DE10220068A1

DE10220068A1 - Insassenrückhaltevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gurtstraffer sowie Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Antriebs des Gurtstraffers

Info

Publication number: DE10220068A1
Application number: DE2002120068
Authority: DE
Inventors: Robert Zobel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-05-04
Filing date: 2002-05-04
Publication date: 2003-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Insassenrückhaltevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Sicherheitsgurt (2), einer Aufwickelvorrichtung (4) für den Sicherheitsgurt (2), sowie einem Gurtstraffer (6) mit einem elektromotorischen Antrieb (8), der im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs aktivierbar ist, um eine Aufwickelwelle (20) der Abwickelvorrichtung (4) mit einer das Straffen des Sicherheitsgurtes (2) bewirkenden Drehrichtung zu drehen. Um bei der Befreiung eines nach einem Überschlag des Kraftfahrzeugs kopfüber oder in Seitenlage vom Sicherheitsgurt (2) im Sitz festgehaltenen Fahrzeuginsassen die Gefahr von Verletzungen des Fahrzeuginsassen zu minimieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Antrieb (8) des Gurtstraffers (6) nach dem Unfall zeitverzögert aktivierbar ist, um die Aufwickelwelle (10) langsam mit einer das Abwickeln des Sicherheitsgurtes (2) von der Aufwickelwelle (10) bewirkenden Drehrichtung zu drehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Insassenrückhaltevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Sicherheitsgurt, einer Aufwickelvorrichtung für den Sicherheitsgurt, sowie einem Gurtstraffer mit einem elektromotorischen Antrieb, der im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs aktivierbar ist, um eine Aufwickelwelle der Aufwickelvorrichtung mit einer das Straffen des Gurtes bewirkenden Drehrichtung zu drehen. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Antriebs eines Gurtstraffers einer Insassenrückhaltevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die mindestens einen Sicherheitsgurt mit einer Aufwickelvorrichtung umfaßt, deren Aufwickelwelle im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs mit einer das Straffen des Gurtes bewirkenden Drehrichtung gedreht wird.

Bei Kraftfahrzeugen und insbesondere bei Personenkraftwagen kommt es bei Unfällen gelegentlich zu einem Überschlagen oder Überrollen des Kraftfahrzeugs, bei dem es nach dem Unfall auf dem Dach oder auf einer Seite liegend zur Ruhe kommt. Sofern das Kraftfahrzeug mit Insassenrückhaltevorrichtungen der eingangs genannten Art ausgestattet ist und die Fahrzeuginsassen ihren Sicherheitsgurt angelegt haben, werden sie in solchen Fällen von dem zuvor im Verlauf des Unfall gestrafften oder blockierten Sicherheitsgurt kopfüber oder in Seitenlage in ihrem Sitz festgehalten. Falls die Insassen infolge des Unfalls bewußtlos sind oder schwerere Verletzungen erlitten haben, können sie sich aus dieser Lage nicht oder nur selten selbst befreien. Wenn sich die Insassen keine oder nur leichtere Verletzungen zugezogen haben, neigen sie infolge von Panikreaktionen und infolge eines unfallbedingten Schocks häufig dazu, so schnell wie möglich das Schloß des Sicherheitsgurtes zu öffnen. Dadurch fallen sie jedoch ungebremst nach unten, bis sie auf das nächste darunter liegende Hindernis aufschlagen. Sofern es sich dabei um scharfkantige Gegenstände handelt oder sofern dieses Hindernis von herumliegenden Glasbruchstücken bedeckt ist, kann dies nicht unerhebliche Verletzungen der Fahrzeuginsassen zur Folge haben. Dasselbe gilt auch dann, wenn der Sicherheitsgurt eines handlungsunfähigen Fahrzeuginsassen ohne ausreichende vorherige Abstützung des Fahrzeuginsassen von einem Helfer geöffnet wird.

Zur Befreiung angegurteter Fahrzeuginsassen nach einem Unfall ist es u. a. aus der DE 34 39 310 C2, der DE 34 44 434 A1 oder der DE 195 33 894 C1 bereits bekannt, nach dem Ende des Unfalls das Gurtschloß automatisch zeitverzögert zu öffnen. Im Falle eines nach einem Überschlag auf dem Dach oder auf der Seite liegenden Fahrzeugs kann dies jedoch in gleicher Weise, wie zuvor beschrieben, zu Verletzungen der herabfallenden Fahrzeuginsassen führen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Insassenrückhaltevorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei einer Befreiung eines kopfüber oder in Seitelage vom Sicherheitsgurt im Sitz festgehaltenen Fahrzeuginsassen die Verletzungsgefahr für den Fahrzeuginsassen minimiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb des Gurtstraffers nach dem Unfall zeitverzögert aktivierbar ist bzw. aktiviert wird, um die Aufwickelwelle langsam mit einer das Abwickeln des Sicherheitsgurtes von der Aufwickelwelle bewirkenden Drehrichtung zu drehen und dadurch ein langsames Lösen des Sicherheitsgurtes zu bewirken.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen nach einem Überschlag vom Sicherheitsgurt kopfüber oder in Seitenlage in seinem Sitz festgehaltenen Fahrzeuginsassen durch langsames Abwickeln des Gurtes von der Aufwickelwelle so sanft nach unten gleiten zu lassen, daß sich selbst bewußtlose oder schwer verletzte Fahrzeuginsassen keine weiteren Verletzungen zuziehen können.

Grundsätzlich kann das langsame zeitverzögerte Lösen des Sicherheitsgurtes nach jedem Unfall erfolgen, bei dem der Sicherheitsgurt zuvor durch den Gurtstraffer gestrafft worden ist oder ein zugehöriger Airbag ausgelöst worden, das heißt auch bei anderen Unfällen, bei denen das Fahrzeug nicht auf dem Dach oder der Seite liegend zur Ruhe kommt, weil die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei diesen anderen Unfällen keine negativen Folgen hat. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, daß der elektromotorische Antrieb des Gurtstraffers zum langsamen Lösen des Sicherheitsgurtes nach einem Unfall nur dann aktiviert wird, wenn ein zu diesem Zeitpunkt von einem Neigungssensor des Kraftfahrzeugs gemessener Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und/oder wenn eine von einem Kraftsensor gemessene, auf den Sicherheitsgurt ausgeübte Zugkraft einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und damit angezeigt wird, daß das Fahrzeug auf der Seite oder auf dem Dach liegt bzw. der Sicherheitsgurt durch einen im Gurt hängenden Fahrzeuginsassen mit dessen Gewicht belastet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der elektromotorische Antrieb zum Beispiel bei einem Cabriolet nur dann aktiviert werden, wenn zuvor ein Überrollbügel unfallbedingt ausgefahren worden ist.

Die zeitverzögerte Aktivierung des Antriebs soll sicherstellen, daß das Fahrzeug nach dem Unfall vollständig zur Ruhe gekommen ist, bevor der Sicherheitsgurt langsam gelöst wird. Selbst bei einer Multikollision des Fahrzeugs ist dies gewöhnlich bereits 10 Sekunden nach dem Auslösen des Gurtstraffers und maximal 20 Sekunden nach diesem Zeitpunkt der Fall, so daß dann ein gefahrloses Lösen des Sicherheitsgurtes möglich ist. Jedoch kann der Zeitpunkt, in dem das Fahrzeug endgültig zur Ruhe gekommen ist, auch ganz oder teilweise sensorisch ermittelt werden, beispielsweise indem die Beschleunigung des Fahrzeugs gemessen wird. In diesem Fall wird nach dem Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellenwerts der Beschleunigung, zum Beispiel einer Beschleunigung von null, noch einige Sekunden abgewartet, ob es nicht zu einer weiteren Kollision des Fahrzeugs kommt, die sich durch einen erneuten Anstieg der Beschleunigung manifestiert.

Obwohl es zweckmäßig ist, die Aktivierung des Antriebs des Gurtstraffers davon abhängig zu machen, ob der Gurt zuvor durch denselben Gurtstraffer gestrafft worden ist, braucht dies nicht notwendigerweise der Fall zu sein. Alternativ kann der Antrieb des Gurtstraffers zum langsamen Lösen des Gurtes auch eine gewisse Zeit nach der Auslösung eines zum selben Fahrzeugsitz gehörigen Airbags oder auch nach dem Ansprechen eines zugehörigen Beschleunigungssensors einer Steuereinheit der Insassenrückhaltevorrichtung aktiviert werden.

Während die Aufwickelwelle bei der Aktivierung des elektromotorischen Antriebs im Falle eines Unfalls schnell gedreht werden muß, um den Sicherheitsgurt noch vor dem Aufblasen eines zugehörigen Airbags zu straffen, soll das erfindungsgemäße Lösen des Gurtes verhältnismäßig langsam erfolgen, das heißt indem die Aufwickelwelle mit weniger als 1 und vorzugsweise weniger als 0,2 Umdrehung pro Sekunde gedreht wird. Um diese geringe Drehgeschwindigkeit zu erzielen, wird der elektromotorische Antrieb vorzugsweise abwechselnd mit Gleichstromimpulsen unterschiedlicher Polung beaufschlagt, wobei die Dauer der zu einem Abwickeln des Sicherheitsgurtes von der Aufwickelwelle führenden Stromimpulse etwas länger als die Dauer der entgegengesetzt gepolten Impulse ist, die zu einem Aufwickeln des Sicherheitsgurtes auf die Aufwickelwelle führen.

Alternativ könnte jedoch auch eine Gurtbremse vorgesehen werden, mit deren Hilfe der Sicherheitsgurt langsam gelöst werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei Teile einer erfindungsgemäßen Insassenrückhaltevorrichtung eines Personenkraftwagens.
Die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Insassenrückhaltevorrichtung eines Personenkraftwagens umfaßt für jeden Sitz des Personenkraftwagens einen Automatik- Sicherheitsgurt 2 mit einer zugehörigen Aufwickelvorrichtung 4, sowie einen mit der Aufwickelvorrichtung 4 zusammenwirkenden Gurtstraffer 6 mit elektromotorischem Antrieb 8, der den auf einer Aufwickelwelle 10 der Aufwickelvorrichtung 4 aufgewickelten Sicherheitsgurt 2 strafft, wenn der Antrieb 8 im Falle eines Unfalls aktiviert, das heißt aus einer Batterie 12 des Personenkraftwagens so mit Gleichstrom beaufschlagt wird, daß die Aufwickelwelle 8 mit einer zum Aufwickeln des Sicherheitsgurtes 2 führenden Drehrichtung in schnelle Drehung versetzt wird.
Die in herkömmlicher Weise ausgebildete Aufwickelvorrichtung 4 umfaßt an einer Stirnseite der Aufwickelwelle 10 eine Triebfeder 14, um die Aufwickelwelle 10 im Normalbetrieb mit einer Torsionskraft zu beaufschlagen, die ein Aufwickeln des Gurtes 2 auf der Aufwickelwelle 10 bewirkt, sowie an der entgegengesetzten Stirnseite der Aufwickelwelle 10 eine Blockierverzahnung 16, in die eine nicht näher dargestellte Blockierklinke eingreifen kann, um den Sicherheitsgurt 2 zu blockieren, wenn er ruckartig belastet wird. Im Inneren der Aufwickelwelle 10 befindet sich ein als Lastbegrenzer dienender Torsionsstab 18, der bei 20 formschlüssig mit der Aufwickelwelle 10verbunden ist, so daß er im Normalbetrieb zusammen mit der Aufwickelwelle 10 von der Triebfeder 14 gedreht wird.
Der elektromotorische Antrieb 8 des Gurtstraffers 6, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Seite der Triebfeder 14 angeordnet ist, besteht im Wesentlichen aus einem zur Drehachse 15 der Aufwickelwelle 10 koaxialen gehäusefesten Stator 22, der über eine Schalteinheit 24 mit Gleichstrom aus der Batterie 12 gespeist werden kann und von einem mit dem Gehäuse 25 des Gurtstraffers 6 verbundenen ringförmigen Statorträger 26 getragen wird, sowie einem in Bezug zum Stator 22 um die Drehachse 15 drehbaren haubenförmigen Rotor 28. Der Stator 22 und der Rotor 28 bilden dabei jeweils einen Teil eines Planetengetriebe des Gurtstraffers 6. Dessen Hohlrad 32 ist am Statorträger 26 ausgebildet, während sein Sonnenrad 34 drehfest mit dem Rotor 28 verbunden ist und auf einem Fortsatz 36 des Torsionsstabs 18 drehbar gelagert ist. Die mit dem Sonnenrad 34 und dem Hohlrad 32 kämmenden Planetenräder 38 sind in gleichen Winkelabständen drehbar an einem Planetenträger 40 gelagert, der selbst wiederum auf dem Fortsatz 36 des Torsionsstabs 18 um die Drehachse 15 drehbar ist.
Die Insassenrückhaltevorrichtung umfaßt weiter eine Steuereinheit 42, die den Gurtstraffer 6 bei einem Unfall aktiviert, beispielsweise wenn die von einem Beschleunigungssensor 44 der Insassenrückhaltevorrichtung gemessenen Bremsbeschleunigung des Pkw einen vorgegebenen Wert übersteigt oder wenn ein Precrash-Sensor 46 der Insassenrückhaltevorrichtung eine zu einem Unfall führende schnelle Annäherung an ein Hindernis signalisiert. Mit der Steuereinheit 42 ist ein Neigungssensor 48 verbunden, der die Neigung des Personenkraftwagens in Bezug zur Horizontalen mißt und der Steuereinheit 42 ein Signal übermittelt, wenn die Neigung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dieser Wert liegt vorzugsweise zwischen 70 und 90 Grad, so daß im Wesentlichen nur dann ein Signal zur Steuereinheit 42 übermittelt wird, wenn sich der Personenkraftwagen bei einem Unfall überschlägt oder in Seitenlage gerät. Die Steuereinheit 42 ist vorzugsweise in eine zentrale Airbagsteuerung des Personenkraftwagens integriert.
Wenn die Steuereinheit 42 bei einem Unfall des Personenkraftwagens den Gurtstraffer 6 aktiviert, wird in der Schalteinheit 24 ein Stromkreis zwischen dem Stator 22 und der Fahrzeugbatterie 12 geschlossen und der Stator 22 aus der Batterie 12 mit Gleichstrom beaufschlagt. Die Polung des Gleichstroms ist dabei derart, daß sich die über das Planetengetriebe mit dem Rotor 28 verbundene Aufwickelwelle 10 mit einer solchen Drehrichtung dreht, daß der Sicherheitsgurt 2 auf der Aufwickelwelle 10 aufgewickelt und damit gestrafft wird.
Wenn ein Signal vom Neigungssensor 48 anzeigt, daß der vorgegebene Neigungswinkel bei dem das Straffen des Gurtes 2 auslösenden Unfall überschritten wurde, wird die Schalteinheit 24 nach dem Verstreichen einer voreingestellten Zeitspanne von etwa 15 bis 20 Sekunden seit der Aktivierung des Gurtstraffers 6 von der Steuereinheit 42 erneut angesteuert. In diesem Fall werden von der Schalteinheit 24 kurze Stromimpulse zum Stator 28 zugeführt, deren Polung wechselt, wobei die Stromimpulse mit einer zum Abwickeln des Sicherheitsgurtes 2 von der Aufwickelwelle 10 führenden Polung etwas länger sind als die Stromimpulse mit entgegengesetzter Polung. Die Zeitdauer der abwechselnden Stromimpulse ist so eingestellt, daß sich die Aufwickelwelle 10 unter Abwickeln des Sicherheitsgurtes 2 mit einer Drehzahl von zwischen 0,1 und 0,5 Umdrehungen pro Sekunde dreht, so daß der Sicherheitsgurt 2 langsam gelöst und ein kopfüber oder in Seitenlage im Sicherheitsgurt 2 hängender Fahrzeuginsassen sanft zu Boden gleiten kann.
Alternativ kann die Ansteuerung der Schalteinheit 24 auch dann erfolgen, wenn nach der Aktivierung des Gurtstraffers 6 ein vom Beschleunigungssensor 44 zur Steuereinheit 42 übermitteltes Signal anzeigt, daß der Personenwagen zur Ruhe gekommen ist, und nach dem Empfang des Signals eine voreingestellte Zeitspanne von etwa 5 Sekunden verstrichen ist. Mit dieser an einem Zeitglied der Steuereinheit eingestellten Zeitspanne soll für den Fall einer Multikollision des Personenkraftwagens ein vorzeitiges Lösen des Sicherheitsgurtes ausgeschlossen werden.

Claims

1. Insassenrückhaltevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Sicherheitsgurt, einer Aufwickelvorrichtung für den Sicherheitsgurt, sowie einem Gurtstraffer mit einem elektromotorischen Antrieb, der im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs aktivierbar ist, um eine Aufwickelwelle der Aufwickelvorrichtung mit einer das Straffen des Sicherheitsgurtes bewirkenden Drehrichtung zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (8) des Gurtstraffers (6) nach dem Unfall zeitverzögert aktivierbar ist, um die Aufwickelwelle (10) langsam mit einer das Abwickeln des Sicherheitsgurtes (2) von der Aufwickelwelle (10) bewirkenden Drehrichtung zu drehen.

2. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerung (42) zur Aktivierung des Antriebs (8) des Gurtstraffers (6).

3. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (42) den Antrieb (8) aktiviert, sobald nach dem unfallbedingten Straffen des Gurtes (2) eine voreingestellte Zeitspanne verstrichen ist.

4. Insassenrückhaltevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung den Antrieb (8) aktiviert, sobald eine unfallbedingte Beschleunigung des Fahrzeugs einen vorbestimmten Schwellenwert unterschritten hat und nach dem Unterschreiten des Schwellenwertes eine voreingestellte Zeitspanne verstrichen ist.

5. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (42) ein Zeitglied umfaßt.

6. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung den Antrieb (8) aktiviert, wenn ein von einem Neigungssensor (48) des Kraftfahrzeugs gemessener Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

7. Insassenrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (42) den Antrieb aktiviert, wenn eine von einem Kraftsensor gemessene, auf den Sicherheitsgurt ausgeübte Zugkraft einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

8. Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Antriebs eines Gurtstraffers einer Insassenrückhaltevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die einen Sicherheitsgurt mit einer Aufwickelvorrichtung umfaßt, deren Aufwickelwelle im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs mit einer das Straffen des Sicherheitsgurtes bewirkenden Drehrichtung gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromotorische Antrieb (8) des Gurtstraffers (6) nach einer unfallbedingten Straffung des Sicherheitsgurtes (2) zeitverzögert aktiviert wird, um die Aufwickelwelle (10) langsam mit einer das Abwickeln des Sicherheitsgurtes (2) von der Aufwickelwelle (10) bewirkenden Drehrichtung zu drehen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelwelle (10) unter Abwickeln des Sicherheitsgurtes (2) angetrieben wird, sobald nach dem unfallbedingten Straffen des Sicherheitsgurtes (2) eine voreingestellte Zeitspanne verstrichen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die voreingestellte Zeitspanne mehr als 10 Sekunden und vorzugsweise zwischen 10 und 20 Sekunden beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelwelle (10) unter Abwickeln des Sicherheitsgurtes (2) angetrieben wird, nachdem eine von einem Beschleunigungssensor (44) des Kraftfahrzeugs gemessene unfallbedingte Beschleunigung einen vorbestimmten Schwellenwert unterschritten hat und nach dem Unterschreiten des Schwellenwerts eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeitspanne mehr als 3 Sekunden und vorzugsweise zwischen 3 und 10 Sekunden beträgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelwelle (10) unter Abwickeln des Sicherheitsgurtes (2) angetrieben wird, wenn ein von einem Neigungssensor (48) des Kraftfahrzeugs gemessener Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelwelle unter Abwickeln des Sicherheitsgurtes angetrieben wird, wenn eine von einem Kraftsensor des Kraftfahrzeugs gemessene, auf den Sicherheitsgurt ausgeübte Zugkraft einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelwelle (10) zum Lösen des Sicherheitsgurtes (2) mit einer Drehzahl von weniger als einer Umdrehung pro Sekunde gedreht wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektromotorischen Antrieb des Gurtstraffers (6) impulsweise Strom zugeführt wird, um die Aufwickelwelle (10) unter Abwickeln des Sicherheitsgurtes (2) langsam zu drehen.