-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem zum Verbessern
der Aufprallsicherheit des Fahrzeugs.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
In
den letzten Jahren sind Kraftfahrzeuge häufig mit einer Vorspannvorrichtung
ausgestattet worden, die die Spannung des Sicherheitsgurts positiv
erhöht,
um den Fahrzeuginsassen während
eines Aufpralls zurückzuhalten,
und den Schutz des Fahrzeuginsassen verbessert. Die Verzögerung,
die auf den Fahrzeuginsassen einwirkt, der durch eine Rückhaltevorrichtung
wie etwa einen Sicherheitsgurt auf dem Sitz zurückgehalten wird, beginnt erst
dann anzusteigen, wenn die Vorwärts-Trägheitskraft,
die auf den Fahrzeuginsassen während.
des Aufpralls einwirkt, begonnen hat, durch den Sicherheitsgurt
abgestützt
zu werden. Da es nicht möglich
ist, einen gewissen Elastizitätsbetrag
und Lose in dem Sicherheitsgurt zu beseitigen, erreicht die Verzögerung des Fahrzeuginsassen
einen Spitzenpegel erst, wenn sich der Fahrzeuginsasse um einen
bestimmten Weg unter der Trägheitskraft
vorwärtsbewegt
hat und die Dehnung des Sicherheitsgurts ihr maximales Ausmaß erreicht
hat, Der Spitzenwert der Verzögerung des
Fahrzeuginsassen wird größer, wenn
der Vorwärtsversatz
des Fahrzeuginsassen unter der Trägheitskraft zunimmt, und es
ist bekannt, dass diese wesentlich größer ist als die durchschnittliche
Verzögerung
des Passagierraums der Fahrzeugkarosserie.
-
Wenn
die Beziehung zwischen der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung und
der Fahrzeuginsassen-Verzögerung
mit der Beziehung zwischen der Eingabe und der Ausgabe eines Systems
verglichen wird, das aus einer Feder (Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung)
und einer Masse (Masse des Fahrzeuginsassen) besteht, ist leicht
verständlich,
dass die maximale Dehnung und der zeitliche Verlauf der Feder durch
die Wellenform (den zeitlichen Verlauf) der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung diktiert
werden. Es kann daher geschlossen werden, dass die Wellenform der
Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
derart gesteuert werden sollte, dass nicht nur die durchschnittliche
Verzögerung,
die auf die Fahrzeugkarosserie einwirkt, reduziert wird, sondern auch
das Überschießen der Fahrzeuginsassen-Verzögerung aufgrund
der Dehnung der Feder (Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung) minimiert
wird.
-
In
der herkömmlichen
Fahrzeugkarosseriestruktur wird die Stoßenergie durch eine verformbare Zone
absorbiert, die aus einem Stoßreaktionserzeugungselement
besteht, wie etwa Seitenträgern
und Lücken,
die zwischen verschiedenen Komponenten definiert sind, die in einem
Vorderteil der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, und die Wellenform
der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
wird durch Verändern
der resultierenden Reaktionseigenschaften durch Auswahl der Dimensionen
und der Verformungseigenschaften dieser Teile eingestellt. Der Verformungsmodus
der Fahrzeugkarosserie, der während
des Aufpralls anders ist als der des Passagierraums, kann auch geeignet
so ausgewählt
werden, dass die Verzögerung
des Passagierraums der Fahrzeugkarosserie reduziert werden kann
und verhindert werden kann, dass die Verformung den Passagierraum
erreicht. Solche Fahrzeugkarosseriestrukturen sind in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 07-101354 vorgeschlagen.
-
Es
ist wichtig anzumerken, dass die Verletzung des Fahrzeuginsassen
während
eines Fahrzeugaufpralls minimiert werden kann, indem der Maximalwert
der auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigung (Verzögerung)
reduziert wird, was durch die Wellenform (den zeitlichen Verlauf)
der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
diktiert wird. Es ist auch wichtig anzumerken, dass der Gesamtbetrag der
Verzögerung
(zeitliche Integration der Verzögerung),
die der Fahrzeuginsasse während
des Fahrzeugaufpralls erfährt,
auf eine gegebene Aufprallintensität (oder Fahrzeuggeschwindigkeit
unmittelbar vor dem Aufprall) festgelegt ist. Daher sollte, wie
z.B. in 6 gezeigt, die
ideale Wellenform (der zeitliche Verlauf) der Fahrzeugkarosserie(Sitz)-Verzögerung (G2)
für die
Minimierung der Fahrzeuginsassen-Verzögerung (G1) bestehen aus einem
Anfangsintervall (a) zum Erzeugen einer großen Verzögerung beim Erfassen eines
Aufpralls, einem Zwischenintervall (b) zum Erzeugen einer entgegengesetzten
Verzögerung
und einem Endintervall (c) zum Erzeugen einer durchschnittlichen
Verzögerung.
-
Das
Anfangsintervall erlaubt, dass der Fahrzeuginsasse die Verzögerung von
einer frühen
Stufe an erfährt,
so dass die Verzögerung über eine
verlängerte
Zeitdauer gespreizt werden kann und der Spitzenwert der Verzögerung reduziert
wird. Bei einer normalen Fahrzeugkarosseriestruktur braucht es, aufgrund
des Vorhandenseins einer verformbaren Zone in einem Vorderteil des
Fahrzeugs und Lose und Dehnung des Rückhaltesystems wie etwa eines Sicherheitsgurts,
einen gewissen Zeitbetrag, damit der Stoß eines Aufpralls den Fahrzeuginsassen
erreicht. Der Aufschub der Übertragung
der Verzögerung
auf den Fahrzeuginsassen muss, bei der herkömmlichen Anordnung, durch einen
anschließenden
scharfen Anstieg der Verzögerung
ausgeglichen werden. Das Endintervall entspricht einem Zustand, der
Ablaufzustand genannt wird, in dem sich der Fahrzeuginsasse mit
der Fahrzeugkarosserie als einziger Körper bewegt. Das Zwischenintervall
ist ein Übergangsintervall
zum glatten Verbinden des Anfangsintervalls und des Endintervalls,
das keine wesentliche Spitze oder keinen wesentlichen Einbruch in
der Verzögerung
beinhaltet. Computersimulationen haben verifiziert, dass für einen
gegebenen Verformungsbetrag der Fahrzeugkarosserie (dynamischen
Weg) eine solche Wellenform für
die Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
zu einer geringeren Fahrzeuginsassen-Verzögerung führt als der Fall einer konstanten
Verzögerung
(Rechteckwellenform).
-
Bei
der herkömmlichen
Fahrzeugkarosseriestruktur beginnen unmittelbar nach dem Aufprall
die Fahrzeugkarosseriekomponenten der Verformungszone mit der Verformung
von einem Teil, das eine relativ geringe mechanische Festigkeit
hat, und ein Teil davon, das eine relativ hohe mechanische Festigkeit hat,
beginnt sich später
zu verformen. Im Ergebnis ist die Wellenform der Aufprallreaktion
der Fahrzeugkarosserie- Verzögerung in
einer frühen
Phase klein und wird dann in einer späteren Phase größer, so
dass die Fahrzeuginsassen-Verzögerung
nicht adäquat reduziert
werden kann. Zur Beseitigung dieses Problems ist vorgeschlagen worden,
einen vorbestimmten Betrag von Reaktionskraft zu erhalten, indem man
die kollabierenden Seitenträger
nutzt, und um eine stabile Reaktion einzuhalten, indem man eine Mehrzahl
von Trennwänden
in den Seitenträgern
vorsieht (japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 07-101354). Jedoch können solche
früheren
Vorschläge
die Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
höchstens
auf einem angenähert
konstanten Niveau halten und sind nicht in der. Lage, eine effektivere
Verzögerungswellenform
vorzusehen.
-
Um
den nachteiligen Effekt der Elastizität des Sicherheitsgurts zu minimieren,
ist es bekannt, eine Vorspannvorrichtung in Zuordnung zu dem Sicherheitsgurt
vorzusehen, um den Sicherheitsgurt während eines Fahrzeugaufpralls
positiv zu spannen. Bei einer anderen bisher vorgeschlagenen Struktur
ist zumindest einer der Verankerungspunkte des Sicherheitsgurts
an einem Element angebracht, das einer Bewegung relativ zu dem restlichen
Teil des Fahrzeugs unterliegt, was die Tendenz hat, die Spannung
des Sicherheitsgurts in einer frühen
Phase des Fahrzeugaufpralls zu erhöhen. Solche Vorrichtungen sind
günstig
darin, den maximalen Pegel der Verzögerung zu reduzieren, die während des Fahrzeugaufpralls
auf den Fahrzeuginsassen einwirkt, wobei aber eine Vorrichtung erwünscht ist,
die in der Lage ist, die Fahrzeuginsassen-Verzögerung präziser zu steuern.
-
In
Bezug auf 7 entsprechen
die Fahrzeuginsassen-Verzögerung
G1 und die Fahrzeugkarosserie-Verzögerung G2 der Eingabe und Ausgabe einer Übertragungsfunktion,
die ein Zwei-Massen-Feder-Massensystem repräsentiert, bestehend aus der
Masse Mm eines Fahrzeuginsassen, einer Feder (wie etwa einem Sicherheitsgurt)
und einer Fahrzeugkarosseriemasse Mv. Insbesondere kann die Fahrzeugkarosserie-Verzögerung G2
als Differenzierung zweiter Ordnung der Koordinate der Fahrzeugkarosseriemasse
Mv in Bezug auf die Zeit angegeben werden.
-
Wenn
jedoch bei einem tatsächlichen
Kraftfahrzeugaufprall ein Dreipunkt-Sicherheitsgurt verwendet wird, greift
der Schultergurtabschnitt des Sicherheitsgurts, der als eine Feder
angesehen werden kann, an die Brust des Fahrzeuginsassen an, entsprechend
der Mitte der Fahrzeuginsassenmasse Mm, so dass der Schultergurtabschnitt
als aus zwei Federn bestehend angesehen werden kann, deren eine
sich zwischen der Brust und dem Schulteranker erstreckt und deren
andere sich zwischen der Brust und dem Schlossanker erstreckt.
-
Wenn
der Sicherheitsgurt vollständig
in den Sitz eingebaut ist, bewegen sich der Schulteranker und der
Schlossanker als einzelner Körper,
und die zwei Teile erfahren eine identische Verzögerung. In diesem Fall kann
man annehmen, dass der Sicherheitsgurt als Verbund zweier Federn
angegeben werden kann, und die Verzögerung, die auf den Schulteranker
und den Schlossanker einwirkt, identisch ist mit der Eingabe in
das Zwei-Massen-Feder-Massensystem
oder der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung.
-
Nun
nehme man an, dass der Schlossankerpunkt fest an der Fahrzeugkarosserie
angebracht ist, während
der Schulteranker zu einer relativen Bewegung zur Fahrzeugkarosserie
in der Lage ist, als ein Beispiel, in dem die zwei Verankerungspunkte
unterschiedlichen Bewegungen relativ zu der Fahrzeugkarosserie unterliegen.
Weil in diesem Fall der Schulteranker und der Schlossanker unterschiedliche
Verzögerungen
erfahren, können
die Federn nicht einfach kombiniert werden oder können die
Verzögerungen,
die auf den Schulteranker und den Schlossanker einwirken, nicht
einfach der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung gleichgesetzt werden.
-
Mittlerweile
besteht die auf die Brust einwirkende externe Kraft vollständig aus
der vom Sicherheitsgurt aufgenommenen Kraft. Wenn daher der zeitliche
Verlauf der Last, die auf den Sicherheitsgurt in Richtung der Verzögerung einwirkt,
mit dem zeitlichen Verlauf der Federlast in dem Zwei-Massen-Feder-Massensystem übereinstimmt,
empfängt
die Brust die gleiche Verzögerungswellenform
wie die Reaktion der Fahrzeuginsassenmasse des Zwei-Massen-Feder-Massensystems
auf die optimale Wellenform der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung. Dies
ermöglicht,
dass der Fahrzeuginsasse den Ablaufzustand erreicht, in dem der
Fahrzeuginsasse im Wesentlichen ohne jeden Aufschub durch den Sicherheitsgurt
rückgehalten
wird und die Relativgeschwindigkeit zwischen der Fahrzeugkarosserie
und dem Fahrzeuginsassen null ist (keine Differenz zwischen der
Fahrzeuginsassen-Verzögerung
G1 und der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung G2).
-
Um
einen zeitlichen Verlauf des Sicherheitsgurts zu erreichen, der
einen solchen Zustand erzeugt, genügt es, wenn der zeitliche Verlauf
der durchschnittlichen Verzögerung
des Schulterankers und des Schlossankers (oder der Fahrzeugkarosserie)
gleich der optimalen Wellenform der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung ist.
Das Einführen
des Konzepts der Wellenform der durchschnittlichen Fahrzeugkarosserie-Verzögerung erlaubt
ein identisches Ergebnis bei der Reduzierung der Fahrzeuginsassen-Verzögerung beim
Steuern der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung, so dass die optimale
Wellenform erreicht wird.
-
Der
frühe Anstieg
in der Spannung des Sicherheitsgurts, um die Verzögerung auf
den Fahrzeuginsassen von einer frühen Stufe an auszuüben, kann
am bequemsten durch einen pyrotechnischen Aktuator erzeugt werden,
der typischerweise ein Treibmittel verwendet. Pyrotechnische Aktuatoren sind
bei Anwendungen, wie etwa Fahrzeug-Airbags und Vorspannern, weit bekannt.
Jedoch stellte sich aufgrund der Natur ihrer Struktur heraus, die
auf der Erzeugung von hohem Gasdruck beruht, dass ein solcher Aktuator
allein nicht in der Lage sein könnte, einen
gewünschten
zeitlichen Verlauf der Verzögerung
des Fahrzeuginsassen zu erzeugen. Es stellte sich heraus, dass das
Vorsehen von Trägheitsmasse eine
oszillatorische Bewegung zum beweglichen Ende oder Fahrzeuginsassen
während
der Aktivierung des Aktuators verhindert. Die Erfinder haben herausgefunden,
dass ein solches Problem überwunden
werden kann, indem man eine zusätzliche
Massenmenge zu dem Aktuatorende des Sicherheitsgurts in Kombination
mit einem Dämpfelement
hinzufügt.
-
Die
DE 28 11 694 A1 und
DE 34 20 397 A1 zeigen
jeweils ein Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1. In der erstgenannten Druckschrift ist die Akkumulatorkammer
zwischen einer Verschlussscheibe
3 und einem Arbeitskolben
4 angeordnet,
und in der letzteren Druckschrift ist die Akkumulatorkammer
49 zwischen einem
Kolben
47 und einer gegenüberliegenden Zylinderwand definiert.
-
Aus
der
DE 198 37 927
A1 ist es bekannt, durch den hohlen Innenraum des Kolbenelements eine
Akkumulatorkammer zu definieren.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Im
Hinblick auf diese Probleme vom Stand der Technik ist es primäre Aufgabe
der Erfindung, ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem anzugeben, das den
Schutz des Fahrzeuginsassen während
eines Fahrzeugaufpralls für
einen gegebenen dynamischen Weg oder Verformungsweg eines Vorderteils des
Fahrzeugs verbessern kann.
-
Eine
zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
anzugeben, das den Schutz des Fahrzeuginsassen mit einer minimalen
Modifikation an einer vorhandenen Fahrzeugkarosseriestruktur maximieren
kann.
-
Eine
dritte Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem anzugeben,
das den Schutz des Fahrzeuginsassen maximieren kann, ohne das Gewicht
der Fahrzeugkarosserie zu erhöhen
oder einen signifikanten Platzbetrag im Passagierraum zu belegen.
-
Nach
der Erfindung können
diese Aufgaben durch Vorsehen eines Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystems
gemäß Anspruch
1 gelöst
werden.
-
Durch
die zweite Akkumulatorkammer wird ein scharfer Anstieg der auf den
Kolben wirkenden Kraft vermieden, und hierdurch wird eine ungünstige oszillatorische
Bewegung des beweglichen Teils als Antwort eines Feder-Masse-Systems, das
den Insassen, den Sicherheitsgurt und den Aktuator umfasst, verhindert.
-
Beim
Erfassen eines Aufpralls verstärkt
somit der Hauptaktuator, der aus einem pyrotechnischen Aktuator
besteht, den Rückhalt
des Sicherheitsgurts, indem er das bewegliche Ende des Sicherheitsgurts
derart Akkumulatorkammer erleichtert auch die Steuerung des zeitlichen
Verlaufs der Ausgabe des Aktuators, um die gewünschte Verzögerungssteuerung für den Fahrzeuginsassen
am besten zu erreichen. Die Akkumulatorkammer kann durch ein Gehäuse definiert
sein, das benachbart dem Zylinder vorgesehen ist, und/oder durch
einen hohlen Innenraum des Kolbenelements.
-
Das
System enthält
bevorzugt ein Dämpfelement,
um eine Bewegung des beweglichen Endes nach einem gewissen Anfangslaufweg
des beweglichen Endes zu verzögern.
Nachdem sich das bewegliche Teil um einen vorbestimmten Weg bewegt
hat, wird daher die Bewegung durch das Dämpfelement verhindert, und
es wird eine entgegengesetzte Verzögerung in dem Fahrzeuginsassen
erzeugt, so dass sich in der Endphase des Aufpralls der Fahrzeuginsasse
und die Fahrzeugkarosserie als einziger Körper bewegen und mit der durchschnittlichen
Verzögerung
verzögern.
Dies erreicht eine Wellenform der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung,
die zur Minimierung der Verzögerung
des Fahrzeuginsassen geeignet ist.
-
Die
Verankerungspunkte können
in geeigneten Teilen der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sein, wobei
aber alle oder einige von ihnen an Teilen des Sitzes vorgesehen
sein können.
Nach einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung kann, um ein hoch vorhersagbares Ergebnis zu erhalten,
der Sicherheitsgurt drei Verankerungspunkte umfassen, einschließlich einem
Schulteranker, einem sitzbodenseitigen Anker, der nahe dem Sitzboden
an derselben Seite wie der Schulteranker vorgesehen ist, sowie einem
Schlossanker, der nahe dem Sitzboden an einer vom Schulteranker
entgegengesetzten Seite vorgesehen ist.
-
Nach
einer besonders bevorzugten Ausführung
der Erfindung umfasst das bewegliche Ende den Schulteranker und
einen Retraktor und ist dazu ausgelegt, entlang der Länge einer
Mittelsäule
geführt
zu werden. Der Aktuator ist mit einem Element versehen, um eine
Rückwärtsbewegung des
Aktuators zu verhindern. Das Dämpfelement
kann zusätzlich
als Element dienen, um eine Rückwärtsbewegung
des Aktuators zu verhindern. Das bewegliche Teil kann ein bewegliches
Element mit einer vorbestimmten Masse umfassen, um jegliche ungewünschte oszillatorische
Bewegung des Fahrzeuginsassen noch besser zu verhindern und/oder
den zeitlichen Verlauf der Ausgabe des Aktuators zu steuern, um
einen optimalen zeitlichen Verlauf der Beschleunigung des Fahrzeuginsassen
zu erreichen.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Nun
wird die Erfindung im Folgenden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, worin:
-
1 ist
eine schematische Seitenansicht eines Umrisses der Fahrzeugkarosseriestruktur,
die mit einem die Erfindung verkörpernden
Fahrzeuginsassen-Schutzsystem ausgestattet ist;
-
2 ist
eine Gesamtperspektivansicht des Sitzes, der mit dem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
nach der Erfindung ausgestattet ist;
-
3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
des Fahrzeuginsassen-Schutzsystems;
-
4a ist
eine schematische Ansicht der Fahrzeugkarosserie in einer Anfangsphase
des Aufpralls;
-
4b ist
eine schematische Ansicht, die eine Zwischenphase des Aufpralls
zeigt;
-
4c ist
eine schematische Ansicht, die eine Endphase des Aufpralls zeigt;
-
5a ist
eine Schnittansicht, die den Zustand des Aktuators in einer Anfangsphase
des Aufpralls zeigt;
-
5b ist
eine Schnittansicht, die den Zustand des Aktuators in einer Zwischenphase
des Aufpralls zeigt;
-
5c ist
eine Schnittansicht, die den Zustand des Aktuators in einer Endphase
des Aufpralls zeigt;
-
6 ist
ein Diagramm, das die Wellenform der Fahrzeuginsassen-Verzögerung und
der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
zeigt; und
-
7 ist
ein Konzeptdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Fahrzeuginsassen,
der Fahrzeugkarosserie und dem Sicherheitsgurt während eines Fahrzeugaufpralls
zeigt.
-
DETAILBESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
-
1 stellt
schematisch die Gesamtstruktur einer Fahrzeugkarosserie 1 dar,
in die ein die Erfindung verkörperndes
Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
eingebaut ist. Ein Sitz 2 ist an einer Bodenplatte 1a angebracht,
die ein integrales Teil der Fahrzeugkarosserie 1 bildet.
Das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem enthält einen Sicherheitsgurt 3,
um den Fahrzeuginsassen auf dem Sitz 2 zurückzuhalten.
An der Innenbordseite des Sitzbodens des Sitzes 2 ist ein Schloss 4 vorgesehen,
das dazu ausgelegt ist, mit einer Zungenplatte 3a in Eingriff
zu treten, die an einem Zwischenteil des Sicherheitsgurts 3 vorgesehen
ist. Ein Oberteil einer Mittelsäule 1b an
der anderen Seite des Sitzes 2 ist mit einem Schulterdurchgangsanker 5 versehen,
der den Sicherheitsgurt 3 über der Schulter des Fahrzeuginsassen
trägt,
und ein Unterteil der Mittelsäule 1 bist
mit einem Retraktor 6 für
das entsprechende Ende des Sicherheitsgurts 3 versehen.
In den Retraktor 6a ist eine Notsperranordnung 6a eingebaut,
um zu verhindern, dass, unter einem vorbestimmten Hochbeschleunigungszustand,
der Sicherheitsgurt 3 aus dem Retraktor 6 ausgegeben wird,
wie es in der Technik bekannt ist. Das andere Ende des Sicherheitsgurts 3 ist
an einem festen Teil der Fahrzeugkarosserie 1 benachbart
einem Unterteil der Mittelsäule 1b fest
angebracht. Der Sitz 2 kann in seiner Längsposition mittels Sitzgleitschienen
eingestellt werden, wie sie in der Technik bekannt sind.
-
Wenn
somit der Sicherheitsgurt 3 auf dem Fahrzeuginsassen befestigt
wird, erstreckt sich der Sicherheitsgurt 3 aus dem Retraktor 6,
läuft durch den
Schulterdurchgangsanker 5, erstreckt sich quer über die
Brust des Fahrzeuginsassen, läuft
durch die Zungenplatte 3a hindurch, die an der Schnalle 4 verriegelt
ist, und läuft
dann quer über
den Schoß des Fahrzeuginsassen,
bevor er den festen Verankerungspunkt unter der Mittelsäule 1b erreicht.
-
Wie
in den 2 und 3 gezeigt, ist der Retraktor 6 an
einer beweglichen Basis 8 angebracht, die eine gewisse
Masse hat und dazu ausgelegt ist, vertikal entlang einer Gleitschiene 7 zu
gleiten, die fest an der Mittelsäule 1b angebracht
ist und sich entlang der Länge
der Mittelsäule 1b erstreckt. Ein
Aktuator 9 ist fest an der Gleitschiene 7 angebracht.
Der Aktuator 9 umfasst einen Zylinder 9a, der sich
in der vertikalen Richtung erstreckt, ein Kolbenelement 9b,
das koaxial und gleitend in dem Zylinder 9a aufgenommen
ist, eine Zylinderkappe 9c, die das Oberende des Zylinders 9a verschließt, einen
Gasgenerator 9d, der zum selektiven Einführen von
Gas in die Zylinderkappe 9c ausgelegt ist, sowie eine Akkumulatorkammer 9f,
die ein vorbestimmtes Volumen hat und mit dem Innenraum der Zylinderkappe 9c in
Verbindung steht. Die Akkumulatorkammer 9f ist durch ein
Gehäuse 9i definiert,
das an einer Seite des Zylinders 9b angebracht ist und
steht mit dem Innenraum der Zylinderkappe 9c über einen
dazwischen definierten Kanal 9e in Verbindung.
-
Das
Kolbenelement 9b besteht aus einem hohlen zylindrischen
Element, das ein offenes Oberende und ein geschlossenes Unterende
aufweist, und ist zusätzlich
an einem Oberende mit einem externen radialen Flansch 9h versehen.
Das Kolbenelement 9b definiert eine Innenkammer 9j mit einem
bestimmten Volumen. Das Unterende des Kolbenelements 9b steht
ein wenig von dem Unterende des Zylinders 9a im Außerbetriebszustand
des Aktuators 9 vor, und ist an der beweglichen Basis 8 fest angebracht.
-
Wenn
somit der Gasgenerator 9d aktiviert wird und sich das Kolbenelement 9b abwärts bewegt, wird
die bewegliche Basis 8 zusammen mit dem daran angebrachten
Retraktor 6 dazu gebracht, sich abwärts zu bewegen. Ein rohrförmiges Dämpfelement 9g ist
innerhalb eines Unterteils des Zylinders 9a in koaxialer
Beziehung vorgesehen. Das rohrförmige Dämpfelement 9g definiert
einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser
des Flanschs 9h, jedoch größer als der Außendurchmesser
des restlichen Teils des Kolbenelements 9b. Insbesondere
ist das Oberende der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Dämpfelements 9g leicht
verjüngt,
so dass der Flansch 9h glattgängig in das rohrförmige Dämpfelement 9g eingeführt werden
kann und das rohrförmige
Dämpfelement 9g in
gesteuerter Weise kollabiert oder sich anderweitig verformt.
-
Der
oben beschriebene Aktuator 9 umfasst somit den Zylinder 9a,
das Kolbenelement 9b, die Zylinderkappe 9c, den
Gasgenerator 9d und die Akkumulatorkammer 9f und
ist ausgebildet, um eine primäre
Beschleunigung vorzusehen, die den Rückhalt des Fahrzeuginsassen
erhöht.
Das rohrförmige Dämpfelement 9g sorgt
für eine
sekundäre Beschleunigung,
die die von dem Aktuator 9 erzeugte Beschleunigung steuert,
was nachfolgend beschrieben wird.
-
Mit
dem Gasgenerator 9d ist eine Signalleitung von einer Steuereinheit 10 verbunden,
die an einem geeigneten Teil (wie etwa der Bodenplatte 1a) zu
der Fahrzeugkarosserie 1 angebracht ist und die einen Aufprallsensor
enthält,
der zum Beispiel aus einem G-Sensor bestehen kann. Der Aufprallsensor liefert
ein Aufprallerfassungssignal zu dem Gasgenerator 9d, wenn
ein Aufprall erfasst wird, der eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. In
Antwort auf das Aufprallerfassungssignal erzeugt der Gasgenerator 9d sofort
sich ausdehnendes Gas, das dann in die Zylinderkappe 9c eingeführt wird.
-
Ein
brechbarer Stift (in der Zeichnung nicht gezeigt) ist zwischen dem
beweglichen Teil, das aus der beweglichen Basis 8 und dem
Retraktor 6 besteht, und der Gleitschiene 7 vorgesehen,
um eine Bewegung des beweglichen Teils zu verhindern, solange nicht
der Gasgenerator 9 aktiviert ist und auf das bewegliche
Teil eine Kraft einwirkt, die eine vorbestimmte Höhe überschreitet.
-
In
Bezug auf die 4a bis 4c und 5a bis 5c wird
die Betriebsweise der Ausführung
der Erfindung im Folgenden anhand eines Beispiels eines Frontalaufpralls
auf eine feste Struktur beschrieben.
-
4a zeigt
einen Zustand einer Anfangsphase (Intervall a von 6),
die dem Aufprallereignis unmittelbar folgt. Das Vorderende der Fahrzeugkarosserie
kollabiert, und die Vorderenden der Seitenträger 11, die mit der
Bodenplatte 1a integral sind, unterliegen einer Kompressionsverformung,
wie in der Zeichnung gezeigt. Der Aufprallsensor, der in der Steuereinheit 10 eingebaut
ist, erfasst die Fahrzeugkarosserie-Verzögerung, die sich daraus ergibt,
dass der Fahrzeugaufprall eine vorbestimmte Intensität überschreitet,
und die Steuereinheit 10 bewertet den erzeugten Zustand.
Wenn die Steuereinheit 10 bewertet, dass der Zustand ein
vorbestimmtes Kriterium erfüllt,
wird der Gasgenerator 9d aktiviert.
-
Das
von dem Gasgenerator 9d erzeugte expandierende Gas wird
in die Zylinderkappe 9c eingeführt, wie in 5a mit
den Pfeilen gezeigt, und der Druck des expandierenden Gases drückt das
Kolbenelement 9b abwärts.
Im Ergebnis beginnen die bewegliche Basis 8 und der Retraktor 6 mit
einer Abwärtsbewegung
oder in Richtung zum Erhöhen
des Rückhalts
des Sicherheitsgurts 3 auf den Fahrzeuginsassen. Das Vorsehen
der Akkumulatorkammer 9d erlaubt, dass das expandierende
Gas das Kolbenelement 9b in gesteuerter Weise betätigt. Die Innenkammer 9j des
hohlen Kolbenelements 9b bietet auch die Funktion einer
zusätzlichen
Akkumulatorkammer. Bei Abwesenheit einer solchen Akkumulatorkammer
erzeugt das expandierende Gas einen scharfen Anstieg in der Kraft,
die auf das Kolbenelement 9b und auf das bewegliche Teil
einwirkt, das an dem Kolbenelement 9b angebracht ist, und
es besteht die Tendenz, dass eine ungünstige oszillatorische Bewegung
des beweglichen Teils eingeführt wird,
als Reaktion eines Feder-Masse-Systems, das den Fahrzeuginsassen,
den Sicherheitsgurt und den Aktuator einschließt, auf diesen scharfen Anstieg
der Eingabe. Ähnlich
trägt die
zu dem beweglichen Teil hinzugefügte
Masse zu einer Minderung dieses oszillatorischen Verhaltens des
Systems bei.
-
Der
frühe Anstieg
der auf den Sicherheitsgurt 3 einwirkenden Zugspannung
oder Last entspricht einer Zunahme des Rückhalts des Fahrzeuginsassen und
der Verzögerung
des Fahrzeuginsassen ab einer frühen
Phase des Aufpralls. Beim Rückhalten
des Fahrzeuginsassen davor, dass er unter der Trägheitskraft nach vorne geworfen
wird, ist der resultierende Anstieg der Sicherheitsgurtlast früher als
jener, der durch einen herkömmlichen
Sicherheitsgurt erzeugt wurde, der einfach an drei Verankerungspunkten
gesichert ist. Daher wird die Verzögerung des Fahrzeuginsassen
von einem sehr frühen
Teil des Aufpralls zum Anstieg gebracht, wie in 6 mit
G1 angegeben.
-
4b zeigt
einen Zustand in einer Zwischenphase des Aufpralls (Intervall b
von 6). Mit fortschreitendem Kollabieren des Vorderteils
der Fahrzeugkarosserie bewegt sich das Kolbenelement 9b des
Aktuators 9 weiter in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie
abwärts,
wie in 5b angegeben. Wenn sich das
Kolbenelement 9b weiter abwärts bewegt, kollidiert evtl.
der Flansch 9h des Kolbenelements 9b mit dem Dämpfelement 9g in
dem Zylinder 9a, und dies verzögert die Bewegung der beweglichen
Basis 8 und des Retraktors 6, um hierdurch eine
entgegengesetzte (vorwärts
in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie) Beschleunigung auf den Fahrzeuginsassen
zu erzeugen. Dies erzeugt einen Effekt äquivalent jenem, der durch
eine Beschleunigung erzeugt wird, die in der entgegengesetzten Richtung
zu der Verzögerung
weist, die sich direkt aus dem auf den Passagierraum wirkenden Aufprall
ergibt. Um diesen Effekt besser zu erreichen, sind die effektive
Masse des beweglichen Teils und die Beschleunigung des beweglichen
Teils, während
das Kolbenelement 9b mit dem Dämpfelement 9g kollidiert,
geeignet eingestellt. Es ist bevorzugt, die Eigenschaften (wie etwa
die Dehnung und die Federeigenschaften) des Sicherheitsgurts 3 und
die Eigenschaften (wie etwa die Aufprallabsorptionseigenschaft)
des Dämpfelements 9g so auszubilden,
dass die Geschwindigkeit und die Verzögerung des Fahrzeuginsassen
mit jenen der Fahrzeugkarosserie (Sitz 2) beim Abschluss
der Beschleunigung in der entgegengesetzten Richtung, die während dieser
Zwischenphase auf die bewegliche Basis 8 einwirkt, zusammenfallen.
-
4c zeigt
einen Zustand einer Endphase (Intervall c von 6)
des Aufpralls. Während
dieser Endphase wird die Bewegung des Kolbenelements 9b durch
das Dämpfelement 9g weiter
verzögert,
und das Kolbenelement 9b kommt evtl. zu einem vollständigen Stopp.
Infolgedessen wird auch jegliche Weiterbewegung des Retraktors 6 gestoppt,
und dieser wird an dieser Position bis zum Ende des Fahrzeugaufpralls
gehalten, und zwar wegen der Keilwirkung des Flanschs 9h des
Kolbenelements 9b in das Dämpfelement 9g hinein.
-
Sobald
während
dieser Endphase die Geschwindigkeit und Verzögerung des Fahrzeuginsassen
mit jenen der Fahrzeugkarosserie (Sitz 2) übereinstimmen,
ist keine Relativbewegung zwischen dem Fahrzeuginsassen und der
Fahrzeugkarosserie (Sitz 2) vorhanden, und der Fahrzeuginsasse
verzögert
weiterhin als einziger Körper
mit der Fahrzeugkarosserie (Sitz 2). In anderen Worten,
der Maximalwert der Fahrzeuginsassen-Verzögerung G1 kann reduziert werden,
indem man einen Ablaufzustand erreicht, in dem die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Fahrzeuginsassen und der Fahrzeugkarosserie (Sitz 2)
minimiert ist und die Differenz zwischen der Fahrzeuginsassen-Verzögerung G1
und der Fahrzeugkörper-Verzögerung G2
minimiert ist.
-
Somit
kann der oben beschriebene Prozess die Fahrzeuginsassen-Verzögerung wesentlich
reduzieren, indem die von dem Retraktor 6 erzeugte Verzögerung so
gesteuert wird, dass sie der optimalen Verzögerungswellenform folgt, oder
indem der Aktuator 9 so ausgestaltet wird, dass er die
optimale Verzögerungswellenform
erzeugt.
-
Somit
erhöht
bei der vorstehenden Ausführung,
beim Erfassen eines Aufpralls, der Hauptteil des aus einem pyrotechnischen
Aktuator bestehenden Aktuators den Rückhalt des Sicherheitsgurts,
indem er den an einem Teil der Fahrzeugkarosserie vorgesehenen beweglichen
Teil so bewegt, dass es dem Fahrzeuginsassen erlaubt ist, einen
frühen
Verzögerungsanstieg
zu erfahren. Dann wird, nachdem sich das bewegliche Teil um einen
vorbestimmten Weg bewegt hat, die Bewegung durch das Dämpfelement
verhindert, und es wird in dem beweglichen Teil eine entgegengesetzte
Verzögerung
erzeugt, so dass sich, in einer Endphase des Aufpralls, der Fahrzeuginsasse
und der Fahrzeugkörper
als einziger Körper
bewegen und mit der durchschnittlichen Verzögerung verzögern. Dies erreicht eine Wellenform der
Fahrzeugkarosserie-Verzögerung,
die für
die Minimierung der Verzögerung
des Fahrzeuginsassen geeignet ist. Im Ergebnis kann nicht nur eine
wesentliche Minderung der Fahrzeuginsassen-Verzögerung mit
einer kleineren Fahrzeugkarosserieverformung (dynamischer Weg) erreicht
werden, sondern kann auch der Versatz des Fahrzeuginsassen in dem
Passagierraum relativ zur Fahrzeugkarosserie noch weiter reduziert
werden als es möglich
ist, wenn man einen Lastbegrenzer in einer Rückhaltevorrichtung vorsieht,
um die Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
zu reduzieren. Der kleinere Versatz des Fahrzeuginsassen reduziert
die Möglichkeit
einer sekundären
Kollision.
-
Wenn
ein Ende des Sicherheitsgurts an dem Sitz angebracht ist, und ein
Zwischenteil des Sicherheitsgurts an dem beweglichen Teil über ein
Schloss angebracht ist, können
der Fahrzeuginsasse und der Sitz integral miteinander verbunden
werden, mittels eines herkömmlichen
Dreipunkt-Sicherheitsgurts, der
in einem Sitz eingebaut ist, so dass die Kosten des Systems minimiert
werden können,
ohne dass irgendeine wesentliche Änderung an dem existierenden
System erforderlich ist.
-
Obwohl
die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungen davon beschrieben wurde,
ist es für
einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen
und Modifikationen möglich
sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen angegeben
ist. Zum Beispiel können
alle oder einige der Verankerungspunkte an Teilen des Sitzes und
an Teilen der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sein, wenn dies erforderlich
ist. Auch kann der Aktuator in irgendeinem der Verankerungspunkte
des Sicherheitsgurts einschließlich
dem Schlossanker und dem sitzbodenseitigen Anker vorgesehen sein,
der nahe oder an dem Sitzboden oder an derselben Seite wie der Schulteranker
vorgesehen ist.
-
Ein
Ende eines Sicherheitsgurts ist mit einem Aktuator verbunden, der
selektiv Lose aus dem Sicherheitsgurt entfernen kann. Der Aktuator
enthält eine
Haupt-Aktuatoreinheit, ein Dämpfelement
zum Verzögern
einer Bewegung des beweglichen Endes des Sicherheitsgurts, folgend
einem gewissen Anfangslaufweg des beweglichen Endes. Die Haupt-Aktuatoreinheit enthält einen
Zylinder, der integral an einem Teil der Fahrzeugkarosserie angebracht
ist, ein Kolbenelement, das gleitend in den Zylinder aufgenommen
ist und mit dem beweglichen Ende verbunden ist, einen pyrotechnischen
Gasgenerator, der an einem Ende des Zylinders vorgesehen ist, sowie
eine Aktuatorkammer, die ein vorbestimmtes Volumen definiert und
mit einem Ausgangsende des pyrotechnischen Gasgenerators in Verbindung
steht. Die Haupt-Aktuatoreinheit erzeugt einen frühen Anstieg in
der Fahrzeuginsassen-Verzögerung,
und das Dämpfelement
schließt
glattgängig
den zeitlichen Verlauf der Fahrzeuginsassen-Verzögerung an einen Ablaufzustand
an, wodurch die auf den Fahrzeuginsassen einwirkende Verzögerung günstig über die Zeit
gespreizt wird und der maximale Verzögerungspegel minimiert werden
kann. Die Aktuatorkammer trägt
zu einer günstigen
Formung des zeitlichen Verlaufs der Fahrzeuginsassen-Verzögerung bei.