DE102005052265A1

DE102005052265A1 - Verfahren zur Gurtbandabbremsung in einem Sicherheitsgurtsystem und Steuereinheit für ein solches Sicherheitsgurtsystem

Info

Publication number: DE102005052265A1
Application number: DE200510052265
Authority: DE
Inventors: Daniel LÜDICKE; Akos Semsey
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbremsung einer Bewegung eines Gurtbandes (16) eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems (1, 112) für ein Fahrzeug (100), wobei die Abbremsung derart geregelt wird, dass ein durch das Sicherheitsgurtsystem gesicherter Insasse (102) des Fahrzeugs (100) entsprechend einer in bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung (116) vorzugebenden Kennlinie abgebremst und auf einer innerhalb des Fahrzeugs (100) festzulegenden Wegstrecke vollständig abgebremst wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Steuereinheit und ein Fahrzeug mit einer solchen Steuereinheit. Die Erfindung erlaubt die Abbremsung eines Fahrzeuginsassen mit möglichst geringer Belastung und Verletzungsgefahr.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbremsung einer Bewegung eines Gurtbandes eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems für ein Kraftfahrzeug sowie eine Steuereinheit für ein solches Sicherheitsgurtsystem. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Implementierung des genannten Verfahrens.

Bisher zum Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehene Sicherheitsgurtsysteme weisen üblicherweise eine drehbare Gurtrolle, auf die ein Gurtband gewickelt ist, sowie einen beispielsweise in Form einer Klinken-, Fliehkraft- oder Trägheitsvorrichtung ausgebildeten Mechanismus auf, der im Crashfall für eine Blockierung der Gurtrolle und somit für eine Abbremsung einer Abwickelbewegung des Gurtbandes von der Gurtrolle sorgt. Darüber hinaus können derartige Systeme optional mit einem an der Gurtrolle oder einem Gurtschloss angebrachten Gurtstraffer ausgestattet sein, der das Gurtband unmittelbar vor einem Crash am Körper eines Fahrzeuginsassen stramm zieht. Um durch das Sicherheitsgurtsystem verursachten Verletzungen vorzubeugen, ist üblicherweise ferner ein Gurtkraftbegrenzer vorgesehen, der die von dem Gurtband auf den Fahrzeuginsassen aufgebrachte Krafteinwirkung, beispielsweise durch eine Verformung eines Torsionsstabes ab einer bestimmten Gurtkraft, begrenzt.

Bei Vorhandensein eines Gurtstraffers wird, wenn ein Fahrzeugassistenzsystem oder ein Crashsensor eine bevorstehende Crashsituation erfasst, ein entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit geleitet, die daraufhin einen Betätigungsmechanismus des Gurtstraffers ansteuert. Als Betätigungsmechanismen für den Gurtstraffer kommen mechanische Sys teme, pyrotechnische Systeme sowie hochdynamische Elektromotoren einsetzende reversible Betätigungssysteme zum Einsatz.

Die Auslösung des im Crashfall für eine Blockierung der Gurtrolle sorgenden Blockiermechanismus kann wiederum entweder mechanisch oder elektronisch durch eine elektronische Steuereinheit, beispielsweise in Reaktion auf ein entsprechendes Signal eines Beschleunigungs- oder Fliehkraftsensors bewirkt werden. Nach Auslösen des Blockiermechanismus wird der Krafteinfluss in dem Sicherheitsgurtsystem über einen Torsionsstab geleitet, der sich, wie oben erwähnt, ab einer vorbestimmten Gurtlast verformt und somit die vom Gurtband auf den Fahrzeuginsassen aufgebrachte Krafteinwirkung begrenzt. Solche Torsionsstäbe werden üblicherweise speziell für einen Fahrzeugtyp konstruiert und gefertigt. Bei diesen bekannten Sicherheitsgurtsystemen wird demnach ein Gurtkraftniveau festgelegt, ab dem eine Verformung des Torsionsstabes und somit eine Gurtkraftbegrenzung möglich ist. Es lassen sich nur maximal zwei unterschiedliche Kraftniveaus einstellen, wobei hierfür verschiedene Techniken entwickelt wurden, die wiederum rein mechanisch arbeiten. Beispielsweise existieren mechanische Schaltungen (pyrotechnisch aktuiert), die ein einmaliges, nicht reversibles Umschalten zwischen zwei Kraftniveaus erlauben. Es besteht folglich bei diesen Systemen die Notwendigkeit, das oder die Gurtkraftniveau(s) für eine Verformung des Torsionsstabs bereits bei der Konstruktion des Systems festzulegen. Dabei wird üblicherweise auf Durchschnittswerte für Größe und Gewicht eines Fahrzeuginsassen, die Sitzposition, die Fahr- und Crashsituation etc. zurückgegriffen.

Es besteht infolgedessen die Gefahr, dass beispielsweise bei sehr leichtgewichtigen Fahrzeuginsassen im Crashfall das Gurtkraftniveau für eine ausreichende Verformung des Torsionsstabs nicht erreicht wird. Dies führt zu einer überhöhten Krafteinwirkung des Gurtes mit der Folge einer gesteigerten Verletzungsgefahr des Kopf- und Brustbereichs. Umgekehrt kann beispielsweise bei schwergewichtigen Fahrzeuginsassen die Abbremswirkung des Gurtsystems ungenügend sein, so dass das Ri siko besteht, dass diese Personen bei einem Crash auf das Lenkrad aufprallen.

Darüber hinaus sind diese Systeme nicht in der Lage, auf eine Veränderung anderer Parameter, wie z. B. eine Fehlposition eines Fahrzeuginsassen ("Out of Position") oder spezifische Fahr- oder Crashsituationen zu reagieren.

In der vorangemeldeten, zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 041 101.0 der Anmelderin ist daher ein adaptives Sicherheitsgurtsystem vorgeschlagen, das eine individuelle Steuerung der im Crashfall von dem Gurtband auf einen Fahrzeuginsassen aufgebrachten Krafteinwirkung ermöglicht. Dieses Sicherheitsgurtsystem umfasst eine durch einen Aktuator (Elektromotor) betätigbare Bremsanordnung zur Abbremsung einer Bewegung des Gurtbands. Diese Bremsanordnung ist mit einer Anordnung zur Selbstverstärkung der vom Aktuator erzeugten Betätigungskraft ausgestattet. Weiterhin ist der Aktuator mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden, die dazu eingerichtet ist, den Aktuator in Abhängigkeit mindestens eines insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters zu steuern. Solche Parameter stellen beispielsweise das Gewicht eines Insassen, die Sitzposition des Insassen, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einen Crashpuls bei einem Crash oder die Umgebungssituation charakterisierende Parameter (z. B. Temperatur, Straßenbeschaffenheit, Beschaffenheit eines Hindernisses) dar. In Abhängigkeit von einem oder mehreren dieser Parameter ermittelt die elektronische Steuereinheit beispielsweise eine zeitabhängige Sollkennlinie, gemäß derer der Vorgang der Abbremsung der Abwickelbewegung des Gurtbandes von der Gurtrolle gesteuert wird.

Dieses vorgeschlagene adaptive Sicherheitsgurtsystem beschränkt sich auf die Berücksichtigung insassenspezifischer und situationsspezifischer Parameter. Nicht berücksichtigt werden die bei einem Crash auftretenden, sich überlagernden Beschleunigungen, nämlich die (negative) Beschleunigung des Fahrzeugs und die (negative) Beschleunigung des im Fahrzeug befindlichen Insassen. Während eines Crashs zeigt die Knautschzone des Fahrzeugs ein unregelmäßiges Widerstandsverhalten, so dass die Fahrgastzelle stark schwankenden Beschleunigungen ausgesetzt ist, also unregelmäßig beschleunigt wird. Beispielsweise würde bei einem Frontalcrash zuerst die Stoßstange den Crash-Impuls aufnehmen, der sich dann über Karosseriebauteile und den Motor weiterleitet, woraus stark schwankende Beschleunigungen resultieren. Bei einer statischen Ankopplung des Insassen an die Fahrgastzelle oder einem konstanten Gurtbandauszug würde der Insasse ähnliche unregelmäßige Beschleunigungen erfahren wie die Fahrgastzelle. Eine unregelmäßige Beschleunigung wird einen unregelmäßigen Kraftverlauf zur Folge haben, der auf die Insassen wirkt. Hohe und stark schwankende Kraftniveaus führen zu erhöhten Verletzungsgefahren bei den Insassen und zu einem nicht optimalen Energieabbau.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, bei einem adaptiven Sicherheitsgurtsystem die Abbremsung der Gurtbandbewegung derart zu gestalten, dass ein Fahrzeuginsasse besser als bisher bei einem Crash geschützt ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Abbremsung einer Bewegung eines Gurtbandes eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch die Merkmale einer entsprechenden Steuereinheit für ein solches Sicherheitsgurtsystem gemäß Anspruch 10 gelöst. Ein Fahrzeug mit einer solchen Steuereinheit ist in Anspruch 11 vorgeschlagen. Zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13 bzw. 14 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem eingangs geschilderten adaptiven Sicherheitsgurtsystem für ein Kraftfahrzeug aus, das eine kontrollierte Abbremsung einer Gurt bandbewegung erlaubt. Eine mögliche Ausführungsform eines solchen adaptiven Sicherheitsgurtsystems ist in der eingangs genannten Voranmeldung DE 10 2005 041 10.01 beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dort beschriebene Ausgestaltung eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems beschränkt ist.

Erfindungsgemäß wird die Abbremsung der Gurtbandbewegung derart geregelt, dass ein durch das Sicherheitsgurtsystem gesicherter Insasse des Fahrzeugs entsprechend einer in Bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung vorzugebenden Kennlinie abgebremst wird auf einer innerhalb des Fahrzeugs festzulegenden Wegstrecke vollständig abgebremst wird. Eine der der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen ist die, dass die Kennlinie für die Abbremsung des Insassen in Bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung vorgegeben wird. Beispielsweise ist es zur Minimierung von Belastungen und Verletzungsgefahren des Insassen vorteilhaft, die Insassenbeschleunigung in bezug zur ortsfesten Umgebung konstant zu halten. Aufgrund der konstant bleibenden Masse des Insassen ist dann auch die Gurtkraft konstant. Der Insasse ist in diesem Fall keinen stark schwankenden Kraftniveaus ausgesetzt, von denen hohe Verletzungsrisiken ausgehen. Ein optimaler Energieabbau wird durch ein möglichst geringes Kraftniveau über eine längere Zeit (maximal die Crashdauer) erreicht. Dadurch, dass die Kennlinie in bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung festgelegt wird, kann die eingangs erwähnte Überlagerung der auf den Insassen wirkenden Beschleunigungen berücksichtigt werden. Es wird also neben der Beschleunigung des Insassen auch der Beschleunigungsverlauf des Fahrzeugs (der Fahrgastzelle) berücksichtigt. Die Kennlinie wird derart vorgegeben, dass ein möglichst niedriges und gleichmäßiges Kraftniveau auf den Insassen wirkt.

Dabei ist als Nebenbedingung zu beachten, dass der Insasse auf einer innerhalb des Fahrzeugs festzulegenden Wegstrecke vollständig abgebremst wird. Der Einfachheit halber soll diese Wegstrecke im Folgenden mit "Flugweg" abgekürzt werden.

Unter der Bezeichnung Flugweg wird also diejenige festzulegende Wegstrecke verstanden, innerhalb derer der Fahrzeuginsasse vollständig abgebremst wird (Beschleunigung und Geschwindigkeit des Insassen = 0). Der maximale Flugweg ist in der Regel durch den Abstand des Insassen zum Lenkrad des Fahrzeuges vorgegeben. Der Flugweg kann im einfachsten Fall mit diesem Abstand gleichgesetzt werden. Auch andere Festlegungen des Flugwegs sind sinnvoll, je nachdem, wie das Lenkrad des Fahrzeugs und/oder der Sitz des Insassen sich im Crashfall verhalten.

Erfindungsgemäß wird die Abbremsung der Gurtbandbewegung geregelt, d. h. Istwerte werden mit Sollwerten verglichen, so dass während der gesamten Crashzeit eine optimale Kontrolle über den Fahrzeuginsassen möglich ist.

Es wurde bereits erwähnt, dass eine konstante Beschleunigungskurve für den Insassen die Verletzungsgefahr reduziert und die Belastungen minimiert. Daher ist es sinnvoll, die Kennlinie entsprechend vorzugeben. Je nach systeminternen oder Umgebungsparametern können auch andere als konstante Beschleunigungskurven für den Insassen sinnvoll sein. Anstatt von einer Beschleunigungskurve für den Insassen auszugehen, kann auch von einem gewünschten Geschwindigkeitsverlauf des Insassen bzw. Gurtauszugs oder von einem gewünschten Wegstreckenverlauf des Gurtes ausgegangen werden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die konstante Beschleunigungskurve des Insassen im Crashfall mit

festgelegt wird, wobei v₀ die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu Beginn des Crashs und s_Insasse die festzulegende Wegstrecke innerhalb des Fahrzeugs darstellt, auf der der Insasse vollständig abgebremst wird, also der "Flugweg".

Zur Herleitung dieser Gleichung wird von einer Anfangsgeschwindigkeit v₀ des Fahrzeugs beim Crash, die vom ortsfesten Bezugssystem aus betrachtet der Geschwindigkeit des Insassen entspricht, und dem zur Verfügung stehenden Flugweg ausgegangen. Während der Crashzeit t soll die Anfangsgeschwindigkeit v₀ des Insassen auf 0 m/s (im speziellen Fall, dass das Auto dann steht; allgemeiner auf eine bestimmte, vorgegebene sinnvolle Geschwindigkeit) abgebremst werden, so dass sich hieraus eine Beschleunigung für den Insassen zu

ergibt. Innerhalb der Crashzeit t legt der Insasse demnach den Weg

zurück. Hieraus folgt für a:

Hieraus ergibt sich die geforderte konstante Beschleunigung des Insassen zu

a_Insasse stellt dabei die Beschleunigung des Insassen in bezug zum ortsfesten Umgebungskoordinatensystems dar. Die Abbremsung der Bewegung des Gurtbandes des adaptiven Sicherheitsgurtsystems ist in diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel derart zu regeln, dass auf den Insassen die angegebene Beschleunigung a_Insasse wirkt. Somit werden die bei einem Crash wirkenden unregelmäßigen Beschleunigungen kompensiert und der Fahrzeuginsasse innerhalb des Flugwegs vollständig abgebremst.

Als Flugweg wird der Abstand zwischen Insasse und Innenraumteilen des Fahrzeugs bezeichnet. Je nach Crashsituation können also verschiedene Flugwege definiert werden. Im häufigsten Fall kann als (maximaler) Flugweg der Abstand zwischen Fahrer und Lenkrad verwendet werden. Der Abstand ist somit auch von der Sitzeinstellung (Stellung der Rückenlehne, Sitzhöhe etc.) abhängig. Der Abstand kann z. B. durch optische Sensoren, Sensoren an der Sitzverstellung, durch eine Sitz-Positionserkennung etc. ermittelt werden. In der Regel ist die Lage und Position der Innenraumteile des Fahrzeugs bekannt und auch ihr Verhalten im Crashfall mit ausreichender Genauigkeit vorhersagbar. Um den Flugweg, also den Abstand zwischen Insasse und Innenraumteilen des Fahrzeugs noch genauer bestimmen zu können, kann es sinnvoll sein, die verschiedenen Sitzpositionen eines Insassen zu bestimmen. Die Sitzposition eines Insassen lässt sich wiederum aus der Messung einer Gurtbandposition bestimmen. Insbesondere hat die Messung der Sitz- bzw. Gurtband-Position den Vorteil, dass in Echtzeit der noch zur Verfügung stehende Flugweg gemessen und bei der Festlegung der Kennlinie für die Abbremsung des Gurtbandes berücksichtigt werden kann.

Zur Messung der Gurtband-Position sind folgende Messverfahren einsetzbar:

Optisch:

– Durch Innenraumkameras, die über eine Bildverarbeitung Objekte erkennen können;
– Stereokameras, die räumliche Strukturen erkennen können;
– zur Vereinfachung können auf dem Gurt Marken angebracht werden, die von den Kameras erkannt werden. Es können für den Insassen sichtbare oder unsichtbare Marken verwendet werden.
– Auch eine räumliche Erkennung von menschlichen Strukturen (Gesicht, Außenfläche des Insassen), beispielsweise durch Bildverarbeitung und Mustererkennung, ist vorstellbar.

Per Funkübertragung:

– Durch Triangulation von Sensorsignalen kann die Gurtband-Position bestimmt werden.

Durch RFID:

– RFID-Chips werden durch ein Feld zum Senden angeregt. Die abgegebenen Signale können durch Triangulation räumlich bestimmt werden.

Für die genannten Messungen ist es sinnvoll, mehrere Sensoren auf dem Gurtband zu verteilen (insbesondere bei Ortung durch Triangulation). Während eines Crashs kann durch die Messung der Gurtposition der verbleibende Abstand zu Innenraumteilen (Verkleidungsteilen, Lenkrad) bestimmt werden. Die Werte können in das adaptive Sicherheitsgurtsystem eingebunden werden.

Weiterhin kann durch Messung der Gurtband-Position die Insassenposition abseits einer genormten Position ermittelt werden. Ist der Gurt verrutscht oder nicht richtig eingestellt, kann beispielsweise durch eine Innenraumkamera diese Situation erkannt werden. Auch eine Position des Insassen zu weit vorne, hinten oder seitlich kann erkannt werden. Weiterhin kann beispielsweise durch Vermessen der Außenkontur des Insassen dessen Gewicht geschätzt werden. Eine Detektion einer Fehlstellung des Insassen ("Out of Position") sowie eine Messung ungünstiger Krafteinleitung des Gurtbandes in den Insassen sind möglich.

Die Abbremsung der Gurtbandbewegung kann beispielsweise anhand von gemessenen Istwerten der tatsächlichen Gurtbeschleunigung (Beschleunigung des Gurtbandauszugs), der auf den Gurt ausgeübten Bremskraft oder der Insassenbeschleunigung selbst erfolgen.

Im Beispiel der Abbremsung der Gurtbandbewegung des adaptiven Sicherheitsgurtsystems anhand einer Beschleunigungskurve für den Insassen ist es sinnvoll, die tatsächliche Beschleunigung des Insassen zu messen, um die Abbremsung entsprechend regeln zu können. Zur Messung der tatsächlichen Beschleunigung des Insassen ist ein am Gurtband, insbesondere auf der Höhe der Brust des Insassen befestigter Beschleunigungssensor geeignet und sinnvoll. Alternativ hierzu kann die tatsächliche Beschleunigung des Insassen mittels mindestens einer im Fahrzeug installierten Kamera (beispielsweise eine solche, wie sie zur Messung der Sitz- bzw. Gurtbandposition eingesetzt wird) und eines die Fahrzeugbeschleunigung detektierenden Sensors, beispielsweise eines ESP-Sensors, der für höhere Beschleunigungen ausgelegt sein muss, gemessen werden. Die im Fahrzeug installierte Kamera misst dann die Beschleunigung des Insassen bezogen auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung im fahrzeugfesten Bezugsystem, während der ESP-Sensor die Beschleunigung des Fahrzeugs selbst ermittelt. Daraus kann die absolute Beschleunigung des Insassen bezogen auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung ermittelt werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Vorgabe der Kennlinie zur Regelung der Abbremsung der Gurtbandbewegung des adaptiven Sicherheitsgurtsystems mit Vorteil erst dann erfolgt, wenn ein Crashfall oder ein sonstiger Fall, der eine solche Abbremsung erforderlich macht, eintritt. Dies hat den Vorteil einer optimal geregelten Gurtbremsung, wobei in Echtzeit wesentliche Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit zu Beginn des Crashs oder maximal erlaubter Flugweg des Insassen berücksichtigt werden können. Insbesondere ist bei einer Änderung von Gegebenheiten während der Crashphase eine Anpassung der Kennlinie denkbar und möglich.

Weiterhin ist es sinnvoll, wenn zur Vorgabe der Kennlinie umgebungs- und/oder systeminterne Parameter herangezogen werden. Die Einbeziehung von Umgebungs-Parametern ist sinnvoll, da sich Umgebungs-Parameter ändern können, so dass zur optimalen Generierung der Kennlinie (oder der Sollwerte) eine Anpassung auf die Umgebungs-Parameter stattfinden sollte. Folgende Umgebungs-Parameter können beispielsweise zur Kennli niengenerierung für die adaptive Gurtregelung herangezogen werden:

– Ausgangs-Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn des Crashs
– Sitzposition
– Insassengröße
– Crashpuls
– Sitzlehnenwinkel
– Kopfstützenhöhe
– Personenbezogene Parameter die erfasst werden können (wie Gewicht, Größe, Körperhaltung)
– Art des Hindernisses, auf das das Fahrzeug auftrifft, wie: große/kleine Fahrzeuge; festes Hindernis (Wand), deformierbares Hindernis; fahrendes/stehendes Hindernis (Fahrzeug); schmales Hindernis (Baum) oder breites Hindernis (Wand).

Die Berücksichtigung der Sitzposition ist vorteilhaft zur Festlegung des Flugwegs des Insassen. Befindet sich der Sitz nahe am Armaturenbrett oder Lenkrad, ist der Flugweg klein. Ist der Sitz hingegen zurückgefahren, ist der Flugweg um den Verschiebeweg des Sitzes länger. Die Insassengröße und das Insassengewicht spielen für die Lage des Gurtes am Körper des Insassen sowie für die Krafteinwirkung durch die Beschleunigung des Insassen eine Rolle. Auf diese Weise kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass schwereren Insassen in der Regel mehr Krafteinwirkung zugemutet werden kann, oder dass unterschiedliche der Gurtkraft ausgelieferte Körperteile unterschiedlich empfindlich sind. Die maximale Beschleunigung und damit die maximal einwirkende Kraft durch den Gurt kann somit am empfindlichsten Körperteil ausgerichtet werden. Die Art des Hindernisses, auf die das Fahrzeug im Crashfall auftritt, spielt insbesondere eine Rolle für das zu erwartende Widerstandsverhalten des Fahrzeugs und somit für die zu erwartenden schwankenden Beschleunigungen, die zur Vermeidung von Verletzungen kompensiert werden müssen.

Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Umgebungsparametern können beispielsweise folgende systeminterne Parameter als Regelgrößen herangezogen werden:

– Gurtkraft;
– Gurtbeschleunigung, -geschwindigkeit, -weg, -ruck und weitere Ableitungen auch mit (dynamischen) Faktoren gewichtet;
– Kraft auf Insassen, Insassenbeschleunigung, -geschwindigkeit, -weg, -ruck und weitere Ableitungen auch mit (dynamischen Faktoren) gewichtet;
– Die mechanischen Größen können vom Insassen auf den Fahrzeuginnenraum wie auch auf das ortsfeste Bezugssystem der Fahrzeugumgebung bezogen werden.

Die genannten Parameter können gemessen oder berechnet werden oder worden sein oder als Konstanten vorliegen. Zum Heranziehen der genannten Parameter können alle Arten der im Fahrzeug verbauten Sensoren genutzt werden, da die Sensoren an eine Fahrzeugkommunikation angebunden sind, die auch dem adaptiven Sicherheitsgurtsystem zur Verfügung steht. Selbstverständlich können auch eigens Sensoren angebracht werden oder Parameter anderer Steuergeräte benutzt werden.

Darüber hinaus sind aus den obigen Daten folgende Informationen generierbar. Diese können zur Kommunikation nach außen nach einem Crash herangezogen werden; z. B. automatische Notrufeinleitung, bei der diese Daten automatisch übermittelt werden:

– Berechnung der Unfallschwere und Verletzungswerte der Insassen nach Auswertung der Messungen, der berechneten Parameter und Konstanten sowie gespeicherten Werte;
– Detektierung Anzahl und Position der Insassen aus:
– Optische Innenraumüberwachung
– Detektion am Sitz
– Detektion durch Gurtbandauszug sowie Kombinationen der genannten;
– Alarmierung von:
– Notrufdiensten,
– Sicherheitsdiensten,
– Polizei,
– Krankenwagen,
– Feuerwehr,
– Infrastruktur-Notfalldienste
– ADAC;
– Kommunikation über:
– GSM
– Mobilfunk
– Sonstige Notfallkommunikation;
– Automatische Übermittlung von charakteristischen Daten des Crashs:
– Anfangsgeschwindigkeit
– Bilder aus Innenraumkamera/Video
– Optische Umfelderkennung
– Charakterisierung des Hindernisses aus Umfelderkennung
– Richtung des Einschlags
– Alle oben genannten Personen- und Fahrzeugdaten;

Aus den gemessenen Gurtdaten lassen sich auf weitere Fahrzeug- und Insassenparameter schließen:

– Aus der Kenntnis wie viele Personen sich wo im Fahrzeug befinden, ändert sich der Schwerpunkt des Fahrzeugs, sowie dessen Gewicht. Aus dem Gurtbandauszug lässt sich auf eine Insassenmasse schließen.

Aus verschiedenen Sensoren und berechneten Werten sowie anders erzeugten Werten soll sich eine Insassenwahrscheinlichkeit berechnen lassen. Damit soll die Wahrscheinlichkeit ausgedrückt werden, mit der das System einen Insassen auf einem Sitz erkannt hat, sowie die Wahrscheinlichkeit der geschätzten Verletzungen der Insassen.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit für ein adaptives Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug zur Kontrolle der Abbremsung einer Bewegung eines Gurtbandes eines solchen Sicherheitsgurtsystems. Hierbei sind Mittel zur Vorgabe einer Kennlinie in Bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung und Mittel zur Regelung der Abbremsung des Insassen entsprechend dieser Kennlinie vorgesehen, wobei die Kennlinie derart vorzugeben ist, das ein durch das Sicherheitsgurtsystem gesi cherter Insasse des Fahrzeugs auf einer innerhalb des Fahrzeugs festzulegenden Wegstrecke vollständig abgebremst wird.

Zur Vermeidung von Wiederholungen sei bezüglich der Vorteile und Ausgestaltungen einer solchen erfindungsgemäßen Steuereinheit auf das oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ausgeführte verwiesen.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, wobei Mittel zur Messung der tatsächlichen Beschleunigung eines durch das Sicherheitsgurtsystem gesicherten Insassen im Fahrzeug vorhanden sind. Die entsprechenden Mittel wurden bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben.

Vorzugsweise enthält das beanspruchte Fahrzeug weiterhin Mittel zur Messung eines freien Abstands zwischen dem Insassen und Innenraumteilen des Fahrzeugs, insbesondere dem Lenkrad des Fahrzeugs, um die Wegstrecke festzulegen, auf der der Insasse vollständig abgebremst werden soll. Bezüglich der hierfür in Frage kommenden Mittel sei wiederum auf das oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ausgeführte verwiesen.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner, insbesondere auf einer Recheneinheit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, ausgeführt wird. Die computergesteuerte Regelung erlaubt eine vollständig automatische Regelung der Gurtbandabbremsung in Echtzeit. Das Computerprogramm kann auf Computerprogrammprodukten, wie CD-ROM, Flash-Memory, EEPROM, Disketten etc. gespeichert sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch den Ausschnitt eines Fahrzeuges mit Fahrer in einer Fahrgastzelle,
2 zeigt schematisch die verschiedenen Bezugssysteme und die beteiligten Komponenten im Crashfall eines Fahrzeugs,
3 zeigt vereinfacht ein Beschleunigungsdiagramm zur Veranschaulichung der auf einen Fahrzeuginsassen im Crashfall wirkenden Beschleunigungen,
4 zeigt einen relevanten Ausschnitt eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems, wie es für die vorliegende Erfindung Verwendung finden kann, im Längsschnitt,
5 zeigt eine Draufsicht einer Keilanordnung, die in dem in 4 dargestellten Sicherheitsgurtsystem zum Einsatz kommt,
6 zeigt einen durch ein adaptives Sicherheitsgurtsystem gesicherten Insassen in einer schematischen Ansicht von vorne und
7 zeigt in einer schematischen Darstellung von oben zwei Insassen in der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs und zwei in der Fahrgastzelle befestigte Kameras.
1 zeigt schematisch den Ausschnitt eines Fahrzeugs 100 mit einem Fahrer oder Insassen 102 in einer Fahrgastzelle 108. Diese Figur verdeutlicht die für die vollständige Abbremsung des Insassen 102 festzulegende Wegstrecke innerhalb des Fahrzeugs 100, also den sogenannten Flugweg, der dem Insassen 102 im Crashfall zur Verfügung steht, ohne an Fahrzeugteilen anzustoßen. In dem in 1 dargestellten Fall wird als limitierendes Innenraumteil das Lenkrad 104 angenommen. Der Flugweg s_Insasse ist durch einen Doppelpfeil in 1 dargestellt. Er hängt ab von verschiedenen Parametern, wie die Position des Lenkrads 104, die Sitzposition, die Körper haltung des Fahrers, die Sitzverstellung, insbesondere die Stellung der Rückenlehne und die Sitzposition in Fahrtrichtung. Der Flugweg kann nach endgültiger Einnahme des Sitzes und Starten des Fahrzeugs bestimmt werden. Besser geeignet ist hingegen eine Überwachung insbesondere der Sitzposition und der Körperhaltung, um im Crashfall eine möglichst genaue Bestimmung des Flugwegs vornehmen zu können. Um die Sitzposition des Insassen 102 zeitweise oder kontinuierlich erfassen zu können, können Messverfahren herangezogen werden, wie sie in der Beschreibung bereits ausführlich dargestellt wurden. Beispielsweise können auf dem Gurt an geeigneten Stellen Marken aufgebracht werden, deren Position durch Kameras verfolgt werden kann. Somit kann die Position des Insassen 102 verfolgt werden. Insbesondere kann hierdurch ein nach vorne Beugen des Insassen 102 detektiert werden, das zu einer erheblichen Verkürzung des verfügbaren Flugwegs führen kann.
Zur Verdeutlichung einer Crashsituation wird anhand von 2 ein Beispielszenario geschildert, bei dem ein Fahrzeug 100 gegen ein starres und unbewegliches Hindernis 110 stößt. 2 verdeutlicht die Systeme Umgebung (ortsfestes Bezugssystem 116) – Fahrgastzelle 108 – Insasse 102.
Zur Festlegung einer Kennlinie für die Abbremsung der Bewegung eines Gurtbandes eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems 112 wird das ortsfeste Bezugssystem 116 der Fahrzeugumgebung als Inertialsystem zugrunde gelegt.
Bei der dargestellten Crashsituation soll ein bis zum Zeitpunkt X mit konstant fahrender Geschwindigkeit fahrendes Fahrzeug 100 durch den Aufprall auf ein ortsfestes Hindernis 110 zum Stillstand gebracht werden. Da das ortsfeste Hindernis 110 sich nicht bewegt, wird die kinetische Energie des Fahrzeugs 100 in Verformung umgesetzt. Das bedeutet, dass die im Fahrzeug 100 befindliche Fahrgastzelle 108, wie bereits oben erwähnt, ungleichmäßig beschleunigt wird. Bezogen auf das ortsfeste Bezugssystem wird im Moment des Aufpralls die Stoßstange quasi auf Geschwindigkeit v = 0 abgebremst, die Fahrgastzelle 108 jedoch aufgrund der Knautschzone 118 des Fahrzeugs 100 noch einen gewissen Weg mit negativer Beschleunigung zurücklegen. In dieser Fahrgastzelle 108 befindet sich zudem noch ein durch ein Gurtband an die Fahrgastzelle 108 gebundener Insasse 102 (vergleiche 1). Aufgrund einer Bewegung des Gurtbandes wird der Insasse 102 nun eine andere Beschleunigung erfahren als die umgebende Fahrgastzelle 108.
Es hat sich herausgestellt, dass sich im Crashfall eine möglichst geringe Belastung und entsprechend geringe Verletzungsgefahr dann ergibt, wenn die Insassenbeschleunigung über einen möglichst langen Zeitraum auf einen möglichst niedrigen konstanten Wert gehalten werden kann. Um nun die Insassenbeschleunigung bezüglich der ortsfesten Umgebung auf einen konstanten Wert zu regeln, kann die folgende, bereits oben hergeleitete Gleichung eingesetzt werden:
Die optimale Beschleunigung des Insassen und damit des Gurtbandes lässt sich somit eindeutig aus der Anfangsgeschwindigkeit v₀ des Fahrzeuges 100 beim Aufprall und den zur Verfügung stehenden Flugweg s_Insasse berechnen. Hieraus lässt sich eine Bahnkurve berechnen, die durch eine Gurtbremse geregelt oder abgefahren werden muss. Wie aus der Gleichung ersichtlich, ist die Personenmasse (Insassengewicht) nicht relevant. Es stellt sich automatisch ein bestimmtes Bremsmoment ein, wenn die Bahnkurve eingeregelt wird.
3 zeigt schematisch den Beschleunigungsverlauf (Absolutwerte der negativen Beschleunigung) in einem beispielhaften Crashfall. Die Kurve 120 zeigt die im Crashfall auftretenden auf die Fahrgastzelle 108 wirkenden Beschleunigungen. Aufgrund der erwähnten, in 2 schematisch dargestellten Knautschzone 118 eines Fahrzeugs 100 ergibt sich zunächst die Wirkung eines Feder-Dämpfer-Systems. Dies ist häufig beglei tet durch einen oder mehrere Rucke (siehe die beiden Peaks in Kurve 120), bevor die Fahrgastzelle 108 zur Ruhe kommt. Der Beginn des Crashs bis zur vollständigen Abbremsung der Fahrgastzelle 108 definiert die Crashzeit t. Würde der Insasse 102 über das Gurtsystem 112 statisch an die Fahrgastzelle 108 angekoppelt sein, würde der Insasse 102 ähnliche unregelmäßige Beschleunigungen erfahren, wie sie in der Kurve 1 dargestellt sind. In der Realität überlagert sich die Beschleunigung des Insassen 102 nach dem Crashfall noch der Beschleunigung der Fahrgastzelle 108. Erfindungsgemäß wird die sich ergebende, auf den Insassen wirkende Beschleunigung im Crashfall durch entsprechende Regelung der Abbremsung der Bewegung des Gurtbandes eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems derart kompensiert, dass sich für den Insassen ein Beschleunigungsverlauf ergibt, wie er beispielsweise durch die Kurve 130 in 3 dargestellt ist. Die Bewegung des Gurtbandes wird derart abgebremst, dass der Insasse über die Hauptzeit des Crashs eine möglichst gleichförmige Beschleunigung spürt, wobei bei Erreichen der Crashzeit t der Insasse vollständig abgebremst ist, bevor er den ihm zur Verfügung stehenden Flugweg s_Insasse überschreitet.
4 zeigt einen Längsschnitt eines auf einer Seite einer Drehachse A liegenden Abschnitts eines Gurtaufrollers 10 für ein mögliches adaptives Sicherheitsgurtsystem 1. Der Gurtaufroller 10 umfasst eine drehfest auf einer schwimmend gelagerten Welle 12 angeordnete Gurtrolle 14, auf die ein Gurtband 16 gewickelt ist. Zum Auf- bzw. Abwickeln des Gurtbands 16 auf bzw. von der Gurtrolle 14 ist die Welle 12 mit der Gurtrolle 14 um die Drehachse A drehbar.
Eine Bremsanordnung 17 zur Abbremsung einer Abwickelbewegung des Gurtbands 16 von der Gurtrolle 14 umfasst eine Bremsscheibe 18, die koaxial zu der Gurtrolle 14 drehfest auf der Welle 12 angeordnet und somit gemeinsam mit der Gurtrolle 14 um die Drehachse A drehbar ist. Ein erstes Trägerteil 20 weist einen ersten Abschnitt 20' auf, der sich im Wesentlichen parallel zur Bremsscheibe 18 erstreckt und auf seiner der Bremsscheibe 18 zugewandten Seite ein erstes Reibelement 22 trägt. Ein zweiter Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Abschnitt 20' um den Außenumfang der Bremsscheibe 18. Das erste Trägerteil 20 ist mittels eines in 1 nicht gezeigten Lagers entlang der Drehachse A verschiebbar und um die Drehachse A drehbar gelagert.
An seinem Außenumfang ist der zweite Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 mit einer Außenverzahnung 24 versehen, die mit einer Außenverzahnung 26 eines Zahnrads 28 zusammenwirkt. Das Zahnrad 28 ist drehfest mit einer Motorwelle 30 eines Elektromotors 32 verbunden, wobei der Elektromotor 32 bezüglich der Gurtrolle 14 radial außenliegend positioniert und an einem die Gurtrolle 14 übergreifenden ortsfesten Gehäuseteil 34 befestigt ist.
Der Elektromotor 32 ist mit einer elektronischen Steuereinheit 35 verbunden, die ihrerseits über ein CAN-Bussystem mit Sensoren 36 zur Erfassung insassenspezifischer und situationsspezifischer Parameter, d.h. Sensoren zur Erfassung des Insassengewichts und der Insassenposition sowie Geschwindigkeitssensoren, Temperatursensoren, Crashsensoren, Beschleunigungssensoren, Fliehkraftsensoren, etc. in Verbindung steht. Die Sensoren 36 können ohnehin in einem mit dem Gurtaufroller 10 ausgestatteten Kraftfahrzeug vorhandene, beispielsweise zur Steuerung des Bremssystems dienende Sensoren sein. Alternativ dazu können die Sensoren 36 jedoch auch separate, lediglich mit der elektronischen Steuereinheit 35 des Gurtaufrollers 10 verbundene Sensoren sein.
Eine Mehrzahl von ersten Keilen 38 ist um einen Innenumfang des zweiten Abschnitts 20'' des ersten Trägerteils 20 verteilt an dem zweiten Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 befestigt. Eine der Anzahl erster Keile 38 entsprechende Anzahl zweiter Keile 40 ist an einer von der Bremsscheibe 18 abgewandten Außenfläche eines ortsfesten und mit dem Gehäuseteil 34 verbundenen zweiten Trägerteils 42 befestigt. Die ersten und zweiten Keile 38, 40 sind dabei so orientiert, dass sich ihre schrägen Keilflächen 46, 48 gegenüberliegen und im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse A erstrecken.
Auf seiner der Bremsscheibe 18 zugewandten Seite trägt ein erster Abschnitt 42' des zweiten Trägerteils 42, der sich im Wesentlichen parallel zur Bremsscheibe 18 erstreckt, ein zweites Reibelement 22'. Zur Einstellung eines Abstands zwischen dem ersten Abschnitt 20' des ersten Trägerteils 20 und dem ersten Abschnitt 42' des zweiten Trägerteils 42 ist eine Rückstellfeder 44 vorgesehen, deren Enden sich an dem ersten Abschnitt 20' des ersten Trägerteils 20 bzw. einem sich im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Abschnitt 42' erstreckenden zweiten Abschnitt 42" des zweiten Trägerteils 42 abstützen.
Im Folgenden wird die Funktion des Gurtaufrollers 10 erläutert. Im Normalbetrieb des Gurtaufrollers 10 wird das Gurtband 16 durch Drehen der Welle 12 und der drehfest damit verbundenen Gurtrolle 14 um die Drehachse A auf die Gurtrolle 14 auf- bzw. von der Gurtrolle 14 abgewickelt. Die Bremsscheibe 18, die ebenfalls drehfest auf der Welle 12 angeordnet ist, wird bei einer Drehung der Welle 12 ebenfalls um die Drehachse A gedreht.
Wenn das Fahrassistenzsystem oder ein entsprechender Sensor 36, wie z.B. ein Crashsensor, eine Gefahrensituation oder ei nen unmittelbar bevorstehenden Crash erkennt, steuert die elektronische Steuereinheit 35 zunächst – soweit vorhanden – einen Gurtstraffer an, woraufhin der Betätigungsmechanismus des Gurtstraffers eine Drehung der Welle 12 und somit der Gurtrolle 14 und der Bremsscheibe 18 um die Drehachse A bewirkt. Dadurch wird das Gurtband 16 auf die Gurtrolle 14 gewickelt und das Gurtband 16 am Körper des Fahrzeuginsassen strammgezogen.
Beim Crash selbst wird zunächst die durch den Gurtstraffer bewirkte Drehbewegung der Welle 12, der Gurtrolle 14 und der Bremsscheibe 18 infolge der auf das Gurtband 16 wirkenden Kraft gestoppt. Um eine Drehung der Welle 12, der Gurtrolle 14 und der Bremsscheibe 18 in entgegengesetzter Richtung und somit ein Abwickeln des Gurtbands 16 von der Gurtrolle 14 zu verhindern, muss anschließend der Elektromotor 32 von der elektronischen Steuereinheit 35 betätigt werden.
Die elektronische Steuereinheit 35 gibt hierzu eine Kennlinie vor, die derart gewählt wird, dass der Insasse in Bezug auf das ortsfeste Bezugssystem der Fahrzeugumgebung vorzugsweise konstant abgebremst wird. Hierzu ist, wie bereits erwähnt, die Kenntnis der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs beim Crash notwendig. Weiterhin muss der zur Verfügung stehende Flugweg ermittelt werden. Diese beiden Größen werden mittels der dargestellten Sensoren 36, zu denen auch im Fahrzeug installierte Kameras gezählt werden können, ermittelt. Weiterhin kann die elektronische Steuereinheit 35 von den Sensoren 36 Umgebungsparameter und/oder systeminterne Parameter empfangen oder aus den Sensorwerten berechnen. Ein entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Sollwerte der Kennlinie unmittelbar vor und auch während des Crashs vorgegeben werden können. In Übereinstimmung mit dieser Kennlinie steuert die Steuereinheit 35 den Elektromotor 32 an, der entsprechend die Abbremsung der Abwickelbewegung des Gurtbands 16 von der Gurtrolle 14 veranlasst. Die aktuellen Beschleunigungswerte des Insassen 102 erhält die Steuereinheit 35 vorzugsweise von einem am Gurtband 16 befestigten Beschleunigungssensor 6. Somit ist eine Regelung auf die gewünschten Beschleunigungswerte möglich. Auf diese Weise kann beispielsweise die in 3, Kurve 130, dargestellte konstante Insassenbeschleunigung im Crashfall realisiert werden.
Das in 4 dargestellte adaptive Sicherheitsgurtsystem 1 stellt ein für die vorliegende Erfindung bevorzugtes Sicherheitsgurtsystem dar. Wie bereits erwähnt, ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf ein derartiges Sicherheitsgurtsystem beschränkt.
Bei der Betätigung des Elektromotors 32 wird eine Drehung der Motorwelle 30 im Uhrzeigersinn über das Zahnrad 28 auf das erste Trägerteil 20 übertragen wird. Das erste Trägerteil 20 wird somit im Uhrzeigersinn um die Drehachse A relativ zu dem zweiten Trägerteil 42 verdreht. Dies führt dazu, dass die schrägen Keilflächen 46 der an dem zweiten Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 befestigten ersten Keile 38 auf die schrägen Keilflächen 48 der an dem zweiten Trägerteil 42 festgelegten zweiten Keile 40 auflaufen, wodurch das erste Trägerteil 20 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 44 axial zur Bremsscheibe 18 hin, das heißt in 1 nach links verschoben wird, so dass sich das erste Reibelement 22 an die Bremsscheibe 18 anlegt.
Zur besseren Veranschaulichung der Wirkung der ersten und zweiten Keile 38, 40 ist in 5 eine Draufsicht einer Keilanordnung mit einem ersten und einem zweiten Keil 38, 40 dargestellt. Die ersten und die zweiten Keile 38, 40 sind so angeordnet, dass die schräge Keilfläche 46 des ersten Keils 38 der schrägen Keilfläche 48 des zweiten Keils 40 gegenüber liegt. Eine Steigung P der Keilflächen 46, 48 wird jeweils durch einen Keilsteigungswinkel α festgelegt. Eine durch das Zusammenwirken der ersten und zweiten Keile 38, 40 bewirkte Axialverschiebung d des ersten Trägerteils 20 bestimmt sich somit nach der Formel d = φ·P/(2·π)wobei φ der Drehwinkel des ersten Trägerteils 20 um die Drehachse A ist.
Obwohl die in 5 gezeigte Keilanordnung einen ersten und einen zweiten Keil 38, 40 umfasst, kann der zweite Keil 40 auch durch eine andere geeignete Vorrichtung, wie z.B. einen Bolzen ersetzt werden, die eine gleitende oder rollende Abstützung des ersten Keils 38 ermöglicht. Darüber hinaus kann anstelle der in 5 dargestellten Keilanordnung auch eine Kugel/Rampen-Anordnung zum Einsatz kommen.
Wenn sich das erste Reibelement 22 an die Bremsscheibe 18 anlegt, wird die Bremsscheibe 18 aufgrund der schwimmenden Lagerung der Welle 12 gemeinsam mit dem ersten Trägerteil 20 in Richtung des zweiten Trägerteils 42, das heißt in 4 nach links verschoben. Infolge dessen legt sich die Bremsscheibe 18 nahezu ohne Verzögerung auch an das zweite Reibelement 22' an.
Bei dem in 4 gezeigten Gurtaufroller 10 bilden das erste Trägerteil 20, das zweite Trägerteil 42 sowie die ersten und zweiten Keile 38, 40 eine Selbstverstärkungsanordnung, das heißt die von dem Elektromotor 32 über das Zahnrad 28 eingeleitete Betätigungskraft wird selbsttätig, ohne weitere von außen einzubringende Kräfte verstärkt.
6 zeigt in der Vorderansicht einen Insassen 102, der durch ein adaptives Sicherheitsgurtsystem 1 gesichert ist.
Nur die Bremsanordnung 17 und die Steuereinheit 35 des adaptiven Sicherheitssystems 1 sind schematisch angedeutet. Weiterhin zu sehen ist das Gurtband 16, das sich über den Oberkörper und die Beine des Insassen 102 erstreckt. Der Insasse 102 befindet sich in einer Sitzposition auf einem Fahrzeugsitz 106.
Zwischen oberen Brustbereich und dem Bauchbereich, vorzugsweise an einer Stelle des Gurtbandes 16, die typischerweise während der Fahrt am Insassen 102 anliegt, befindet sich ein Beschleunigungssensor 6. Der Beschleunigungssensor 6 kann im Gurtband 16 integriert sein. Der Beschleunigungssensor 6 macht somit Bewegungen des Insassen 102 in gleicher Weise mit, so dass der Beschleunigungssensor 6 die Beschleunigung des Insassen 102 absolut, d.h. in bezug zum ortsfesten, das Fahrzeug umgebenden Inertialsystem, misst. Es sind beispielsweise kapazitive oder piezoresistive Beschleunigungssensoren bekannt, die zu diesem Zweck eingesetzt werden können.
Die Daten des Beschleunigungssensors 6 werden über die Funkstrecke 37 an die Steuereinheit 35 des adaptiven Sicherheitsgurtsystems 1 übermittelt. Aufgrund dieser Daten kennt das in der Steuereinheit 35 vorhandene Regelsystem die Istwerte der Insassenbeschleunigung. Zusammen mit der vorzugebenden Kennlinie für die Abbremsung des Insassen 102 ist somit eine Regelung dieser Insassenabbremsung möglich, die durch Abbremsung der Bewegung des Gurtbandes 16 des adaptiven Sicherheitsgurtsystems 1 vorgenommen wird. Ist- und Sollwerte der Insassenbeschleunigung werden in bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung gemessen bzw. vorgegeben. Die Vorgabe der Kennlinie 130 (vgl. Kennlinie 130 aus 3) erfolgt entweder statisch oder bevorzugt in Abhängigkeit von Umgebungsparametern und/oder systeminternen Parametern, wie oben ausgeführt. Die Kennlinie kann im letzteren Fall auch erst unmittelbar vor oder sogar während eines Crashs vorgegeben und/oder korrigiert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn eine Aktivierung der Steuereinheit 35 oder besser der Funkverbindung 37 erst dann erfolgt, wenn eine bestimmte Beschleunigungsschwelle überschritten wird. Hierdurch kann Energie gespart werden, so dass der Beschleunigungssensor 6 mit möglichst geringem Energieverbrauch betrieben werden kann. Nur im Crashfall, typischerweise bei Beschleunigungen über 2 bis 3 g, wird die Funkverbindung 37 dann aktiviert und Daten an die Steuereinheit 35 übertragen. Es ist weiterhin möglich und auch sinnvoll, mehrere Sensoren 6 derart am Gurtband 16 vorzusehen, dass sie markante Stellen des Insassen 102 derart bedecken oder berühren, dass Bewegungen verschiedener Körperteile erfasst werden können. Dies erlaubt eine präzisere Erfassung der Beschleunigungssituation des Insassen. Insbesondere können hierdurch auch verschiedene Crashverläufe (Schleudern, Überschlagen, Frontalcrash, etc.) erfasst werden. Auch eine Fehlerdetektion aufgrund der vorhandenen Redundanz wäre dann möglich.
7 zeigt schematisch in einer Ansicht von oben zwei Insassen 102 eines Fahrzeugs 100, wobei in der Fahrgastzelle 108 zwei Kameras 135, wie aus 7 ersichtlich, angebracht sind. Die Fahrzeuginsassen 102 befinden sich auf Fahrzeugsitzen 106, wobei wenigstens ein Insasse 102 durch ein adaptives Sicherheitsgurtsystem 1 (hier nicht eingezeichnet) gesichert ist. Das Lenkrad ist mit 104 bezeichnet.
Bezug nehmend auf die vorangehende 6 soll zunächst darauf hingewiesen werden, dass mittels solcher in der Fahrgastzelle 108 installierter Kameras 135 auch eine Insassenbeschleunigung in bezug auf die Fahrgastzelle 108 gemessen werden kann. Um die absolute Insassenbeschleunigung zu erhalten, also die Insassenbeschleunigung bezogen auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung, ist es noch notwendig, die Fahrzeugbeschleunigung, genauer gesagt Fahrgastzellenbeschleunigung zu kennen. Diese kann beispielsweise mittels eines entsprechenden Sensors in der Fahrgastzelle 108 gemessen werden. Solche Sensoren sind als ESP-Sensoren meist schon vorhanden. Diese ESP-Sensoren müssen aber für den hier genannten Zweck für höhere Beschleunigungen ausgelegt sein als bisher üblich.
Die in 7 dargestellte Anordnung erlaubt insbesondere die Ermittlung eines im Crashfall zur Verfügung stehenden Flugwegs. Hierzu misst jede Kamera 135 die Position eines Insassen 102. Bei bekannter Position der Kameras 135 in der Fahrgastzelle 108 lässt sich hieraus durch Triangulation die Position des Insassen 102 bestimmen. In der Regel sind die Lage und die Position der Innenraumteile, insbesondere des Lenkrads 104, des Fahrzeugs 100 bekannt und auch ihr Verhalten im Crashfall mit ausreichender Genauigkeit vorhersagbar. Aus der Position des Insassen und der Lage und Position der Innenraumteile lässt sich der zur Verfügung stehende Flugweg des Insassen 102 bestimmen. Häufig ist es ausreichend, als Flugweg den Abstand des Insassen 102 vom Lenkrad 104 zu definieren. Auch hierzu ist es vorteilhaft, die momentane Position des Insassen 102 genau zu bestimmen, da etwaige Bewegungen des Insassen 102 den Flugweg erheblich verkürzen können.
Weiterhin lässt sich die Sitzposition eines Insassen aus der Messung einer Gurtbandposition bestimmen. Hierzu ist es beispielsweise sinnvoll, auf dem Gurt 16 Marken anzubringen, die von den Kameras 135 erkannt werden. Es können für den Insassen sichtbare oder unsichtbare Marken verwendet werden. Zur Messung der Gurtband-Position sei auf die Ausführungen weiter oben in der Beschreibung verwiesen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt eine wirksame Abbremsung eines Fahrzeuginsassen 102 mittels eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems 1 unter möglichst geringer Belastung und Verletzungsgefahr für den Insassen 102.

Claims

Verfahren zur Abbremsung einer Bewegung eines Gurtbandes (16) eines adaptiven Sicherheitsgurtsystems (1, 112) für ein Fahrzeug (100), dadurch gekennzeichnet, dass die Abbremsung derart geregelt wird, dass ein durch das Sicherheitsgurtsystem gesicherter Insasse (102) des Fahrzeugs (100) gemäß einer in bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung (116) vorzugebenden Kennlinie (130) abgebremst und auf einer innerhalb des Fahrzeugs (100) festzulegenden Wegstrecke vollständig abgebremst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennlinie (130) eine Beschleunigungskurve für den Insassen (102) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine über die Hauptzeit der Abbremsung nahezu konstante Beschleunigungskurve für den Insassen (102) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungskurve des Insassen (102) im Crashfall mit
festgelegt wird, wobei v₀ die Fahrzeuggeschwindigkeit zu Beginn des Crashs und s_Insasse die festzulegende Wegstrecke innerhalb des Fahrzeugs darstellt, auf der der Insasse (102) vollständig abgebremst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der Wegstrecke, innerhalb derer der Insasse (102) vollständig abgebremst wird, ein freier Abstand zwischen Insasse (102) und Innenraumteilen des Fahrzeugs (100), insbesondere dem Lenkrad (104) des Fahrzeugs (100), gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Abbremsung des Insassen (102) festzulegende Wegstrecke kleiner gleich dem freien Abstand zwischen Insasse (102) und Lenkrad (104) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Beschleunigung des Insassen (102) anhand eines am Gurtband (16) befestigten Beschleunigungssensors (6) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Beschleunigung des Insassen (102) mittels mindestens einer im Fahrzeug installierten Kamera (135) und eines die Fahrzeugbeschleunigung detektierenden Sensors gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe der Kennlinie Umgebungsparameter und/oder systeminterne Parameter herangezogen werden.
Steuereinheit für ein adaptives Sicherheitsgurtsystem (1, 112) für ein Fahrzeug (100) zur Kontrolle der Abbremsung einer Bewegung eines Gurtbandes (16) des Sicherheitsgurtsystems (1, 112), gekennzeichnet durch Mittel zur Vorgabe einer Kennlinie (130) für eine Abbremsung eines durch das Sicherheitsgurtsystem (1, 112) gesicherten Insassen (102) in bezug auf die ortsfeste Fahrzeugumgebung (116) und Mittel zur Regelung der Abbremsung des Gurtbandes (16) entsprechend dieser Kennlinie, wobei die Kennlinie derart vorzugeben ist, dass der durch das Sicherheitsgurtsystem (1, 112) gesicherte Insasse (102) des Fahrzeugs (100) auf einer innerhalb des Fahrzeugs festzulegenden Wegstrecke vollständig abgebremst wird.
Fahrzeug mit einem adaptiven Sicherheitsgurtsystem (1, 112) und einer Steuereinheit gemäß Anspruch 10, wobei Mittel (6) zur Messung der tatsächlichen Beschleunigung eines durch das Sicherheitsgurtsystem (1, 112) gesicherten Insassen (102) im Fahrzeug vorhanden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (135) zur Messung eines freien Abstandes zwischen Insasse (102) und Innenraumteilen des Fahrzeugs, insbesondere dem Lenkrad (104) des Fahrzeugs (100), vorhanden sind, um die Wegstrecke festzulegen, auf der der Insasse (102) vollständig abgebremst werden soll.
Computerprogramm mit Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner, insbesondere auf einer Recheneinheit in einer Steuereinheit (35) gemäß Anspruch 10, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Anspruche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner, insbesondere auf einer Recheneinheit einer Steuereinheit (35) gemäß Anspruch 10, ausgeführt wird.