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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurtanordnung für ein Kraftfahrzeug
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Im
allgemeinen dienen Sicherheitsgurte, im folgenden auch als Insassen-Rückhaltevorrichtungen bezeichnet,
zum Schutz der Fahrzeuginsassen gegen Verletzungen bei einem Fahrzeugunfall.
Beispielsweise besitzt ein Sicherheitsgurt einen Notfall-Sperrückzieher
zum Zurückwickeln
eines Sicherheitsgurts um eine Aufwickelwelle mit Federkräften, um
zu verhindern, daß der
Sicherheitsgurt ausgerollt wird, und um sicherzustellen, daß der Insasse
des Fahrzeugs bei einem durch Unfall bedingten Aufprall zurückgehalten
wird.
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Wenn
der Sicherheitsgurt durch den Notfall-Sperrückzieher an einem Ausrollen
gehindert wird, so erleidet der abrupt an einer Vorwärtsbewegung
gehinderte Fahrzeuginsasse die Einwirkung der Aufprallkraft, die
auf ihn über
den Sicherheitsgurt übertragen
wird. Um diese auf den Insassen einwirkende Aufprallkraft zu verringern,
wurde ein Aufprall-Energieabsorptionsmechanismus (im folgenden: "EA-Mechanismus") eingesetzt, der
dazu ausgebildet ist, den Sicherheitsgurt auszufahren, dabei den
Gurt aber unter einer vorbestimmten Gurtspannung zu halten (im folgenden
als EA-Last bezeichnet), um dadurch die auf den Insassen einwirkende Aufprallenergie
zu absorbieren, wenn eine eine vorbestimm te Last übersteigende
Last auf den Sicherheitsgurt einwirkt, nachdem dieser von dem Sperrückzieher
blockiert wurde. Dies ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
8-127313 beschrieben.
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Die
Bewegungsgleichung: Fs (Rückhaltekraft)
= m (Masse des Fahrzeuginsassen) × α (Beschleunigung oder Verzögerung)
besagt, daß dann, wenn
die Masse des Insassen, sein Gewicht, bei konstanter EA-Last, also
Energieabsorptions-Last, variiert, die auf den Insassen einwirkende
Beschleunigung (Verzögerung
oder Stoß)
bei einem Fahrzeugunfall ebenfalls schwankt, wie dies aus
20 ersichtlich ist. Die
japanische Patent-Offenlegungsschrift 8-268224 (=
DE 195 08 679 A1 ) zeigt
eine Sicherheitsgurtanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs
1. Die Dämpfungsvorrichtung
dient zum Variieren der EA-Last, indem mechanische Einstellungen
vorgenommen werden, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu berücksichtigen.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß die mechanischen Einstellvorgänge für den jeweiligen
Fahrzeugbenutzer mühsam
und zeitraubend sind, und bei jedem neuen Benutzer erneute mechanische
Einstellmaßnahmen
erforderlich sind, um eine Anpassung vorzunehmen.
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Die
japanische Patent-Offenlegungsschrift 7-186880 zeigt ein System
zum Steuern einer Insassen-Rückhaltevorrichtung,
indem das Gewicht eines Fahrzeuginsassen durch einen Gewichtssensor
und einen Kipp-Sensor gemessen wird. Dieses System weist allerdings
eine große
Anzahl von Teilen auf und ist ziemlich teuer, bedingt durch die
komplexe Korrekturlogik, weil die Differenz zwischen dem erfaßten Gewicht
des Fahrzeuginsassen und dessen tatsächlichem Gewicht im Hinblick
auf die Art und Weise zu kompensieren ist, wie die Person auf dem
Sitzpolster sitzt und welchen Winkel die Rückenlehne einnimmt.
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Ein
weiteres Problem, die die Rückhaltekräfte erhöht, ergibt
sich durch das Aufblasen eines Airbags vor dem Insassen. Wie in 21 dargestellt ist, wird
selbst dann, wenn bei einem Unfall die Beschleunigung a des Insassen
in Bezug auf die Bodenfläche
(entsprechend einer Aufprallkraft des Insassen) im Zeitpunkt t0
konstant zu halten ist, indem der Sicherheitsgurt unter der konstanten
EA-Last ausgerollt wird, die Be schleunigung α des Insassen in Bezug auf die
Bodenfläche
(Fahrbahn) aufgrund der Rückhaltekräfte durch
den Airbag erhöht.
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Es
gibt ein Verfahren zum Einstellen der Strecke, um die der Sicherheitsgurt
ausgerollt wird, um die EA-Last zu reduzieren, wenn der EA-Mechanismus betätigt wird,
vergleiche japanische Patent-Offenlegungsschriften 8-127313 und
8-268224 (siehe auch 22 der
Zeichnung). Nach diesem Verfahren wird die Ausrolllänge des
Sicherheitsgurts zur Reduzierung der EA-Last auf einen vorbestimmten
Wert L'1 eingestellt,
der festliegt und nicht zu variieren ist.
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Die
Sitzstellung eines Insassen in einem Fahrzeugsitz bezüglich der
Fahrzeuglängsrichtung, das
heißt
in Rutsch-Richtung des Sitzes, variiert von Körper zu Körper. Wie in 22 angedeutet ist, wird also die relative
Aufblaszeit des Airbags gemäß "1" bis "3" variiert.
Wie in 23 gezeigt ist, ändert sich die
Beschleunigung α des
Insassen in Bezug auf die Bodenfläche abhängig von der Sitzeinstellung,
was zu einer Instabilität
bei der Möglichkeit
einer Insassenrückhaltung
führt.
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Bei
dem EA-Mechanismus, also dem Energieabsorptionsmechanismus wird
gemäß 24 selbst dann, wenn ein
Rückroller 2 die
Gurtspannung (EA-Last) Ts auf einem konstanten Wert hält, wenn sich
der Insasse 3 nach vorn bewegt, eine Erhöhung der
auf den Insassen 3 einwirkenden Gurtrückhaltekraft Fs erfolgen. Die
Gurtrückhaltekraft
Fs, die auf den Insassen 3 einwirkt, steht in Beziehung
zu der Gurtspannung Ts gemäß Fs = Ts
cosθs.
Wenn sich der Insasse 3 gegenüber der ausgezeichneten Linie in
die in 24 durch eine
doppelpunktierte Strichlinie nach vorn bewegt, so wird der Winkel θs, unter dem
die Zugspannung Ts wirkt, spitzer, was die Gurtrückhaltekraft Fs erhöht (siehe 25). 25 zeigt einen Querschnitt entlang des
Sicherheitsgurts an dem Fahrgast 3 gemäß 4.
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Selbst
wenn also die Gurtspannung Ts von dem Rückzieher oder Rückroller 2 auf
einem konstanten Wert gehalten wird, so erhöht sich gemäß
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26 die auf den Insassen 3 einwirkende Gurtrückhaltekraft
Fs, wenn sich der Insasse 3 nach vorn bewegt.
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Dementsprechend
ergibt die Gleichung Fs = m · α (m ist die
Masse des Insassen 3 und a ist die Beschleunigung oder
Verzögerung
an der Brust des Insassen 3), daß die Beschleunigung oder Verzögerung α an der Brust
des Insassen 3, das heißt die Aufprallkraft, sich
im Verhältnis
zu der Gurtrückhaltekraft Fs
steigert, wenn sich der Insasse 3 nach vorn bewegt (vergleiche 27).
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28 und 29 zeigen die Gurtrückhaltekraft Fs, die auf einen
Insassen einwirkt, dargestellt auf der Ordinate in Bezug auf die
auf der Abszisse aufgetragene Verlagerung x' des Insassen entsprechend der Formel
Fs = m · α, um die
Effizienz bei der Energieabsorption zu betrachten.
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Selbst
wenn die Gurtspannung Ts von dem Rückroller 2 konstant
gehalten wird, wird, da die Gurtrückhaltekraft Fs wegen der Änderungen
des Gurtspannungswinkels θs
nicht konstant ist, wenn der EA-Mechanismus sich in seinem Anfangs-Arbeitsstadium
befindet, eine in 28 schraffiert
dargestellte Totzone gebildet, in der der EA-Mechanismus nicht arbeitet,
bedingt durch die Differenz zwischen den maximalen Rückhaltekräften und
den Rückhaltekräften während der
Bewegung des Insassen 3. Dies führt zu einer schlechten Effizienz
beim Absorbieren von Aufprallenergie.
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Soweit
die Gurtrückhaltekraft
Fs konstant ist, läßt sich
die Aufprallenergie theoretisch in effizienter Weise vom Anfangsstadium
des Betriebs des EA-Mechanismus
absorbieren, was die Möglichkeit eröffnet, die
maximalen Rückhaltekräfte und
die maximale Verzögerung,
das heißt
die Aufprallkraft, zu reduzieren, wie dies in 29 durch die strichpunktierte Linie angedeutet
ist.
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Wenn
allerdings die auf den Insassen 3 einwirkende Gurtrückhaltekraft
Fs konstant ist, muß die Gurtspannung
Ts abhängig
von der Ausrolllänge
des Gurts während
des Betriebs des EA-Mechanismus reduziert werden unter Berücksichtigung
der Änderungen
des Gurtspannungswinkels θs
bei der Vorwärtsbewegung
des Insassen 3, wie dies in 26 durch
die strichpunktierte Linie angedeutet ist.
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Aus
der WO 85/04 628 A1 ist eine Längendetektoreinrichtung
für eine
Sicherheitsgurtanordnung bekannt, die mit Hilfe der Gurtaufwickelrolle
eine Kodierscheibe bewegt. Durch Ermitteln der Abwickelgeschwindigkeit
des Gurts und der Winkelbeschleunigung der Gurtaufwickelrolle wird
der Gurt an einer als geeignet angesehenen Stelle während seines
Ausrollvorgangs von einer Steuereinrichtung gesperrt.
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Aus
der
DE 41 12 579 A1 ist
eine Inneneinrichtung für
ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Vielfalt von Dateneingabeeinrichtungen
aufweist, darunter eine Einrichtung zum Eingeben von Insassendaten.
Bezüglich
des Sicherheitsgurts ist eine Messklemmhalterung erwähnt, die
für die
Berücksichtigung
der Sicherheitsgurtbelastung eingesetzt werden soll.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Sicherheitsgurtanordnung,
die in der Lage ist, in einfacher und gleichzeitig in hohem Maße zuverlässiger Weise
eine Aufprallkraft zu verringern, die auf einen Fahrzeuginsassen
einwirkt, ohne daß dies
durch das Gewicht des Insassen und durch reaktive Kräfte seitens
eines Airbags beeinflußt
wird.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Wenn
ein Sicherheitsgurt in einem Kraftfahrzeug sich bei einem Unfall
unter Einwirkung einer Gurtlast verlängert, so wird, weil eine maximale
Gurtlast annähernd
gleich ist einer EA-Last, also einer Energieabsorptions-Last, die
Längung
des Sicherheitsgurts als im wesentlichen nicht zu der Zeit verursacht
angenommen, zu der der Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus (EA-Me chanismus)
betätigt wird.
Besitzt der EA-Mechanismus einen Sicherheitsgurt-Klemmechanismus, so ist der Gurt nicht
fest um den Wickeldorn eines Rückrollers
gewunden. Wenn der EA-Mechanismus in Betrieb ist, so entspricht
die Ausrollänge
des Sicherheitsgurts annähernd
der Strecke, über
die sich ein Insasse gegenüber
dem Fahrzeug bewegt.
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Bei
einer Sicherheitsgurtanordnung gemäß der Erfindung wird eine Ausrollänge des
Sicherheitsgurts zur Zeit des Betriebs des EA-Mechanismus erfaßt, und
es wird eine Ausrollgeschwindigkeit des Sicherheitsgurts, die eine
zeitabhängige Änderung
der Ausrollänge
des Sicherheitsgurts ist, oder eine Ausrollbeschleunigung des Sicherheitsgurts
berechnet als eine Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Insassen
gegenüber
dem Fahrzeug. Ermittelt wird die Geschwindigkeit oder Beschleunigung
des Fahrzeugs gegenüber
der Bodenfläche,
auf der das Fahrzeug abrollt, und es wird eine auf den Insassen
gegenüber
der Bodenfläche
einwirkende Beschleunigung berechnet (abgeschätzt).
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Wenn
die Prinzipien der vorliegenden Erfindung bei einem Aufpralltest
angewendet werden, so ist es möglich,
die Beschleunigung des Insassen bei einem Unfall exakt und einfach
abzuschätzen,
was bislang nur schwierig zu messen war. Durch Steuern der Sicherheitsgurtanordnung
(Insassenrückhaltevorrichtung)
auf der Grundlage der Beschleunigungsabschätzung ist es möglich, den
für die
Einzelheiten des Aufpralls am besten geeigneten Rückhaltezustand
zuverlässig
einzustellen.
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Vorzugsweise
wird der Sicherheitsgurt über einen
Schulteranker umgelenkt, und die Beziehung zwischen der Ausrollänge des
Sicherheitsgurts und der Distanz, über die sich der Insasse bewegt,
läßt sich
betrachten als die Beziehung zwischen einer Änderung der Hypotenuse eines
hypothetischen Dreiecks, welches von dem Schulteranker ausgehend gezogen
wird, und einer Änderung
in der Basis des hypothetischen Dreiecks, welche horizontal verläuft (vergleiche 24). Wenn sich der Insasse
bewegt, ändert
sich der Winkel zwischen der Hypotenuse und der Basis (der Gurtspannungswinkel θs). Der
Gurtspannungswinkel θs
wird umso spitzer, desto weiter sich der Insasse 3 nach
vorn bewegt.
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Obschon
sich zwar die Ausrollänge
des Sicherheitsgurts und die Strecke, über die sich der Insasse nach
vorn bewegt, nicht in einem exakten Eins-zu-Eins-Verhältnis
befinden, so läßt sich
dennoch die Bewegungsstrecke des Insassen exakt abschätzen anhand
der Ausrollänge
des Sicherheitsgurts, indem eine Ausrollrichtung (Winkel) des Sicherheitsgurts
erfaßt
wird und die Strecke, über
die sich der Insasse bei erfaßter
Ausrollrichtung (Winkel) bewegt, korrigiert wird. Die Genauigkeit,
mit der die Beschleunigung des Insassen gegenüber der Bodenfläche abgeschätzt werden
kann, wird beträchtlich
erhöht.
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Wenn
die obige abgeschätzte
Beschleunigung dazu verwendet wird, die Insassenrückhaltevorrichtung
zu steuern, so kann der Insasse unter günstigeren Bedingungen zurückgehalten
werden, da dann die EA-Last direkt in einer Regelschleife geregelt
wird, um die Beschleunigung des Insassen in Bezug auf die Bodenfläche konstant
zu halten, wobei diese Beschleunigung angenommenerweise die Beziehung
zwischen der Änderung
der Hypotenuse des hypothetischen Dreiecks und der Änderung
der Basis dieses hypothetischen Dreiecks entspricht. Anders ausgedrückt: selbst
wenn der Gurtspannungswinkel θs
spitzer wird, bedingt durch ein anderes Gewicht des Insassen oder
weil sich der Insasse nach vorn bewegt (Rückhaltekraft (Fs) = Sitzgurtspannung
(Ts) × cos(θs); Fs =
Masse (m) × Beschleunigung
(α)), nimmt
die Rückhaltekraft
oder die Aufprallkraft, die auf den Insassen einwirkt, nicht zu.
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Außerdem wird
erfindungsgemäß die auf den
Insassen einwirkende Beschleunigung gegenüber der Bodenfläche direkt
abgeschätzt
anhand der Abrollänge
des Sicherheitsgurts, wenn der EA-Mechanismus sich in Betrieb befindet,
und die von dem EA-Mechanismus auf das Ausrollen des Sicherheitsgurts
ausgeübte
Belastung, das heißt
die EA-Belastung, wird in einer Regelschleife geregelt. Die auf
den Insassen gegenüber
der Bodenfläche
einwirkende Beschleunigung läßt sich
daher unabhängig
von verschiedenen Insassen-Gewichten, Aufprall-Einzelheiten und
unabhängig
davon, ob ein Airbag vorhanden ist oder nicht, auf einem konstanten
Wert halten, wodurch es möglich
wird, die Aufprallenergie wirksam zu absorbieren. Der Insasse kann
also unter optimalen Bedingungen zu allen Zeiten zurückgehalten
werden.
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Durch
Abschätzen
eines zeitlichen Differentials der Beschleunigung des Insassen gegenüber dem
Boden ist es möglich,
die Tendenz des Aufpralls vorherzusagen, um die Last auf den ausrollenden
Sicherheitsgurt noch besser zu variieren und den Insassen unter
noch besseren Bedingungen zurückzuhalten.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
in zuverlässiger
Weise einen Zeitpunkt zu erfassen, zu dem der Airbag aufgeblasen
wird, indem ein Airbag-Auslösesignal
geliefert wird. Folglich läßt sich
die Zunahme der Rückhaltekraft
durch den Airbag voraussagen, um die EA-Last zu regeln, und der
Airbag wird in die Lage versetzt, in wirkamer Weise die Rückhaltekraft gegenüber der
Vorwärtsbewegung
des Insassen aufzunehmen, wobei ein konstanter Beschleunigungswert
für den
Insassen gegenüber
der Bodenfläche
in exakter Weise aufrechterhalten wird.
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Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß der Abstand
zwischen dem Insassen und einer vor dem Insassen befindlichen Einrichtung
des Fahrzeugs, das heißt
die Distanz, über
die sich der Insasse nach vorn bewegen darf, vorhergesagt anhand
der Stellung des Insassen in Längsrichtung
des Fahrzeugs, die sich mit Hilfe einer Insassenstellungs-Nachweiseinrichtung
erfassen läßt. Die
EA-Last oder die EA-Last und die Ausrollänge des Sitzgurts während des
Betriebs des EA-Mechanismus werden darüber hinaus im Hinblick auf
eine Distanz gesteuert, über die
sich der Insasse gegenüber
dem Fahrzeug bewegt, abgeschätzt
anhand der Ausrollänge
des Sicherheitsgurts, die mit Hilfe einer Sitzgurt-Ausrollängen-Detektoreinrichtung
erfaßt
wird. Wenn daher die Distanz, über
die sich der Insasse bewegen darf, beträchtlich ist, so läßt sich
die auf den Insassen einwirkende Aufprallkraft dadurch verringern,
daß man
die EA-Last auf
einen niedrigen Wert einstellt. Folglich läßt sich der Insasse unter noch
besseren Bedingungen im Hinblick auf die von dem Insassen eingenommene
Sitzposition zurückhalten.
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Erfindungsgemäß wird außerdem die
Richtung, in der sich das Fahrzeug bewegt, das heißt die Richtung,
in der sich der Insasse gegenüber
dem Fahrzeug bewegt, anhand der Beschleunigungsrichtung ermittelt,
in der die Beschleunigung im Fall eines Unfalls auf das Fahrzeug
einwirkt, und die Distanz zwischen dem Insassen und einem Fahrzeugbauteil in
der erwähnten
Richtung, in der sich der Insasse gegenüber dem Fahrzeug bewegt, das
heißt
die Strecke, über
die sich der Insasse bewegen darf, wird anhand der ermittelten Richtung
vorhergesagt. Dann werden die EA-Last oder die EA-Last und die Ausrollänge des
Sicherheitgurts während
des Betriebs des EA-Mechanismus geregelt. Dementsprechend kann der
Insasse unter noch besseren Bedingungen bezüglich der Einzelheiten des
Aufpralls zurückgehalten
werden.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische, teilweise
in Blockform gehaltene Darstellung einer Sicherheitsgurtanordnung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine vertikale Schnittansicht
eines Notfall-Sperrückrollers
des Sicherheitsgurtzeugs;
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3 eine auseinandergezogene
perspektivische Darstellung einer Einrichtung zum variablen Aufbringen
einer Last in dem Notfall-Sperrrückroller;
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4 eine perspektivische Ansicht
mit teilweise weggelassenen Teilen einer Einrichtung zum Aufbringen
einer variablen Last;
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5 ein Flußdiagramm
eines Betriebsablaufs bei einem Verfahren zum Steuern der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtzeugs;
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6A eine Vertikal-Schnittansicht
des im folgenden als "Retraktor" bezeichneten Notfall-Sperrückziehers
mit betätigtem
Klemmechanismus;
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6B eine Vertikal-Schnittansicht
des Retraktors mit gemeinsam mit einem Sicherheitsgurt ausgezogenen
Klemmechanismus;
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7 ein Diagramm, welches
die Beziehung zwischen der Gurtspannung und der Sitzgurt-Ausrollänge bei
verschiedenen Körpergewichten
veranschaulicht;
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8 ein Diagramm der Beziehung
zwischen der Beschleunigung von Insassen unterschiedlicher Gewichte
gegenüber
der Bodenfläche
in Abhängigkeit
von der Zeit;
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9 ein Diagramm, welches
die Beziehung zwischen der Beschleunigung eines Insassen gegenüber der
Bodenfläche
zur Zeit der Betätigung
eines Airbags veranschaulicht;
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10 ein Diagramm zur Veranschaulichung
eines Sicherheitsgurt-Ausrollwinkels;
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11 ein Diagramm, welches
die Art und Weise veranschaulicht, in der aus dem Sicherheitsgurt-Ausrollwinkel
eine Aussage über
einen Längenabschnitt
des Sicherheitsgurts gewonnen wird;
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12 ein Diagramm der Beschleunigung eines
Insassen gegenüber
einer Bodenfläche
für den Fall,
daß die
EA-Last variiert, und für
den Fall, daß die
EA-Last konstant ist;
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13 ein Diagramm, welches
die Gurtspannung für
den Fall zeigt, daß die
EA-Last variiert, außerdem
für den
Fall einer konstanten EA-Last;
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14A ein Diagramm zum Veranschaulichen
einer Strecke X1, über die sich ein Insasse bewegen
darf;
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14B ein Diagramm zum Veranschaulichen
einer Strecke X2, über die sich ein Insasse bewegen
darf;
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15 ein Diagramm, welches
die Beziehung zwischen den Strecken X1 und
X2 einerseits und der Beschleunigung des
Insassen gegenüber
der Bodenfläche
andererseits veranschaulicht;
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16 eine perspektivische
Ansicht einer Klemmen-Löseeinrichtung
in dem Retraktor;
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17 eine teilweise in Blockform
gehaltene schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtanordnung;
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18 ein Flußdiagramm
des Betriebsablaufs beim Verfahren zum Steuern der zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtzeugs;
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19 eine teilweise in Blockform
gehaltene schematische Darstellung einer Insassenrückhaltevorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung mit eingebautem G-Sensor;
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20 ein Diagramm zum Veranschaulichen
der auf Insassen mit unterschiedlichen Gewichten einwirkenden Beschleunigungen;
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21 ein Diagramm der Beschleunigung eines
Insassen gegenüber
der Bodenfläche
in Abhängigkeit
der Zeit, wenn ein herkömmlicher
Airbag aufgeblasen wird;
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22 ein Diagramm, welches
die Gurtspannung zu der Zeit veranschaulicht, zu der die EA-Last
in zwei Stufen geregelt wird;
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23 ein Diagramm, welches
die Gurtspannung zu der Zeit veranschaulicht, zu der der Airbag
bei unterschiedlichen Sitzpositionen aufgeblasen wird;
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24 ein Diagramm zum Veranschaulichen
der Gurtspannung und der Rückhaltekräfte, die aufgrund
der Bewegung des Insassen wirksam werden;
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25 ein Diagramm der horizontal
auf einen Inassen einwirkenden Rückhaltekräfte;
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26 ein Diagramm, welches
die allgemeine Beziehung zwischen der Sitzgurt-Ausrollänge und der
Gurtspannung veranschaulicht;
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27 ein Diagramm der allgemeinen
Beziehung zwischen der Beschleunigung eines Insassen in Bezug auf
die Bodenfläche
in Abhängigkeit
der Zeit;
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28 ein Diagramm, welches
die Beziehung zwischen der Verlagerung des Insassen und den Rückhaltekräften veranschaulicht;
und
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29 ein Diagramm, welches
die Beziehung zwischen der theoretischen Verlagerung des Insassen
und den Rückhaltekräften veranschaulicht.
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1 zeigt schematisch und
teilweise in Blockform eine Sicherheitsgurtanordung oder ein Sicherheitsgurtzeug 10 in
Form einer Insassenrückhaltevorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
Erfindung.
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Wie
in 1 zu sehen ist, besitzt
die Sicherheitsgurtanordnung 10 einen Sicherheitsgurt 16 zum Schützen eines
auf einem Sitz 12 sitzenden Insassen 14. Der Sicherheitsgurt 16,
der von einem Notfall-Sperrückzieher 18,
im folgenden kurz als Retraktor 18 bezeichnet, ausgerollt
wird, verläuft über einen Schulteranker 20 über eine
Schulter 14a des Insassen 14 zu einem Schloß 22,
das an dem Unterbau des Sitzes 12 befestigt ist, wobei
der Sitzgurt mit dem Schloß 22 verrastet
ist. Die Sicherheitsgurtanordnung 10 ist in einem Kraftfahrzeug
installiert, typischerweise in einem Personenkraftfahrzeug, welches
ein Lenkrad 26 mit eingebautem Airbag 24 vor dem
Insassen, bei dem es sich in der Regel um den Fahrer des Fahrzeugs
handelt, aufweist.
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Wie
in 2 gezeigt ist, besitzt
der Retraktor 18 eine Retraktorbasis 30, in der
eine Rolle 32 mit darauf aufgewickeltem Gurt 16 drehbar
gelagert ist. Die Rolle 32 ist zusammen mit einem Aufwickeldorn 34 drehbar,
der seinerseits mit einer (nicht gezeigten) Aufnahmefeder kombiniert
ist, um die Rolle 32 so vorzuspannen, daß diese
sich in einer Richtung dreht, in der der Gurt 16 auf die
Rolle 32 aufgewickelt wird. Die Rolle 32 besitzt
ein Paar Trommelelemente 32a, 32b, die auf ihren äußeren Umfangsflächen mehrere
Rippen 36 haltern, die unter einer von dem Gurt 16 aufgebrachten
Last plastisch verformbar sind, wodurch sich der Durchmesser des
Aufwickeldorns 34 verringert und ein Stück von dem Gurt 16 ausgegeben
oder "ausgerollt" wird.
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Der
Retraktor 18 besitzt einen Klemmechanismus 40 als
EA-Mechanismus, das heißt
als Energieabsorptionsmechanismus, um den Gurt 16 in einem
Notfall festzuklemmen und den Insassen 14 zurückzuhalten,
und um außerdem
ein Stück
von dem Gurt 16 auszugeben oder auszurollen, wenn auf den Gurt 16 eine
Last einwirkt, die eine vorbestimmte Last übersteigt. Der Klemmechanismus 40 enthält ein Klemmglied 42,
das gegen den Gurt 16 gedrückt wird, um den Gurt 16 festzuhalten,
einen Klemmhebel 44 zum Halten des Klemmglieds 42,
damit das Klemmglied 42 in einem Notfall bewegt wird, und
eine obere Platte 46 zum Begrenzen des Bewegungsspielraums
des Klemmglieds 42, wenn der Klemmhebel 44 das
Klemmglied 42 bewegt.
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Der
Klemmhebel 44 ist winkelbeweglich an der Retraktorbasis 30 über eine
Welle 48 gelagert und besitzt an einem freien Ende eine
Schwenkwelle 50 an dem Klemmglied 42. Der Klemmhebel 44 ist betrieblich
mit dem Retraktor 18 gekoppelt. Wenn der Retraktor 18 die
Rolle 32 an einer Drehung in Ausrollrichtung des Gurts 16 bei
einem Unfall hindert, so drückt
der Klemmhebel 44 das Klemmglied 42 gegen den
Gurt 16, um zu verhindern, daß der Gurt 16 ausfährt.
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Der
Klemmhebel 44 ist normalerweise in einer Richtung entgegen
der Pfeilrichtung B mit Hilfe einer Rückstellfeder 51 hinter
der oberen Platte 46 vorgespannt, um den Gurt 16 außer Berührung mit dem
Klemmglied 42 zu halten, wie dies in 2 und 3 gezeigt
ist. Der Klemmhebel 44 besitzt ein Gelenk 52 zum
Einrichten der Stellung, in der der Gurt 16 von der Rolle 32 abgerollt
wird. Das Klemmglied 42 weist eine bestimmte Anzahl erster
Eingriffszähne 56 mit scharfen
Spitzen und eine vorbestimmte Anzahl zweiter Eingriffszähne 58 mit
flachen Enden auf, wobei die ersten und die zweiten Eingriffszähne 56 und 58 sich
auf einer Fläche
des Klemmglieds 42 befinden, die dem Gurt 16 gegenüberliegt.
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An
der oberen Platte 46 ist ein Verlagerungssensor (eine Längenerfassungseinrichtung) 62 angeordnet,
um eine Verlagerung der oberen Platte 46 zu erfassen, wenn
diese sich im Verein mit dem Sicherheitsgurt 16 bewegt,
das heißt
einen Längenabschnitt
des Gurts 16 zu ermitteln, der beim Betrieb des EA-Mechanismus
ausgefahren wird. Der Versetzungssensor 62 enthält beispielsweise
einen elektrostatischen Kapazitätssensor
zum Ermitteln einer Versetzung einer beweglichen Elektrode mittels
einer Änderung
der elektrostatischen Kapazität,
die durch die Versetzung der beweglichen Elektrode verursacht wird.
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Der
Klemmechanismus 40 besitzt eine variable Lastaufbringeinrichtung 64 zum
Variieren der Last, die auf den ausgefahrenen Sicherheitsgurt 16 durch
den Klemmechanismus 40 aufgebracht wird. Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 enthält einen hydraulischen
Dämpfer 66 und
ein Paar plastisch verformbarer Streifen 68 jeweils auf
einer Seite des hydraulischen Dämpfers 66.
Die plastisch verformbaren Streifen 68 sind in Form aufeinanderfolgender Wellenelemente
gewellt in Richtung des Pfeils A, in der der Sicherheitsgurt 16 ausgefahren
wird. Die plastisch verformbaren Streifen 68 sind mit ihren
oberen Enden an der Retraktorbasis 30 mittels Schrauben
befestigt, ihre unteren Enden sind an der oberen Platte 46 angeschraubt.
Die plastisch verformbaren Streifen 68 fungieren als Pannensicherung
zur Aufrechterhaltung einer Minimum-EA-Last.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt ist, besitzt der
hydraulische Dämpfer 66 ein
zylindrisches Rohr 70, orientiert in Pfeilrichtung A, und
eine Kolbenstange 72, die axial beweglich in dem zylindrischen
Rohr 70 aufgenommen ist und aus einem oberen offenen Ende
des zylindrischen Rohrs 70 nach oben vorsteht. Die Kolbenstange 72 ist
mit einem oberen Ende an der Retraktorbasis 30 fixiert
und ist mit einem unteren Ende an eine zylindrische abgestufte Hülse 74 angeschlossen,
an deren unterem Ende integral ein Kolben 76 angebracht
ist. Der Kolben 76, der verschieblich in dem zylindrischen
Rohr 70 aufgenommen ist, unterteilt den Innenraum des zylindrischen
Rohrs 70 in eine obere Hydraulik 78 und eine untere
Hydraulik 80.
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Wie
aus 4 hervorgeht, besitzt
die Hülse 74 Hydraulikkanäle 82a bis 82d in
ihrem Inneren, die für
eine Strömungsverbindung
zwischen der oberen Hydraulikkammer 78 und der unteren
Hydraulikkammer 80 sorgen. Die Hydraulikkanäle 82a bis 82d dienen
gemeinsam als Drosselpunkt. Ein zylindrisches Drosselelement 84 befindet
sich in vertikaler Anordnung innerhalb des Hydraulikkanals 82b und
besitzt ein konisches unteres Ende 84a. Das zylindrische Drosselelement 84 ist
mechanisch mit seinem oberen Ende an ein piezoelektrisches Element 86 gekoppelt.
Wenn das piezoelektrische Element 86 betätigt wird,
ist dementsprechend die Einschnürstelle
der Drossel zwischen dem konischen unteren Ende 84a und
einer inneren Umfangswand des Hydraulikkanals 82b kontinuierlich
veränderbar.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind
die variable Lastaufbringeinrichtung 64 und der Verlagerungssensor 62 elektrisch
mit einer Steuerschaltung 100 verbunden. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 102 und
ein Sicherheitgurtsensor 104 sind ebenfalls elektrisch
mit der Steuerschaltung 100 verbunden. Der Schulteranker 20 ist
mit einem Codierer (einer Winkel detektoreinrichtung) 106 kombiniert,
um einen Sitzgurt-Ausrollwinkel θ zu
erfassen, bei dem es sich um den Winkel zwischen dem von dem Schulteranker 20 zu
dem Insassen 14 verlaufenden Teil des Gurts 16 und
einer Linie senkrecht zur Fahrbahn handelt. Der Codierer 106 ist
ebenfalls elektrisch mit der Steuerschaltung 100 verbunden.
Das Lenkrad 26 besitzt einen Airbag-Betriebsfühler 108 als
Airbagbetrieb-Detektoreinrichtung, um das Aktivieren des Airbags 24 zu
erfassen. Der Airbag-Betriebssensor 108 ist
elektrisch mit der Steuerschaltung 100 verbunden. Zu dem
Sitz 12 gehört
ein Sitzpositionsdetektor 109 zum Erfassen der Stellung
des Insassen 14 auf dem Sitz 12 innerhalb des
Fahrgastraums. Der Sitzpositionsdetektor 109 ist elektrisch
mit der Steuerschaltung 100 gekoppelt.
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Die
Steuerschaltung 100 fungiert als Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 zum Berechnen
einer Ausfahrgeschwindigkeit des Sicherheitsgurts 16 aus
einer Ausroll- oder Ausfahrlänge des
Gurts 16, die von dem Verlagerungssensor 62 erfaßt wird,
sie fungiert weiterhin als Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 112 zum
Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber der Fahrbahn anhand einer
von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (Tachometer) 102 erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit,
und sie fungiert weiterhin als Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 zum
Berechnen der Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn aus der von der Berechnungseinrichtung 110 berechneten
Ausrollgeschwindigkeit sowie aus der von der Detektoreinrichtung 112 berechneten
Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine Anfangseinstellung der EA-Last erfolgt
mittels einer Anfangs-Ventilstellung des hydraulischen Dämpfers 66 und
einer Nachgiebigkeitslast der plastisch verformbaren Streifen 68.
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Im
folgenden soll anhand der 5 die
Arbeitsweise der Sicherheitsgurtanordnung 10 mit dem oben
beschriebenen Aufbau erläutert
werden, wobei die 5 eine
Ablauffolge eines Verfahrens zum Steuern der Sicherheitgurtanordnung 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
darstellt.
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Wenn
das Fahrzeug beispielsweise durch einen Aufprall abrupt verzögert wird,
wird die Rolle 32 durch einen (nicht gezeigten) Notsperrmechanismus an
einer Drehung gehindert. Der Klemmhebel 44 wird in Pfeilrichtung
B verschwenkt und drückt
das Klemmglied 42 entlang der Unterseite der oberen Platte 46 nach
außen.
Das Klemmglied 42 wird entgegen der Vorspannkraft der Rückstellfeder 41 gegen
den Gurt 16 gedrückt,
wobei es den Gurt 16 mit den ersten und den zweiten Eingriffszähnen 56 und 58 hält (vergleiche 6A).
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Nachdem
der Gurt 16 durch den Klemmechanismus 40 gegen
ein Ausrollen gesperrt ist, nimmt die auf den Gurt 16 in
Ausrollrichtung entsprechend Pfeil A einwirkende Belastung progressiv
zu. Wenn die auf den Gurt 16 in Ausrollrichtung einwirkende
Last eine voreingestellte Lastgrenze erreicht, kollabieren die aufeinanderfolgenden
Wellenelemente der plastisch verformbaren Streifen 68 in
Ausrollrichtung, und der hydraulische Dämpfer 66 wird zusammengedrückt, wodurch
das Klemmglied 42 sich im Verein mit dem Gurt 16 in
Ausfahrrichtung entsprechend Pfeil A bewegen kann (Schritt 1 in 5). Nachdem der Gurt 16 von
dem Klemmechanismus 40 gegen ein Ausfahren gesperrt wurde,
wird der Gurt 16 unter der auf den Gurt 16 einwirkenden
Last oder Belastung verlängert.
Da die EA-Last etwa so groß ist
wie die maximale auf den Gurt 16 einwirkende Last, wird
der Gurt 16 dann nicht verlängert, wenn der EA-Mechanismus
in Betrieb ist.
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Wie
in 6B gezeigt ist, ermittelt
der an der oberen Platte 46 angebrachte Verlagerungssensor 62 eine
Verlagerung der oberen Platte 46, das heißt eine
Ausroll- oder Ausfahrlänge
X des Gurts 16 beim Betrieb des EA-Mechanismus (Schritt
S2), wenn sich das Klemmglied 52 in die Ausfahrrichtung
A bewegt. Die ermittelte Ausrollänge
x wird an die Steuerschaltung 100 gegeben, die dann als
Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 fungiert
und dementsprechend die Ausfahr- oder
Ausrollgeschwindigkeit v (v = dx/dt) des Gurts 16 berechnet
(Schritt S3).
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Die
Steuerschaltung 100 empfängt außerdem von dem Sensor 102 den
Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Steuerschaltung 100 arbeitet
dann als Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 zum
Erfassen einer Geschwindigkeit V des Fahrzeugs gegenüber der
Fahrbahn (Schritt S4). Die Steuerschaltung 100 berechnet
dann eine Geschwindigkeit V' (V' = v + V) des Insassen 14 bezüglich der Fahrbahn,
basierend auf der Ausrollgeschwindigkeit v des Gurts 16 bezüglich des
Fahrzeugs und der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn
(Schritt S5). Dann geht die Steuerung zum Schritt S6, wo die Steuerschaltung 100 eine
Beschleunigung α (α = dv'/dt = d(v + V)/dt)
des Insassen 14 bezüglich
der Fahrbahn während
des Betriebs des EA-Mechanismus
berechnet. Anschließend
geht die Steuerung zum Schritt S7, wo die Steuerschaltung 100 die
Aufprall-Einzelheiten erfaßt
oder die variable Lastaufbringeinrichtung 64 die auf den
ausfahrenden Gurt 16 von dem Klemmechanismus 40 als
EA-Mechanismus aufgebrachte Kraft variiert, basierend auf der berechneten
Beschleunigung α des
Insassen 14 gegenüber
der Fahrbahn. Insbesondere betätigt
die Steuerschaltung 100 die piezoelektrische Einrichtung 86 des
hydraulischen Dämpfers 66,
um das Drosselelement 48 vertikal zu bewegen und so die
Einschnürung
der Drosselstelle einzustellen. Auf diese Weise läßt sich
der Dämpfungskoeffizient
des hydraulischen Dämpfers 66 kontinuierlich
verändern.
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Wenn
bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der EA-Mechanismus
in Betrieb ist, wird die Ausrollänge
X des Gurts 16 erfaßt,
und es wird die Beschleunigung α des
Insassen 14 gegenüber
der Fahrbahn auf der Grundlage der Ausrollänge x und der Geschwindigkeit
V des Fahrzeugs gegenüber
der Fahrbahn berechnet. Anschließend wird basierend auf der
berechneten Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn von der variablen Lastaufbringeinrichtung 64 die
auf den ausfahrenden Sicherheitsgurt 16 von dem als EA-Mechanismus
dienenden Klemmechanismus 40 aufgebrachte Last variiert.
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Folglich
läßt sich
die Beschleunigung α des Ansassen 14 in
einem gewissen Bereich steuern, ohne daß es dabei zu einer Beeinflussung
durch die Gewichtsunterschiede verschiedener Insassen kommt. Dies
wiederum ermöglicht
die optimale Verringerung einer Aufprallkraft. Eine auf den Insassen 14 einwirkende
Aufprallkraft, das heißt
eine Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der
Bodenfläche
oder Fahrbahn, wird direkt abgeschätzt (berechnet), und auf der
Grundlage der abgeschätzten
Aufprallkraft oder Beschleunigung wird die EA-Last variiert. Selbst
wenn also verschiedene Insassen 14 mit verschiedenen Gewichten
das Fahrzeug benutzen, wird die Gurtspannung (die EA-Last), die
auf den Insassen 14 einwirkt, abhängig vom Gewicht des Insassen 14 eingestellt
(vergleiche 7). Hierdurch
besteht die Möglichkeit,
eine konstante Beschleunigung (mithin Aufprallkraft) des Insassen 14 in
Bezug auf die Fahrbahn unabhängig
davon einzustellen, wie groß das
Gewicht des Insassen 14 ist, und folglich wird die Aufprallkraft
für den
Insassen 14 praktisch beliebigen Gewichts absorbiert oder
verringert (8). In 8 ist zum besseren Verständnis dieses
Vorteils der Einfluß,
den eine Änderung
des Gurtspannwinkels θs
hat, verursacht durch die Bewegung des Insassen 14, auf
die Beschleunigung α außer Acht
gelassen. Die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 berechnet
außerdem
ein zeitliches Differential der Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn. Hierdurch ist es möglich,
die Tendenz des Aufpralls vorherzusagen, was eine noch bessere Regelung
der variablen Lastaufbringeinrichtung 64 ermöglicht und damit
zu besseren Bedingungen beim Rückhalten des
Insassen 14 führt.
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Das
Steuerrad 26 beinhaltet einen Airbag-Betriebssensor 108 zum
Erfassen des Betriebs des Airbags 24. Wie in 9 gezeigt ist, wird von dem
Airbag-Betriebssensor 108 zum Zeitpunkt t1 ein Airbag-Aufblassignal
geliefert, und dann wird die EA-Last unter Berücksichtigung der durch den
Airbag 24 verursachten Zunahme der Rückhaltekraft gesteuert. Da
der Betrieb des Airbags 24 relativ zuverlässig erfaßt wird,
besteht die Möglichkeit,
den Airbag 24 dazu zu bringen, in wirksamer Weise eine
Rückhaltekraft
zu erzeugen, um hierdurch zu verhindern, daß der Insasse 14 sich
zu weit nach vorn bewegt. Hierzu wird die Beschleunigung α des Insassen 14 in Bezug
auf die Fahrbahn exakt auf einem konstanten Wert gehalten.
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Bei
der ersten Ausführungsform
ist der Schulteranker
20 mit einem Kodierer
106 ausgestattet,
um den Gurtausrollwinkel θ zu
erfassen. Wie in
10 gezeigt
ist, besteht der Gurtausrollwinkel θ aus der Summe eines Verlagerungswinkels θ1, den der
Kodierer
106 liefert, und eines Winkels θ2 zwischen
dem aus dem Retraktor
18 kommenden Gurt
16 und
der Senkrechten K. Wenn sich der Insasse
14 bei einem Aufprall
in Pfeilrichtung nach vorn bewegt, nimmt der Gurtausrollwinkel θ zu. Wenn
sich der Insasse
14 parallel zur Bodenfläche bewegt,
läßt sich die
Ausrollstrecke dx des Gurts
16 in der gleichen Richtung
wie der Insasse
14 nach folgender Gleichung berechnen (vergleiche
11):
wobei d1 die Ausrolldistanz
des Gurts
16 und h der Abstand zwischen der Schulter des
Insassen
14 und dem Schulteranker ist.
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Mit
Hilfe der obigen Gleichung ist es möglich, in noch genauerer Weise
die Strecke zu berechnen, über
die sich der Insasse 14 bei einem Aufprall relativ zu dem
Fahrzeug bewegt, und außerdem
läßt sich noch
besser die Beschleunigung α des
Insassen 14 gegenüber
der Fahrbahn abschätzen
(berechnen). Folglich spiegelt die Ausrollstrecke d1 des Gurts 16 die
Bewegungsrichtung des Insassen 14 gegenüber dem Fahrzeug wieder, und
die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn wird zum Regeln der EA-Last berechnet. Wie also in den 12 und 13 gezeigt ist, wird die EA-Last in einer
Regelschleife basierend auf der Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn unter Berücksichtigung
der Änderung
des Gurtspannungswinkels θs,
verursacht durch die Bewegung des Insassen 14, geregelt,
wodurch es möglich
wird, die EA-Last so zu regeln, daß sie progressiv verringert
wird. Selbst wenn der Gurtspannungswinkel θs sich bei der Bewegung des
Insassen 14 zu einem spitzeren Winkel hin ändert, ist
es möglich,
die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der
Bodenfläche
konstant zu halten und dadurch die Aufprallenergie mit Beginn des
Betriebs des EA-Mechanismus wirksam zu absorbieren, demzufolge sich
die maximale Beschleunigung (Aufprallkraft), die auf den Insassen 14 einwirkt,
verringern läßt.
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Bei
der ersten Ausführungsform
dient der Sitzpositionsdetektor 109 zum Erfassen der Position oder
Stellung des Insassen 14 auf dem Sitz 12 innerhalb
des Fahrgastraums. Wie in den 14A und 14B gezeigt ist, ermittelt
der Sitzpositionsdetektor 109 die Strecken X1 und
X2, über
die sich der Insasse 14 innerhalb des Fahrgastraums bewegen
kann, und er liefert die ermittelten Strecken X1 und
X2 an die Steuerschaltung 100.
Die Steuerschaltung 100 variiert dann abhängig von
den Strecken X1, X2, über die sich
der Insasse 14 innerhalb des Fahrgastraums bewegen kann,
die EA-Last.
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Wenn
der Insasse 14 sich über
eine relativ große
Strecke hin bewegen kann (Strecke X2), so
ist es gemäß 15 möglich, die EA-Last auf einen
geringeren Wert einzustellen, um die Beschleunigung α des Insassen 14 gegenüber der
Bodenfläche
zu reduzieren, damit die Last (der Aufprall), der der Insasse 14 ausgesetzt
ist, wirksam verringert werden kann. Bei der ersten Ausführungsform
dient der Sitzpositionsdetektor 109 als Insassenstellungs-Detektoreinrichtung.
Allerdings kann als solche Insassenstellungs-Detektoreinrichtung
auch ein Detektor zum Erfassen der Ausrollänge des Gurts bei angelegtem Sicherheitsgurt
oder ein Ultraschall-Doppler-Radar oder ein Milliwellenradar im
Amaturenbrett untergebracht sein, um die Strecke zu ermitteln, über die
sich ein Insasse bewegt hat.
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Wie
in 16 gezeigt ist, kann
man eine Klemmenlöseeinrichtung 90 verwenden,
um das Klemmglied 52 aus seinem Eingriff mit dem Gurt 16 zu
lösen und
dadurch in gewünschter
Weise den Bereich zu steuern, in welchem der EA-Mechanismus betätigbar ist.
Die Klemmenlöseeinrichtung 90 besitzt eine
untere Platte 92 mit einer oberen und einer unteren Öffnung 94a und 94b,
durch die hindurch der Gurt 16 verläuft. Ein piezoelektrisches
Bauelement 96 ist an einer Oberfläche der unteren Platte 92 entfernt
von dem Gurt 16 befestigt, und ein Paar seitlich beabstandeter
Blattfedern 98 ist an der abgewandten Fläche der
unteren Platte 92 gelagert, die dem Gurt 16 gegenüberliegt,
um im Normalfall die untere Platte 92 weg von dem Klemmglied 42 zu
belasten.
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Wenn
das piezoelektrische Bauelement 96 zu einem gewünschten
Zeitpunkt während
des Betriebs des EA-Mechanismus aktiviert wird, drückt die untere
Platte 92 den Gurt 16 von dem Klemmechanismus 40 weg.
Der Gurt 16 ist nun von den ersten und den zweiten Eingriffszähnen 56 und 58 beabstandet
und wird zu dem Insassen 14 hin ausgerollt, was die Betriebsspanne
für den
EA-Mechanismus verkürzt.
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17 zeigt schematisch in
Blockform eine Sicherheitsgurtanordnung 10a als Insassenrückhaltevorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung. Diese Teile der Sicherheitsgurtanordnung 10a,
die mit denen der Sicherheitsgurtanordnung 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
identisch sind, tragen gleiche Bezugszeichen und werden im folgenden
nicht noch einmal detailliert beschrieben.
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Die
Sicherheitsgurtanordnung 10a besitzt eine Steuerschaltung 100a,
an die elektrisch ein Geschwindigkeitssensor 102 oder ein
Beschleunigungs sensor 102a angeschlossen ist. Die Steuerschaltung 100a fungiert
als Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a zum
Berechnen einer Abziehbeschleunigung des Sicherheitsgurts 16 anhand
der Ausrollänge
des Gurts 16, fungiert als Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a zum Berechnen
einer Beschleunigung des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn basierend
auf der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn,
wie sie von dem Geschwindigkeitssensor 102 erfaßt wird,
oder fungiert als Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b zum
Erfassen einer Beschleunigung des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn
mit Hilfe des Beschleunigungssensors 102a, und fungiert
als Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 zum
Berechnen einer Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn aus der Ausrollbeschleunigung, die von der Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a berechnet
wurde, und der Beschleunigung des Fahrzeugs, berechnet durch die
Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a, oder
ermittelt von der Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf 18 die
Arbeitsweise der Sitzgurtanordnung 10a mit dem obigen Aufbau
erläutert,
wobei die 18 einen Betriebsablauf
bei einem Verfahren zum Steuern der Sicherheitsgurtanordnung 10a der
zweiten Ausführungsform
zeigt.
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Nachdem
der EA-Mechanismus zu arbeiten begonnen hat, Schritt S1a, wird die
Ausrollänge
x des Gurts 16 erfaßt
(Schritt S2a), und es wird eine Ausrollbeschleunigung G (G = d2x/dt2) des Gurts 16 berechnet
(Schritt S3a). Die Steuerschaltung 100a empfängt die
Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Geschwindigkeitssensor 102 (Schritt
S4a), und die Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a berechnet
eine Beschleunigung A (A = dV/dt) des Fahrzeugs bezüglich der
Fahrbahn (Schritt S5a). Alternativ empfängt die Steuerschaltung 110 den Wert
der Fahrzeugbeschleunigung von dem Beschleunigungssensor 102a,
und die Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b erfaßt eine Beschleunigung
A des Fahrzeugs gegenüber
der Bodenfläche.
Wenn die Be schleunigung A direkt von dem Beschleunigungssensor 102a ermittelt
wird, entfällt
der Schritt S4a. Anschließend
geht es zum Schritt S6a, wo die Beschleunigung α (α = G + A) des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn berechnet wird, und es werden die Aufprall-Einzelheiten
erkannt, oder es wird die variable Lastaufbringeinrichtung 64 gesteuert
(Schritt S7a).
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Da
also bei der zweiten Ausführungsform
die Beschleunigung α des
Insassen 14 gegenüber
der Fahrbahn basierend auf der Ausrollbeschleunigung G des Gurts 16 und
der Beschleunigung A des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn berechnet
wird, verändert
die variable Lastaufbringeinrichtung 64 die auf den ausgerollten
Gurt 16 von dem Klemmmechanismus 14 aufgebrachte
Last, so daß man
die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielen kann.
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19 zeigt schematisch und
teilweise in Blockform eine Insassenrückhaltevorrichtung 144 gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung, wobei ein G-Sensor (Längs- und Seitenbeschleunigungs-Detektoreinrichtung) 146 vorhanden
ist. Der G-Sensor 146 dient zum Erfassen von Beschleunigungsvorgängen des
Fahrzeugs in dessen Längs- und Querrichtung.
Eine (nicht gezeigte) Steuerschaltung dient als Bewegungsrichtungs-Erkennungseinrichtung
zum Erkennen einer Richtung, in der das Fahrzeug aufprallt, das
heißt
einer Richtung, in der sich der Insasse 14 gegenüber dem
Fahrzeug bewegt.
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Insbesondere
bewegt sich der Insasse 14 über eine Strecke X1 in
Längsrichtung
(entsprechend Pfeil B1) des Fahrzeugs, und
er bewegt sich außerdem über eine
Strecke X2 in einer schrägen Richtung (entsprechend
Pfeil B2), wobei die Strecke X2 beträchtlich
verschieden von der Strecke X1 ist. Durch Einstellen
einer Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn abhängig
von den Strecken X1 und X2 läßt sich
die auf den Insassen 14 einwirkende Last wirksam reduzieren.
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Die
Insassenrückhaltevorrichtung
(die Sicherheitsgurtanordnung) 10, 10a bzw. 144 gemäß der ersten
bis dritten Ausführungsform
besitzt eine Längen-
oder Streckendetektoreinrichtung (Verlagerungssensor 62)
zum Erfassen einer Ausfahr- oder Ausrollänge des Gurts 16,
wenn der Aufprall-Energieabsorptions-Mechanismus (der Klemmechanismus 40)
in Betrieb gesetzt wird, sie besitzt die Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 zum
Berechnen der Ausrollgeschwindigkeit des Gurts 16 unter
Zugrundelegung der von der Längendetektoreinrichtung
erzeugten Daten, sie besitzt die Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 zum
Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber der Fahrbahn, und sie besitzt
die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 zum Berechnen
einer Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der
Fahrbahn aus der von der Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 114 berechneten
Ausrollgeschwindigkeit und der von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 berechneten
Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Alternativ
kann die Ausrollgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 110 ersetzt
werden durch die Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a zum
Berechnen einer Ausfahr- oder Ausrollbeschleunigung des Gurts 16,
und die Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung 112 läßt sich
ersetzen durch die Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 112a oder
die Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b, und
schließlich
kann die Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 eine
Beschleunigung des Insassen 14 gegenüber der Fahrbahn berechnen
anhand der von der Ausrollbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 110a berechneten Ausrollbeschleunigung
für den
Gurt und der von der Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12a berechneten
oder von der Fahrzeugbeschleunigungs-Detektoreinrichtung 112b detektierten
Fahrzeugbeschleunigung.
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Die
Insassenrückhaltevorrichtung
besitzt außerdem
die Winkeldetektoreinrichtung (den Kodierer 106) zum Erfassen
des Ausrollwinkels θ des
Gurts, bei dem es sich um einen Winkel zwischen demjenigen Teil
des Gurts 16, der sich von dem Schulteranker 20 ausgehend
hin zu dem Insassen 14 erstreckt, und der senkrecht auf
der Fahrbahn stehenden Geraden handelt. Eine Ausrollgeschwindigkeit
oder -beschleunigung des Gurts 16 wird unter Berücksichtigung
des Ausrollwinkels θ des
Gurts berechnet, der von der Winkeldetektoreinrichtung ermittelt
wird.
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Der
Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus enthält die Klemmeinrichtung (den
Klemmechanismus 40) zum Klemmen des Gurts 16 in
einem Notfall, und die variable Lastaufbringeinrichtung 64 dient zum
Variieren der auf den ausgerollten Sicherheitsgurt 16 von
der Klemmeinrichtung aufgebrachten Last basierend auf der Beschleunigung
des Insassen 14, die von der Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 berechnet
wird.
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Die
Insassenrückhaltevorrichtung
besitzt außerdem
eine Airbagbetriebs-Detektoreinrichtung
(einen Airbagbetriebssensor 108). Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 variiert
die auf den ausgerollten Gurt 16 von der Klemmeinrichtung
aufgebrachte Last basierend auf dem Betrieb des Airbags 24,
wie er von der Airbagbetrieb-Detektoreinrichtung erfaßt wird, und
basierend auf der Beschleunigung des Insassen 14, die von
der Insassenbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 114 berechnet
wird.
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Die
Insassenrückhaltevorrichtung
besitzt außerdem
die Sitzpositions-Detektoreinrichtung
(den Sitzpositionsdetektor 109) zum Erfassen der Stellung des
Insassen 14 auf dem Sitz 12 in Längsrichtung des
Fahrzeugs. Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 variiert
die auf den ausgerollten Sicherheitsgurt 16 von der Klemmeinrichtung
aufgebrachte Last unter Berücksichtigung
der Stellung des Insassen 14 in Längsrichtung des Fahrzeugs.
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Außerdem besitzt
die Insassenrückhaltevorrichtung
die Längs-
und Querbeschleunigungs-Detektoreinrichtung (den G-Sensor 146)
zum Erfassen von Beschleunigung des Insassen 14 in Längs- und Seitenrichtung
des Fahrzeugs, um die Richtung zu ermitteln, in der der Insasse 14 bezüglich des
Fahrzeugs bewegt wird. Die variable Lastaufbringeinrichtung 64 variiert
die von der Klemmeinrichtung auf den ausgerollten Sicherheitsgurt 16 aufgebrachte
Last unter Berücksichtigung
der Richtung, in der sich der Insasse 14 gegenüber dem
Fahrzeug bewegt.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Insassenrückhaltevorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu deren Steuerung und Regelung wird bei Betrieb des Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus
eine Ausfahr- oder
Ausrollänge
des Sicherheitsgurts ermittelt, und es wird aus der ermittelten Ausrollänge des
Gurts eine Ausrollgeschwindigkeit oder eine Ausrollbeschleunigung
des Gurts errechnet. Es wird eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung
des Fahrzeugs gegenüber
der Fahrbahn berechnet (oder detektiert), das heißt direkt
mit einem Sensor erfaßt,
und es wird eine Beschleunigung des Insassen gegenüber der
Fahrbahn basierend auf der Ausrollgeschwindigkeit oder -beschleunigung
des Gurts und der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs
berechnet. Dann werden die Einzelheiten des Aufpralls erkannt und
verarbeitet, oder die Insassenrückhaltevorrichtung
wird basierend auf der berechneten Beschleunigung des Insassen gegenüber der
Bodenfläche
oder der Fahrbahn geregelt.
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Die
auf den Insassen einwirkende Beschleunigung bezüglich der Fahrbahn wird also
direkt berechnet (abgeschätzt)
anhand der Ausrollänge
des Sicherheitsgurts, um die von dem Aufprallenergie-Absorptionsmechanismus
auf den ausfahrenden Sicherheitsgurt aufgebrachte Last mit einer
Regelschleife zu regeln. Die auf den Insassen einwirkende Beschleunigung
gegenüber
der Bodenfläche
läßt sich
daher unabhängig
vom Insassengewicht auf einem konstanten Wert halten, auch unabhängig von den
Einzelheiten des Aufpralls und unabhängig davon, ob ein Airbag vorhanden
ist oder nicht. Hierdurch kann die Aufprallenergie wirksam absorbiert werden.
Der Insasse kann also zu jeder Zeit unter optimalen Bedingungen
zurückgehalten
werden.