größer oder gleich der Beschleunigung des Insassen. Die Beschleunigung des Insassen steht im Verhältnis zum Kraftniveau F₂ dividiert durch die Masse des Insassen. Wenn die Masse des Insassen groß ist, kann a_o klein sein, a_re1 kann jedoch groß sein. Daher wird typischerweise für einen schwereren Insassen mit einer höheren Geschwindigkeit Gurt ausgegeben.
Der Zeitraum zwischen t_lock und dem Punkt, an dem die Widerstandskraft F₂ erreicht ist, Punkt 23, wie in der grafischen Darstellung gezeigt, weist eine Dauer c auf, und dieser Zeitraum liegt normalerweise zwischen 10 und 25 ms. Diese Variation der Zeit erfolgt typischerweise auf Grund des Gewichts des Insassen und der genauen Natur des Zusammenstoßimpulses, das heißt des Zeitraums zwischen dem ersten Aufprall und dem Hauptaufprall in der betrachteten Unfallsituation, und außerdem auf Grund des Grads der Verlangsamung oder Rückwärtsbeschleunigung, die auf das Fahrgestell des Fahrzeugs in der jeweiligen Zusammenstoßsituation ausgeübt wird.
Es ist daher zu verstehen, dass der Zeitraum zwischen t_iock und dem Punkt 23, an dem die Kraft F₂ durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung vorgesehen wird, abhängig von den genauen Umständen eine sehr unterschiedliche Dauer aufweisen kann, wobei ein kurzer Zeitraum von 10 ms in einigen Situationen und ein Zeitraum von 100 ms in anderen Situationen auftritt.
Während dieser Phase zwischen t_lock und Punkt 23 bewegt sich der Sitzbenutzer jedoch nur sehr wenig und hauptsächlich auf Grund der Elastizität des Gurtbands des Sicherheitsgurtes nach vorne.
Der Zeitpunkt, zu dem das Kraftniveau der Kraft, die durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung bereitgestellt wird, vom anfänglichen hohen Wert F₂ zu einem niedrigeren Wert Fi verändert wird, kann auf verschiedene Arten bestimmt werden. Um die Kraftbegrenzungsvorrichtung an das Gewicht des Sitzbenützers anpassungsfähig zu machen, sollte die Sicherheitsgurtlänge, die vor dem Ändern des Kraftniveaus ausgegeben wird, für eine schwere Person länger und für eine leichte Person kürzer sein.
Dies könnte erreicht werden, indem das Kraftniveau eine vorgegebene Zeit T₁ nach einer Bezugszeit t_ref2 in Bezug auf Punkt 23 geändert wird, an dem das erste Kraftniveau erreicht ist.
Der Punkt 23 könnte durch den Sensor 14 angezeigt werden, welcher erfasst, wenn die Kraft F₂ erreicht ist.
Der Zeitraum T₁ könnte bei Punkt 23 beginnen. Aber falls eine vorgegebene Länge L₁ vor dem Beginn von T₁ hinzugefügt wird, könnte die absorbierte Energie besser auf eine gewünschte Abhängigkeit zwischen absorbierter Energie und Gewicht des Sitzbenutzers angepasst werden.
Wenn jedoch eine bestimmte Länge L₁ nach Punkt 23 gewünscht ist, dann könnte das Messen dieser Länge jederzeit zwischen t_lock bei 22 und Punkt 23 beginnen. Ein solcher Bezug, T_ref1, könnte in einer Weise, die nun beschrieben wird, gefunden werden.
Während dieser Phase, das heißt während der Bewegungsphase mit elastischem Dehnen des Gurts im Anschluss an das Blockieren der Welle an Punkt 22 und bevor der Sitzbenutzer den Gurt in einem solchen Ausmaß gedehnt hat, dass die volle Widerstandskraft F₂ der Kraftbegrenzungsvorrichtung bei Punkt 23 auftritt, nimmt der Sensor, der die ausgezogene Sicherheitsgurtlänge erfaßt, zur Zeit t_rff eine Bezugsmessung vor und misst oder setzt wirksam eine ausgezogene Bezugssicherheitslänge L_ref1 fest. Diese Bezugslänge wird als Anfangspunkt beim Messen der Länge L₁ des Gurtes, die gegen eine spezifische Widerstandskraft F2 ausgegeben werden soll, verwendet, wie im Folgenden beschrieben.
Der Punkt, an dem die Bezugsmessung vorgenommen wird, ist als Punkt 24 in der grafischen Darstellung von 2 gezeigt. Beim Vornehmen der Messung soll t_ref ein ausgewählter Zeitraum, vorzugsweise innerhalb des Zeitraums von 20 bis 30 ms, nach t₀ sein, um zu gewährleisten, dass sich die Zeit t_ref tatsächlich im Zeitraum c im Anschluss an t_lock befindet, oder alternativ dazu kann die Messung zur Zeit t_ref als Reaktion auf das Blockieren der Welle der Aufrollvorrichtung vorgenommen werden.
Wenn sich der Insasse nach vorne bewegt, nachdem der Punkt 23 in der grafischen Darstellung erreicht ist, kommt es zur Widerstandskraft F₂, wenn das Gurtband des Sicherheitsgurts ausgezogen wird. Dies ist durch die horizontale Linie 25 der grafischen Darstellung gezeigt.
Nachdem eine vorgegebene Länge Li des Sicherheitsgurtes ausgezogen wurde, wie nach der Bezugslänge bemessen, wird Lrefi, so wie bei Punkt L_ref2 in der grafischen Darstellung gezeigt und als L_ch gekennzeichnet, erreicht, wenn die Kraftbegrenzungsvorrichtung 10 nicht länger die hohe Widerstandskraft F₂, sondern die niedrigere Widerstandskraft F₁ bereitstellt, wie an Punkt 27 in der grafischen Darstellung gezeigt. Dies kann man sich als Wechseln vom Torsionsstab zum Torsionsrohr der Anordnung von WO 97/49 583 A1 vorstellen.
Es erfolgt dann eine fortgesetzte Vorwärtsbewegung des Insassen gegen die viel niedrigere Widerstandskraft, wie an Linie 28 gezeigt. In einem typischen Fall wird während dieser Bewegungsphase des Sitzbenutzers außerdem durch einen sich aufblasenden Airbag Energie absorbiert, wie an Linie 29 gestrichelt gezeigt.
Es ist zu verstehen, dass die Änderung des Kraftniveaus der Kraftbegrenzungsvorrichtung auftritt, wenn eine bestimmte Menge Sicherheitsgurt aus der gemessenen Länge L_ref ausgegeben wurde, und sie daher auftritt, wenn eine bestimmte Menge Energie absorbiert wurde.
Die absorbierte Energie steht im Verhältnis zu der herausgezogenen Gurtlänge multipliziert mit der Kraft.
Der Sicherheitsgurt wird herausgezogen, bis eine maximale Ausdehnung L_max erreicht ist, ein Punkt, an dem die gesamte kinetische Energie des Insassen absorbiert ist. L_max ist so ausgewählt, dass die kinetische Energie des Insassen absorbiert ist, bevor der Insasse das Lenkrad oder die Windschutzscheibe tatsächlich erreicht.
Der Übergang von dem hohen Energieabsorptionsgrad F₂ zu dem niedrigen Energieabsorptionsniveau F_i, wie an Punkt 26 und 27 in der grafischen Darstellung gezeigt, ist durchgeführt, wenn eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge L_ch ausgezogen wurde. Diese vorgegebene Sicherheitsgurtlänge wird durch L_x und T₁ bestimmt.
Es ist zu verstehen, dass der Insasse während des letzten Abschnitts des Herausziehens des Sicherheitsgurts zurückgehalten wird, und zwar nicht nur durch den Sicherheitsgurt, sondern auch durch den Airbag, und deshalb bleibt die Geschwindigkeit des Herausziehens des Sicherheitsgurts im Wesentlichen konstant, und die Gesamtverzögerungskraft, die auf den Insassen ausgeübt wird, bleibt im Wesentlichen konstant- 3 zeigt bei 30 gestrichelt die Situation, die vorherrschen würde, wenn sich der Airbag nicht aufblasen würde.
L₁ und T₁ können als Reaktion auf erfasste Zusammenstoßbedingungen angepasst werden, so dass L₁ und T₁ im Verhältnis zur Schwere des Zusammenstoßes stehen, und somit kann die beschriebene Anordnung einen optimalen Effekt bereitstellen. Daher wird die Steuereinheit 12 bestimmen, wann eine vorgegebene Länge (L₁) des Sicherheitsgurtes nach t_ref1 ausgezogen wurde, was sehr kurz nach dem Blockieren der Welle der Aufrollvorrichtung ist, und wird danach einen internen Zeitgeber starten, der einen vorgegebenen Zeitraum (T₁) zeitlich bestimmt, so dass das Steuersignal die Änderung der Widerstandskraft vom höheren Grad F₂ zum niedrigeren Grad F₁ auslöst.
4 zeigt für eine bestimmte Schwere des Zusammenstoßes die von der Welle der Aufrollvorrichtung herausgezogene Sicherheitsgurtlänge, die in Abhängigkeit von der Zeit grafisch dargestellt ist, und in Entsprechung zum unteren Teil von 3, wobei jedoch Alternativen für unterschiedliche Gewichte von Insassen dargestellt werden. Die Länge des aus der Aufrollvorrichtung herausgezogenen J*-Sicherheitsgurtes fällt nach dem Beginn des Unfalls bei to bei Punkt 20 in der grafischen Darstellung. Bei Punkt 21 liegt der Sicherheitsgurt vollkommen stramm am Fahrzeuginsassen, wobei der Zeitraum mit der Dauer a zu Ende geht und der Zeitraum mit der Dauer b beginnt. Während dieses Zeitraums kann sich der Insasse im Sitz leicht nach vorne bewegen, und der Zeitraum endet bei Punkt 22 in der grafischen Darstellung, wenn die Welle der Aufrollvorrichtung bei t_lock sperrt. Während des Zeitraums nach t_lock wird der Insasse weiterhin nach vorne gedrückt, wobei auf das Gurtband gegen eine Rückhaltekraft, die während des Zeitraums, der eine Dauer c aufweist, ansteigt, Spannung ausgeübt wird. Dieser Zeitraum ist für eine schwere Person relativ kurz, so wie durch Linie 30 beispielhaft dargestellt, wobei der Zeitraum bei ungefähr 10 ms liegt, da die hohe Rückhaltekraft schnell nach dem Blockieren der Aufrollvorrichtung erreicht wird. Der Zeitraum c für die schwere Person, dargestellt durch Linie 30, endet wie durch Linie 40 gezeigt, und danach wird der Sicherheitsgurt gegen die Rückhaltekraft F₂ herausgezogen, und dieser Zeitraum ist als C_min gekennzeichnet. Die Linie 50 zeigt die gewünschte Länge L_ch für eine schwere Person.
Wenn man nun das Beispiel einer leichten Person betrachtet, wie durch Linie 34 dargestellt, ist ersichtlich, dass der Zeitraum, der die Dauer c hat, relativ lang ist, und erst beim Punkt endet, der durch die Linie 44 angezeigt ist. Dieser Zeitraum ist als C_max gekennzeichnet. Die Linie 54 zeigt die gewünschte Länge L_ch für eine leichte Person.
Der Zeitpunkt, zu dem die Kraftbegrenzungsvorrichtung die Kraft F₂ bereitstellt, kann zu jeglichem Zeitpunkt während des Zeitraums t_p erfolgen, welcher der Zeitraum zwischen dem Ende von C_min und dem Ende von C_max ist, und er hängt von verschiedenen Parametern ab, einschließlich des Gewichts des Sitzbenutzers.
Es ist ersichtlich, dass, wenn die Zeit zwischen dem Punkt, an dem eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge L₁ nach L_ref herausgezogen wurde, bis die Linie, die die gewünschte Länge L_ch darstellt, erreicht ist, die Zeit in jedem Falle dieselbe ist, nämlich T₁. Es ist außerdem ersichtlich, dass derselbe Effekt für Insassen mit abnehmendem Gewicht zu beobachten ist, wie nacheinander durch Linien 31, 32 und 33 angezeigt. Die gewünschte Länge L_ch für jedes Beispiel ist durch die Linie 60 verbunden dargestellt.
Daher ist zumindest in einer guten Annäherung die Länge L_ch erreicht, nachdem eine erste vorgegebene Sicherheitsgurtlänge Li herausgezogen wurde und eine weitere Gurtlänge während eines Zeitraums T₁ herausgezogen wurde. Infolgedessen ist es durch Bestimmen, wann die Sicherheitsgurtlänge L₁ herausgezogen worden ist, mittels Bestimmen von t_ref1 und anschließendem Messen der Sicherheitsgurtlänge, so wie diese aus der Aufrollvorrichtung herausgezogen ist, und dann Messen der Zeit T₁ zum Erzeugen des Steuersignals zum Ausführen der Änderung der Widerstandskraft nicht notwendig, irgendwelche Messungen irgendwelcher Parameter des Insassen bezüglich der Größe des Insassen vorzunehmen, wodurch die Anzahl der Sensoren, die bereitzustellen sind, minimiert wird.
Die Auszugsgeschwindigkeit ist bei einem schwereren Zusammenstoß höher, wodurch sich das System an die Schwere des Zusammenstoßes anpasst. Wenn eine ausgewählte Anpassungsfähigkeit für Gewicht und Schwere des Zusammenstoßes gewünscht ist, können die genauen Werte von L₁ und T₁ in Abhängigkeit von der erfassten Schwere des Zusammenstoßes variiert werden.
Während Ausführungsformen offenbart wurden, in denen der Grad der Kraftbegrenzung zwischen zwei diskreten Niveaus verändert werden kann, ist zu verstehen, dass der Kraftbegrenzungsgrad zwischen einer Vielzahl an diskreten Niveaus geändert werden kann. Es ist zweckmäßig, dass der Kraftbegrenzungsgrad, der tatsächlich durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung angezeigt wird, als eine Funktion der Schwere des Zusammenstoßes bestimmt werden kann. So kann bei einem sehr schweren Unfall ein anfänglicher Kraftbegrenzungsgrad angenommen werden, der ein sehr hohes Niveau aufweist, das durch gleichzeitige Verwendung der Torsionsstange und des Torsionsrohrs von WO 97/49 583 A1 visualisiert werden kann.
In dem angeführten Beispiel kann daher ein Sitzbenutzer als „leicht”, „normal” oder „schwer” eingeschätzt werden, und die beschriebene Anordnung funktioniert dann in der geeigneten Art und Weise.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „umfasst” „beinhaltet oder besteht aus” und „umfassend” „beinhaltend oder bestehend aus”.

Claims

Sicherheitsgurtanordnung zum Gebrauch in einem Kraftfahrzeug, wobei die Sicherheitsgurtanordnung einen mit einem Ende mit einer Aufrollvorrichtung verbundenen Sicherheitsgurt, einen ein die Menge des aus der Aufrollvorrichtung ausgezogenen Sicherheitsgurtes darstellendes Signal erzeugenden Sensor, eine der Aufrollvorrichtung zugeordnete und einen Gurtbandauslass mit einem variablen Kraftbegrenzungseffekt zulassende Kraftbegrenzungseinrichtung, ferner Mittel zum Ändern des durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung ausgeübten Kraftniveaus zwischen einem ersten Niveau an Widerstandskraft und einem zweiten Niveau an Widerstandskraft und schließlich eine ein die das Kraftniveau ändernden Mittel steuerndes Ausgangssignal erzeugende Steuereinheit umfasst, wobei die Anordnung einen Bezugspunkt bestimmt, entweder durch Messen einer Zeitdauer nach dem Erfassen eines vorgegebenen Parameters in Bezug auf einen Zusammenstoß und anschließendes Bestimmen, wann eine spezifische Sicherheitsgurtlänge ausgegeben worden ist, oder durch Erfassen, wann das erste Niveau an Widerstandskraft durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung bereitgestellt ist und/oder anschließendes Bestimmen, wann eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge ausgegeben worden ist, und – nachdem der Bezugspunkt bestimmt worden ist – Messen einer vorgegebenen Zeitdauer, nachdem der Bezugspunkt erreicht worden ist, bevor das Ausgangssignal erzeugt ist, wobei auf einen ausgewählten Parameter reagierende Mittel bereitgestellt sind, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an welchem die Kraftbegrenzungsvorrichtung beginnt, das erste Niveau an Widerstandkraft bereitzustellen.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittel auf die im Sicherheitsgurt vorhandene Spannung als Parameter reagieren.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittel auf eine vorgegebene Bewegung von Bestandteilen in der Kraftbegrenzungsvorrichtung als Parameter reagieren.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 3, wobei die Kraftbegrenzungsvorrichtung eine Kraftbegrenzungsvorrichtung mit Torsionselement ist und die Bestimmungsmittel festlegen, wann ein Torsionselement in der Kraftbegrenzungsvorrichtung nachgibt.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittel auf eine vorgegebene Auszugsgeschwindigkeit des Sicherheitsgurtes als Parameter reagieren.
Sicherheitsgurtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Bezugspunktes erfolgt, indem erfasst wird, wann das erste Niveau an Widerstandskraft durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung ausgeübt wird, und durch anschließendes Bestimmen, wann eine vorgegebene Sicherheitsgurtlänge ausgezogen worden ist.
Sicherheitsgurtanordnung nach Anspruch 6, wobei ein Sensor bereitgestellt ist, um die Schwere des Zusammenstoßes zu bestimmen, und das Ausmaß der vorgegebenen Sicherheitsgurtlänge in Abhängigkeit der erfassten Schwere des Zusammenstoßes ausgewählt ist.
Sicherheitsgurtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sensor bereitgestellt ist, um die Schwere des Zusammenstoßes zu bestimmen, und das Ausmaß der vorgegebenen Zeitdauer in Abhängigkeit von der erfassten Schwere des Zusammenstoßes ausgewählt ist.
Sicherheitsgurtanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Aufrollvorrichtung eine Vorspannvorrichtung beinhaltet.