DE10052112A1 - Insassenrückhaltevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Insassenrückhaltevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Sicherheitsgurt (4), einer Aufwickeleinrichtung (2) zum Aufwickeln des Sicherheitsgurtes (4) sowie einem Gurtstraffer mit einem mit der Aufwickeleinrichtung (2) koppelbaren elektromotorischen Antrieb (10, 16). Um ohne Verzicht auf die Vorteile eines elektromotorischen Strafferantriebs ausreichend große Kräfte ausreichend schnell in den Sicherheitsgurt (4) einzuleiten, so dass auch schwere Insassen sicher gehalten werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Gurtstraffer neben dem elektromotorischen Antrieb (10, 16) auch einen pyrotechnischen Antrieb (32) umfasst, und dass die beiden Antriebe (32; 10, 16) wahlweise mit der Aufwickelvorrichtung (2) koppelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Insassenrückhaltevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Sicherheitsgurt, einer Aufwickeleinrichtung zum Aufwickeln des Sicherheitsgurtes, sowie einem Gurtstraffer mit einem mit der Aufwickeleinrichtung koppelbaren elektromotorischen Antrieb.

Zur Straffung von Sicherheitsgurten sind im Stand der Technik vor allem zwei Typen von Gurtstraffern bekannt, nämlich solche mit einem elektromotorischen Antrieb und solche mit einem pyrotechnischen Antrieb. Während der Vorteil von Gurtstraffern mit einem pyrotechnischen Antrieb vor allem in einer geringeren Ansprechzeit und einer auch für schwere Fahrzeuginsassen ausreichenden größeren Rückhaltekraft besteht, ist die Gurtzugkraft von Gurtstraffern mit elektromotorischem Antrieb reversibel veränderbar und besser steuerbar, so dass es möglich ist, den Gurtstraffer nicht nur zum Straffen des Gurtes im Crashfall sondern auch zur Vorstraffung bei einer Vollbremsung sowie ggf. zur Einstellung einer nutzerdefinierten Gurtkraft zur Verbesserung des Tragekomforts im Fahrbetrieb zu benutzen.

Eine zu diesem Zweck genutzte Insassenrückhaltevorrichtung mit elektromotorischem Antrieb ist zum Beispiel aus der EP 0 893 313 A2 bekannt. Der Gurtstraffer besteht dort im wesentlichen aus einem in seinen beiden Drehrichtungen mit einer Aufwickelwelle der Aufwickeleinrichtung koppelbaren Elektromotor sowie einem zwischen der Aufwickelwelle und dem Motor angeordneten Getriebe, das in Abhängigkeit von Sensorsignalen in unterschiedliche Getriebeschaltstellungen für einen Gurttragekomfort, eine vom Gurt ausgeübte begrenzte Rückhaltekraft und eine Gurtstraffung steuerbar ist. Jedoch lassen sich im Crashfall keine ausreichenden Gurtkräfte schnell genug in den Sicherheitsgurt übertragen, um auch bei schweren Insassen für eine ausreichende Rückhaltewirkung zu sorgen.

Weiter ist aus der DE 43 32 205 C2 ein Sicherheitsgurtsystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen mit der Aufwickeleinrichtung verbundenen Gurtvorstraffer und einen mit dem Gurtschloss verbundenen Gurtstraffer umfasst, die bei Überschreitung einer Geschwindigkeitsänderung unterhalb bzw. oberhalb eines kritischen Wertes aktiviert werden. Während der Gurtvorstraffer einen elektromotorischen Antrieb aufweist, finden sich zum Antrieb des Gurtstraffers keine näheren Angaben. Außerdem hat eine Anordnung des Gurtstraffers am Gurtschloss den Nachteil, dass das gesamte Gurtschloss zum Straffen verschoben werden muss, wodurch ein nicht unerheblicher konstruktiver Aufwand verursacht wird.

Aus der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 100 01 312.0 der Anmelderin ist weiter bereits ein Gurtstraffer für ein Fahrzeug mit mehreren, mit Sicherheitsgurten ausgestatteten Sitzen bekannt, der zentral im Fahrzeug angeordnet ist und einen elektromotorischen Antrieb sowie eine mit mindestens zwei der Sicherheitsgurte verbindbare Straffereinheit umfasst. Bei einer Aktivierung des Antriebs bewirkt die Straffereinheit eine reversible Vorstraffung der Sicherheitsgurte, die daneben jeweils einzeln mit zusätzlichen pyrotechnischen Gurtstraffern zur vollständigen Straffung der Sicherheitsgurte versehen sein können.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Insassenrückhaltevorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich die oben genannten Nachteile von Gurtstraffern mit pyrotechnischem bzw. elektromotorischem Antrieb vermeiden lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Gurtstraffer außer dem elektromotorischen Antrieb auch noch einen pyrotechnischen Antrieb umfasst, wobei die beiden Antriebe wahlweise mit der Aufwickelvorrichtung und vorzugsweise mit deren Aufwickelwelle koppelbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination können die jeweiligen Vorteile eines elektromotorischen bzw. eines pyrotechnischen Antriebs ausgenutzt werden, indem der zuerst genannte Antrieb immer dann mit der Aufwickelwelle gekoppelt wird, wenn der Gurt mit einer verhältnismäßig geringen Zugkraft reversibel gestrafft werden soll, vor allem dann, wenn der Gurt in einer Pre-Crash-Situation, zum Beispiel bei einer Vollbremsung vorgestrafft werden soll, oder bei einem Crash nach einem ersten Aufprall zur Vorbeugung gegen einen nachfolgenden weiteren Aufprall eine beim ersten Aufprall ausgezogene Gurtlänge wieder aufgewickelt werden soll, um die Gurtlose aus dem System zu nehmen. Weiter kann der elektromotorische Antrieb ggf. verwendet werden, um während des Fahrbetriebs durch Einstellung einer steuerbaren Gurtzugkraft den Tragekomfort des Gurtes zu verbessern. Demgegenüber wird der zuletzt genannte pyrotechnische Antrieb nur im Fall einer tatsächlichen Crash-Situation mit der Aufwickelwelle gekoppelt, wenn eine große Rückhaltekraft mit geringer Zeitverzögerung bereitgestellt werden soll.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Sicherheitsgurt- Aufwickeleinrichtung einer erfindungsgemäßen Insassenrückhaltevorrichtung mit einem Gurtstraffer, der einen pyrotechnischen und einen elektromotorischen Antrieb aufweist.

Die in der Zeichnung dargestellte Aufwickeleinrichtung 2 für einen Sicherheitsgurt 4 eines Personenkraftwagens umfasst wie herkömmliche Aufwickeleinrichtungen eine drehbare Aufwickelwelle 6, auf die das eine Ende des Sicherheitsgurtes 4 aufgewickelt ist, die innerhalb einer ortsfesten Gurtkassette (nicht dargestellt) angeordnet ist und die sich zum Gebrauch von der Aufwickelwelle 6 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder eines Aufrollmechanismus abziehen lässt, der wie bei herkömmlichen Aufwickeleinrichtungen zusammen mit einem Blockiermechanismus (in der Zeichnung zusammen mit dem Gurtaufrollmechanismus bei 8 schematisch dargestellt) an einer Stirnseite der Aufwickelwelle 6 angeordnet ist und bei einer ruckartigen Belastung des Sicherheitsgurtes 4 die Aufwickelwelle 6 blockiert, um ein weiteres Abziehen des Sicherheitsgurtes 4 zu verhindern.

Im Unterschied zu den meisten herkömmlichen Aufwickeleinrichtungen wird die Aufwickelwelle 6 von einem drehbaren äußeren Rotor 10 eines Elektromotors gebildet, der über zwei Lager 12, 14 drehbar auf einem ortsfesten inneren Stator 16 des Motors gelagert ist. Die Aufwickelwelle 6 kann so zusätzlich zum Drehmoment der Rückstellfeder durch Stromzufuhr zu den Statorwicklungen (nicht dargestellt) mit einem von der Stromstärke abhängigen Drehmoment beaufschlagt werden, um sie um ihre horizontale Drehachse 18 zu drehen und den Gurt 4 zu straffen, oder diesen ggf. auch durch Umpolung der Stromzufuhr entgegen der Kraft der Rückstellfeder zu lockern.

Der Stator 16 ist in seinem Inneren mit einem geschlossenen, im wesentlichen zylindrischen Hohlraum 20 versehen, in dem ein mit einer axialen Spindelbohrung versehener Kolben 22 auf einer Gewindespindel 24 axial verschiebbar ist, wobei seine Drehung in Bezug zum Stator 16 durch Axialführungen 26 verhindert wird. Die Spindel 24 ist über zwei Lager 28, 30 drehbar im Stator 16 gelagert, so dass sie bei einer axialen Verschiebung des Kolbens 22 in Drehung versetzt wird.

Um den Kolben 22 innerhalb des Hohlraums 20 zu verschieben und dadurch die Spindel 24 zu drehen, kann ein Druckgas aus einem pyrotechnischen Gasgenerator 32 durch eine axiale Bohrung 34 in einer Stirnwand 36 des Hohlraums 20 zwischen diese und eine der Stirnwand 36 zugewandte erste Stirnseite 38 des Kolbens 22 zugeführt werden. Die Zündung des Gasgenerators 32 wird vorzugsweise ebenso wie die Stromzufuhr zu den Statorwicklungen und die Zündung eines ebenfalls zur Rückhaltevorrichtung gehörigen Airbags (nicht dargestellt) von einer Airbag-Steuerung (nicht dargestellt) gesteuert, welche diese in Abhängigkeit von einer durch Sensoren (nicht dargestellt) ermittelten Pre-Crash- oder Crash-Situation aktiviert.

An der zum Aufroll- und Blockiermechanismus 8 entgegengesetzten Stirnseite der Aufwickeleinrichtung 2 ist eine Kupplungsscheibe 40 auf dem nach außen über den Stator 16 überstehenden Ende der Spindel 24 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 42 axial verschiebbar und drehfest auf dem Spindelende montiert. Solange sich der Kolben 22 in seiner in der Figur dargestellten Ruhestellung befindet, wird die Kupplungsscheibe 40 von der Feder 42 im Abstand vom Rotor 10 gehalten, so dass an ihrem äußeren Umfang dem Rotor 10 gegenüberliegend angebrachte Kupplungselemente 44 nicht mit entsprechenden Kupplungselementen 46 des Rotors 10 in Eingriff treten und sich der Rotor 10 frei, d. h. unabhängig von der Spindel 24, auf dem Stator 16 drehen kann.

Ein hinter der Kupplungsscheibe 40 angeordneter Hohlraum 48 ist über eine Gasleitung 50 mit dem Gasgenerator 32 verbunden, so dass er bei der Zündung des Gasgenerators 32 mit Druckgas beaufschlagt wird, wodurch die Kupplungselemente 44, 46 entgegen der Kraft der Feder in Eingriff gebracht werden. Durch die dadurch bewirkte Kopplung der Spindel 24 und des Rotors 10 dreht sich die Aufwickelwelle 6 mit der Spindel 24 mit und strafft dadurch den Sicherheitsgurt 4.

Um den Sicherheitsgurt 4 nach seiner Straffung gesteuert zu entlasten, sobald ein vom Sicherheitsgurt 4 gehaltener Fahrzeuginsasse ausreichend stark vom Airbag der Insassenrückhaltevorrichtung abgestützt wird, so dass eine übermäßige Belastung des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen vermieden wird, ist der Hohlraum 20 im Stator 16 in der Nähe der zur Stirnwand 36 entgegengesetzten Stirnwand 54 durch eine Bohrung 56 mit einem weiteren Gasgenerator 58 verbunden. Dieser wird von der Airbag-Steuerung gezündet, sobald der Airbag vollständig aufgeblasen ist. Durch das aus dem Gasgenerator 58 stammende Druckgas wird der Kolben 22 in seine Ausgangslage zurückgedrückt und dadurch die Spindel 24 mit entgegengesetzter Drehrichtung wie beim Straffen gedreht. Der Treibsatz 58 ist durch eine Gasleitung 52 ebenfalls mit dem hinter der Kupplungsscheibe 40 angeordneten Hohlraum 48 verbunden, so dass die Rückwärtsdrehung der Spindel 24 auf die Aufwickelwelle 6 übertragen und der Sicherheitsgurt 4 dadurch gelockert wird.

Da für die Rückführung des Kolbens 22 in die Ausgangslage ein größerer Zeitraum zur Verfügung steht, kann dafür an Stelle des pyrotechnischen Gasgenerators 58 auch ein Elektromotor verwendet werden, vorzugsweise der vom Rotor 10 und vom Stator 16 gebildete Elektromotor, dessen Rotor 10 drehfest mit der Spindel 24 gekoppelt und angetrieben wird. Die drehfeste Kopplung des Rotors 10 mit der Spindel 24 kann ähnlich wie oben beschrieben durch eine Kupplung erfolgen, die jedoch in diesem Fall vorzugsweise elektromagnetisch eingerückt wird.

Um zu erreichen, dass beim Lockern des Sicherheitsgurtes 4 nur der Schultergurt gelockert wird, während der Beckengurt gestrafft bleibt, um den Fahrzeuginsassen im Sitz festzuhalten, kann die Insassenrückhaltevorrichtung eine Klemmvorrichtung (nicht dargestellt) umfassen, die vor dem Zurückführen des Kolbens 22 in die Ausgangslage aktiviert wird und den Sicherheitsgurt 4 in der Gurtumlenkung zwischen Becken- und Schultergurt festklemmt.

Zur Begrenzung des durch die Kolbenbewegung auf den Sicherheitsgurt 4 ausgeübten Drehmoments und damit der bei der Gurtstraffung vom Sicherheitsgurt 4 auf den Insassen ausgeübten Rückhalte- oder Rückzugskraft, sowie zur Begrenzung der beim Kolbenrücklauf von diesem auf den Stator 16 ausgeübten Anschlagkräfte sind die Bohrungen 34, 56 mit der Umgebung über ein Druckventil 60 verbunden, das sich bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks öffnet. Das Druckventil 60 kann als einstellbares und/oder steuerbares Druckventil 60 ausgebildet werden, das eine Einstellung und/oder eine automatische Steuerung des vorbestimmten Drucks gestattet, die letztere zum Beispiel in Abhängigkeit von einem durch Sensoren gemessenen Gewicht eines Fahrzeuginsassen oder in Abhängigkeit von der Schwere des Unfalls. Durch das Druckventil 60 wird auch aus dem Hohlraum 20 das Gas abgeführt, das sich auf der entgegengesetzten Stirnseite des Kolbens 22 befindet, wenn dieser aus dem Gasgenerator 32 oder 58 mit Druckgas beaufschlagt wird.

Um im Falle einer Multikollision des Fahrzeugs eine mehrmalige reversible Straffung des Sicherheitsgurtes 4 zu ermöglichen, können die beiden Gasgeneratoren 32, 58 jeweils mehrere Treibladungen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e bzw. 58a, 58b, 58c, 58d 58e umfassen, die nacheinander abwechselnd von der Airbag-Steuerung gezündet werden, wenn der Gurt 4 gestrafft bzw. entlastet werden soll. Nach jeder Entlastung des Gurtes 4 infolge eines Kolbenrücklaufs im Stator 16 wird jedoch immer der Rotor 10 durch Stromzufuhr zu den Statorwicklungen in Aufwickelrichtung angetrieben, um vor einer ggf. erforderlich werdenden erneuten Straffung des Gurtes 4 den beim Crash ausgezogenen Gurt 4 wieder einzuziehen und die Gurtlose aus dem System zu nehmen. Die endgültige Straffung des Gurtes 4 beim Crash erfolgt jedoch immer durch Zündung des pyrotechnischen Gasgenerators 32, der allerdings durch einen entsprechenden Aufbau seiner Treibladungen für eine "weiche" Straffung sorgen kann. Demgegenüber wird der vom Rotor 10 und vom Stator 16 gebildete elektromotorische Antrieb der Aufwickeleinrichtung 2 außer zur Vorstraffung des Sicherheitsgurtes 2 in einer Pre- Crash-Situation, zum Beispiel bei einer Vollbremsung, verwendet, um für den Fall einer Multikollision vor einem weiteren Aufprall des Fahrzeugs den beim vorherigen Aufprall von der Aufwickelwelle abgezogenen Gurt 4 wieder aufzuwickeln und die Gurtlose aus dem System zu nehmen. Weiter kann der elektromotorische Antrieb eingesetzt werden, um im Fahrbetrieb eine gewünschte Gurtkraft einzustellen oder aufrechtzuerhalten, um so den Tragekomfort des Sicherheitsgurtes zu verbessern.

Claims (15)

1. Insassenrückhaltevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Sicherheitsgurt, einer Aufwickeleinrichtung zum Aufwickeln des Sicherheitsgurtes, sowie einem Gurtstraffer mit einem mit der Aufwickeleinrichtung koppelbaren elektromotorischen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtstraffer einen pyrotechnischen Antrieb (32) umfasst, und dass die beiden Antriebe (32; 10, 16) wahlweise mit der Aufwickelvorrichtung (2) koppelbar sind.

2. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom pyrotechnischen Antrieb (32) auf die Aufwickelvorrichtung (2) übertragbaren Drehmomente die vom elektromotorischen Antrieb (10, 16) darauf übertragbaren Drehmomente übersteigen.

3. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrotechnische Antrieb (32) über ein reversibles Stellglied (22) auf eine Aufwickelwelle (6) der Aufwickelvorrichtung (2) einwirkt.

4. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (22) pyrotechnisch oder elektromotorisch in die Ausgangsposition zurück bewegbar ist.

5. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (22) von einem Kolben (22) gebildet wird, der auf einer Gewindespindel (24) axial verschiebbar ist und aus dem pyrotechnischen Antrieb (32) mit Druckgas beaufschlagbar ist.

6. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel koaxial zu einer Drehachse der Aufwickelwelle (6) angeordnet ist.

7. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine zwischen der Aufwickelwelle (6) und dem Stellglied (22) angeordnete Kupplung (40, 42, 44).

8. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (40, 42, 44) durch Druckgas aus dem pyrotechnischen Antrieb (32) einrückbar ist.

9. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis. 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb einen ortsfesten Stator (16) und einen drehfest mit der Aufwickelwelle (6) verbundenen Rotor (10) umfasst.

10. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrotechnische Antrieb (32) eine Mehrzahl von pyrotechnischen Treibladungen (32a, 32b, 32c, 32d, 32e) umfasst, die einzeln aktivierbar sind.

11. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens eine Kraftbegrenzungseinrichtung (60) zur Begrenzung der vom pyrotechnischen Antrieb (32) auf den Sicherheitsgurt (4) aufgebrachten Zugkraft.

12. Verwendung einer Rückhaltevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (10, 16) aktiviert wird, um den Sicherheitsgurt (4) vorzustraffen und/oder um den bei einem Crash teilweise ausgezogenen Sicherheitsgurt (4) wieder einzuziehen, während der pyrotechnische Antrieb aktiviert wird, um den Sicherheitsgurt (4) in einer tatsächlichen Crash-Situation zu straffen.

13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schultergurt-Abschnitt des Sicherheitsgurtes (4) bei einem Crash freigegeben wird, sobald ein Fahrzeuginsasse von einem Frontairbag seines Insassenrückhaltesystems abgestützt wird, während ein Beckengurt-Abschnitt des Sicherheitsgurtes (4) gestrafft gehalten wird.

14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (10, 16) weiter im Fahrbetrieb aktiviert wird, um zur Erhöhung des Tragekomforts des Sicherheitsgurtes (4) eine gewünschte Gurtzugkraft einzustellen oder aufrechtzuerhalten.

15. Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (10, 16) benutzt wird, um ein Stellglied (22) des pyrotechnischen Antriebs (32) in die Ausgangsposition zurück zu bewegen.