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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Insassenschutz eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Verschiedene Systeme und Vorrichtungen zum Insassenschutz motorgetriebener Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Beispielsweise werden Fahrzeuginsassen im Fall eines Aufpralls oder bei starken Fahrzeugverzögerungen durch einen stabilen und mit der Fahrzeugkarosserie verbundenen Sicherheitsgurt gehalten, der verhindert, dass die Fahrzeuginsassen durch das Fahrzeug oder aus diesem hinaus geschleudert werden. Der Sicherheitsgurt alleine wird jedoch heutigen Sicherheitsbedürfnissen nicht mehr gerecht.
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Fahrzeuginsassen können weiterhin durch ein Aufprallkissen oder Airbag geschützt werden, das sich bei einem Unfall in kurzer Zeit mit Gas füllt und so verhindert, dass die Fahrzeuginsassen gegen harte Teile des Innenraumes, wie Lenkrad oder Armaturenbrett prallen. Dabei ist es notwendig, dass dem Aufprallkissen rückseitig eine Abstützfläche, wie ein Vordersitz oder ein Handschuhfach entgegensteht, da ein Fahrzeuginsasse das Aufprallkissen sonst einfach wegdrücken würde und dieses keine Rückhaltewirkung entfalten könnte.
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Bei neuartigen Fahrzeugkonzepten, insbesondere für das autonome Fahren, existiert gegebenenfalls keine herkömmliche Sitzordnung, so dass Abstützflächen für ein Aufprallkissen fehlen. Dies ist beispielsweise bei einer Fahrzeugkabine eines autonomen Fahrzeugs mit gegenüber angeordneten Sitzen der Fall, zwischen denen sich ein Freiraum oder Stehplätze für weitere Fahrzeuginsassen befinden.
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Es hat sich gezeigt, dass bei einem solchen Konzept oder generell wenn eine Abstützfläche fehlt, die Beine eines Fahrzeuginsassen im Fall eines Unfalls oft unkontrolliert nach vorne geschleudert werden, so dass der Fahrzeuginsasse sich selbst oder andere Fahrzeuginsassen mit dem eigenen Bein beispielsweise am Kopf verletzt. Aufgrund der fehlenden Abstützfläche ist es jedoch nicht möglich, dieses Problem mittels eines herkömmlichen Aufprallkissens zu lösen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug bzw. eine Vorrichtung zum Insassenschutz eines Fahrzeugs anzugeben, das bzw. die die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht und / oder einfach umzusetzen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung zeichnet sich eine Vorrichtung zum Insassenschutz eines Fahrzeugs, insbesondere zum Auffangen der Beine eines Fahrzeuginsassen, dadurch aus, dass sie ein biegeschlaffes Auffangelement, insbesondere Seil, Band oder Schlauch aufweist, wobei das Auffangelement je an beiden oder zumindest an einem Ende mit einer Auslösevorrichtung verbunden ist, wobei die zumindest eine Auslösevorrichtung dazu ausgebildet ist, das Auffangelement durch Aufblasen oder durch Aufbringen einer Zugkraft von einem ungestrafften in einen gestrafften Zustand zu überführen. Das so gestraffte Auffangelement ist in der Lage, bei einem Unfall, der eine abrupte Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt, die in ihrer Trägheitsbewegung nach vorne geschleuderten Beine des Fahrzeuginsassen aufzufangen und Verletzungen zu verhindern. Zusätzlich kann das Auffangelement lose Gegenstände, wie Gepäckstücke, auffangen.
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Im Sinne der Erfindung werden einem biegeschlaffen Element, auch forminstabiles Element genannt, vorzugsweise die Eigenschaften einer geringen Dehnsteifigkeit und großer Verformungen infolge geringer Kraft- und Momentbeanspruchung zugeschrieben, insbesondere quer zu ihrer Längsausdehnung, die bevorzugt deutlich größer ist als die Ausdehnung in anderen Raumrichtungen.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung zum Auffangen der Beine eines Fahrzeuginsassen ausgebildet bzw. im Fußraum eines Fahrzeugs angeordnet bzw. dort anbringbar.
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Die Enden des Auffangelements oder zumindest eines der Enden ist bzw. sind im gestrafften Zustand vorzugsweise auf einer Rolle der Vorrichtung aufgerollt bzw. im ungestrafften Zustand an der Rolle befestigt und auf diese aufrollbar.
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Vorzugsweise erfolgt das Überführen des Auffangelements von dem ungestrafften in den gestrafften Zustand innerhalb von 80, besser noch 50, besonders bevorzugt innerhalb von 20 Millisekunden. Um Fahrzeuginsassen wirksam schützen zu können ist ein schnelles Straffen des Auffangelements vorteilhaft. Alternativ kann es durch Unfallfrüherkennung auch vorteilhaft sein, wenn das Überführen des Auffangelements von dem ungestrafften in den gestrafften Zustand innerhalb von mehr als 80 Millisekunden erfolgt, da somit das Verletzungsrisiko durch die Vorrichtung selbst gesenkt wird.
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Das Auffangelement weist bevorzugt eine längliche bzw. langgestreckte Form auf. Im Querschnitt kann sowohl ein Hohl- als auch ein Vollprofil, beispielsweise rund, oval oder rechteckig zweckmäßig sein.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung verläuft das Auffangelement im gestrafften Zustand im Wesentlichen parallel zum Boden, insbesondere Fahrzeugboden. Damit verläuft das Auffangelement senkrecht zur erwartbaren Bewegungsrichtung des Beins eines Fahrzeuginsassen im Fall eines Unfalls. Das Bein wird also nicht in eine andere Richtung gelenkt sondern vollständig abgebremst.
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Es ist bevorzugt, dass das Auffangelement im gestrafften Zustand in Schienbeinhöhe, bevorzugt in 5 bis 35 cm Höhe, besonders bevorzugt in 10 bis 25 cm Höhe oberhalb des Bodens verläuft. Diese Höhe gewährleistet, dass das Bein eines Fahrzeuginsassen zuverlässig eingefangen werden kann. Eine Höhe von etwa 10 cm hat sich bei Tests als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auslösevorrichtung eine Sprengladung, eine Spannfeder oder einen Gasgenerator zum Straffen des Auffangelements aufweist. Die Auslösevorrichtung kann vorzugsweise einem Gurtstraffer entsprechend ausgebildet sein.
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Das Auffangelement kann dazu vorzugsweise auf einer Rolle aufgerollt sein, wobei ein Rotationsstraffer mittels einer pyrotechnischen Treibladung dazu ausgebildet ist, über den durch die Treibladung erzeugten Gasdruck Kugeln in einem Kanal zu beschleunigen, die auf die Zähne eines Zahnrades wirken. Das Zahnrad, das koaxial an der Rolle befestigt ist, bewirkt somit, dass das Auffangelement schlagartig aufgerollt und somit gestrafft wird.
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Nach einer alternativen bevorzugten Ausführungsform strafft sich das Auffangelement mittels eines Gasgenerators bzw. eines mehrstufigen Gasgenerators durch schlagartiges Befüllen mit einem Gas. Bei dem Gasgenerator kann es sich bevorzugt um einen pyrotechnischen, Kaltgas-, oder Hybridgasgenerator handeln, entsprechend mit einem Festtreibstoff oder einem unter Hochdruck gespeicherten Gas.
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Das Auffangelement ist bevorzugt elastisch und / oder plastisch verformbar. Dadurch weist es eine bestimmte Nachgiebigkeit auf, die durch geeignete Formgebung und Materialauswahl an den Anwendungsfall anpassbar ist. Die Nachgiebigkeit verhindert, dass Beine zu abrupt abgebremst werden und dadurch verletzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung einen Kraftbegrenzer auf, der dazu ausgebildet ist, die maximal entlang des Auffangelements wirkende Kraft zu begrenzen, bevorzugt auf einen biomechanisch ertragbaren Grenzwert, wobei der Kraftbegrenzer insbesondere einen mit dem Auffangelement kraftschlüssig verbundenen Torsionsstab aufweist. Der Kraftbegrenzer ist bevorzugt entsprechend einem Gurtkraftbegrenzer ausgebildet. Das Auffangelement wird beim Straffen bevorzugt auf einer Rolle aufgerollt. Das Straffen soll jedoch nur so weit erfolgen, dass die abbremsende Wirkung des Auffangelements auf den Insassen bzw. dessen Beine nicht zu stark ist und es zu keiner Verletzung kommt. Der Aufrollmechanismus mit dem Kraftbegrenzer kann vorzugsweise, wie bei einem Gurtkraftbegrenzer, beim Überschreiten einer bestimmten Rollbeschleunigung der Rolle blockieren. Es ist dazu zweckmäßig, dass die Rolle außen einen Zahnkranz aufweist, der sich in einem nach innen gerichteten Zahnkranz mit größerem Durchmesser frei dreht. Die Rolle wird mit Federkraft in der Mittellage gehalten und beim Überschreiten einer Zugkraft am Auffangelement von diesem gegen den äußeren Zahnkranz gedrückt und damit blockiert.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung Umlenker, insbesondere Rollen auf, die dazu ausgebildet sind, das Auffangelement beim Überführen von dem ungestrafften in den gestrafften Zustand zu führen, so dass das Auffangelement im gestrafften Zustand zwischen den Umlenkern gespannt ist, wobei die Umlenker in einer relativ zum Boden erhöhten Position angeordnet sind. Durch die Umlenker ist es möglich, die Vorrichtung platzsparend im Fahrzeug zu integrieren, so dass die Auslösevorrichtung in einer den Fußraum begrenzenden Seitenwand bzw. einer sonstigen sich über den Fahrzeugboden erhebenden Struktur platzierbar ist. Die Umlenker sorgen außerdem vorteilhafterweise dafür, dass das Auffangelement auf einer bestimmten gewünschten Höhe, der Höhe der Umlenker, aufspannbar ist. Das Auffangelement muss also nicht erst in eine bestimmte Position gebracht werden, um seine Wirkung zu entfalten, sondern lediglich durch Zug gestrafft werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung ein in einen Fahrzeugboden integrierbares oder im Bereich eines Fahrzeugbodens anbringbares Gehäuse umfasst, das das Auffangelement im ungestrafften Zustand beinhaltet, wobei das Gehäuse eine Austrittsstelle aufweist, die so ausgebildet ist, dass das Auffangelement beim Überführen von einem ungestrafften in einen gestrafften Zustand aus der Austrittsstelle austreten kann.
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Vorzugsweise ist die Austrittsstelle als Sollbruchstelle oder Klappe ausgeführt. Beim Straffen des Auffangelements wird dieses gegen die Austrittsstelle gedrückt, so dass die Sollbruchstelle aufreißt bzw. die Klappe aufgeschwenkt wird.
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Die Vorrichtung weist bevorzugt mehrere Auffangelemente auf, die im gestrafften Zustand parallel und / oder senkrecht bzw. kreuzweise zueinander angeordnet sind, so dass ein Netz gebildet wird. Die bezüglich des Auffangelements in der Beschreibung genannten Merkmale der Vorrichtung treffen vorzugsweise auch auf die weiteren Auffangelemente zu. Durch die Mehrzahl an Auffangelementen wird gewährleistet, dass die Schutzwirkung der Vorrichtung auch dann eintritt, wenn ein Fahrzeuginsasse nicht exakt eine bestimmte angenommene Haltung oder Sitzposition einnimmt. Mit anderen Worten deckt die Mehrzahl an Auffangelementen bzw. das Netz einen größeren Bereich über dem Boden des Fahrzeugs ab, so dass davon ausgegangen werden kann, dass zumindest eines der Auffangelemente das Bein des Insassen unabhängig von dessen Haltung oder Position auffängt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind im ungestrafften Zustand mehrere oder alle Auffangelemente in dem Gehäuse beinhaltet. Das Gehäuse stellt damit eine näherungsweise gemeinsame Ausgangsposition für alle Auffangelemente bereit. Beim Straffen der Auffangelemente bewegen sich diese ausgehend von der gemeinsamen Ausgangsposition in ihre jeweiligen voneinander beabstandeten gestrafften Positionen. Dabei können sie gegebenenfalls Hindernisse umgehen, die auf dem Fahrzeugboden verteilt sind, vorausgesetzt, dass diese nicht das Gehäuse bzw. die gemeinsame Ausgangsposition blockieren.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass die Auslösevorrichtung eine Signalverarbeitungselektronik umfasst, die so ausgebildet ist, dass das Überführen des Auffangelements von einem ungestrafften in einen gestrafften Zustand abhängig vom Signal eines Aufprallsensors und / oder abhängig vom Signal einer Innenraumsensorik erfolgt, wobei die Innenraumsensorik dazu ausgebildet ist, die Position von Fahrzeuginsassen und / oder losen Objekten im Fahrzeuginnenraum und / oder deren Bewegung zu erkennen, insbesondere optisch, mittels Ultraschall-, Mikrowellen- und / oder mittels Infraroterkennung. Mit der Innenraumsensorik wird eine Freiraumerkennung ermöglicht, die die Positionen von Insassen und deren Extremitäten sowie auf dem Fahrzeugboden befindliche Objekte detektiert. Bevorzugt wird der Auslösevorrichtung durch die Signalverarbeitungselektronik somit signalisiert, ob sich ein Hindernis im Weg befindet und die Auslösung des Straffungsvorgangs für eines oder mehrere der Auffangelemente verhindert werden soll.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug einen Fußraum sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei der Fußraum einen Boden umfasst, der das Auffangelement im ungestrafften Zustand beinhaltet oder in dem das Auffangelement in einem Hohlraum integriert ist.
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Bevorzugt umfasst der Fußraum Seitenwände, in die die Umlenker integriert oder an denen die Umlenker angeordnet sind. Dies entspricht einer raumsparenden Implementierung der Vorrichtung in ein Fahrzeug.
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Es ist zweckmäßig, dass das Fahrzeug eine zusätzliche Vorrichtung zum Insassenschutz in Form von Gurten oder Bügeln umfasst. Somit wird gewährleistet, dass Fahrzeuginsassen umfassend geschützt sind und das Auffangelement nicht zu einer Stolperfalle wird.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit den nachfolgend erläuterten Zeichnungen. Dabei zeigen in stark schematischer Darstellung die
- 1 eine geschnittene Ansicht eines Fahrzeuginnenraums mit mehreren Auffangelementen im ungestrafften Zustand,
- 2 eine geschnittene Ansicht eines Fahrzeuginnenraums bei einer abrupten Verzögerung in Folge eines Unfalls, wobei die Auffangelemente jedoch entgegen der Wirkungsweise der Erfindung im ungestrafften Zustand verbleiben,
- 3 eine geschnittene Ansicht eines Fahrzeuginnenraums bei einer abrupten Verzögerung in Folge eines Unfalls, wobei die Auffangelemente erfindungsgemäß gestrafft sind,
- 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Auffangelement im ungestrafften Zustand,
- 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Auffangelement im gestrafften Zustand,
- 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht mit mehreren Auffangelementen, links im ungestrafften, rechts im gestrafften Zustand,
- 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren Auffangelementen im gestrafften Zustand nach dem Ausführungsbeispiel der 6.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, in der eine Ausgangssituation dargestellt ist. Der gezeigte Querschnitt einer Kabine bzw. des Innenraums eines Fahrzeugs lässt zwei sich gegenüberliegende Sitze 3 bzw. Sitzreihen erkennen. Eine solche Anordnung kann typischerweise bei autonom fahrenden Fahrzeugen, aber auch in öffentlichen Verkehrsmitteln, wie Bus oder Bahn, zweckmäßig sein.
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Auf einem der Sitze 3 ist ein Fahrzeuginsasse 2 in vereinfachter Form dargestellt. Über einen Sicherheitsgurt 4 ist dieser auf dem Sitz 3 sicher fixiert, wobei der Verlauf des Sicherheitsgurts 4 hier lediglich beispielhaft dargestellt ist. Das Fahrzeug weist einen Boden 5 auf, in dem mehrere Auffangelemente 6 integriert sind. Aufgrund der Schnittansicht ist deren längliche Ausprägung in dieser Figur nicht ersichtlich.
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Zur Veranschaulichung des zugrunde liegenden Problems ist in 2 dargestellt, wie sich ein Unfall bzw. eine starke Verzögerung des Fahrzeugs auswirken kann. Zum Zweck der Anschauung ist die Vorrichtung 1 mit den Auf fangelementen 6 hierbei nicht aktiv bzw. ist zu vernachlässigen. Es wird ersichtlich, dass die Beine 21 des Fahrzeuginsassen 2 bei dem Unfall nach oben bzw. vorne geschleudert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Beine 21 in Folge ihrer Trägheit die ursprüngliche Bewegung des Fahrzeugs beibehalten, während die Hüfte des Fahrzeuginsassen 2 an das abrupt gebremste Fahrzeug gekoppelt ist. Besonders hoch ist das Verletzungsrisiko, wenn der Oberkörper des Fahrzeuginsassen 2, wie bei diesem Beispiel, nicht durch einen Sicherheitsgurt 4 gesichert ist. Der Oberkörper wird dann ebenso nach vorne geschleudert und Kopf 22 und Beine 21 des Insassen prallen zusammen. Allerdings würde sich der Oberkörper auch dann weit nach vorne bewegen, wenn er durch einen Schultergurt mit Gurtkraftbegrenzer gehalten würde, so dass das Problem auch in diesem Fall auftreten würde. Weiteres Risiko kann durch umherfliegende Gegenstände und zusätzliche Fahrzeuginsassen 2 entstehen.
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Aus 3 wird deutlich, wie die Vorrichtung 1 hilft, das Verletzungsrisiko deutlich zu verringern. Durch Unfallsensoren, wie sie dem Fachmann hinlänglich bekannt sind, wird ein Signal gesendet und eine Auslösevorrichtung betätigt, die ein Straffen der Auffangelemente 6 in einer bestimmten Höhe über dem Boden 5 bewirkt. Die Auffangelemente 6 sind beispielsweise an ihren Enden 61, 62 mit Rollen verbunden, wobei das Straffen durch entgegengesetztes Aufrollen der Enden 61, 62 bewirkt wird. Alternativ ist nur ein Ende 61, 62 aufrollbar mit einer Rolle verbunden und das andere Ende 61, 62 fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Nach einer weiteren Alternative kann das Straffen schlicht durch schlagartiges Aufblasen der Auffangelemente 6 mit einem Gas erfolgen. Die Auffangelemente 6 sind bezüglich ihrer Verformbarkeit nachgiebig ausgebildet. Zusätzlich kann die Nachgiebigkeit angepasst werden, indem die Kraftbegrenzerfunktion eines Gurtretraktors genutzt und das Auffangelement 6 auf einem solchen oder einer ähnlichen Vorrichtung 1 aufgerollt ist. Aus der Darstellung wird ersichtlich, dass die Bewegung des Beins 21 des Fahrzeuginsassen 2 durch zumindest eines der Auffangelemente 6 gebremst wird und es dabei nicht zum Aufprall zwischen Bein 21 und Kopf 22 des Fahrzeuginsassen kommt.
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In 4 ist gezeigt, wie ein Auffangelement 6 im ungestrafften Zustand über Umlenker 7 verläuft. Die Umlenker 7 befinden sich in der bestimmten Höhe, in der das gestraffte Auffangelement 6 das Bein 21 des Fahrzeuginsassen 2 abfangen soll. Die Pfeile verdeutlichen sinnbildlich die Zugrichtung der Enden 61, 62 des Auffangelements beim Überführen von dem ungestrafften in den gestrafften Zustand. Um die nötige Zugkraft aufzubringen sind beispielsweise pyrotechnisch oder motorisch angetriebene Rollen denkbar. Der gestraffte Zustand ist wiederum in 5 dargestellt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den 6 und 7 dargestellt. Die Auffangelemente 6 sind hier im ungestrafften Zustand nicht entlang des Bodens 5 des Fahrzeugs verteilt und beabstandet, sondern in einem gemeinsamen Gehäuse 8 bzw. einem gemeinsamen Hohlraum des Bodens 5 vereint, während die Umlenker 7 wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel beabstandet sind.
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Somit reicht es für eine sichere Auslösung sämtlicher Auffangelemente 6 aus, wenn der Bereich darüber frei ist. Löst die Vorrichtung 1 aus, öffnen sich Klappen am Gehäuse 8, bzw. eine Sollbruchstelle geht auf. Durch das Straffen der Auffangelemente 6 bewegen sich diese von selbst nicht nur auf die vorgesehene Höhe, sondern nehmen auch den vorgesehenen Abstand ein.
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Der in 7 dargestellte Bewegungsverlauf kann gegebenenfalls durch einen Ring, der sich öffnen lässt, oder ein entsprechendes Objekt, das die Auffangelemente während ihrer Bewegung in die Position im gestrafften Zustand eine Zeit lang bündelt, beeinflusst werden, so dass Hindernisse auf dem Boden 5 des Fahrzeugs besser umgangen werden können.
