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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch
1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 6,
eine Vorrichtung zur Energieversorgung gemäß Anspruch
7 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch
10.
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Offenbarung der Erfindung
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Immer
stärker wird weg vom ”standardisierten”,
für jeden Insassen gleichen Schutzsystem, zu einem an Crashsituation
und Insassen bestmöglich angepassten „Individual
Safety” Konzept gearbeitet. Mit ansteigendem Individualisierungsgrad
der Insassenschutzsysteme werden immer größere
Ansprüche an die verwendeten Systeme der passiven wie auch
aktiven Sicherheit gestellt. In diesem Zusammenhang spielt die optimale
Auslegung der einzelnen Komponenten bzw. des gesamten Rückhaltesystems
eine stetig ansteigende Rolle. Dabei steht eine optimale Balance
zwischen dissipierter (Crash)Energie und dem Verletzungsgrad der
Insassen im Fokus.
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Der
Fahrzeugsitz inklusive der im, am und um den Sitz herum befindlichen
aktiven und passiven Sicherungssysteme spielt beim Crash eine Kernrolle wenn
es um den Schutz des Insassen geht. Je nach Crashart definiert der
Sitz während der ersten Phasen des Crashs die primäre
Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und seiner Verzögerung
und dem Insassen. Daher steckt im ”System Sitz” ein
großes Sicherheitspotential bei der weiteren Verbesserung und
Individualisierung des Insassenschutzes.
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Generell
spielt heutzutage ein Energiemanagement bei der Auslegung der einzelnen
Rückhaltesystemkomponenten, wie z. B. Gurt, Airbag, Sitz, Lenkrad,
Instrumententafel, eine wichtige Rolle. Dabei erfolgt typischerweise
das Energiemanagement im Crashfall über das abgestimmte
Ansteuern lokal optimierter Rückhaltemittel, wie z. B.
der Gurte, des aktiven Sitzbügels o. a. oder anderer unabhängiger Sitzverstellmechanismen
von ei nem zentralen Steuergerät wie üblicherweise
vom Airbagsteuergerät aus. Der Energiebedarf für
die Rückhaltewirkung erfolgt durch Einsatz von pyrotechnischen
und mechanischen Komponenten. Damit ist eine Abstimmung für
unterschiedliche Lastfälle auf Basis verschiedener Algorithmen
notwendig.
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Bei
Gurtaufrollern, Gurtautomaten oder Gurtkraftbegrenzer finden sich
zum Themenbereich Energiemanagement beispielsweise die Patentanmeldungen
US-5544918 A, US-5904371 A, US-6302346 oder US-20050017116 A1. Dabei
bezieht sich allerdings der Ausdruck ”Energiemanagement” vornehmlich
auf die Kontrolle der aktiv wirkenden Gurtkraft und Induzierung
von lokaler Energiedissipation innerhalb der Komponente. Eine vom
Grundsatz der lokalen Energiedissipation ähnliche Idee
wurde für den optimalen Aufbau von Türen bei Seitencrashes
in der Patentanmeldung US-6056349 A vorgestellt. Auch hier bezieht
sich der Begriff ”Energiemanagement” zum einen
auf eine bessere Energiedissipation beim Crash und zum anderen auf
eine bessere Verteilung der Last in die tragende Struktur.
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Allen
oben dargestellten Ideen gemeinsam ist, dass keine aktive Steuerung
der Energie und damit auch kein richtiges Energiemanagement im Sinne des
Wortes durchgeführt wird. Hinsichtlich eines Energiemanagements
für ein Gesamtfahrzeug findet sich die Patentanmeldung
WO-1997030872 A1 .
Hier wird das Thema Energiemanagement über eine sequentielle,
aber aktive Ansteuerung der Gurtvorstraffung und eines oder mehrerer
Airbags auf Basis von Sensordaten aus der B-Säule und der
gemessenen Zugkraft im Gurt angegangen. Kernpunkt der letztgenannten
Patentanmeldung ist allerdings der Einsatz einer einzigen in der
B-Säule positionierten Auswerteeinheit in Kombination mit
der aktiven Steuerung der Gurtkräfte. Eine untergeordnete
Rolle spielt dagegen ein, dem Themenbereich Energiemanagement zugrundeliegender
Auswertealgorithmus.
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Ein
Beispiel für die Anwendung eines im weitläufigen
Sinne als zentralen Energiespeicher bezeichenbaren Gasgenerators
für Airbags ist in der Patentanmeldung
DE19705431A1 angegeben.
Hier erfolgt die Steuerung über einen zeitlichen Energieverlauf,
d. h. die Gesamtrückhaltearbeit wird gesteuert. Dagegen
kann nicht die anfänglich zur Verfügung gestellte
Gesamtenergie gesteuert werden. Weiterhin berücksichtigt
der offenbarte Ansatz die zum damaligen Zeitpunkt übliche
Aktivierung von Rückhaltemitteln auf der Basis von Gas.
Wie die technische Entwicklung der vergangenen Jahre jedoch zeigte, werden
zunehmend auch reversible Aktuatoren, wie reversible Gurtstraffer,
re versible Kopfstützen, reversible Sitzkissen oder reversible
Sitzlehneneinstellungen eingesetzt. Dieser Trend wird sich in den
folgenden Jahren mit der zunehmenden Verbreitung von Fahrassistenzsystemen
in Fahrzeugen weiter fortsetzen und verstärken. Die Art
und Weise der Energiezufuhr ist daher über eine ”Gas”-Ansteuerung
zwar technisch realisierbar, jedoch als unwahrscheinlich einzustufen.
Wesentlich bei der Rückhaltung eines Insassen ist der Ausgleich
zwischen der abzubauenden Energie des Insassen und der von den Rückhaltemitteln
zur Verfügung gestellten Energie. Dies wird allerdings
nicht in der genannten Patentanmeldung berücksichtigt.
Hier findet sich auch keinerlei Information zum Energiemanagement
und wie die optimale Aufteilung des Gasdrucks erreicht wird. Die
dargestellte Funktionsweise basiert vornehmlich auf einer Detektion
der Crashschwere, der Insassenbelegung und dem entsprechenden Abrufen
abgelegter Aufblascharakteristiken. Die Crashschwere kann basierend
auf detektierten Crashwerten ermittelt werden. Eine Adaption ist
nur in dem Maße möglich, in dem die Charakteristiken
hinterlegt wurden. Insofern ist das beschriebene Verfahren nicht
wirklich adaptiv und anpassungsfähig.
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Vor
diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines
Fahrzeugs, weiterhin ein Steuergerät zur Ansteuerung einer
Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung
zur Energieversorgung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten
eines Fahrzeugs sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt
gemäß den unabhängigen Patentansprüchen
vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der
erfindungsgemäße Ansatz basiert auf dem Gedanken,
dass sich durch ein effizientes Energiemanagement bei der Rückhaltesystemauslegung noch
ungenutzte Potentiale bei der Rückhaltesystemoptimierung
für Standardcrashfälle, aber auch bei der Anpassung
an den tatsächlich, real auftretenden Crash („Real
Crash Adaption”) ausnutzen lassen. Der erfindungsgemäße
Ansatz eines energiebasierten Einsatzes der beispielsweise im, am
und rund um den Sitz befindlichen Rückhaltemittel aus einem
gemeinsamen Energiespeicher heraus und unter Einschluss eines intelligenten
Energieaufteilungsalgorithmus, ist getrieben durch die Vision der ”Real
Life Safety” und damit auch einer ”Real Crash
Adaption”. Der erfindungsgemäße Ansatz
ermöglicht den Schutz der Insassen im Crash durch Verwendung von
Rückhaltesystemkomponenten, welche ihre Energie aus einem
zentralen, beispielsweise im bzw. unter dem Sitz verbauten Energiespeicher
beziehen, der über einen Algorithmus angesteuert wird.
Die Verteilung der im zentralen Energiespeicher zur Verfügung
gestellten Energie übernimmt ein Energiemanagement-Algorithmus,
der auf Basis vorhandener Sensorik entscheidet.
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Damit
ist der Kern dieser Erfindung die Verteilung einer gegebenen Energiemenge
auf Insassenschutzsysteme. Kern der Erfindung ist auch der Ausgleich
zwischen der abzubauenden Energie des Insassen und der von den Rückhaltemitteln
zur Verfügung gestellten Energie. Daher ist es bei der
vorliegenden Erfindung als wesentlich anzusehen, dass ein perfekter
Insassenschutz über ein effizientes Energiemanagement erreicht
wird. Dabei wird eine vorhandene Energiemenge, ausgehend von einem
zentralen Energiespeicher, unabhängig auf die Rückhaltemittel
verteilt. Der erfindungsgemäße Ansatz berücksichtigt
auch den Einsatz von Aktuatoren, die eine reversible Charakteristik
aufweisen, wie beispielsweise reversible Gurtstraffer, reversible
Kopfstütze, reversible Sitzkissen, reversible Sitzlehneneinstellungen
oder reversible Sitzwangen- und Seitenführungseinstellungen
der Sitzlehne. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist im Vergleich zu bekannten Verfahren, die auf gespeicherten Auslösecharakteristiken
basieren, adaptiv und anpassungsfähig.
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Vorteilshafterweise
bietet der erfindungsgemäße Ansatz im Vergleich
zu bekannten Ansätzen sowohl eine Kostenersparnis als auch
einen Sicherheitsgewinn. Zudem weist der erfindungsgemäße Ansatz
eine erhebliche Zukunftsrelevanz auf, da in der Zukunft durch andere
Antriebstechnologien ein Mehr an Energie zur Verfügung
gestellt werden kann, die allerdings zentralisiert vor liegt, wie
beispielsweise bei Hybrid- und Elektroantrieben.
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Die
Kostenersparnis ergibt sich durch die Möglichkeit der Nutzung
eines zentralen Energiereservoirs für verschiedene Rückhaltemittel
bzw. Elemente der passiven Sicherheit. Damit muss insgesamt weniger
Energie, z. B. in Form von Sprengmittel, Stromspeicher bzw. Batterie
oder mechanischer Vorspannung vorgehalten werden, da je nach Lastfall Energie
aus, dem gemeinsamen System entnommen wird. Somit ist eine Material-
und Gewichtsersparnis möglich. Aufgrund einer möglichen
Einsparung bei den Zündkreisen und der Verkabelung ist
weniger Bauraum notwendig. Dies ist auch im Steuergerät
der Fall und sorgt somit für einen schonenden Umgang mit
den Ressourcen. Eine Abschirmung des Reservoirs, falls z. B. Sprengmittel
als Energiespeicher verwendet werden, kann deutlich einfacher und
damit günstiger ausgeführt werden. Eine Entsorgung
der Sprengmittel nach Stilllegung des Fahrzeugs ist günstiger.
Zudem ist eine niedrigere Versicherungseinstufung des Fahrzeugs
bedingt durch kostengünstigere Reparatur- und Ersatzmöglichkeiten
möglich. Die Produktion ist deutlich einfacher, da die
Modularität höher ausfällt. Ferner ist
die Nutzung eines möglicherweise bestehenden Sitzsteuergeräts
möglich.
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Der
Sicherheitsgewinn wird durch einen optimalen Einsatz der verfügbaren
Energie möglich. So kann beispielsweise eine bestehende
Gewichtsabhängigkeit von dem Insassen berücksichtigt
werden. So benötigt ein leichter Insasse mehr Energie für
eine Sitzanpassung, zum Beispiel zur Verstellung des Sitzes oder
für aufblasbare Sitzwangen oder eine aufblasbare Sitzrampe.
Dagegen benötigt ein schwererer Insasse mehr Energie für
Gurtanpassungen. Ein weiterer Faktor ist das Alter des Insassen.
So darf ein älterer Insasse insgesamt weniger Energie ausgesetzt
werden als ein jüngerer Insasse. Dies gilt z. B. für
Gurtkräfte oder den Airbag. Ein sehr hohes Potenzial besteht
bei der Ansteuerung von zukünftigen Aktuatoren im Sitz,
z. B. der Sitzrampe, aufblasbare Seitenwangen oder ein aktiver Verstellmechanismus des
Sitzes für den Crash-, Pre-Crash- und Post-Crash-Fall.
Zudem ist eine Vorhaltung von Reserveenergie für einen
Einsatz im Fall von Mehrfachkollisionen einfach möglich.
Auch ist eine irreversible und reversible Gurtstraffung an unterschiedlichen Seiten
eines Sitzes effizient möglich, beispielsweise für
eine Doppelstraffung an Gurtschloss und Gurtanker oder eine Dreifachstraffung
an Gurtschloss, Gurtanker, Aufroller usw.
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Die
Zukunftsrelevanz ergibt sich dadurch, dass zukünftige (Elektro-)fahrzeuge
bzw. Hybridfahrzeuge mit entsprechender Ausstattung an Batterietechnik
sozusagen einen Energiespeicher an-board mitliefern. In einer erweiterten
Umsetzungsvariante könnte je nach Umsetzung und Auslegung
des zukünftigen Fahrzeugs der entsprechende (Batterie-)Speicher
diese Energie auch für Notfall- bzw. für Safety
Systeme zur Verfügung stehen. Aus Gewichts- bzw. Schwerpunktsgründen
ist zu erwarten, dass die Batterien im unteren Bereich der Fahrgastzelle
positioniert werden. Somit sind die Wege zwischen den Aktoren und
Rückhaltesystemen im und am Sitz und dem Energiespeicher
nicht weit.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Ansteuerung einer
Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, das einen Schritt
des Empfangens mindestens eines Sensorsignals über eine
Schnittstelle und einen Schritt des Bestimmens einer Aufteilungsvorschrift
basierend auf dem mindestens einen Sensorsignal umfasst, wobei die
Aufteilungsvorschrift geeignet ist, um eine Aufteilung zumindest
einer Teilmenge einer, den Insassenschutzkomponenten gemeinsam zur
Verfügung stehenden Energiemenge auf die Insassenschutzkomponenten
zu definieren. Mögliche Insassenschutzkomponenten sind
Rückhaltemittel wie Airbags, Gurtaufroller, Gurtstraffer
oder eine Sitzaktorik. Das Sensorsignal kann ein Crash-Sensorsignal,
ein Pre-Crash-Sensorsignal, ein Post-Crash-Sensorsignal und/oder
ein Insassencharakterisierungs-Sensorsignal repräsentieren.
Insbesondere kann das Sensorsignal von einer Fahrdynamiksensorik,
einer Umfeldsensorik, einer Innenraumsensierung, einer Beschleunigungssensorik,
einer Körperschallsensorik oder einer Drucksensorik oder
eine Kombination aus diesen Signalen bereitgestellt werden. Die
gemeinsam zur Verfügung stehende Energiemenge kann eine
Energiemenge repräsentieren, die in einem zentralen Energiereservoir
gespeichert ist. Aus dem zentralen Energiereservoir können
die Insassenschutzkomponenten mit der, beispielsweise zur Auslösung erforderlichen
Energie versorgt werden. Dezentrale Energiespeicher, die jeweils
den einzelnen Insassenschutzkomponenten zugeordnet sind, sind erfindungsgemäß nicht
erforderlich. Die Aufteilungsvorschrift kann definieren, welcher
Anteil der gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge
auf jede einzelne der Insassenschutzkomponenten entfallen soll.
Somit kann die zur Verfügung stehende Energiemenge entsprechend
einer, durch das mindestens eine Sensorsignal angezeigten Situation, optimal
auf die einzelnen Insassenschutzkomponenten verteilt werden. Insassenschutzkomponenten, die
situationsabhängig einen geringeren Energiebedarf haben,
kann somit ein geringerer Anteil an der gemeinsam zur Verfügung
stehenden Energiemenge zugeteilt werden, als Insassenschutzkomponenten, die
situationsabhängig einen höheren Energiebedarf haben.
Erfindungsgemäß kann entweder die gesamte zur
Verfügung stehende Energiemenge oder nur eine Teilmenge
davon aufgeteilt werden. Wird beispielsweise bei einem ersten Crashereignis
nur eine Teilmenge der Energiemenge den Insassenschutzsystemen zugeteilt,
so steht der restliche Anteil der Energiemenge beispielsweise bei
einem nachfolgenden Crashereignis zur weiteren Aufteilung an die
Insassenschutzsysteme zur Verfügung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann einen Schritt
des Auswählens geeigneter Insassenschutzkomponenten, basierend
auf dem mindestens einen Sensorsignal aufweisen, wobei die Aufteilungsvorschrift
eine Aufteilung der Energiemenge auf die geeigneten Insassenschutzkomponenten
definiert. Somit können aus allen verfügbaren
Insassenschutzkomponenten diejenigen ausgewählt werden, die
entsprechend der aktuellen Situation einen bestmöglichen
Insassenschutz ermöglichen. Die Aufteilungsvorschrift kann daraufhin
gewährleisten, dass die gemeinsam zur Verfügung
stehende Energiemenge ausschließlich auf die geeigneten
Insassenschutzkomponenten konzentriert wird. Somit kann den geeigneten
Insassenschutzkomponenten zusätzlich derjenige Anteil der
Energiemenge bereitgestellt werden, der für die nicht geeigneten
Insassenschutzkomponenten vorgesehenen war.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann ferner einen Schritt
des Versorgens der Insassenschutzkomponenten mit Anteilen der Energiemenge, entsprechend
der Aufteilungsvorschrift, umfassen. Der Schritt des Versorgens
kann ein Bereitstellen der Aufteilungsvorschrift an einen zentralen
Energiespeicher umfassen und die Anteile der Energiemenge können
aus dem zentralen Energiespeicher bereitgestellt werden. Somit kann
das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur eine
situationsabhängige Aufteilung der gemeinsam zur Verfügung
stehende Energiemenge umfassen, sondern auch die Zuteilung der jeweiligen
Anteile der Energiemenge an die jeweiligen Insassenschutzkomponenten.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät
zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines
Fahrzeugs, das eine Schnittstelle zum Empfangen mindestens eines
Sensorsignals und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Aufteilungsvorschrift
basierend auf dem mindestens einen Sensorsignal umfasst, wobei die
Aufteilungsvorschrift eine Aufteilung einer, den Insassenschutzkomponenten
gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge auf die
Insassenschutzkomponenten definiert. Auch durch diese Ausführungsvariante
der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Energieversorgung
einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, mit
einem Energiespeicher zum Speichern einer, den Insassenschutzkomponenten
gemeinsam zur Verfügung stehenden Energiemenge, einer Empfangsschnittstelle
zum Empfangen einer Aufteilungsvorschrift, die eine Aufteilung der
Energiemenge auf die Insassenschutzkomponenten definiert und einer
Versorgungsschnittstelle zum Versorgen der Insassenschutzkomponente
mit Anteilen der Energiemenge entsprechend der Aufteilungsvorschrift.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung kann
auf dezentrale Energiereservoirs verzichtet werden, die jeder einzelnen
der Insassenschutzkomponenten zugewiesen sind. Zudem lässt
sich die insgesamt verfügbare Energiemenge situationsangepasst
auf die Insassenschutzkomponenten verteilen. Der Energiespeicher
kann ein Pyro technisches System, eine Sprengkapsel, einen elektrisches
Energiespeicher, eine mechanische Energiespeicherkomponente, eine
magnetische Energiespeicherkomponente und/oder einen keramischen
Energiespeicher aufweisen. Somit kann für jede Art von
Insassenschutzkomponenten die geeignete Energieform bereitgestellt
werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Energieversorgung in einem
Fahrzeugsitz integrierbar sein. Somit kann die Vorrichtung zur Energieversorgung
speziell zur Versorgung von Rückhaltesystemen eines Fahrzeugsitzes
eingesetzt werden.
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Von
Vorteil ist auch ein Verfahren, beispielsweise ein Computerprogrammprodukt
mit Programmcode, das auf einem maschinenlesbaren Träger
wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher, einem magnetischen
Speicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät
ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann ein Verfahren
zur Steuerung der Vorrichtung in Form eines Computerprogramms aufweisen.
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Im
Vergleich zu bekannten und eingesetzten Rückhaltesystemen
kann mittels der vorgeschlagenen Idee zum einen die bauartbedingt
zur Verfügung stehende Rückhalteenergie effizienter,
günstiger und für den Insassen optimaler eingesetzt
werden. Andererseits erlaubt diese Erfindung eine Kontrolle crashrelevanter
Parameter im gesamten Crashverlauf, um bei Bedarf adaptiv Energiemengen
aus dem gemeinsamen Energiereservoir umzuleiten und damit den Insassen
während des gesamten Pre-Crash-, Crash und Post-Crashverlaufs
optimal zu schützen. Wesentlich ist natürlich,
dass die Energie auch für die Ansteuerung reversibler Aktuatoren innerhalb
des Sitzes abgerufen werden kann.
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Somit
ist Kern der Erfindung nicht nur der Ansteuerungsalgorithmus selbst,
sondern vor allem auch die Idee eines zentralen sitzintegrierten
Energiespeichers der eine gemeinsame Energiequelle für verschiedene
zur Verfügung stehende Rückhaltemittel (z. B.
Gurtstraffung, Sitzverschieblichkeiten, und weitere sitzintegrierte
Rückhaltesysteme) darstellt. Zu beachten sei hier, dass
der Begriff ”Energie” nicht wie üblicherweise
im Zusammenhang mit Crashes als ”zu disspierende Energie” verstanden
werden soll, sondern als die ”zum Schutz des Insassen verfügbare
Energie” verstanden wird.
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Das
erfindungsgemäße System erlaubt über den
Bereich einer personifizierten Sicherheit hinaus einen wesentlichen
Schritt in Richtung ”Real Life Safety” und eine
damit verbundenen ”Real Crash Adaption”. Ferner
wird das passive Sicherheitsniveau eines Insassen erhöht,
wodurch sich z. B. eine tendenzielle Verminderung der Verletzungsschwere
ergibt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen
beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung; und
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4 ein
Ausführungsbeispiel einer Anordnung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einem Fahrzeugsitz.
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Gleiche
oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden
Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen
sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie
die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem
Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet
werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen
zusammengefasst werden können.
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Die 1 und 2 zeigen
den Ablauf für eine mögliche Umsetzungsvariante
der vorliegenden Erfindung in Form von Blockschaltplänen
auf. 1 zeigt den groben Ablaufplan, wogegen in 2 das Vorgehen
detailierter beschrieben wird.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ansteuerung einer
Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs, gemäß einem
Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren
kann in mehrere Funktionsabschnitte eingeteilt werden. Ein erster
Funktionsabschnitt umfasst eine Sensorik 110, ein zweiter Funktionsabschnitt
umfasst eine Steuerung 120, ein dritter Funktionsabschnitt
ist auf eine Energie 130 gerichtet, die den Insassenschutzsystemen
gemeinsam zur Verfügung steht und ein vierter Funktionsabschnitt
umfasst Rückhaltemittel 140, bei denen es sich
allgemein um Insassenschutzkomponenten des Fahrzeugs handeln kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann
es sich speziell um Rückhaltemittel handeln, die in oder
an einem Fahrzeugsitz angeordnet sind.
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Die
Steuerung 120 kann in einem Steuergerät zur Ansteuerung
einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs realisiert
sein und eine Schnittstelle zum Empfangen mindestens eines Sensorsignals 150 und
eine Einrichtung zum Bestimmen einer Aufteilungsvorschrift 160 aufweisen.
Die Aufteilungsvorschrift 160 kann basierend auf dem mindestens
einem Sensorsignal 150 bestimmt werden und eine Aufteilung
der Energie 130 definieren.
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Die
Steuerung 120 kann ausgebildet sein, um das erfindungsgemäße
Verfahren zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten
eines Fahrzeugs auszuführen. Erfindungsgemäß erfolgt
zunächst ein Empfangen des mindestens einen Sensorsignals 150 über
die Schnittstelle und anschließend ein Bestimmen der Aufteilungsvorschrift 160 basierend
auf dem mindestens einen Sensorsignal 150. Die Aufteilungsvorschrift 160 definiert
eine Aufteilung der Energie 130 in einzelne Anteile 170. Die
Steuerung 120 ist ausgebildet, um die Aufteilungsvorschrift 160,
beispielsweise in Form eines elektrischen Signals bereitzustellen.
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Die
Energie 130 kann in einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Energieversorgung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten 140 gespeichert
sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist
die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung
einen Energiespeicher zum Speichern der Energie 130, eine
Empfangsschnittstelle und eine Versorgungsschnittstelle auf. Die
Empfangsschnittstelle ist ausgebildet, um die Aufteilungsvorschrift 160 zu
empfangen. Die Versorgungsschnittstelle ist ausgebildet, um die
Rückhaltemittel 140 mit Anteilen 170 der
Energie 130 zu versorgen. Die Anteile 170 ergeben
sich gemäß der Aufteilungsvorschrift 160.
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2 zeigt
eine detailliertere schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Ansteuerung einer Mehrzahl von Insassenschutzkomponenten eines Fahrzeugs,
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind wiederum die bereits anhand
von 1 beschriebenen Funktionsabschnitte.
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Im
Bereich des ersten Funktionsabschnittes der Sensorik sind eine Fahrdynamiksensorik 211, eine
Umfeldsensorik 212, eine Innenraumsensierung 213 sowie
Beschleunigungs- und Drucksensoren 214, gezeigt. Nicht
dargestellt sind eine Körperschallsensorik sowie eine mögliche
weitere Sensorik, die weitere Sensorsignale liefern können,
die für das erfindungsgemäße Verfahren
genutzt werden können. Insbesondere die Beschleunigungs-
und Drucksensoren 214 als auch die Umfeldsensorik 212,
die Innenraumsensierung 213, die Körperschallsensorik, sowie
weitere Sensorik können beispielsweise in einer Crash-Phase
Sensordaten liefern, die für Insassenschutzsysteme relevant
sind. Die Fahrdynamiksensorik 211, Umfeldsensorik 212,
Innenraumsensierung 213, sowie weitere Sensorik können
bereits in einer Pre-Crash-Phase Sensordaten liefern, die für Insassenschutzsysteme
relevant sind.
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Im
Bereich des zweiten Funktionsabschnittes der Steuerung ist ein Steuergerät 221 mit
einem ECU Airbagsteuergerät 222 und ein Energiemanagementsystem 223 mit
entsprechendem Algorithmus sowie entsprechender Software und Steuerung
gezeigt. Ferner kann ein fahrdynamisches Steuergerät/ESP 224 vorgesehen
sein.
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Im
Bereich des dritten Funktionsabschnittes der Energie ist ein Energiespeicher 231 gezeigt.
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Im
Bereich des vierten Funktionsabschnittes der Rückhaltemittel
sind Airbags 241, Gurtaufroller 242, Gurtstraffung 243,
Sitzaktorik 244 und mögliche weitere Rückhaltemittel 245 gezeigt.
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Die
Fahrdynamik 211 ist ausgebildet, um ein Sensorsignal 251 an
das fahrdynamische Steuergerät/ESP 224 bereitzustellen.
Das fahrdynamische Steuergerät/ESP 224 ist ausgebildet,
um das Sensorsignal 251 zu empfangen und ein Signal an
das Energiemanagementsystem 223 bereitzustellen. Die Umfeldsensorik 212,
die Innenraumsensierung 213, die Beschleunigungs- und Drucksensoren 214,
die Körperschallsensorik sowie die weitere Sensorik sind ausgebildet,
um Sensorsignale 252, 253, 254 an das Airbagsteuergerät 222 bereitzustellen.
Das Airbagsteuergerät 222 ist ausgebildet, um
ein Signal an gerät 222 bereitzustellen. Das Airbagsteuergerät 222 ist ausgebildet,
um ein Signal an das Energiemanagementsystem 223 bereitzustellen.
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Das
Energiemanagementsystem 223 ist ausgebildet, um die Aufteilungsvorschrift 160 an
den Energiespeicher 231 bereitzustellen.
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Der
Energiespeicher 231 ist ausgebildet, um einen ersten Anteil 271 der
in dem Energiespeicher 231 gespeicherten Energie an die
Airbags 241, einen zweiten Anteil 272 an die Gurtaufroller 242,
einen dritten Anteil 273 an die Gurtstraffung 243,
einen vierten Anteil 274 an die Sitzaktorik und einen weiteren Anteil 275 an
die möglichen weiteren Rückhaltemittel 245 bereitzustellen.
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Grundsätzlich
kann das eigentliche Energiemanagement (Berechnung & Steuerung) im
Airbagsteuergerät 222 implementiert werden. Alternativ kann
dies auch in einem anderen Steuergerät wie, z. B. im Sitzsteuergerät
geschehen. Die Übermittlung der Sensorsignale 150, 251, 252, 253, 254 kann über ein
Bus-System oder über ein direktes Einlesen der Sensorinformation
im entsprechenden Steuergerät 120, 221, 224 erfolgen.
Die Speicherprinzipien für die verwendeten Speicher können
auf unterschiedlichster Basis sein, beispielsweise optisch, magnetisch oder
elektromagnetisch.
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Ein
weiterer Schwerpunkt der Erfindung betrifft den Auswertealgorithmus
für die optimale Aufteilung der Energien auf die einzelnen
Schutzkomponenten. Die entsprechende Berechnung läuft im
entsprechenden Steuergerät 120, 221 ab.
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3 zeigt
einen Auswertealgorithmus in symbolischer Form bzw. ein Blockschaltbild
eines Energiemanagement Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Neben
Fahrdynamik 211, Umfeldsensorik 212, Innenraumsensierung
(Insassenposition) 213, sowie Beschleunigungs- und Drucksensoren 214 zeigt 3 ECU
Sensoren 315, einen Sitzpositionssensor 316 und
eine Personal Safety Einrichtung 317, die z. B. das Alter
eines Insassen angeben kann.
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Die
ECU Sensoren 315 sind ausgebildet, um Sensorsignale an
eine Crashdetektion 380 bereitzustellen. Die Beschleunigungs-
und Drucksensoren 214 sind ausgebildet, um Sensorsignale über
eine Plausibilitätseinrichtung 381 an die Crashdetektion 380 bereitzustellen.
Die Umfeldsensorik 212 und die Fahrdynamik 211 sind
ausgebildet, um Sensorsignale an Pre-Crash System 382 bereitzustellen.
Die Pre-Crash System 382 sind ausgebildet, um Signale über
eine Plausibilitätseinrichtung 383 an die Crashdetektion 380 bereitzustellen.
Die Crashdetektion 380 ist ausgebildet, um ein Signal an
eine Einrichtung zur Bestimmung der Crashart 384 und eine
Einrichtung zur Bestimmung der Crashschwere 385 bereitzustellen.
Die Einrichtung zur Bestimmung der Crashart 384 ist ausgebildet,
um ein Signal an eine Einrichtung 386 zur bereichsweisen
(Seite, Front, Heck ...) Verteilung der Energie [%] bereitzustellen.
Die Einrichtung 386 ist ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 325 zur
Verteilung der [%] Werte nach Verletzungsrelevanz (Gurt/Airbag vs.
passive Systeme) bereitzustellen. Die Einrichtung 325 zur
Verteilung der [%] Werte nach Verletzungsrelevanz ist ausgebildet,
um ein Signal an eine Einrichtung 326 zur Anpassung der
tatsächlich bereitgestellten Energie (u. U. Absenkung)
bereitzustellen. Die Einrichtung zur Bestimmung der Crashschwere 385 ist
ausgebildet, um ein Signal an eine Einrichtung 387 zur
maximal bereitstellbaren Energie [absolut] bereitzustellen. Die
Einrichtung 387 ist ausgebildet, um ein Signal an die Einrichtung 326 zur
Anpassung der tatsächlich bereitgestellten Energie bereitzustellen.
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Der
Sitzpositionssensor 316, die Innenraumsensierung 213 und
die Personal Safety Einrichtung 317 sind jeweils ausgebildet,
um ein Signal an eine Insassencharakterisierung 388 bereitzustellen.
Die Insassencharakterisierung 388 ist ausgebildet, um ein
Signal an eine Einrichtung 389 zur Bestimmung von Sitzposition,
aktueller Vorverlagerung, Gewicht, Geometrie/Form und Alter bereitzustellen.
Die Einrichtung 389 ist ausgebildet, um ein Signal an die
Einrichtung 325 zur Verteilung der [%] Werte nach Verletzungsrelevanz
und ein Signal an die Einrichtung 326 zur Anpassung der
tatsächlich bereitgestellten Energie bereitzustellen.
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Die
Einrichtung 326 zur Anpassung der tatsächlich
bereitgestellten Energie ist ausgebildet, um ein Signal an eine
Einrichtung 327 „Steuerung Energiespeicher” bereitzustellen.
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Grundsätzlich
können die beiden Aufgabenbereiche des in 3 dargestellten
Auswertealgorithmus relativ leicht nach „Anpassung an Crash” und ”Anpassung
an Insasse” getrennt betrachtet und dargestellt werden.
Der Bereich „Anpassung an Crash” umfasst dabei
die Sensoren 315, 214, 212, 211 sowie die
Einrichtungen 380, 382, 384, 385, 386, 387.
Der Bereich „Anpassung an Insasse” umfasst die
Sensoren 316, 213, 317 sowie die Einrichtungen 388, 389.
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4 zeigt
eine Darstellung eines sitzintegrierten Systems gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt
ist ein Gesamtsitzsystem mit zwei Sitzen mit einer Anordnung von jeweils
einem Energiespeicher 140, der z. B. Pyrotechnik, Sprengkapseln,
Elektrik oder keramische Speicher aufweisen kann. Ferner sind an
dem Sitz Airbags 241 angeordnet. Dabei kann es sich um
Airbags 241 für die Seite, z. B. für
Thorax und Kopf sowie für die Front, z. B. für
die Sitzrampe und Antisubmarining handeln. Ferner sind ein 3-Punkt,
4-Punkt, 6-Punkt oder sonstiges Mehrpunkt Gurtsystem 446 mit
Straffung an Schulter, Gurtschloss, Gurtanker usw. und Gurtkraftbegrenzung,
passive/aktive Kopfstützen bzw. Rolloverschutzsysteme 447,
aufblasbare/abstützende Sitzwangen 448 sowie aktiv
verstellbare Sitzmechanik 449 bzgl. Kippen, Senken und
Heben, Längs- und Querverschieblichkeit vorgesehen.
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Der
erfinderische Ansatz basiert auf dem gemeinsamen, sitzintegrierten
Energiespeicher 140 zur Aktivierung der Rückhaltesystemkomponenten 242, 246, 447, 448, 449 des
Sitzes und dem, zur optimalen Aufteilung der Energie notwendigen
Auswertealgorithmus inklusive dem zugehörigen Steuergerät, wobei
alternativ eine Integration in bestehende Steuergeräte
möglich ist. Dadurch ist eine optimale Anpassung des Rückhaltemitteieinsatzes
an den Crash und die Insassen möglich.
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Ein
Kern des erfinderischen Ansatzes ist somit der Energiespeicher 140,
der gemäß dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel unter dem Sitz angeordnet ist. Der
Energiespeicher 140 könnte von der technischen
Seite her durch ein pyrotechnisches System, z. B. per Sprengkapseln,
aber auch durch alternative, z. B. elektrische Speichermedien oder auch
konventionelle Batterietechnik (vgl. Elektrofahrzeuge) oder Kombinationen
daraus umgesetzt werden.
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Alle
entsprechenden reversiblen und irreversiblen Rückhaltemittel 242, 246, 447, 448, 449 beziehen
ihre Energie aus diesem zentralen Speicher 140. Entsprechend
müssen die Anschlüsse gestaltet werden und über
geeignete Schnittstellen an den Speicher 140 angebunden
werden. Die Anschlüsse können beispielsweise mechanisch,
elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch sein. Mögliche
integrierte Rückhaltemittel sind Gurtstraffer 446 am
Schulteraufhängepunkt, Gurtschloss und/oder Gurtbefestigungspunkt.
Denkbar wäre zudem die Anbindung/Integration von Airbags/Luftsäcken 242 für
den Seitencrash als kombinierter Thorax-/Kopfbag und/oder aufblasbare/abstützende
Sitzwangen oder für die Frontcrashes als Antisubmarining
Sitzrampenbag oder Sitzrampenbügel ausgeführt.
Denkbar wäre auch die Ansteuerung von aktiven und passiven Schutzsystemen 447 zum Überollschutz,
welche ihre Wirkung aus dem Sitz heraus entfalten könnten.
Weiterhin könnten aktive Heckcrashsysteme, wie z. B. eine
aktive Kopfstütze oder aktive Lehnentiefenverstellung oder
aktive Sitzaktorik 449 (Rückwärtskippen)
ihre Energie aus dem Energiespeicher beziehen. Ein derartiges Energiereservoir 140 würde
auch die Anbindung bzw. Ansteuerung zukünftig möglicher,
aktiv verstellbarer Sitzmechanik (je nach Anwendungsfall) unterstützen.
In diesem Zusammenhang kann natürlich auch eine crashaktive
Längs- und Querverstellung des Sitzes im Crashfall angesteuert
und mit Energie beliefert werden. Weiterhin ist das System nicht
nur auf ein Standard 3-Punkt-Gurtsystem fixiert, sondern kann auch
sehr gut in Kombination mit 4-Punkt, 6-Punkt oder alternatives Mehrpunkt
Gurtsystemen angewendet werden.
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Zu
beachten ist, dass außer dem unter dem Sitz positionierten
Energiespeicher 140 viele der oben angegebenen Rückhaltesysteme
schon in heutigen Gesamtsystemen eingesetzt werden, allerdings jeweils
mit einem eigens für ihre Anwendung ausgestatteten Energiespeicher.
Beispiele dafür sind die Gasgeneratoren auf Basis von Sprengkapseln
für die Airbags, ”vorgespannte Feder”-Systeme,
pyrotechnisch oder elektromotorisch gesteuerte Systeme für die
Gurtstraffung, oder Elektromotoren für die Steuerung der
Sitzverstellung/Klimatisierung/Massagefunktion. Dies hat zur Folge,
dass die Einbauposition der einzelnen Rückhaltekomponenten
zwar nicht verändert werden muss, allerdings ihre Anbindung
konzeptionell neu gestaltet werden muss.
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Auch
können entsprechende (reversible) Pre-Crash Funktionen
unterstützt werden und ihren Energiebedarf aus dem gemeinsamen
Energiespeicher decken. Dies hat zur Folge, dass auch schon im Pre-Crash
Bereich ein optimal an den Insassen und seine Sitzposition angepasster
Energieeinsatz möglich wäre. Typische Beispiele
für unterstützte Pre-Crash Funktionen sind die
elektromotorische Vorstraffung oder haptische Warnung an Gurt oder Sitzlehne,
aufblasende Sitzwangen/Sitzfront zur Positionierung des Insassen
oder aktiv einsetzende Sitzverstellungen.
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Der
erfindungsgemäße Ansatz erlaubt den optimalen
Schutz des Insassen bei real auftretenden Crash-Situationen, wie
beispielsweise Front-, Seiten oder Heck-Kollisionen, Rollover-Situationen
und Kombinationen daraus. Auf der Basis von gemessenen Informationen
aus einer elektronischen Kontrolleinheit, peripheren Sensoren, Umfeldsensorik,
fahrdynamischen Größen aber auch Insassen- und
Innenraumsensierung mittels visueller Verfahren wird eine Klassifikation
des Crashes durchgeführt und adaptiv während des
Crashes angepasst. Die elektronische Kontrolleinheit kann als Steuergerät
ausgebildet sein. Periphere Sensoren können beispielsweise Beschleunigung
oder Druck erfassen. Die Umfeldsensorik kann visuell basiert sein
oder auf Infrarot (IR) oder Radar basieren. Fahrdynamische Größen können
von fahrdynamischen Regelsystemen wie z. B. ESP bereitgestellt werden.
Die Insassensensierung kann die Größe, das Gewicht,
oder die Sitzposition z. B. mittels sitzintegrierter Sensoren bestimmen, oder
das Alter des Insassen bereitstellen. Die Klassifikation des Crashes
kann die Crashschwere, die Crashart oder Crashkombination oder einen
Offset berücksichtigen. Ein Auswertealgorithmus bestimmt den
optimalen Einsatz der für die Rückhaltesysteme am,
im und um den Sitz herum gemeinsam zur Verfügung stehenden
Energie, welche in einem zentralen Energiespeicher zur Verfügung
steht. Die Terminologie ”optimal” bedeutet in
diesem Kontext gleichzeitig optimal an den Insassen angepasst (Gewicht, Position,
Alter) und optimal an den Crash angepasst (Schwere, Crashart/Kombination,
Offset). Damit können z. B. Rückhaltemittel für
Front- und Seitencrashes gleichzeitig, aber mit niedrigerem als üblichen Energieeinsatz
aktiviert werden.
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Ein
gemäß dem erfindungsgemäßen
Ansatz ausgestattetes Fahrzeug verfügt über ein
entsprechendes Steuergerät inklusive einem gemeinsamen Energiespeicher
(z. B. unter dem Sitz). Damit beziehen alle betroffenen Rückhaltesystemkomponenten ihre
Energie aus einem Energiespeicher, wie es beispielsweise anhand
der sitzintegrierten Lösung beschrieben ist.
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Die
beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft
gewählt und können miteinander kombiniert werden.
Der erfinderische Ansatz kann für Rückhaltemittel
im Bereich des Sitzes ebenso eingesetzt werden, wie für
weitere im Fahrzeug angeordnete Insassenschutzsysteme.
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Im
Grundsatz ist der Einschluss möglichst vieler wenn nicht
sogar aller im Fahrzeug verfügbaren Rückhaltemittel
angedacht bzw. schätzenswert. Allerdings ist zum jetzigen
Zeitpunkt die Realisierung einer sitzintegrierten Umsetzung am einfachsten bzw.
wahrscheinlichsten. Alle Untermengen der im Fahrzeug zur Verfügung
stehenden und an steuerbaren Insassenschutzsysteme sollen auf der
Basis des Einschlusses energetisch und geometrisch passender Rückhaltesystemen
(d. h. nur ein Teil der im Fahrzeug verfügbaren Rückhaltemittel)
in einen eigenen Energiekreislauf abgedeckt werden. Beispiele von Umsetzungsvarianten
beinhalten eine sitzintegrierte Lösung, eine fahrzeugseitenintegrierte
Lösung (links/rechts), eine Fahrzeuglängsposition
basierte Lösung (Front/Fond) und eine Fahrzeugseiten- und für
einen Insassenbereich (Sitz) integrierte Lösung. Die sitzintegrierte
Lösung bezieht, wie bereits beschrieben, alle in und an
einem einzelnen Sitz einsetzbare Rückhaltesysteme ein.
Die fahrzeugseitenintegrierte Lösung schließt
Front und Fondbereich ein inkl. aller oder nur Teil der einsetzbaren
Rückhaltesysteme (möglicher Bauraum B-Säule).
Die Fahrzeuglängsposition basierte Lösung schließt
Fahrer/Beifahrerbereich oder die gesamte Rückbank ein inkl.
aller oder Teilen der einsetzbaren Rückhaltesysteme. Die
Fahrzeugseiten- und für einen Insassenbereich (Sitz) integrierte
Lösung schließt Front oder Fondsitz (jeweils links
oder rechts) inklusive zugehöriger Fahrzeugseitenstruktur
ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 1997030872
A1 [0006]
- - DE 19705431 A1 [0007]