DE102011114809B3

DE102011114809B3 - Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis

Info

Publication number: DE102011114809B3
Application number: DE201110114809
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Gundacker Schuelein Margarete At
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-10-06

Abstract

Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis, wobei parallele Obergurte (6) des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens (7) als im Fahrzeug durchgehende Führungs- und Gleitschienen (8) angeordnet sind, auf denen die Sicherheitssitze (1) und die Lenksäule (4) mit Bremsschlitten (3), (5) verschiebbar befestigt werden, wobei die Klemmkraft zwischen dem Bremsschlitten (3) des Sicherheitssitzes (1) und der Gleitschiene (8) abhängig ist vom Eigengewicht des Insassen, der mit Gurten direkt am Sicherheitssitz (1) festgeschnallt ist und die Befestigungen des Sicherheitssitzes (1), der Lenksäule (4) und der zu transportierenden Lasten an der Gleitschiene (8) im Normalfall mit Schrauben (12) und Tellerfedern (13) festgeklemmt sind. so dass sie nur beim Aufprall des Fahrzeuges nach vorne oder hinten verzögert verschoben werden können.

Description

Die Erfindung betrifft den Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis (Rolling/Driving Chassis). In unseren modernen Autos werden die Verzögerungskräfte, die beim Aufprall des fahrenden Fahrzeugs auf die Insassen wirken durch energieabsorbierende Crashzonen, Knautschzonen, die die bewegten Massen auf möglichst langen Wegen abbremsen, reduziert.
Die Auswirkungen der Verzögerungskräfte auf die Insassen dürfen auch bei Spitzenverzögerungen, wie sie bei Aufprallunfällen auftreten, nicht zu lebensgefährlichen Verletzungen der Insassen führen. Auch empfindliche Bauteile dürfen bei Aufprallunfällen nicht zerstört werden.
Der Aufprall der Insassen auf harte Frontscheiben, Lenkrad und Armaturenbrett werden durch Sicherheitslenksäule, Gurte und Airbags gedämpft.
Die Knautschzonen der heute üblichen Fahrzeugkonzepte, die sich beim Aufprall wie eine Ziehharmonika mit möglichst konstanter Aufprallverzögerung über den gesamten Verzögerungsweg zusammendrücken und die kinetische Energie durch plastische Verformung der Bauteile absorbieren, sind schwere Bauteile aus duktilen Materialen wie Stahl, Aluminium, Titan usw.. Diese Fahrzeugteile werden im Knautschzonenbereich auch mit Sollbruchstellen versehen.
Diese Knautschzonen sind aufwendige Konstruktionen, die schwer und teuer sind.
Ein exaktes Verformungsverhalten beim Crash lässt sich nur mit hohem Aufwand durch Simulation voraussagen. Die Entwicklungszeit für die Knautschzonen ist zeitaufwendig und sehr teuer.
Aus der DE 20 2005 004 353 U1 ist ein Kraftfahrzeugsicherheitssitzsystem mit Gleitschienen im Boden des Fahrzeuges bekannt, auf denen die Sitze verschieblich gelagert sind. Die Sitzplattform bewegt sich im Crashfall nach vorne und wird dann durch Seilzüge mittels eines Stoppmechanismusses gebremst.
Aus der US 6 170 865 B1 ist ferner ein Sitzsicherheitssystem für ein Fahrzeug bekannt, bei dem die Sitze auf Gleitschienen im Boden des Fahrzeuges verschieblich gelagert sind. Die Sitze werden im Normalfall mittels eines elektromagnetischen Bremsschlittens in einer bestimmten Position auf der Gleitschiene festgeklemmt. Im Falle eines Crashes wird der Bremsschlitten gelöst und der Sitz bewegt sich entgegen der Aufprallrichtung auf der Schiene und wird in einer gewissen Position durch den Bremsschlitten abgebremst. Der Bremsschlitten besteht aus einem Ober- und einem Unterteil. Die Fahrgastzelle lässt Raum für die Bewegungen des Sitzes beim Aufprall.
Die Automobilindustrie hat Fahrzeuge und Sicherheitssysteme entwickelt, die Wunderwerke der Technik geworden sind. Wenn wir in diese Fahrzeuge, die sehr schnell fahrende Luxuswohnzimmer geworden sind, nun den hochentwickelten Verbrennungsmotor mit Getriebe und Zubehör bei den Elektroautos durch Elektromotor, Hochvoltbatterien und der Leistungselektronik ersetzen, können diese Fahrzeuge nur teuer werden.
Der ärmer werdende Mittelstand wird sich diese teuren Fahrzeuge nicht mehr leisten können.
Nur mit Miniaturisierung der Fahrzeuge werden wir unsere Zukunftsprobleme am Arbeitsmarkt nicht lösen können.
Kleine Autos sind als Nutzfahrzeuge und Prestigeobjekte nicht geeignet.
Ein sehr leichtes, preiswertes, großes Elektrofahrzeug lässt sich nur mit strikter Trennung von selbstfahrenden Chassis und einer reinen Kunststofffahrgastzelle verwirklichen.
Eine reine Kunststofffahrgastzelle in extremem Leichtbau ist als Knautschzone ungeeignet.
Das selbstfahrende Chassis muss alle Kräfte, die beim Fahren, Bremsen und beim Aufprall auf andere Fahrzeuge und irgendwelche Bauwerke entstehen, so aufnehmen, dass die Insassen überleben.
Das gilt für alle Aufprallrichtungen und Aufprallarten die vom Euro NCAP getestet werden.
Ein selbstfahrendes Chassis mit aufwendiger Knautschzone würde eine leichte Bauweise für diesen Fahrzeugtyp unmöglich machen.
Die leichte, schwimmfähige Fahrgastzelle aus Kunststoff wird am selbstfahrenden Chassis befestigt und übernimmt nur den Schutz der Insassen gegen Lärm, Wind und Wetter UV-Strahlung, Blitzeinschlag, Steinschlag, Hochwasser usw.) sowie den Überrollschutz.
Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Knautschzonen durch einzelne Leichtbaukonstruktionen zu ersetzen, die konstante Verzögerungen der einzelnen Massen wie Insassen und teure Fahrzeugteile beim Aufprall zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Aufprallenergie der einzelnen Massen so absorbiert wird, dass nur wenige, austauschbare Teile beschädigt werden und der Insassenschutz auch der gewichtsoptimierten Konstruktionen, z. B. Fahrgastzellen aus Kunststoff, drastisch erhöht wird. Die aufwendigen Knautschzonen zum Teil durch Bremsschlitten auf Gleitschienen ersetzt werden, damit extremer Leichtbau mit geringen Kosten auch in der Elektromobilität machbar wird.
Überraschend wurde gefunden, wenn der Fahrwerksrahmen des selbstfahrenden Chassis als Leichtbaufahrzeugleiterrahmen gestaltet wird, an den seitwärts die vier Räder mit Radnabenelektromotoren befestigt werden, dann kann der Fahrwerksrahmen über die gesamte Fahrzeuglänge als parallele, durchgehende, doppelte Leichtbauträger ausgeführt werden.
Die parallelen Leichtbauträger können Teile eines wasserdichten Kastens für die Aufnahme der zu schützenden Fahrzeugteile in der Mitte des Fahrzeuges sein.
Der obere Druckgurt des Trägers kann als Führungs- und Gleitschiene für die Bremsschlitten der Sitze und der Lenksäule gestaltet werden.
Die Lenksäule mit Lenkrad, Bedienungsbildschirm, Lenkhydraulik, Bremsen- und Motorbetätigung usw. wird beim Frontalaufprall durch die Verzögerungskräfte quergedreht und auf der durchgehenden Gleitschiene mit dem Sitz nach vorne geschoben. Die Insassen treffen beim Frontalaufprall nicht auf die Lenksäule.
Sitze, Lenksäule und Zusatzlasten werden so auf der im Fahrzeug durchgehenden Gleitschiene des Druckgurtes des Leichtbauträgers befestigt, dass sie abhängig vom Eigengewicht des Insassen durch Reibung zwischen Gleitschiene und Bremsschlitten des Fahrzeugsitzes beim Frontalaufprall verzögert nach vorne rutschen.
Die Reibungskräfte für die Verzögerung werden z. B. beim Sitz, der ein Schalensitz mit an ihm befestigten Hosenträgergurt sein muss, gewichtsabhängig so eingestellt, dass die Verzögerung, die auf den Menschen wirkt bei einem Aufprall bei 64 km/h unter 16 g bleibt (g = 9,81 m/s² Erdbeschleunigung).
Der Insasse ist mit dem Hosenträgergurt fest mit dem Schalensitz verbunden, so dass er gemeinsam verzögert auf der, über die Länge des Fahrzeugs durchgehende Führungsschiene gebremst nach vorne rutscht, ohne verletzt zu werden.
Der Airbag, der in dem großflächigen Schließmechanismus des Hosenträgergurtes angeordnet ist, schützt zusätzlich beim Frontalaufprall.
Die Airbags, die beim Seitenaufprall seitlich aus den Ohren des Schalensitzes aufgeblasen werden, schützen zusätzlich beim Seitenaufprall.
Die seitlichen Führungen, die Ohren des Schalensitzes und die Hosenträgergurte halten den Insassen beim Seitenaufprall im Sitz fest.
Der großflächige Schließmechanismus des Hosenträgergurtes vor dem Bauch und der Brust des Insassen nimmt den Frontalairbag auf und verringert die Flächenpressung zwischen Schließmechanismus und dem Körper des Insassen. Mit dem Frontalairbag werden Körper und Kopf zusätzlich geschützt.
Das selbstfahrende Chassis stützt sich von der Fahrgastzelle, die vorzugsweise aus Kunststoff besteht, rundherum durch verformbare Abstandsbügel als Stoßfänger ab, so dass die kinetische Energie beim Aufprall teilweise durch die Verformung von Abstandsbügeln und Kunststofffahrgastzelle absorbiert wird.
Beispiel:
Die Erfindung wird anhand von nachfolgenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
1 zeigt eine räumliche Ansicht des selbstfahrenden Chassis mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtungen ohne Fahrgastzelle, Hosenträgergurt und Airbags.
2 zeigt die Anordnung der Lenkeinheit und der Sitze auf der Gleitschiene des Fahrwerksrahmens des selbstfahrenden Chassis.
3 zeigt die Anordnung von Rädern und Sitzen auf dem Leichtbaurahmen des selbstfahrenden Chassis innerhalb der Fahrgastzelle aus Kunststoff.
4 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Befestigung des Sitzes an der oberen Gleitschiene des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens mit hydraulischer Klemmung.
5 zeigt einen Schritt durch die erfindungsgemäße Gleitschiene des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens mit Befestigung des Schalensitzes auf dem oberen Gurt des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens.
6 zeigt die Bewegung des Sicherheitssitzes und der Lenksäule in der Fahrgastzelle beim Frontalaufprall.
Der passive Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis des Beispiels in 1 und 2 besteht aus den Schalensitzen 1 mit seitlichen Führungen 2 für die Insassen. Der Schalensitz 1 ist auf dem Oberschlitten 3 des Schalensitzbremsschlittens verschiebbar und drehbar befestigt.
Die Lenksäule 4 mit allen für das Fahren notwendigen Funktionen ist auch auf einem Lenksäulenbremsschlitten 5 verschiebbar und exzentrisch drehbar befestigt.
Die Insassen werden zum Beispiel mit Hosenträgergurten oder Fünfpunktgurten direkt mit dem Schalensitz verbunden.
Die Gleitschienen 6 des Obergurtes 8 des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens 7 sind über die Fahrzeuglänge als durchgehende Führungs- und Gleitschiene gestaltet.
Der Leichtbaufahrzeugleiterrahmen 7 ist als wasserdichter Kasten gestaltet, der mit Stoßfängern 9 zwischen Kasten und Fahrgastzelle 10 gegen Aufprall aus allen Richtungen geschützt ist.
Zwischen Fahrgastzelle 10 und dem Schalensitz 1 in 2, 3 und 6 ist Platz für die Bewegung des Schalensitzes 1 beim Aufprall vorgesehen. Der Schalensitzbremsschlitten, 4 und 5 besteht aus Oberschlitten 3 und Unterschlitten 11. Der Oberschlitten 3 und der Unterschlitten 11 sind mit Mitnahmebolzen 12 so verbunden, dass der Unterschlitten 11 vom Oberschlitten 3 beim Gleiten mitgenommen wird.
Die Abmessungen des Mitnahmebolzens 12 und Tellerfeder 13 sorgen dafür, dass Oberschlitten 3 und Unterschlitten 11 mit dem Mitnahmebolzen 12 mit definierter Klemmkraft verbunden werden. Der wasserdichte Kasten des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens 7 ist wasserdicht mit dem wasserdichten Radnabenmotor in den Rädern 14 verbunden.
In diese Anordnung werden Batterien, Leistungselektronik, Elektronik, Elektrik, Hydraulik, Pneumatik, Starkstromkabel, Messtechnik und Schläuche gegen mechanische Einwirkungen geschützt, untergebracht. Auch giftige Gase und Dämpfe können nicht in die Fahrgastzelle eindringen.
Der Sicherheitssitz 4 besteht aus dem Schalensitz 1 mit einer Wippe 15 als Sitzfläche, die mit dem Eigengewicht oder einem Teil des Eigengewichts des Insassen auf einen Hydraulikkolben 16 drückt. Der Hydraulikkolben 16 ist über eine Schlauchverbindung hydraulisch mit dem Hydraulikkolben 17 verbunden. Mit dem Hydraulikkolben 17 wird eine Kraft erzeugt, mit der Oberschlitten 3 sowie Unterschlitten 11 des Schalensitzbremsschlittens an der Gleitschiene 6 des Obergurtes des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens festgeklemmt werden.
Bei gegebener Geometrie des Sicherheitssitzes und gegebenem Reibungskoeffizient zwischen Oberschlitten 3 und Unterschlitten 11 des Schalensitzbremsschlittens und der Gleitschiene 6 wird durch das Durchmesserverhältnis von Hydraulikolben 16 zu Hydraulikkolben 17 die Bremsverzögerung des Insassen eingestellt.
Der Schalensitz 1 ist höhenverstellbar, drehbar, luftgefedert und gedämpft an dem Oberschlitten 3 des Schalensitzbremsschlitten befestigt.
Durch die Abmessungen ist eine Selbsthemmung des Bremsschlittens ausgeschlossen.
Der Oberschlitten 3 des Schalensitzbremsschlittens, kann auch mit einem Elektromagneten abhängig vom Gewicht des Insassen an der Gleitschiene 6 des Obergurtes des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens festgeklemmt werden.

Claims

Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis, wobei parallele Obergurte (6) des Leichtbaufahrzeugleiterrahmens (7) als im Fahrzeug durchgehende Führungs- und Gleitschienen (8) angeordnet sind, auf denen die Sicherheitssitze (1) und die Lenksäule (4) mit Bremsschlitten (3), (5) verschiebbar befestigt werden, wobei die Klemmkraft zwischen dem Bremsschlitten (3) des Sicherheitssitzes (1) und der Gleitschiene (8) abhängig ist vom Eigengewicht des Insassen, der mit Gurten direkt am Sicherheitssitz (1) festgeschnallt ist und die Befestigungen des Sicherheitssitzes (1), der Lenksäule (4) und der zu transportierenden Lasten an der Gleitschiene (8) im Normalfall mit Schrauben (12) und Tellerfedern (13) festgeklemmt sind, so dass sie nur beim Aufprall des Fahrzeuges nach vorne oder hinten verzögert verschoben werden können.
Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht oder ein Teil des Gewichtes der Insassen über den Sicherheitssitz (1) auf einen Hydraulikkolben (16) wirkt mit dem ein anderer Kolben (17) hydraulisch verbunden ist, der den Bremsschlitten (3) an der Gleitschiene (8) definiert festklemmt.
Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass bei gegebener Geometrie des Sicherheitssitzes (1) und gegebenen Reibungskoeffizienten zwischen Bremsschlitten (3) des Sicherheitssitzes (1) und der Gleitschiene (8) die Verzögerung des Insassen beim Aufprall durch das Durchmesserverhältnis der beiden hydraulisch verbundenen Hydraulikkolben (16), (17) eingestellt werden kann.
Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis nach Anspruch 1, 2, 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitssitz (1) ein Schalensitz ist, mit seitlichem Halt für den Insassen bei seitlichem Aufprall und der Insasse mit Hosenträger- oder Fünfpunktgurt direkt mit dem Schalensitz fest verbunden ist.
Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis nach Anspruch 1, 2, 3, 4 dadurch gekennzeichnet, dass im Sicherheitssitz (1) seitlich oben in den Ohren Airbags für den seitlichen Aufprallschutz des Kopfes angeordnet sind.
Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule (4) exzentrisch am Bremsschlitten (5) drehbar befestigt ist und sich beim Aufprall seitlich wegdreht und mit dem Unterschlitten (11) des Fahrersitzes nach vorne geschoben wird.
Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 dadurch gekennzeichnet, dass die hochfeste Fahrgastzelle Raum lässt für die Bewegungen des Sicherheitssitzes (1) und der Lenksäule (4) bei den verschiedenen Aufprallmöglichkeiten.
Passiver Aufprallschutz für Insassen von selbstfahrenden Chassis nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 dadurch gekennzeichnet, dass sich alle empfindlichen Fahrzeugteile in dem als wasserdichten Kasten gestalteten Leichtbaufahrzeugleiterrahmen (7) untergebracht sind und mit Stoßfängern zwischen Kasten und Fahrgastzelle von allen Seiten geschützt werden.