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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem
zum Verbessern der Aufprallsicherheit des Fahrzeugs.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
den letzten Jahren sind Kraftfahrzeuge häufig mit einem Aktuator ausgestattet
worden, der die Spannung des Sicherheitsgurts 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 Spitzenwert 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.
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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.
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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 JP-A-07-101354
vorgeschlagen.
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Es
ist wichtig, 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.
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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).
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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 (JP-A-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.
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Um
den nachteiligen Effekt der Elastizität des Sicherheitsgurts zu minimieren,
ist es bekannt, dem Sicherheitsgurt einen Aktuator zuzuordnen, um den
Sicherheitsgurt während
eines Fahrzeugaufpralls zu straften. 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.
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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 2, 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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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 Gurtstraffern, 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.
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Aus
der
DE 195 43 393
A1 ist ein Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystem nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Dort ist das Masseelement ein
zylindrisches Teil. Aus der
DE
197 20 206 ist ein Gurtstraffer ohne gesondertes Masseelement
bekannt. Die
DE 34
20 397 A1 zeigt die allgemeine Anordnung eines 3-Punktgurtsystems.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf diese Probleme vom Stand der Technik ist es primäre Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem anzugeben,
das den Schutz des Fahrzeuginsassen während eines Fahrzeugaufpralls
für einen
gegebenen dynamischen Weg oder Verformungsweg eines Vorderteils
des Fahrzeugs verbessern kann.
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Eine
zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem anzugeben,
das den Schutz des Fahrzeuginsassen mit einer minimalen Modifikation
an einer vorhandenen Fahrzeugkarosseriestruktur maximieren kann.
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Eine
dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem anzugeben,
das den Schutz des Fahrzeuginsassen maximieren kann, ohne das Gewicht
der Fahrzeugkarosserie zu erhöhen
oder einen signifikanten Platzbetrag im Passagierraum zu belegen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung können diese
Aufgaben durch ein Kraftfahrzeuginsassen-Schutzsystem gemäß Anspruch
1 gelöst
werden.
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Beim
Erfassen eines Aufpralls verstärkt
somit der Aktuator, der typischerweise aus einem pyrotechnischen
Aktuator besteht, den Rückhalt
des Sicherheitsgurts, indem er das bewegliche Ende des Sicherheitsgurts
derart bewegt, dass eine Verzögerung
größer als
die durchschnittliche Verzögerung (Fahrzeugverzögerung)
in dem Fahrzeuginsassen erzeugt wird. Weil sich der Sicherheitsgurt
und der Fahrzeuginsasse als Feder-Masse-System verhalten, besteht die
Tendenz, dass eine oszillatorische Bewegung des Fahrzeuginsassen
induziert wird. Eine solche oszillatorische Bewegung ist natürlich dahingehend
unerwünscht,
den Spitzenwert der auf den Fahrzeuginsassen einwirkenden Verzögerung zu
minimieren. Daher ist nach der vorliegenden Erfindung ein erhöhter Massebetrag
zu dem Feder-Masse-System
hinzugefügt,
um zu verhindern, dass irgendeine solche unerwünschte oszillatorische Bewegung
des beweglichen Endes des Sicherheitsgurts oder des Fahrzeuginsassen
auftritt. Das Vorsehen des Masseelements erleichtert auch die Steuerung des
zeitlichen Verlaufs der Ausgabe des Aktuators, um die gewünschte Verzögerungssteuerung
für den Fahrzeuginsassen
am besten zu erreichen.
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Erfindungsgemäß bildet
das Masseelement ein Schwungrad, das ein großes Trägheitsmoment erzeugt, ohne
besonders viel Platz zu belegen. Der Aktuator weist einen Draht
auf, der ein erstes Ende, das mit einem Arbeitsende der Hauptaktuatoreinheit verbunden
ist, ein Zwischenteil, das um eine Drehwelle herumgewickelt ist,
mit der das Schwungrad integral oder anderweitig funktionell verbunden
ist, sowie ein zweites Ende, das an dem beweglichen Ende des Sicherheitsgurts
angebracht ist, enthält.
Insbesondere ist es durch Auswahl der Drehwelle mit einem geeigneten
Durchmesser möglich,
den Trägheitseffekt
des Schwungrads beliebig zu vergrößern. Der Trägheitseffekt
wird größer, wenn
der Durchmesser der Drehwelle reduziert wird.
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Der
Aktuator 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.
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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 vorliegenden Erfindung kann, um ein gut 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.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung enthält
die Hauptaktuatoreinheit einen Zylinder, der integral an einer Seite
eines Sitzbodens des Sitzes angebracht ist, einen Kolben, der in
dem Zylinder gleitend aufgenommen ist, sowie einen pyrotechnischen
Gasgenerator, der am einen Ende des Zylinders vorgesehen ist, wobei
der Draht an dem Kolben angebracht ist. Jedoch ist es auch möglich, für den Aktuator
andere Energiequellen zu verwenden, einschließlich vorbelasteten Federn.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nun
wird die vorliegende Erfindung im Folgenden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
worin:
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1 ist
eine schematische Seitenansicht eines Umrisses der Fahrzeugkarosseriestruktur,
die mit einem die vorliegende Erfindung verkörpernden Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
ausgestattet ist;
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2 ist
eine Gesamtperspektivansicht des Sitzes, der mit dem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
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3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
des Fahrzeuginsassen-Schutzsystems;
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4a ist
eine schematische Ansicht der Fahrzeugkarosserie in einer Anfangsphase
des Aufpralls;
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4b ist
eine schematische Ansicht, die eine Zwischenphase des Aufpralls
zeigt;
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4c ist
eine schematische Ansicht, die eine Endphase des Aufpralls zeigt;
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5a ist
eine Schnittansicht, die den Zustand des Aktuators in einer Anfangsphase
des Aufpralls zeigt;
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5b ist
eine Schnittansicht, die den Zustand des Aktuators in einer Zwischenphase
des Aufpralls zeigt;
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5c ist
eine Schnittansicht, die den Zustand des Aktuators in einer Endphase
des Aufpralls zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das die Wellenform der Fahrzeuginsassen-Verzögerung und
der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung
zeigt; und
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7 ist
ein Konzeptdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Fahrzeuginsassen,
der Fahrzeugkarosserie und dem Sicherheitsgurt während eines Fahrzeugaufpralls
zeigt.
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DETAILBESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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1 stellt
schematisch die Gesamtstruktur eines Fahrzeugs dar, das mit einem
die vorliegende Erfindung verkörpernden
Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
ausgestattet ist. Das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem umfasst einen
Sicherheitsgurt 3, um den Fahrzeuginsassen 2 auf
dem Sitz 1 zurückzuhalten.
Wie auch in 2 gezeigt, hat der Sicherheitsgurt 3 drei
Verankerungspunkte, wobei ein Ende des Sicherheitsgurts mit einem
Schulteranker 4 verbunden ist, der integral in einem Schulterteil
des Sitzes vorgesehen ist, wobei ein anderes Ende an einer Seite
des Sitzbodens an derselben Seite wie der Schulteranker fest angebracht
ist, und ein Zwischenteil mit einer Zungenplatte, die an ein Schloss 6 gesperrt
ist, das an der vom Schulteranker abgelegenen Seite des Sitzbodens
angebracht ist. Daher wird der Fahrzeuginsasse 2, der auf
dem Sitz 1 sitzt, durch den Sicherheitsgurt 3 integral
auf dem Sitz 1 zurückgehalten.
Der Sitz 1 ist an dem Boden 5 über Sitzschienen 1a so
angebracht, dass er in Längsrichtung
einstellbar ist.
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Ein
Aktuator 8 ist integral an einer Seite des Sitz-bodens
des Sitzes 1 angebracht. Wie auch in 3 gezeigt,
umfasst der Aktuator 8 einen Zylinder 8a, der
sich in der Längsrichtung
erstreckt, einen Kolben 8b, der koaxial in dem Zylinder 8a aufgenommen ist,
eine Zylinderkappe 8c, die integral an einem Ende (einem
Hinterende in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie) des Zylinders 8a angebracht
ist, sowie einen Gasgenerator 8d, der mit der Zylinderkappe 8c so
verbunden ist, dass er mit dem Inneren der Zylinderkappe 8c in
Verbindung steht. Das Vorderende des Zylinders 8b öffnet sich
in diesem Fall nach außen
zur Atmosphäre.
Der Aktuator 8 ist integral mit einem Beschlag 8j versehen,
durch den der Aktuator 8 unten an dem Rahmen des Sitzbodens
angebolzt ist.
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Mit
dem Kolben 8b ist ein Ende eines Drahts 9 verbunden,
der sich aus einer Öffnung 8e heraus erstreckt,
die in dem Hinterende der Zylinderkappe 8c vorgesehen ist.
Das Außenende
des Drahts 9 ist um eine Drehwelle 10a herumgewickelt,
die hinter dem Aktuator 8 drehbar gelagert ist, und ist
integral und koaxial mit einem Schwungrad 10 versehen,
und erstreckt sich dann weiter zu einem Außenende, das mit einem Basisende
des Schlosses 6 verbunden ist. Wenn daher der Kolben 8b durch
den Gasgenerator 8d vorwärts angetrieben wird und infolgedessen
der Draht 9 vorwärtsgezogen
wird, zieht der Draht 9 das Schloss 6 in der Richtung,
in der die Spannung des Sicherheitsgurts 3 erhöht wird
oder der Fahrzeuginsasse 2 zurückgehalten wird, während der
um die Drehwelle 10a herumgewickelte Zwischenteil des Drahts 9 das
Schwungrad 10 in Drehung versetzt. Das Zwischenteil des
Drahts 9 und die Drehwelle 10a sind in einem Gehäuse 8f aufgenommen,
das am Hinterende der Zylinderkappe 8c angebracht ist.
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Die
Außenumfangsfläche des
Kolbens 8b ist mit einem Umkehrverhinderungsring 8g versehen, der
eine Vorwärtsbewegung
des Kolbens 8b erlaubt, indem er sich selbst zur einen
Seite neigt, jedoch die Rückwärtsbewegung
des Kolbens 8b verhindert, indem er sich in die Innenumfangsfläche des
Zylinders 8a verkeilt.
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Ein
rohrförmiges
Dämpfelement 8i ist
an einem Außenende
einer Öffnung 8h des
Gehäuses 8f vorgesehen,
das in koaxialer Anordnung zu dem Schloss 6 weist, und
das freie Ende des rohrförmigen Dämpfelements 8i ist
gegenüber
dem Basisende des Schlosses 6 angeordnet, wobei es dazwischen
einen Spalt mit vorbestimmter Abmessung b definiert. Eine Balgenabdeckung 11 deckt
den Draht 9 ab, der mit dem Basisende des Schlosses 6 und
dem rohrförmigen
Dämpfelement 8i verbunden
ist, und erstreckt sich zwischen dem Basisende des Schlosses 6 und dem
gegenüberliegenden
Ende des Gehäuses 8f. Die
Balgenabdeckung 11 hat eine ausgezeichnete Steifigkeit,
um das Schloss 6 im Wesentlichen fest abzustützen, zeigt
jedoch eine derartige Flexibilität, dass
die Balgenabdeckung 11 axial komprimiert werden kann, um
die Bewegung des Schlosses 6 in Richtung der Spannungserhöhung des
Sicherheitsgurts 3 aufzunehmen.
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Der
oben beschriebene Aktuator 8 umfasst somit den Zylinder 8a,
den Kolben 8b, die Zylinderkappe 8c und den Gasgenerator 8d und
ist ausgebildet, um eine primäre
Beschleunigung vorzusehen, die den Rückhalt des Fahrzeuginsassen
erhöht.
Das rohrförmige
Dämpfelement 8i sorgt
für eine
sekundäre
Beschleunigung, die die von dem Aktuator 8 erzeugte Beschleunigung
steuert, was nachfolgend beschrieben wird.
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Mit
dem Gasgenerator 8d ist eine Signalleitung von einer Steuereinheit 12 verbunden,
die an einem geeigneten Teil (wie etwa den Boden 5) 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 8d, wenn ein Aufprall erfasst wird,
der eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. In Antwort auf das Aufprallerfassungssignal
erzeugt der Gasgenerator 8d sofort sich ausdehnendes Gas,
das dann in die Zylinderkappe 8c eingeführt wird.
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In
Bezug auf die 4a bis 4c und 5a bis 5c wird
die Betriebsweise der Ausführung
der vorliegenden Erfindung im Folgenden anhand eines Beispiels eines
Frontalaufpralls auf eine feste Struktur beschrieben.
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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 13, die mit dem
Boden 5 integral sind, unterliegen einer Kompressionsverformung,
wie in der Zeichnung gezeigt. Der Aufprallsensor, der in der Steuereinheit 12 eingebaut
ist, erfasst die Fahrzeugkarosserie-Verzögerung, die sich daraus ergibt,
dass der Fahrzeugaufprall eine vorbestimmte Intensität überschreitet,
und die Steuereinheit 12 bewertet den erzeugten Zustand.
Wenn die Steuereinheit 12 bewertet, dass der Zustand ein
vorbestimmtes Kriterium erfüllt,
wird der Gasgenerator 8d aktiviert.
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Das
von dem Gasgenerator 8d erzeugte expandierende Gas wird
in die Zylinderkappe 8c eingeführt, wie in 5a mit
den Pfeilen gezeigt, und der Druck des expandierenden Gases drückt den
Kolben 8b in der Vorwärtsrichtung
in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie. Im Ergebnis beginnt sich das Schloss 6,
das über
den Draht 9 mit dem Kolben 8b verbunden ist, in
der Richtung zu bewegen, in der der Rückhalt des Sicherheitsgurts 3 auf
dem Fahrzeuginsassen 2 erhöht wird, während sich die Drehwelle 10a und
das Schwungrad 10 zu drehen beginnen. Die Bewegung des
Schlosses 6 bewirkt, dass die Balgenabdeckung 11 kollabiert,
und beschleunigt es, wenn der Druck des erzeugten Gases zunimmt.
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Der
frühe Anstieg
der auf den Sicherheitsgurt 3 einwirkenden Spannung oder
Last entspricht einer Zunahme des Rückhalts des Fahrzeuginsassen 2 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 in der Sicherheitsgurtlast früher als der,
der von einem herkömmlichen
Sicherheitsgurt erzeugt wird, der einfach an drei Verankerungspunkten
gesichert ist. Daher wird die Verzögerung des Fahrzeuginsassen
von einem sehr frühen
Teil des Aufpralls an zum Anstieg gebracht, wie in 6 mit G1
angegeben.
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4b zeigt
einen Zustand in einer Zwischenphase des Aufpralls (Intervall b
von 6). Mit fortschreitendem Kollabieren des Vorderteils
der Fahrzeugkarosserie bewegt sich der Kolben 8b des Aktuators 8 weiter
nach vorne in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie, wie in 5b angegeben.
Wenn sich der Kolben 8b weiter vorwärtsbewegt, kollidiert das Basisende
des Schlosses 6 evtl. mit dem Dämpfelement 8i, und
dies verzögert
die Bewegung des Schlosses 6, um hierdurch eine entgegengesetzte (vorwärts in Bezug
auf die Fahrzeugkarosserie) Beschleunigung auf den Fahrzeuginsassen
auszuüben. 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 Schwungrads 10 und der Durchmesser der Drehwelle 10a sowie
die Beschleunigung des Schwungrads 10 zur Zeit der Kollision
mit dem Dämpfelement 8i 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 8i so
auszubilden, dass die Geschwindigkeit und die Verzögerung des
Fahrzeuginsassen 2 mit jener der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1)
beim Abschluss der Beschleunigung in der entgegengesetzten Richtung,
die während
dieser Zwischenphase auf das Schloss 6 einwirkt, zusammenfallen.
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4c zeigt
einen Zustand einer Endphase (Intervall c von 6)
des Aufpralls. Während
dieser Endphase wird die Bewegung des Schlosses 6 durch das
Dämpfelement 8i weiter
verzögert,
und der Kolben 8b kommt evtl. zu einem vollständigen Stopp.
Infolgedessen wird auch jegliche Weiterbewegung des Schlosses 6 gestoppt
und in dieser Position bis zum Ende des Fahrzeugaufpralls gehalten,
und zwar aufgrund eines Umkehrverhinderungsrings 8g.
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Sobald
während
dieser Endphase die Geschwindigkeit und die Verzögerung des Fahrzeuginsassen
mit jener der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1) übereinstimmen,
ist keine Relativbewegung zwischen dem Fahrzeuginsassen 2 und
der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1) mehr vorhanden, und der
Fahrzeuginsasse 2 verzögert
weiterhin als einziger Körper
mit der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1). In anderen Worten,
der Maximalwert der Fahrzeuginsassen-Verzögerung G1 kann reduziert werden,
indem man einen Ablaufzustand erreicht, in dem die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Fahrzeuginsassen 2 und der Fahrzeugkarosserie
(Sitz 1) minimiert ist und die Differenz zwischen der Fahrzeuginsassen-Verzögerung G1
und der Fahrzeugkarosserie-Verzögerung G2
minimiert ist.
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Somit
kann der oben beschriebene Prozess die Fahrzeuginsassen-Verzögerung wesentlich
reduzieren, indem die von dem Schloss 6 erzeugte Verzögerung so
gesteuert wird, dass sie der optimalen Verzögerungswellenform folgt, oder
indem der Aktuator 8 so ausgestaltet wird, dass er die
optimale Verzögerungswellenform
erzeugt.
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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 das bewegliche Teil, das an dem als Teil der Fahrzeugkarosserie
dienenden Sitz vorgesehen ist, 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.
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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.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungen
davon beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann offensichtlich,
dass verschiedene Veränderungen
und Modifikationen möglich
sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der
in den beigefügten Ansprüchen angegeben
ist. Zum Beispiel können
alle oder einige der Verankerungspunkte, anders als jene an dem
Sitz, an Teilen der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sein. Der Aktuator
kann auch aus anderen Aktuatoren als pyrotechnischen Aktuatoren
bestehen, wie etwa federbelasteten Aktuatoren.
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Ein
Ende eines Sicherheitsgurts ist mit einem Aktuator verbunden, der
selektiv eine Lose aus dem Sicherheitsgurt entfernen kann. Der Aktuator
enthält eine
Hauptaktuatoreinheit, ein Schwungrad, das für einen gegebenen Raum einen
maximalen Trägheitseffekt
erzeugt, sowie ein Dämpfelement
zum Verzögern
einer Bewegung des beweglichen Endes des Sicherheitsgurts nach einem
gewissen Anfangslaufweg des beweglichen. Endes. Die Hauptaktuatoreinheit
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 Verzögerungpegel minimiert werden
kann. Das Schwungrad trägt
zu einer günstigen
Formung des zeitlichen Verlaufs der Verzögerunginsassenverzögerung bei.