DE102007007763A1

DE102007007763A1 - Aktives Kopfstützensystem mit einem körpergetriggerten Sensor zur Aktivierung von Kopfstützen

Info

Publication number: DE102007007763A1
Application number: DE102007007763A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Helm; Ralf LÜHRING
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aktives Kopfstützensystem für einen Fahrzeugsitz, insbesondere für eine Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes, durch das im Fall eines Heckaufpralls auf das Kraftfahrzeug, eine normale Gebrauchsposition der Rückenlehne, oder zumindest eines Teiles der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze oder zumindest eines Teiles der Kopfstütze in Richtung des Fahrzeuginsassen unverzüglich in eine crashaktive Gebrauchsposition verlagerbar ist. Es ist vorgesehen, dass die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon von einem in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze angeordneten Energiespeicher in ihrer normalen Gebrauchsposition gehalten werden und in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze ein Sensor angeordnet ist, der infolge des Eindringens eines Körpers in die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze ein Signal - "körpergetriggerter Sensor" - erzeugt, den Energiespeicher auslöst, wodurch unmittelbar die Freigabe der Energie des Energiespeichers erfolgt und die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon in die crashaktive Gebrauchsposition begrenzt verlagerbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives Kopfstützensystem mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Eine der häufigsten Verletzungen im Straßenverkehr sind Nackenverletzungen eines Fahrzeuginsassen in Folge eines sogenannten Peitschenschlages seines Kopfes. Derartige Verletzungen treten bei Heckcrashs schon bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten auf, weil die Nackenwirbelsäule eines Insassen dabei enormen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Die Ursachen für diese Verletzungen liegen zum einen darin, dass die Kopfstütze in aller Regel immer zu niedrig eingestellt ist, und zum anderen darin, dass die Kopfstütze konstruktiv bedingt zu weit weg vom Kopf des Sitzinsassen angeordnet ist. Um dem Peitschenschlageffekt entgegen zu wirken sind Kraftfahrzeugsitze mit sogenannten crashaktiven, genauer gesagt heckcrashaktiven, Kopfstützen entwickelt worden. Bei diesen Kraftfahrzeugsitzen wird bei einem Heckcrash die Kopfstütze nach oben und nach vorn bewegt.
Aktive Kopfstützen sind heute entweder „körpergetriggert" oder „fremdgetriggert".
Körpergetriggerte Systeme nutzen im Allgemeinen das Eindringen des Körpers im Fall eines Heckcrashs, um über eine mechanische Übertragung, zum Beispiel eine Gelenkkinematik, einen Bowdenzug, oder ein Hydrauliksystem die Kopfstütze mit Teilen der Lehne oder nur die Kopfstütze oder nur einen Teil der Kopfstütze nach vorne zu bewegen. Ausgelöst wird die Bewegung der Kopfstütze direkt durch die Bewegung des Körpers oder in Crashtestversuchen mit Hilfe eines Dummys.
In den 1 bis 4 sind einige Beispiele für körpergetriggerte aktive Kopfstützen gezeigt.
Die 1A und 1B zeigen eine aus dem Stand der Technik bekannte körpergetriggerte aktive Kopfstütze 16. Die Kopfstütze 16 ist durch eine Doppelgelenk-Führung 21 in einem Zusatzrahmen 14B der Rückenlehne 14 an den Insassen geführt. Der Zusatzrahmen 14B reicht bis in den Lendenwirbelbereich herab. Der dabei verkürzbare Aufprallweg des Kopfes 18 des Aufsitzenden soll ein HWS-Syndrom (Halswirbelsäule) verringern. Die Kopfstütze 16, die in einem durch den Zusatzrahmen 14B verlagerbaren Kopfstützenbügel 16A in Kopfstützenaufnahmen 16B angeordnet ist kann zudem in der Höhe und Neigung verstellt werden.
Die 2A, 2B und 2C zeigen ebenfalls eine bekannte körpergetriggerte aktive Kopfstütze 16. Die Kopfstütze 16 sitzt ebenfalls in einem verlagerbaren Kopfstützenbügel 16A in Kopfstützenaufnahmen 16B. Hier wird eine Druckplatte 24 in den Rückenlehnen 14 durch die Insassen nach hinten gedrückt. Durch Umlenkhebel 20 im Rückenlehnenrahmen schwenkt die Kopfstütze 16 dabei automatisch in Richtung Hinterkopf und der obere Teil der Rückenlehne 14A richtet sich auf. Der dabei verkürzte Aufprallweg des Kopfes 18 soll ein HWS-Syndrom verringern. Die Kopfstützen 16 sind nur in der Höhe und/oder in der Höhe und Neigung verstellbar.
Zum Stand der Technik gehören auch Kopfstützen 16 gemäß den 3A und 3B. Die Kopfstütze 16 sitzt ebenfalls in einem verlagerbaren Kopfstützenbügel 16A in einem Kopfstützenaufnahmen 16B. Hier wird bei einem Heckaufprall ein Gewebeband 26 in den Rückenlehnen 14 durch die Insassen nach hinten gedrückt. Durch Umlenkhebel 20 im Rückenlehnenrahmen schwenkt die Kopfstütze 16 dabei automatisch in Richtung Hinterkopf. Der dabei verkürzte Aufprallweg des Kopfes 18 soll ebenfalls ein HWS-Syndrom verringern. Die Kopfstützen 16 sind auch hier in der Höhe und Neigung verstellbar.
Als letztes Beispiel ist zum Schutz des Insassen auch eine System gemäß den 4A, und 4B bekannt. Hier wird bei einem Heckaufprall die gesamte Rückenlehne 14 mit dem Insassen entgegen der Fahrzeugbewegung geneigt. Die dabei aufgefangenen Kräfte sollen ein HWS-Syndrom verringern. Das System wird auf jeder Sitzseite in einem zusätzlichen Lehnenbeschlag 28 aufgenommen und ist nach Aktivierung nur durch hohe Reparaturkosten wieder Einsatzbereit. Es sind neue Sitzgestelle notwendig. Eine Kopfstützenverstellung ist nicht möglich.
Fremdgetriggerte Systeme nutzen zur Bewegung der Kopfstütze mit einem Teil der Lehne, der kompletten Kopfstütze oder eines Teils der Kopfstütze im Allgemeinen einen Energiespeicher wie zum Beispiel eine gespannte Feder, eine pyrotechnische Ladung oder Luftdruckpatronen oder dergleichen. Ausgelöst wird eine Bewegung durch das Signal eines Sensors der mit einem zentralen Steuergerät in Verbindung steht oder einem Sensor der mit einem dezentralen Steuergerät verbunden ist.
Zumeist werden Sensoren im Heckbereich oder im Bereich eines Mitteltunnels des Kraftfahrzeugsitzes eingesetzt, die abhängig von einem Beschleunigungsimpuls einen Crash detektieren. Die aktiven Kopfstützen werden bis zur fremdgetriggerten Freigabe durch das erfasste Sensorsignal durch einen Energiespeicher in ihrer normalen Gebrauchsposition gehalten. Als Auslöser der aktiven Kopfstütze kommen elektromagnetische Elemente (Motor, Elektromagnet), piezoelektrische Elemente (Piezokeramik), elektrothermische Elemente (Formgedächtnislegierung, Nanomuscle), pyrotechnisch Elemente (Sprengkapsel) oder lösbare Verriegelungen, Sperren oder Dichtungen zum Einsatz.
5 zeigt zur Verdeutlichung die technische Lösung einer fremdgetriggerten Signalgebung zur Freigabe des Energiespeichers.
Ein erstes Kraftfahrzeug fährt beispielsweise auf ein zweites Kraftfahrzeug auf und verursacht einen Heckcrash 30 zum Zeitpunkt t*₀. Ausgelöst wird die Bewegung einer aktiven Kopfstütze 16 (in 5 nicht dargestellt) eines Fahrzeugsitzes beispielsweise durch den Beschleunigungssensor (nicht dargestellt), der über ein zentrales oder dezentrales Steuergerät mit einem Energiespeicher in Verbindung steht.
In Abhängigkeit eines Beschleunigungsimpulses, der beispielsweise auf der y-Achse des in 5 dargestellten Diagrammes gemäß der dortigen Kennlinie entsteht und der von dem Beschleunigungssensor registriert wird, wird nach einem Zeitpunkt t₀ ab Erreichen einer bestimmten Impulsschwelle das zentrale oder dezentrale Steuergerät des Fahrzeugsitzes 10 angesprochen, von dem aus der Energiespeicher zum Zeitpunkt t₁ geschaltet und somit freigegeben wird.
Fahrzeugabhängig beziehungsweise steuergeräteabhängig wird zwischen Heckcrash 30 und dem Zeitpunkt t₁, bei dem das Steuergerät schaltet und die Kopfstütze 16 (in 5 nicht dargestellt) aktiviert wird, ein realer Zeitraum von Δt_r benötigt bis das Steuergerät den Energiespeicher fremdgetriggert schaltet. Innerhalb dieses Zeitraumes Δt_r erfolgt ein fahrzeugabhängiger Zeitverzug Δt_f zwischen Heckcrash 30 zum Zeitpunkt t*₀ und der Registrierung des Impulses zum Zeitpunkt t₀ _,. Die Länge dieses Zeitraumes Δt_f hängt davon ab, wo der jeweilige Sensor im Kraftfahrzeug sitzt, also von der Größe des Kraftfahrzeuges und dergleichen. Ferner benötigt das Steuergerät einen Zeitraum Δt_c zur Auslösung des Energiespeichers, der je nach Fahrzeugtyp und Steuergerät verschieden sein kann. So vergeht beispielsweise ein Zeitraum Δt_r von 25 ms – reale Auslösezeit – zwischen dem Heckcrash 30 t*₀ und t₁ bis zur Aktivierung der Kopfstütze (in 5 nicht dargestellt) bis der Energiespeicher ausgelöst wird und somit die aktive Kopfstütze (in 5 nicht dargestellt) fremdgetriggert schaltet.
Die Problematik besteht darin, dass bekannte Kopfstützenkonzepte über Steuergeräte fremdgetriggert aktiviert werden müssen, wobei stets großer Abstimmungs- und Prüfungsaufwand durch Einbindung der Kopfstützenaktivierung in die Sicherheitselektronik des Fahrzeuges notwendig ist.
Der Erfindung liegt deshalb ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde ein Aktivierungskonzept anzubieten, bei dem die Kopfstützen leicht in das Kraftfahrzeug einbindbar sind und weiter bewährte körpergetriggerte aktive Kopfstützenkonzepte einsetzbar sind.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit dem Obergebriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass eine Rückenlehne und/oder eine Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon von einem in der Rückenlehne oder in der Kopfstütze angeordneten Energiespeicher in ihrer normalen Gebrauchsposition gehalten werden und in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze ein Sensor angeordnet ist, der in Folge des Eindringens eines Körpers in die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze ein Signal – „körpergetriggerter Sensor" – erzeugt, den Energiespeicher auslöst, wodurch unmittelbar die Freigabe der Energie des Energiespeichers erfolgt und die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon in die crashaktive Gebrauchsposition begrenzt verlagerbar sind.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der in der Rückenlehne und/oder die Kopfstütze angeordnete Sensor ein Drucksensor oder Spannungs- oder Dehnungssensor, wobei der Spannungs- oder Dehnungssensor in einem in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze gespannten Band oder in einem um die Rückenlehne gespannten Band angeordnet ist.
Bevorzugt ist ferner, dass der Spannungs- oder Dehnungssensor in einer Lordosenstütze angeordnet ist.
Als Signal zur Auslösung des Energiespeichers und zur Verlagerung der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze in die crashaktive Gebrauchsposition oder jeweils zumindest Teilen davon ist ein elektrisches Signal nutzbar.
Ferner ist als Signal zur Auslösung eine mechanische Entriegelung, beispielsweise ein zerbrochener oder zerrissener Riegel oder ein gezogener, herausgeschobener Stift oder dergleichen, der beispielsweise einen Bowdenzug freigibt, einsetzbar
Um das Kopfstützensystem energetisch weitgehend autark zu gestalten werden vorzugsweise Energiespeicher in Form von gespannten Federn und/oder pyrotechnischen Ladungen und/oder Luftdruckpatronen oder dergleichen verwendet.
Letztlich können alle aus dem Stand der Technik bekannten, wie vorne beschriebenen Kopfstützensysteme, die bisher körpergetriggert oder fremdgetriggert sind, unter Verwendung der vorliegenden Lösung verwendet werden, wobei lediglich ein Energiespeicher angeordnet sein muss, der die Rückenlehne und/oder eine Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon außerhalb eines Crashfalls in ihrer normalen Gebrauchsposition hält.
Dieser Energiespeicher wird, wie beschrieben, anders als bisher im Crashfall von einem „körpergetriggerten Sensor", der in der Rückenlehne angeordnet ist, freigegeben und ausgelöst, so dass Rückenlehne und/oder die Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon in die crashaktive Gebrauchsposition begrenzt verlagerbar sind.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wurde der Stand der Technik anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der nachfolgenden Figuren bereits erläutert. Es zeigen:
1A eine perspektivische Rückansicht eines ersten Ausführungsbeispieles aus dem Stand der Technik einer direkt körpergetriggerten aktiven Kopfstütze,
1B eine Prinzipskizze der Verlagerung der aktiven Kopfstütze gemäß 1A,
2A eine perspektivische Rückansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles aus dem Stand der Technik einer direkt körpergetriggerten aktiven Kopfstütze,
2B eine perspektivische Vorderansicht des zweiten Ausführungsbeispieles aus dem Stand der Technik der direkt körpergetriggerten aktiven Kopfstütze,
2C eine Prinzipskizze der Verlagerung der aktiven Kopfstütze gemäß den 2A und 2B,
3A eine perspektivische Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispieles aus dem Stand der Technik einer direkt körpergetriggerten aktiven Kopfstütze,
3B eine Prinzipskizze der Verlagerung der aktiven Kopfstütze gemäß 3A,
4A eine perspektivische Detailansicht schräg von hinten auf einen Lehnenbeschlag zur körpergetriggerten Verlagerung einer Rückenlehne als viertes Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik,
4B Prinzipskizzen der Verlagerung der Rückenlehne gemäß 4A und
5 anhand eines Impuls-/Zeitdiagramms eine fremdgetriggerte Ansteuerung einer aktiven Kopfstütze oder einer verlagerbaren Rückenlehne anhand eines Zeitstrahls bei einem Heckcrash mit den zugehörigen Zeiträumen und Auslösezeitpunkten nach dem Stand der Technik.
Anschließend wird die Lösung der Aufgabe mit Bezugnahme auf die entsprechende Figuren nach dem Stand der Technik nochmals erläutert.
Die körpergetriggerten aktiven Kopfstützensysteme reagieren nur in Abhängigkeit des auf die Rückenlehne 14 wirkenden Körpers des Fahrzeuginsassen. Der male Zeitraum Δt_r bis zur Aktivierung der Rückenlehne 14 und/oder der Kopfstütze 16 oder Teilen hiervon ist bei den körpergetriggerten, aktiven Kopfstützensystemen abhängig von der den Systemen zugrunde liegenden Mechanik und den zwischen den einzelnen mechanischen Teilen liegenden Übertragungswegen.
Werden die körpergetriggerten, aktiven Kopfstützensysteme in ihrer grundlegenden Ausführung beibehalten, jedoch als fremdgetriggerte aktive Kopfstützensysteme ausgelegt, so kommt, wie zu 5 beschrieben, fahrzeugabhängig und steuergeräteabhängig (zentrales oder dezentrales Steuergerät) zu den benötigten Stellzeiten der aktiven Kopfstütze noch der reale Zeitraum Δt_r, ab dem Crashfall bis zu dem Zeitpunkt in dem das Steuergerät schaltet und der dazu notwendige Impuls eingegangen ist t*₀ bis t₁ noch hinzu.
Zudem wird ein relativ großer Abstimmungs- und Prüfungsaufwand durch die Einbindung des aktiven Kopfstützensystems in die Sicherheitselektronik des Fahrzeuges bei der Planung der Steuergeräte benötigt.
Die Speicherkapazität, die Aufnahme und Verarbeitung der eingehenden und ausgehenden Daten im Steuergerät [Zeiträume, Schwellenwerte etc.], müssen bei der Planung und Abstimmung bereits berücksichtigt und später aufwändig abgestimmt werden.
Die vorliegende Lösung stellt eine energetisch und von den Steuergräten getrenntes autarkes aktives Kopfstützensystem dar, bei dem anders als bisher körpergetriggert ein Sensor ausgelöst wird, hier jedoch kein Steuergerät mehr benötigt wird, da ausgehend von dem Sensor sofort ein Signal erzeugt wird, welches unmittelbar zur Aktivierung des Energiespeichers und zur Freigabe der Energie des Energiespeichers führt.
Dadurch kann die Rückenlehne 14 und/oder Kopfstütze 16 oder jeweils zumindestens Teile davon in vergleichbaren Auslösezeiträumen in die crashaktive Gebrauchsposition verlagert werden. Alle im Stand der Technik beschriebenen System sind dazu geeignet und gehören somit im Zusammenhang mit der körpergetriggerten Auslösung durch einen Sensor zur Erfindung. Ein Nachteil hinsichtlich der Verlängerung der Auslösezeiträume wie bei den fremdgetriggerten Systemen besteht aber nicht mehr.
Hinsichtlich der Verzugszeiten ist im Gegenteil durch den Wegfall des Steuerungskreislaufes ein bisher teilweise vorhandener Verzug aus der Erfassung des Signals des Beschleunigungssensors und Weiterverarbeitung über das Steuergerät nicht mehr gegeben.
Schließlich besteht der Vorteil darin, dass der Impuls, den der Körper auf den Sensor ausübt individuell am Sensor einstellbar ist, was den Aufwand zur Einstellung des Kopfstützensystems, der zudem fahrzeugspezifisch ist, minimiert. Es besteht nämlich die Möglichkeit den Sensor mit einem Auslöseszenario zu versehen, bei dem eine Auslösung beziehungsweise Freigabe des Energiespeichers bereits unterhalb der bisher notwendigen Impulse der nach dem Stand der Technik angeordneten Beschleunigungssensoren liegt.
Insgesamt ist somit ein aktives Kopfstützensystem mit körpergetriggerten Sensoren ausgebildet, das vergleichsweise gleich gute und bessere Auslösezeiten aufweist, insgesamt kostengünstiger ist und unter Nutzung des bekannten Kopfstützensystem eine autarke Lösung unabhängig von einem sonstigen Steuersystemen des Kraftfahrzeuges darstellt.

10: Fahrzeugsitz
12: Sitzteil
14: Rückenlehne
14A: oberer Teil der Rückenlehne
14B: Zusatzrahmen
16: Kopfstütze
16A: Kopfstützenbügel
16B: Kopfstützenaufnahme
18: Kopf des Aufsitzenden
20: Umlenkung/Umlenkhebel
21: Doppelgelenk
22: Druckstrebe
24: Druckplatte
26: Gewebeband
28: Lehnenbeschlag
30: Heckcrash
t*₀: Zeitpunkt des Heckcrashs
t₀: Zeitpunkt der Registrierung des Impulses am Sitz
t₁: Zeitpunkt Steuergerät schaltet
Δt_r: Zeitraum Auslösung real [t₁ – t*₀]
Δt_c: Zeitraum Auslösung Steuergerät [t₁ – t₀] steuergeräteabhängig
Δt_f: Zeitraum Impulsregistrierung real [t₀ – t*₀] fahrzeugabhängig

Claims

Aktives Kopfstützensystem für einen Fahrzeugsitz (10), insbesondere für eine Rückenlehne (14) eines Kraftfahrzeugsitzes, durch das im Fall eines Heckaufpralls auf das Kraftfahrzeug, eine normale Gebrauchsposition der Rückenlehne (14), oder zumindest eines Teiles der Rückenlehne (14) und/oder der Kopfstütze (16) oder zumindest eines Teiles der Kopfstütze (16) in Richtung des Fahrzeuginsassen unverzüglich in eine crashaktive Gebrauchsposition verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon von einem in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze angeordneten Energiespeicher in ihrer normalen Gebrauchsposition gehalten werden und in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze ein Sensor angeordnet ist, der vorzugszweise infolge des Eindringens eines Körpers in die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze ein Signal – „körpergetriggerter Sensor" – erzeugt, den Energiespeicher auslöst, wodurch unmittelbar die Freigabe der Energie des Energiespeichers erfolgt und die Rückenlehne und/oder die Kopfstütze oder jeweils zumindest Teile davon in die crashaktive Gebrauchsposition begrenzt verlagerbar sind.
Kopfstützensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze angeordnete Sensor ein Drucksensor ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze angeordnete Sensor ein Spannungs- oder Dehnungssensor ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs- oder Dehnungssensor in einem in der Rückenlehne und/oder der Kopfstütze gespannten Band angeordnet ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs- oder Dehnungssensor in einem um die Rückenlehne und/oder die gespannten Band angeordnet ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs- oder Dehnungssensor in einer Lordosenstütze der Rückenlehne angeordnet ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Auslösung ein elektrisches Signal ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Auslösung eine mechanische Entriegelung ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Auslösung ein zerbrochener oder zerrissener Riegel oder dergleichen ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Auslösung ein gezogener Stift ist der eine Bowdenzug freigibt.
Kopfstützensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher • eine gespannte Feder und/oder • eine pyrotechnische Ladung und/oder • eine Luftdruckpatrone oder dergleichen ist.
Kopfstützensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Signalgebung des Sensors erforderliche Auslöseenergie crashunabhängig einstellbar ist.