DE102006038124A1

DE102006038124A1 - Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006038124A1
Application number: DE102006038124A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Hirth; Lutz Dipl.-Ing. Quarg; Friedrich Reiter; Clark Dipl.-Phys. Rüdebusch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-15
Also published as: DE102006038124B4; JP2010500222A; CN101506006B; CN101506006A; JP4928609B2; US8317223B2; US20100259034A1; WO2008019725A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug, das durch ein oder mehrere Stützstrukturen gebildet ist wobei die Längserstreckung einer Stützstruktur im aktiven Zustand die Abmaße der Quererstreckung wesentlich übersteigt und sich die Stützstruktur hauptsächlich in Richtung ihrer Längserstreckung entfaltet. Um das Rückhaltesystem derart zu verbessern, dass sich die Größe des Rückhaltesystems auf den jeweiligen Lastfall anpasst, wird vorgeschlagen, die Stützstruktur (7, 8, 9) beim Auftreffen auf ein Hindernis (5) während des Entfaltens die Stabilität, die sie bei vollständiger Entfaltung hätte, und/oder das Endvolumen beziehungsweise die Endausdehnung nicht erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der Sicherheitstechnik für Kraftfahrzeuge ist es hinlänglich bekannt, Insassen vor Verletzungen zu schützen, indem in kürzester Zeit ein Gaskissen aufgeblasen wird, das den sich vorverlagernden Insassen abfängt.
Von Interesse dabei ist, dass das Gaskissen schnell sein wirksames Volumen erreicht. Dazu ist es notwendig, relativ große Gasmengen, z.B. pyrotechnisch, zu erzeugen und in den Gassack einzuleiten. Bei der Auslegung des zuzuführenden Gasvolumens werden in letzter Zeit Insassen- und/oder Fahrzeugparameter ausgewertet, um beispielsweise bei sogenannter „Out-of-Position" des Insassen den Gassack durch Gasvolumenreduktion nicht auf volle Größe entfalten zu lassen. Problematisch hierbei ist die Einstellung auf alle denkbaren Lastfälle und die relativ kostenintensive Steuer- und Regeltechnik dazu.
Deshalb werden verstärkt Anstrengungen unternommen, sogenannte selbstregulierende Systeme zu entwickeln, die sich von selbst auf die entsprechenden Lastfälle einstellen können.
Der Stand der Technik zeigt dazu beispielsweise Abströmöffnungen, die sich selbsttätig verschließen, wenn der Innendruck des Gassack zu groß wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 302 737 ist ein Rückhaltesystem bekannt geworden, dass einen zweilagigen Gassack umfasst, bei dem das Gas nur zwischen die zwei Lagen geleitet wird, so dass sich kein vollständiges Gaskissen, sondern eine kugelringförmige Stützstruktur ergibt. Das Entfalten der Stützstruktur erfolgt dabei in Querrichtung der aneinander grenzenden Gaskissen.
Die EP 0589 059 B1 zeigt darüber hinaus, dass es beim Entfalten des zweilagigen Gassacks notwendig ist, in den Innenraum Umgebungsluft anzusaugen, um den Unterdruck zu überwinden.
Beiden gemein ist, dass durch den doppellagig ausgebildeten Gassack weniger Gasvolumen notwendig ist, um den Gassack auf seine volle Größe zu entfalten. Damit kann die Temperatur und die Schadstoffbelastung reduziert werden.
Schließlich zeigt die GB 1 420 226 A ein Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug, dass im Innenraum des zweilagigen Gaskissens eine rohrförmige Stützstruktur vorgesehen ist, deren Längserstreckung im aufgeblasenen, also aktiven, Zustand die Abmaße der Quererstreckung übersteigt. Die Stützstruktur entfaltet sich aufgrund ihrer besonderen Geometrie hauptsächlich in Richtung ihrer Längserstreckung.
Eine selbsttätige Einstellung des Gassacks in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastfall, z.B. in Abhängigkeit vom jeweiligen Insassen oder von der jeweiligen Insassenposition, wird dabei nicht beschrieben.
Es besteht daher die Aufgabe darin, das gattungsgemäße Rückhaltesystem derart zu verbessern, dass sich die Größe des Rückhaltesystems auf den jeweiligen Lastfall anpasst.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wird ein Rückhaltesystem vorgeschlagen, das durch die besondere geometrische Form der Stützstruktur, nämlich durch eine den Querschnitt übersteigende Längserstreckung, beim Auftreffen auf ein Hindernis während des Entfaltens die Stabilität, die sie bei vollständiger Entfaltung hätte, und/oder das Endvolumen beziehungsweise die Endausdehnung nicht erreicht. Aufgrund ihrer länglichen Ausbildung verhält sich die Stützstruktur während des Entfaltens unterschiedlich stabil. Während am Anfang die Stützstruktur eher instabil, also leicht beim Entfalten zu behindern, ist, erreicht die vollständig entfaltete Stützstruktur volle Stabilität, also Rückhaltekraft. Das bedeutet, dass wenn die Stützstruktur beim Entfalten auf ein Hindernis trifft, wie es zum Beispiel bei weit nach vorn gebeugten Insassen (out-of-position) der Fall ist, das Entfalten aufgrund der noch instabilen Ausbildung der Stützstruktur mit nur geringen Kräften leichter aufgehalten bzw. umgelenkt werden kann. Diese geringen Kräfte bewirken eine geringere Beaufschlagung des Insassen.
Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von Stützstruktur die Rede ist, dann ist damit – im Gegensatz zu einer herkömmlichen kugelförmigen Gasblase (Gassack)- eine skelettähnliche Struktur gemeint, die im voll entfalteten Zustand eine zum herkömmlichen Gassack vergleichbare Rückhaltewirkung aufweist, jedoch eine wesentlich komplexere Struktur, beispielsweise eine verästelte Baumstruktur, ist. Dadurch lässt sich nicht nur das notwendige Gasvolumen reduzieren, sondern damit auch die auf den Insassen wirkenden Kraftspitzen beim Entfalten, sofern er der sich entfaltenden Stützstruktur quasi „im Weg ist". Im Gegensatz dazu ist die Gasmenge in der Gasblase von Beginn der Aktivierung bis zur vollen Entfaltung auf einem wesentlich höherem Niveau, so dass Hindernisse im Entfaltungsweg unabhängig vom Entfaltungszustand stark beaufschlagt werden.
Vorzugsweise ist die Stützstruktur mit Gas befüllbar, wobei es unerheblich ist, ob mit pyrotechnisch erzeugtem Gas oder mit Gas aus einem Druckbehälter oder der Umgebungsluft befüllt wird. Die Umgebungsluft kann durch Ansaugen durch den beim Entfalten auftretenden Unterdruck in das von der Stützstruktur umhüllte Tragvolumen geleitet werden. Auf diese Art und Weise kann das Gasvolumen weiter verringert werden.
Wenn mehrere Stützstrukturen vorgesehen sind, die strömungstechnisch miteinander oder mit der Umgebung verbunden sind, kann ein Rückhaltesystem gebildet werden, dass netz-, baum- oder tragwerkähnlich aufgebaut ist. So können beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Stützstrukturen mit zur Fahrzeugquerrichtung verlaufende Stützstrukturen verbunden sein. Dabei erfolgt die Entfaltung der querverlaufenden Stützstrukturen dennoch in Richtung der Längserstreckung der jeweiligen Stützstruktur.
Alternativ können die Stützstrukturen durch flexible Flächengebilde, insbesondere textile flexible Flächengebilde miteinander verbunden sein. Ist dies der Fall, so kann zwischen zwei benachbarten Stützstrukturen das flexible Flächengebilde aufgespannt werden.
Werden mehrere Stützstrukturen durch ein flexibles Flächengebilde miteinander verbunden, so kann das Gas in dem dadurch umhüllten Tragvolumen zur Rückhaltewirkung genutzt werden. Das Gas in dem Tragvolumen, das zur Rückhaltung von Insassen dient, kann mittels einer Heizvorrichtung (z.B. eine Zündpille oder eine kleine Gasgeneratorstufe, die Wärme mit ggf. einem sehr geringen Gasvolumen entwickelt) erwärmt bzw. ergänzt werden. Damit nimmt das Gasvolumen bzw. der Innendruck und somit die Rückhaltewirkung entsprechend zu.
Trifft eine Stützstruktur beim Entfalten auf ein Hindernis, kann mit Hilfe von Umverteilungsmitteln das in die Stützstruktur nachströmende Gas auf andere benachbarte Stützstrukturen oder in die Umgebung umverteilt werden. Denkbar ist auch, dass der durch das Nachströmen erzeugte Innendruck in der Stützstruktur durch eine Querschnittszunahme der Stützstruktur reduziert wird. Das kann so erfolgen, dass Reißnähte bei einem bestimmten Druck versagen, so dass sich die Stützstruktur in ihre Querrichtung vergrößern kann. Denkbar ist auch ein Überdruckventil, dass sich öffnet, wenn ein zu hoher Innendruck erreicht wird.
Bei herkömmlichen kompakten Gassäcken wurde bisher davon abgesehen, Abströmöffnungen zum Insassen hin zu richten, da zu hohe Gastemperaturen erreicht werden. Da innerhalb des Tragvolumens kein pyrotechnisch erzeugtes Gas, sondern kalte Umgebungsluft einströmt, können durch die reduzierte Temperatur Abströmöffnungen zum Insassen hin gerichtet werden. Somit kann eine Adaptivität der Luftsackdämpfung auf unterschiedliche Umgebungsbedingungen erreicht werden, indem bei unterschiedlicher Kontaktfläche zwischen Insasse und Luftsack ein hiervon abhängiger Abströmöffnungsquerschnitt durch den Insassen abgedichtet wird.
So ist diese Kontaktfläche und damit die Abdichtung bei Personen mit größerem Volumen (und damit in der Regel größerem Gewicht) größer, so dass hierdurch eine stärkere Rückhaltewirkung erreicht wird. Bei heftigeren Unfällen wird die Kontaktfläche und damit die Rückhaltewirkung durch ein stärkeres Eintauchen des Insassen in den Luftsack ebenfalls erhöht. Dieses Prinzip erlaubt auch eine unterschiedliche Luftsackdämpfung für gegurtete und ungegurtete Insassen, da im ungegurteten Fall der Insasse weniger stark in den Luftsack eintauchen wird.
Wenn die Abströmöffnungen als Perforierungen, also als viele kleine Durchbrüche, wie zum Beispiel bei einem Gewebenetz, ausgebildet sind, kann eine den Abmaßen des Insassen entsprechende Projektionsfläche verschlossen werden. Mit vielen kleinen Abströmöffnungen erhöht sich die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse im Mittel.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich mindestens eine der Stützstrukturen zumindest teilweise in Überdeckung einer harten Struktur, wie beispielsweise eine Tragsäule. Möglich ist auch, eine Stützstruktur vorzusehen, die sich zwischen den Insassen als Interaktionsbag entfaltet.
Um eine erfindungsgemäß komplexe Stützstruktur mit ihren aufblasbaren Bestandteilen und den flexiblen Flächengebilden herstellen zu können, empfiehlt sich die one-piece-woven-technik. Diese Technik zeichnet sich dadurch aus, dass auf ein und derselben Vorrichtung bedarfsweise doppellagig für die aufblasbaren Bestandteile und einlagig für die flexiblen Flächengebilde gefertigt werden kann beziehungsweise eine dreidimensionale Struktur gewoben werden kann.
Im Folgenden werden anhand der Zeichnung vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine Stützstruktur kurz nach Aktivierung eines Gasgenerators,
2a Hemmung des Entfaltens der Stützstruktur nach 1 beim Auftreffen auf ein Hindernis
2b Ausweichen der Stützstruktur nach 1 beim Auftreffen auf ein Hindernis i,
3 die Stützstruktur nach 1 im vollständig entfalteten Zustand,
4 ein Rückhaltesystem mit einer komplexen Stützstruktur sowie
5 zwei miteinander durch ein flexibles Flächengebilde verbundene Stützstrukturen.
Die 1 bis 3 zeigen in einer schematischen Seitenansicht eine Stützstruktur 1, die im deaktivierten Zustand aufgerollt ist. Alternativ ist auch eine Zickzackfaltung oder andere Faltungen möglich.
Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, übersteigt die Länge L der Stützstruktur im aktiven Zustand die Abmaße des Querschnitts Q wesentlich. Dabei ist es unerheblich welche Querschnittsform die Stützstruktur 1 aufweist.
Wird ein der Stützstruktur 1 zugeordneter Gasgenerator aktiviert, gelangt das schlagartig entstehende Gas G in den durch Wände 2 gebildeten Innenraum 3 der Stützstruktur 1. Dadurch wird die Entfaltung der Stützstruktur in Richtung ihrer Längserstreckung bewirkt. Da sich das Gas G in der länglichen Stützstruktur 1 nur von hinten nach vorne ausbreiten kann, wird der noch aufgerollte Teilbereich 4 der Stützstruktur 1 in Strömungsrichtung verschoben und rollt sich dadurch ab.
Befindet sich im Entfaltungsweg ein Hindernis 5, wird der noch nicht entfaltete Teilbereich 4 wegen des geringen Querschnitts abgeklemmt, so dass kein weiteres Gas G nachströmen kann (vgl. 2a). In diesem Zustand ist die Stützstruktur 1 in Bezug auf einwirkende Querkräfte ausgesprochen instabil, so dass beim Auftreffen auf das Hindernis der noch nicht entfaltete Teilbereich einfach an der mit 6 bezeichneten Stelle abgeklemmt wird. Damit erreicht die Stützstruktur während des Entfaltens die Stabilität, die sie bei vollständiger Entfaltung hätte, und/oder das Endvolumen beziehungsweise die Endausdehnung nicht, so dass die Belastungswerte auf den Insassen wesentlich reduziert sind.
Je nach Aufprallwinkel zwischen dem Hindernis 5 und der Stützstruktur 1 kann anstelle der vollständigen Abklemmung ein Ausweichen der Stützstruktur 1 erfolgen (vgl. 2b). Auch hier erreicht die Stützstruktur während des Entfaltens nicht die Stabilität, die sie bei vollständiger Entfaltung hätte.
Wird dagegen die Stützstruktur 1 vollständig mit Gas befüllt (vgl. 3), wird die volle Stabilität, das heißt die volle Rückhaltewirkung, erreicht.
4 zeigt ein Rückhaltesystem, das aus zwei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Stützstrukturen 7, 8 und eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Stützstruktur 9 gebildet ist. Die drei Stützstrukturen 7, 8, 9 sind strömungstechnisch miteinander verbunden, so dass sich nach Aktivierung zunächst die Stützstruktur 7, 8 entlang ihrer Längserstreckung und dann die Stützstruktur 9 ebenfalls in ihrer Längserstreckung entfaltet. Der durch die Stützstrukturen 7, 8, 9 nahezu umschlossene Insasse 10 kann durch die Anordnung auch bei einem Schrägaufprall gegen seitliche Kräfte geschützt werden.
Zwischen den Stützstrukturen 7, 8, 9 kann ein flexibles Flächengebilde 11 aufgespannt werden, so dass beispielsweise bei vier trichterförmig angeordneten Stützstrukturen ein Innenraum 12 umschlossen wird. Das sich im Innenraum 12 befindende Gas kann durch eine Heizvorrichtung (z.B. eine Zündpille oder eine kleine Gasgeneratorstufe, die Wärme mit ggf. einem sehr geringen Gasvolumen entwickelt) erhitzt bzw. ergänzt werden, so dass sich das Gas ausdehnt und das System härter wird.
In 5 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, bei der die querverlaufende Stützstruktur fehlt.
Die Anordnung der Stützstrukturen im Zusammenwirken mit den flexiblen Flächengebilden richtet sich maßgeblich nach der Position des Rückhaltesystems innerhalb des Fahrzeugs sowie der zu erwartenden Lastfälle. So wird die tragwerkähnliche Anordnung für einen Seitenaufprallschutz schon aus Platzgründen anders gestaltet sein, als Stützstrukturen für den Frontalaufprall. Fakt ist jedoch, dass mit den länglichen Stützstrukturen eine Vielzahl von Positionen im Fahrzeug erreicht werden können, an die herkömmliche Gassäcke aufgrund des dazu notwendigen Gasvolumens nicht gelangen können.

Claims

Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug, das durch ein oder mehrere Stützstrukturen gebildet ist, wobei die Längserstreckung einer Stützstruktur im aktiven Zustand die Abmaße der Quererstreckung wesentlich übersteigt und sich die Stützstruktur hauptsächlich in Richtung ihrer Längserstreckung entfaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (7, 8, 9) beim Auftreffen auf ein Hindernis (5) während des Entfaltens die Stabilität, die sie bei vollständiger Entfaltung hätte, und/oder das Endvolumen beziehungsweise die Endausdehnung nicht erreicht.
Rückhaltesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (7, 8, 9) mit Gas befüllbar ist.
Rückhaltesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (7, 8, 9) durch pyrotechnisch erzeugtes Gas befüllbar ist.
Rückhaltesystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Stützstruktur (7, 8, 9) begrenzte Tragvolumen durch Ansaugen oder Umschließen von Umgebungsluft befüllbar ist.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützstrukturen (7, 8, 9) vorgesehen sind, die strömungstechnisch miteinander oder mit der Umgebung verbunden sind.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stützstrukturen (7, 8, 9) vorgesehen sind, die miteinander durch ein flexibles Flächengebilde (11), insbesondere ein textiles flexibles Flächengebilde, miteinander verbunden sind.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizvorrichtung, insbesondere eine Zündpille oder eine kleine Gasgeneratorstufe vorgesehen ist, die im aktivierten Zustand der Stützstrukturen (7, 8, 9) das angesaugte oder umschlossene Gas erwärmt oder ergänzt.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umverteilungsmittel zum Verteilen des überschüssigen Gases vorgesehen sind.
Rückhaltesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umverteilungsmittel das überschüssige Gas in eine benachbarte Stützstruktur (7, 8, 9) umleitet.
Rückhaltesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umverteilungsmittel bei zu hohem Innendruck eine Querschnittszunahme der Stützstruktur (7, 8, 9) bewirkt.
Rückhaltesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umverteilungsmittel ein Überdruckventil ist, durch das das überschüssige Gas in die Umgebung oder in benachbarte Stützstrukturen (7, 8, 9) entweicht.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem umschlossenen Tragvolumen Abströmöffnungen zum Insassen hin gerichtet sind, die durch den sich nach vorn verlagernden Insassen abgedeckt werden.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Abströmöffnungen Perforierungen oder andere Durchlässigkeiten sind, die in das das Tragvolumen umhüllende Material eingearbeitet sind.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine der Stützstrukturen (7, 8, 9) in zumindest teilweiser Überdeckung einer harten Struktur des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Tragsäule, erstreckt.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine der Stützstrukturen (7, 8, 9) zwischen den Insassen als Interaktionsbag entfaltet.
Rückhaltesystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die ein oder mehreren Stützstrukturen (7, 8, 9) und/oder das flexible Flächengebilde in one-piece-woven-Technik hergestellt ist.