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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Aufrollvorrichtung für eine Fahrzeug-Sicherheitsrückhaltevorrichtung.
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Eine
Aufrollvorrichtung umfasst im Allgemeinen eine zylindrische Spule.
Ein Sicherheitsgurtband ist an der Spule befestigt und um dieselbe
gewickelt, und die Spule ist an einer Spulenwelle in der Aufrollvorrichtung
angebracht, um drehbar zu sein. Das Gurtband wird unter der Wirkung
einer Aufrollfeder auf die Spule aufgewickelt und wird unter dem
Einfluss einer verhältnismäßig sanften
vorwärts
gerichteten Bewegung eines Fahrzeuginsassen ausgegeben, um zum Beispiel
eine normale Bewegung zu ermöglichen,
die mit der Fahrzeugbesetzung verbunden ist, wie beispielsweise
das Greifen nach vorn zur Betätigung
von im Fahrzeug befindlichen Reglern (für ein Radio oder ein Fenster)
oder zum Greifen in ein Handschuhfach oder ein Türfach. Im Falle einer Aufprallsituation
aktiviert der viel stärkere
Impuls des Fahrzeuginsassen einen Aufprallsensor, der die Spule
gegen eine Drehung verriegelt und damit die Vorwärtsbewegung des Insassen und
eine Verletzung auf Grund des Zusammenstoßes des Insassen mit den inneren
Bauteilen des Fahrzeugs, wie beispielsweise dem Lenkrad, dem Armaturenbrett
oder der Windschutzscheibe, verhindert.
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Diese
plötzliche
Verriegelung der Spule des Sicherheitsgurtes unter Aufprallbedingungen
kann jedoch auf Grund des plötzlichen
Zusammenstoßes des
Rumpfes mit dem Sicherheitsgurtband gelegentlich selbst zu Verletzungen
des Insassen führen.
Das gilt besonders für
einen Aufprall bei hoher Geschwindigkeit.
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Dieses
Problem ist in den letzten Jahren erkannt, und es sind einige Lösungen vorgeschlagen worden.
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Eine
bekannte Herangehensweise ist das Einfügen eines verformbaren Elements,
wie beispielsweise eines Stahldrehstabes, in den Kraftweg zwischen
den Verriegelungsmechanismus und die Spule. Unter Anwendung eines
hohen Drehmoments kann sich ein Drehstab bis zu 7- oder 8-mal drehen, während sie
doch intakt bleibt, und dadurch ein Abziehen des Gurtbandes allgemein
proportional zum Impuls des Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt der Feststellung
eines Aufprallzustands erlaubt. Sie verringert folglich die schädigenden
Wirkungen des Sicherheitsgurts bei einem Aufprall. Jedoch beruht
die durch solche Aufrollvorrichtungen gewährleistete Last begrenzende
Wirkung auf den Materialeigenschaften des verformbaren Elements,
und so kann für
eine gegebene Aufprallsituation nur ein vorbestimmtes Niveau an
Lastbegrenzung erreicht werden.
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Die
während
eines Aufpralls auf den Insassen ausgeübten Kräfte variieren jedoch. Es gibt
höhere
Kräfte
während
der Anfangsmomente des Aufpralls, und die Kraft nimmt mit der Zeit
ab. Folglich sind zweistufige Lastbegrenzungsaufrollvorrichtungen
vorgeschlagen worden. Diese schließen typischerweise eine Kombination
von zwei verformbaren Elementen ein, die derart angeordnet sind,
dass das eine verformbare Element eine kontinuierliche Lastbegrenzung
bereitstellt und das zweite Element an einem vorbestimmten Zeitpunkt
in Eingriff gebracht wird, um zeitweilig ein höheres Niveau an Lastbegrenzung
zu gewährleisten.
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US 20010050474 A zeigt
eine Sicherheitsgurt-Aufrollvorrichtung nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Diese
bekannten Aufrollvorrichtungen stellen eine Lastbegrenzung entsprechend
einem standardmäßigen Aufprallszenarium
bereit und ermöglichen kein
Einstellen, um sich unterschiedlichen Fahrzeuginsassen und Aufprallkriterien
vor Ort anzupassen. Das Gewicht und die Größe eines Insassen und die Schwere
des Aufpralls beeinflussen die Leistung solcher Lastbegrenzungsvorrichtungen,
und so wäre es
ein Vorteil, eine verbesserte Aufrollvorrichtung bereitzustellen,
die eine Lastbegrenzung bieten kann, die sich solchen Variablen
besser anpasst.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Sicherheitsgurt-Aufrollvorrichtung
bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Spule, angebracht zum Drehen,
um in Abhängigkeit
von der Drehrichtung der Spule ein Aufrollen oder Ausgeben von auf
derselben aufgewickeltem Sicherheitsgurtband zu ermöglichen, einen
Sicherungsring, verbunden mit der Spule, um sich mit derselben zu
drehen, eine Sicherungsplatte, verbunden mit der Spule, um sich
mit derselben zu drehen, eine Verriegelungsstange, aktiviert durch
einen Aufprallsensor, um den Sicherungsring in Eingriff zu nehmen,
um ein Drehen zu verhindern, wenn ein Aufprallzustand abgefühlt wird,
erste und zweite Kraftbegrenzungsmittel, um das Ausgeben des Sicherheitsgurtbandes,
nachdem der Sicherungsring gegen ein Drehen verriegelt worden ist,
zu steuern, wobei die ersten Kraftbegrenzungsmittel elastische Mittel,
die das eine Ende mit dem Sicherungsring verbunden und das andere
Ende mit der Spule verbunden haben, im Kraftweg zwischen der Spule
und der Verriegelungsstange umfassen, wobei die zweiten Kraftbegrenzungsmittel
einen Draht, der das eine Ende in einer Aussparung in der Spule
angeordnet und das andere Ende mit der Sicherungsplatte verbunden
hat, umfassen, Mittel, um die Sicherungsplatte selektiv in Eingriff
mit dem Sicherungsring zu bringen, und Mittel, um die Sicherungsplatte
selektiv mit der Verriegelungsstange zu verbinden derart, dass die
zweiten Kraftbegrenzungsmittel aktiviert werden, wenn die Sicherungsplatte
gegen Drehen gesichert wird.
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Vorteilhafterweise
kann der elastische Draht zu einer vorbestimmten Zeit während einer
Aufprallsituation selektiv vom Kraftweg gelöst werden, vorzugsweise unter
der Steuerung eines Steuersignals.
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Das
Steuersignal kann in Abhängigkeit
vom Wert wenigstens eines der Parameter Gewicht, Größe und Position
des Insassen und/oder der Schwere des Aufpralls geliefert werden.
Das Steuersignal kann geliefert werden, falls der abgefühlte Wert
unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.
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Die
Erfindung macht eine adaptive Lastbegrenzung dadurch möglich, dass
sie das Auswählen zweier
unterschiedlicher Rückhalteniveaus
während eines
Aufpralls ermöglicht.
Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft insofern, als sie
ein geeignetes Rückhalteniveau
für wenigstens
drei weite Kategorien von Sitzinsassen, zum Beispiel kleine, mittlere oder
große
Insassen, bereitstellen kann. Ein kleinerer Insasse erfordert wahrscheinlich
nur das erste elastische Mittel, um eine passende Lastbegrenzung während der
gesamten Dauer eines Aufpralls zu gewährleisten, während ein
großer
Insasse wahrscheinlich ein höheres
Niveau an Lastbegrenzung erfordert, wie es durch die Kombination
sowohl des Drehstabes als auch des Drahtes der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt wird. In den frühen
Stadien einer Aufprallsituation, wenn die auf den Insassen ausgeübten Kräfte dazu
neigen, am höchsten
zu sein, erfordert ein mittlerer Insasse wahrscheinlich das höhere Niveau
an Lastbegrenzung, aber im Verlauf des Aufpralls kann das niedrigere
Niveau passender sein. Ein Umschalten von einem hohen zu einem niedrigen
Rückhalteniveau
wäre besonders nützlich,
falls es zeitlich gesteuert wird, um mit dem Eingriff eines Insassen
mit einem Airbag zusammenzufallen, und würde es erlauben, dass die auf
den Insassen ausgeübte
Rückhaltekraft
passender zwischen dem Airbag und dem Sicherheitsgurtband aufgeteilt
wird, was den Stoß auf
einen beliebigen Bereich des Körpers
des Insassen verringert.
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Ferner
wird zu erkennen sein, dass durch Kombinieren der Kriterien von
Insassengröße oder -gewicht
mit denen der Aufprallschwere und der Insassenposition die Aufrollvorrichtung
der vorliegenden Erfindung eine geeignete Lastbegrenzung für einen
breiten Bereich von Aufprallszenarien bereitstellen kann. Zum Beispiel
kann ein Insasse, der verhältnismäßig fern
von einen Airbag sitzt, besser geschützt werden, falls die Aufrollvorrichtung
herunterschaltet, um eine niedrigere Rückhaltekraft bereitzustellen,
damit genug Gurtband ausgegeben wird, um einen richtigen Eingriff
mit einem Airbag zu ermöglichen,
während
der gleiche Insasse, der während
eines Aufpralls nahe an einem Airbag sitzt, ein höheres Rückhalteniveau
erfordern kann.
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Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Sicherungsplatte mit einem Sicherungsring
in Eingriff gebracht und kann durch Mittel zum Verschieben der Sicherungsplatte
selektiv vom Sicherungsring ausgerückt werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
umfassen die Verriegelungsmittel wenigstens eine Verriegelungsstange,
die sowohl die Sicherungsplatte als auch den Sicherungsring in Eingriff
nimmt derart, dass die wenigstens eine Verriegelungsstange in Eingriff
mit der Sicherungsplatte ausgerückt
werden kann, was ermöglicht,
dass sich die Sicherungsplatte mit der Spule dreht, wodurch der
Draht von Kraftweg gelöst
wird.
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Vorteilhafterweise
haben die Sicherungsplatte und der Sicherungsring Zahnformationen,
und der Draht wird in einer Aussparung in der Spule aufbewahrt.
Der Draht kann auf Grund eines Drehens der Spule im Verhältnis zu
den Sicherungsmitteln verformt werden, wenn er im Kraftweg zwischen
der Spule und den Sicherungsmitteln verbunden ist.
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Nützlicherweise
werden die Kraftbegrenzungsmittel mit dem im Kraftweg zwischen der
Spule und den Sicherungsmitteln gehaltenen Draht vor einem Aufprallzustand
scharf gemacht.
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Das
Mittel zum Verschieben der Sicherungsplatte kann entweder eine pyrotechnische
Vorrichtung oder ein Solenoid umfassen.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe umgesetzt
werden kann, wird nun, als Beispiel, Bezug genommen auf die folgenden
Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Seitenansicht eines Schnitts längs
der Achse der Spule einer ersten Ausführungsform vor einem Aufprall
ist,
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2 eine
Seitenansicht eines Schnitts längs
der Achse der Spule einer ersten Ausführungsform vor einem Aufprall
nach dem Ausrücken
des Drahtes ist,
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3 eine
Seitenansicht eines Schnitts längs
der Achse der Spule einer zweiten Ausführungsform vor einem Aufprall
ist,
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4 eine
Seitenansicht eines Schnitts längs
der Achse der Spule einer zweiten Ausführungsform vor einem Aufprall
nach dem Ausrücken des
Drahtes ist,
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5 mögliche Kraftkurven
zeigt, für
die durch die vorliegende Erfindung gesorgt wird.
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Die
Anordnung der Erfindung wird in einer herkömmlichen Aufrollvorrichtung
verwendet, die einer Person mit Fachkenntnissen auf dem Gebiet gut bekannt
ist. Eine solche Aufrollvorrichtung umfasst typischerweise eine
zylindrische Aufrollspule, die zum Drehen in einem Rahmen zum Aufwickeln
und Ausgeben von Sicherheitsgurtband angebracht ist.
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Bei
einem Aufprall aktiviert ein Sensor einen Verriegelungsmechanismus,
um eine Verriegelungsstange zu bewegen, um Zähne an einem Sicherungsring
in Eingriff zu nehmen, der an einem Ende der Spule befestigt ist.
Einer weiteren Bewegung ausgesetzt, wird die Spule auf Grund der
Last begrenzenden Anordnungen danach gegen ein weiteres Drehen verriegelt.
Das andere Ende der Spule ist mit einem Aufwickelfedermechanismus
verbunden, der eine Spiralfeder wie in Uhren umfasst, welche die Spule
zu einem Gurtband-Aufwickelzustand vorspannt.
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1 zeigt
eine Spule 1 im Querschnitt mit einem Last begrenzenden
Drehstab 2, die längs
der Achse der Spule angebracht und an einem Ende an einem Sicherungsring 3 befestigt
ist, durch Eingriff von Keilen 4 in einem entsprechend
geformten Loch 5 im Sicherungsring 3. Eine Sicherungsplatte 6 ist
am gleichen Ende des Drehstabes 2 angebracht und ist um
den Drehstab 2 angeordnet. Zähne 7 sind um eine
Außenumfangsfläche der
Sicherungsplatte 6 geformt, so dass sie entsprechende Zahnformationen
an einer Innenfläche
des Sicherungsrings 3 in Eingriff nehmen. Drähte 8 sind
in einer Aussparung 9 längs
der Länge
der Spule untergebracht und sind an einem Ende lösbar in Eingriff gebracht in
Löchern
in der Sicherungsplatte 6.
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Ein
Gurtband 11 wird in der Richtung des Pfeils 12 auf
die Spule gewickelt und von derselben abgewickelt.
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Eine
pyrotechnische Vorrichtung 10 ist für einen Betrieb am anderen
Ende des Drehstabes 2 angeordnet, verbunden mit der Spule 1 auf
derjenigen Seite der Aufrollvorrichtung, auf der die Aufwickelfeder
an der Spule 1 befestigt ist.
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Ein
Aufprallsensor erkennt durch die plötzliche Verzögerung,
die auftritt, einen Aufprall und bewirkt, dass eine Last begrenzende
Verriegelungsstange 13 den Sicherungsring 3 in
Eingriff nimmt und folglich die Spule gegen ein weiteres Drehen
verriegelt. Falls die Aufprallkraft jedoch über einem vorbestimmten Wert
liegt, dann wird die Kraft am Drehstab 2 bewirken, dass
sie sich verdreht, und die Spule 1 wird sich unter durch
den Drehstab 2 gesteuerten Bedingungen im Verhältnis zum
Sicherungsring 3 drehen, wobei sie eine kleine Menge an
Gurtband 11 ausgibt, bis die Aufprallkräfte abgeleitet worden sind. Folglich
wirkt der Drehstab 2 als ein erster Lastbegrenzungsmechanismus.
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Der
Draht 8 bildet einen zweiten Lastbegrenzungsmechanismus,
wenn er zwischen der Spule 1 und der Sicherungsplatte 6 verbunden
ist. Die Sicherungsplatte 6 wird anfangs in Eingriff mit
dem Sicherungsring 3 gebracht und wenn sich der Drehstab 2 im
Verhältnis
zum Sicherungsring 3 verdreht, werden die Drähte 8 allmählich aus
der Aussparung 9 in der Spule 1 herausgezogen.
Die Kombination des Drehstabes 2 und der Drähte 8 steigert
die Lastbegrenzungsschwelle, was ein höheres kombiniertes Niveau der
Lastbegrenzung ergibt als der Drehstab 2 für sich.
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Ein
Sensor (nicht gezeigt) fühlt
kontinuierlich die Werte von Insassengewicht, -größe, -position
und Aufprallschwere ab, und diese Werte werden mit vorbestimmten
Werten verglichen, um über
das gewünschte
Niveau der Lastbegrenzung zu entscheiden, das erforderlich ist,
zum Beispiel, ob der Drehstab 2 allein oder eine Kombination
des Drehstabes 2 und der Drähte vorzuziehen ist. Ein Steuersignal wird
ausgegeben, falls das kombinierte Niveau der Lastbegrenzung nicht
erforderlich ist, zum Beispiel in dem Fall eines weniger schweren
Aufpralls, was bewirkt, dass die pyrotechnische Vorrichtung 10 zündet und
die Sicherungsplatte 6 in der Abbildung nach links in die
in 2 gezeigte Position bewegt, wodurch die Sicherungsplatte 6 von
dem Draht 8 und dem Sicherungsring 3 getrennt
wird. Wenn die Sicherungsplatte 6 abgetrennt ist, werden
die Drähte 8 nicht
mehr im Kraftweg zwischen der Spule 1 und dem Sicherungsring 3 gehalten,
und ein niedrigeres Niveau der Lastbegrenzung wird durch den Drehstab 2 allein
bereitgestellt.
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Die
pyrotechnische Vorrichtung kann auf den Drehstab 2 wirken,
wobei sie die Sicherungsplatte 6 in Axialrichtung um das
erforderliche Maß bewegt, oder
kann alternativ ummittelbar die Sicherungsplatte 6 schieben.
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Bei
der in 3 und 4 gezeigten zweiten Ausführungsform
sind der Sicherungsring 3 und die Sicherungsplatte 6 nicht
unmittelbar aneinander gekoppelt, und die Sicherungsplatte 6 ist
so angebracht, dass sie mit der Spule 1 gedreht werden kann.
Sowohl der Sicherungsring 3 als auch die Sicherungsplatte 6 haben
Zahnformationen auf ihren radialen Außenflächen, die während einer Aufprallsituation
durch die Verriegelungsstangen 13a bzw. 13b in
Eingriff genommen werden, um ein Drehen zu verhindern. Bei dieser
Ausführungsform
können
die Drähte 8 nicht
von der Sicherungsplatte 6 gelöst werden.
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Die
Verriegelungsstangen 13a, 13b sind durch eine
Verbindungsstange 14 derart zusammengekoppelt, dass sowohl
die Sicherungsplatte 6 als auch der Sicherungsring 3 gleichzeitig
verriegelt werden können.
In diesem Zustand wird das kombinierte Niveau der Lastbegrenzung
auf Grund der Drehung der Spule 1 im Verhältnis zu
der Sicherungsplatte 6 und dem Sicherungsring 3 sowohl
durch den Drehstab 2 als auch durch die Drähte 8 bereitgestellt.
Unter Steuerung des Steuersignals zündet eine pyrotechnische Vorrichtung,
was die Verriegelungsstange 13b aus dem Eingriff mit der
Sicherungsplatte 6 zwingt, wie in 3 gezeigt,
und ermöglicht,
dass sich die Sicherungsplatte 6 frei mit der Spule 1 dreht. Da
es keinerlei relative Drehung zwischen der Spule 1 und
der Sicherungsplatte 6 mehr gibt, werden die Drähte 8 vom
Kraftweg zwischen der Spule 1 und dem Sicherungsring 3 getrennt,
und die Lastbegrenzung wird nun nur durch den Drehstab 2 bereitgestellt.
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Das
Ausrücken
der Sicherungsplatte 6 mit dem Sicherungsring 3 gewährleistet
einen besonders zuverlässigen
Betriebsmodus und, während
die obigen Ausführungsformen
eine pyrotechnische Vorrichtung für diesen Zweck einsetzen, kann
derselbe durch andere Mittel, wie beispielsweise ein Solenoid, erreicht
werden.
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Der
Graph von 5 zeigt die während eines
Aufpralls verfügbaren
Lastbegrenzungsniveaus, beginnend zum Zeitpunkt T0.
Die Aufrollvorrichtung wird scharf gemacht, wobei sowohl der Drehstab 2 als
auch die Drähte 8 vor
einer Aufprallsituation für eine
Lastbegrenzung in Eingriff gebracht werden. Der Sicherungsring 3 wird
bei T0 durch die Verriegelungsstange 13a verriegelt,
und die auf den Insassen ausgeübte
Belastung steigert sich bis T1. Falls vor
dem Zeitpunkt T1 ein Steuersignal bereitgestellt
wird, gewährleistet
der Drehstab 2 allein die Lastbegrenzung, wie durch die
Linie L1 gezeigt. Ansonsten stellt die Kombination
des Drehstabes 2 und der Drähte 8 das Niveau der
Lastbegrenzung L2 bereit, bis zu einem Zeitpunkt
(T2, T3, T4), zu dem das Steuersignal bereitgestellt
wird und die Drähte
vom Kraftweg zwischen der Spule 1 und dem Sicherungsring 3 getrennt
werden. Der genaue Punkt, an dem die Drähte ausgerückt werden, hängt von
einem vorbestimmten Algorithmus ab, der eine beliebige Kombination
von Aufprallschwere, Aufpralldauer, Insassengröße, Insassengewicht und Insassenposition
berücksichtigt.