DE112021003626T5

DE112021003626T5 - Bein-rückhalte-airbag

Info

Publication number: DE112021003626T5
Application number: DE112021003626.2T
Authority: DE
Inventors: Kurt F. Fischer; Douglas M. Gould; Hylus Ranjit Raj Jayakar; Gabriela Diaz; David Varcoe
Original assignee: ZF Passive Safety Systems US Inc
Current assignee: ZF Passive Safety Systems US Inc
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2023-05-25
Also published as: CN115989162A; WO2022010869A1; US20220009443A1; US11358558B2

Abstract

Eine Vorrichtung (12), ein System (10) und ein Verfahren (150) zum Schutz von Insassen (40) eines Fahrzeugs (20) im Falle einer Kollision. Die Vorrichtung (12) umfasst einen aufblasbaren Schlauch (90) mit einem ersten und einem zweiten Ende (92, 94), die mit dem Boden (22) des Fahrzeugs (20) verbunden sind, und einem dazwischenliegenden Mittelabschnitt (96) sowie einen Gasgenerator (100), der betätigbar ist, um in Abhängigkeit einer Fahrzeugkollision Aufblasmedium in den aufblasbaren Schlauch (90) zu leiten. Der aufblasbare Schlauch (90) ist dazu konfiguriert, sich in Abhängigkeit der Aufnahme von Aufblasmedium aus dem Gasgenerator (100) aufzublasen und aus dem Fahrzeugboden (22) zu entfalten. Der Mittelabschnitt (96) erstreckt sich vom Boden (22) und bildet einen Bogen, in welchen sich die Unterschenkel (56) und/oder Füße (58) des Insassen (40) in Abhängigkeit einer Kollision bewegen und dort zurückgehalten werden können.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen den Schutz von Insassen autonomer Fahrzeuge im Falle einer Kollision und, insbesondere, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Schutz der Unterschenkel und/oder Füße eines Insassen.
Allgemeiner Stand der Technik
Es ist bekannt, eine aufblasbare Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung, wie z.B. einen Airbag, zum Schutz eines Insassen eines Fahrzeugs bereitzustellen. Ein spezieller Typ von Airbag ist ein Frontalairbag, der zwischen einem Insassen auf einem Vordersitz des Fahrzeugs und einem Armaturenbrett des Fahrzeugs aufblasbar ist. Derartige Airbags können Fahrerairbags oder Beifahrerairbags sein. Im aufgeblasenen Zustand schützen die Fahrer- und Beifahrerairbags den Insassen vor Aufschlägen auf Teile des Fahrzeugs, wie z.B. das Armaturenbrett und/oder ein Lenkrad des Fahrzeugs.
Beifahrerairbags werden normalerweise in einem nicht aufgeblasenen Zustand in einem Gehäuse verstaut, das an dem Fahrzeugarmaturenbrett angebracht ist. Eine Airbagklappe ist mit dem Gehäuse und/oder Armaturenbrett verbindbar, um den Airbag in einem verstauten Zustand zu umschließen und zu verbergen. Bei Entfaltung des Beifahrerairbags öffnet sich die Airbagklappe, so dass sich der Airbag in einen aufgeblasenen Zustand bewegen kann. Die Airbagklappe öffnet sich infolge von Kräften, die durch den sich aufblasenden Airbag auf die Klappe ausgeübt werden.
Fahrerairbags werden normalerweise in einem nicht aufgeblasenen Zustand in einem Gehäuse verstaut, das an dem Fahrzeuglenkrad angebracht ist. Eine Airbagabdeckung ist mit dem Gehäuse und/oder dem Lenkrad verbindbar, um den Airbag in einem verstauten Zustand zu umschließen und zu verbergen. Bei Entfaltung des Fahrerairbags öffnet sich die Airbagabdeckung, so dass sich der Airbag in einen aufgeblasenen Zustand bewegen kann. Die Airbagabdeckung öffnet sich infolge von Kräften, die durch den sich aufblasenden Fahrerairbag auf die Abdeckung ausgeübt werden.
Es gibt in der Autoindustrie Entwicklungen, um Fahrzeuge geräumiger zu machen. Durch die Formgebung ist das Armaturenbrett kleiner geworden und ist somit weiter vom Insassen entfernt. Blickt man weiter in die Zukunft, sind fahrerlose autonome Fahrzeuge sogar noch geräumiger. Autonome Fahrzeuge werden seit einiger Zeit in Erwägung gezogen, und ihre Anpassung kommt nun in großem Umfang näher. Durch autonome Fahrzeuge lassen sich einige der Strukturen eliminieren, auf die man sich herkömmlicherweise zur Abstützung verschiedener Fahrzeugsicherheitseinrichtungen verlassen hat.
Vor dem Hintergrund dieser Gegebenheiten muss ein Paradigmenwechsel bei den Insassensicherheitssystemen stattfinden. In der Vergangenheit führte die Notwendigkeit eines Fahrzeugführers/Fahrers zu einer gewissermaßen standardisierten Ausführung der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs. In den USA ist der Fahrer ein vorwärts gewandter Insasse auf einem linken Vordersitz in Reichweite der Fahrzeugbedienelemente und -instrumente (Lenkrad, Pedale, Armaturenbrett, Konsole etc.). Diese Fahrerkonfiguration gibt das Layout des übrigen Fahrzeuges vor - vorwärts gewandter Insasse auf dem vorderen Beifahrersitz, vorwärts gewandte Insassen auf dem Rücksitz (zweite Reihe, dritte Reihe etc.). Entsprechend wurden in der Vergangenheit Insassensicherheitssysteme normalerweise unter Berücksichtigung dieser Fahrgastzellenanordnung und der zugeordneten Insassenpositionen und -ausrichtungen ausgeführt.
Das autonome Fahrzeug schafft die Bedienperson/den Fahrer ab, wodurch die Notwendigkeit der herkömmlichen Positionierung und Ausrichtung derselben eliminiert wird. Fahrzeughersteller können den Fahrgastzellenraum nach eigenem Ermessen frei nutzen, ohne dass sie an vorgegebene Passagieranordnungen, wie z.B. nur vorwärts gewandte Insassen, oder strukturelle Fahrzeugausführungen, wie z.B. Ausführungen des Lenkrads/Armaturenbretts, Ausführungen der Mittelkonsole, Pedalsteuerelemente im Fußraum etc., gebunden sind.
Dies zeigt die Schwierigkeit nicht nur in Bezug darauf, wo Airbag-Systeme platziert werden sollen, sondern auch in Bezug darauf, eine Reaktionsfläche zu finden, an welcher der Airbag so zu positionieren ist, dass er Stöße abfangen kann. Normalerweise verwenden am Armaturenbrett und am Lenkrad montierte Frontairbags derartige Aufbauten als Reaktionsfläche, an welcher der Airbag so anliegt, dass er der Aufprallenergie eines auftreffenden Insassen entgegenwirken, diese dämpfen und aufnehmen sowie einen erwünschten Abrutsch-Effekt bereitstellen kann. In den autonomen Fahrzeugen weist das Fahrzeug jedoch möglicherweise überhaupt kein Armaturenbrett oder Lenkrad auf, und die Insassen können anders als in der herkömmlichen Art und Weise positioniert und ausgerichtet sein. Dadurch kann eine Nutzung herkömmlicher Strukturen im Fahrzeug als Reaktionsfläche schwierig oder unmöglich werden.
Kurzfassung
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen den Schutz von Insassen in autonomen Fahrzeugen im Falle einer Kollision und insbesondere eine Vorrichtung, ein System sowie ein Verfahren zum Schutz der Unterschenkel und/oder Füße eines Insassen.
In einem Aspekt kann die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs im Falle einer Kollision aufweisen. Die Vorrichtung umfasst einen aufblasbaren Schlauch mit einem ersten und einem zweiten Ende, die mit einem Boden des Fahrzeugs verbunden sind, wobei der aufblasbare Schlauch weiterhin einen Mittelabschnitt umfasst, der sich vom ersten zum zweiten Ende erstreckt, sowie einen Gasgenerator, der betätigbar ist, um in Abhängigkeit einer Fahrzeugkollision Aufblasmedium in den aufblasbaren Schlauch zu leiten. Der aufblasbare Schlauch ist so ausgeführt, dass er sich in Abhängigkeit der Aufnahme von Aufblasmedium aus dem Gasgenerator vom Fahrzeugboden aus aufbläst und entfaltet. Der Mittelabschnitt des aufblasbaren Schlauchs ist so ausgeführt, dass er sich oberhalb des Fahrzeugbodens erstreckt, so dass er einen Raum zum Aufnehmen der Unterschenkel und/oder Füße des Insassen definiert und eine Bewegung der Unterschenkel und/oder Füße nach vorne in Abhängigkeit der Fahrzeugkollision einschränkt.
In einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs im Falle einer Kollision aufweisen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erfassens des Eintritts eines Fahrzeugkollisionsereignisses und des Entfaltens der Vorrichtung in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeugkollision.
In einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Erfindung ein System zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs im Falle einer Kollision aufweisen. Das System umfasst die Vorrichtung, mindestens einen Aufprallsensor zum Erfassen eines Fahrzeugkollisionsereignisses sowie eine Steuerung zum Empfangen eines Signals von dem mindestens einen Aufprallsensor in Abhängigkeit des Fahrzeugkollisionsereignisses. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, den Gasgenerator zu betätigen, um den aufblasbaren Schlauch in Abhängigkeit des Empfangs des Signals von dem Aufprallsensor zu entfalten.
Figurenliste
Die vorhergehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann, den die vorliegende Offenbarung betrifft, aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich; diese zeigen in:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugsicherheitssystem, die das System in einem Zustand vor der Entfaltung zeigt;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das kein Fahrzeugsicherheitssystem aufweist, die ein Kollisionsereignis zeigt;
3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugsicherheitssystem, die das System in einem entfalteten Zustand zeigt;
4 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs, die das Fahrzeugsicherheitssystem in einem entfalteten Zustand zeigt, gemäß einer Ausführung des Systems;
5 eine schematische Darstellung verschiedener Ausführungen des aufblasbaren Schlauchs in dem Fahrzeugsicherheitssystem;
6 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs, die das Fahrzeugsicherheitssystem in einem entfalteten Zustand zeigt, gemäß einer weiteren Ausführung des Systems;
7 ein Schema, das ein Beispiel eines Systems zeigt, welches Insassen eines Fahrzeugs im Falle einer Kollision schützen kann;
8 ein Prozessablaufdiagramm, das Verfahren zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs im Falle einer Kollision zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen den Schutz von Insassen eines Fahrzeugs im Falle einer Kollision. Ein Szenario, in dem Schwierigkeiten beim Insassenschutz auftreten können, betrifft autonome Fahrzeuge, insbesondere die Unterschenkel des Insassen. Demgemäß betrifft die hier offenbarte Erfindung eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Schutz der Unterschenkel und/oder Füße eines Insassen in einem beliebigen Fahrzeug, insbesondere einem autonomen Fahrzeug.
Bezugnehmend auf 1 weist ein Fahrzeug 20 einen Fahrzeugsitz 30 auf, auf welchem ein Fahrzeuginsasse 40 sitzt. Der Fahrzeugsitz 30 weist ein mit dem Fahrzeug 20, z.B. mit dem Boden 22, verbundenes Unterteil 32 auf. Das Sitzunterteil 32 trägt eine Sitzfläche 34. Eine Rückenlehne 36 erstreckt sich von der Sitzfläche 34 nach oben und hat eine geneigte Position, die verstellbar ist. Eine Kopfstütze 38 ist an einem oberen Ende der Rückenlehne 36 positioniert.
Der Insasse 40 sitzt auf dem Sitz 30, wobei sein/ihr Oberkörper 42 an der Rückenlehne 36 anliegt, der Kopf 44 an oder nahe der Kopfstütze 38 positioniert ist, und Gesäß 46 und Beine 50 (genauer gesagt Oberschenkel 52) auf der Sitzfläche 34 aufliegen. Die Unterschenkel 56 des Insassen erstrecken sich vom Knie 54 nach unten in Richtung Fahrzeugboden 22, wo die Füße 58 des Insassen aufliegen. In der normalen Insassenposition nach 1 befinden sich die Arme 60 des Insassen an seiner/ihrer Seite, wobei die Oberarme 62 am Oberkörper 42 anliegen und parallel zu diesem verlaufen, an den Ellbogen 53 abgewinkelt sind und die Unterarme 66 und Hände 70 auf den Oberschenkeln 52 aufliegen.
Wie in 1 dargestellt, wird der Insasse 40 von einem Sicherheitsgurt 80 zurückgehalten, bei dem es sich um einen herkömmlichen Dreipunkt-Rückhalt mit einem Schultergurtabschnitt 82, der sich von einer Schulter 72 diagonal über den Oberkörper 42 erstreckt, und einen Beckengurtabschnitt 84 handelt, der sich über den Schoß des Insassen erstreckt, d.h. dort, wo die Oberschenkel 52 in den Oberkörper 42 übergehen. Der Sicherheitsgurt 80 ist über ein Schloss 86 gesichert, das am Fahrzeug 20 verankert ist. Zur Vereinfachung der Zeichnungen ist der Sicherheitsgurt 80 in den 3 und 4 nicht dargestellt. In den 3 und 4 trägt der Insasse 40 einen Sicherheitsgurt, dieser ist aber nicht in den Figuren gezeigt. Daher sind die mit Bezug auf 3 und 4 veranschaulichten und beschriebenen Bewegungen des Insassen so, wie sie bei normalem Gebrauch des in 1 dargestellten Sicherheitsgurts 80 stattfinden würden.
Bezugnehmend auf 1 und 3, trägt ein Fahrzeugsicherheitssystem 10 zum Schutz des Insassen 40 des Fahrzeugs 20 bei. In den Ausführungsbeispielen der 1 und 3 ist das Fahrzeug 20 ein autonomes Fahrzeug. Der Fahrgastraum oder die Fahrgastzelle als solche enthält keine Bedieneinrichtungen wie z.B. ein Lenkrad, Pedale, Instrumente, Mittelkonsole etc. Somit ist das Armaturenbrett verkleinert und/oder insgesamt entfernt, um den Raum in der Fahrgastzelle zu maximieren. Steuerungsschnittstellen für Klimaanlagen, GPS, Navigation, Unterhaltung etc. können beispielsweise in einem Mittelkonsolenbereich des Fahrzeugs 20 vorgesehen sein, der sich zwischen den Passagieren der vorderen und/oder hinteren Reihe befindet. Alternativ kann das Fahrzeug 20 auch ein anderer beliebiger Fahrzeugtyp sein, in dem der Fahrgastraum oder die Fahrgastzelle keine Bedieneinrichtungen aufweist, wie z.B. eine Limousine.
In dieser offenen Fahrgastzellenkonfiguration können Fahrzeugsitze 30 ohne Beschränkung durch die Notwendigkeit zur Unterstützung eines Fahrers/einer Bedienperson des Fahrzeugs auf vielfältige Weise konfiguriert, positioniert und angeordnet werden. Beispielsweise ist in 1 der Sitz 30 ein nach vorne gerichteter Sitz, der in die Richtung einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs weist, die allgemein durch den mit A bezeichneten Pfeil angegeben ist. In einer weiteren, nicht dargestellten Konfiguration können die Sitze einander gegenüber angeordnet sein, wobei die vordere Reihe FR nach hinten zur hinteren Reihe RR weist.
Bei der herkömmlichen, nach vorne weisenden Sitzanordnung aus 1 werden die Insassen 40 im Falle eines Frontalaufpralls im Fahrzeug nach vorne gedrängt, wie in 2 dargestellt. Wie in 2 gezeigt, hält der Sicherheitsgurt den Insassen 40, insbesondere den Oberkörper 42, zurück, ohne die Arme 60 und Beine 50 zurückzuhalten. Folglich ist ersichtlich, dass die Beine 50 trägheitsbedingt gestreckt werden, wie allgemein durch den mit B bezeichneten Pfeil angegeben. Dadurch können die Beine 50 überbelastet werden, beispielsweise durch Überstreckung der Knie 54. Nicht autonome Fahrzeuge hatten einen Aufbau zum Verhindern dieser Bewegung, wie z.B. das Armaturenbrett/den Fußraum (Beifahrer) und Rückenlehnen von vorderen Sitzen (Fond-Passagiere). Autonome Fahrzeuge weisen diese Merkmale möglicherweise nicht auf.
Bezugnehmend auf 1 und 3, weist das Fahrzeugsicherheitssystem 10 in einem Ausführungsbeispiel eine Unterschenkelschutzvorrichtung 12 zum Schutz von Insassen in einem autonomen Fahrzeug im Falle einer Kollision auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 12 eine aufblasbare Fahrzeuginsassen-Schutzeinrichtung in Form eines aufblasbaren Schlauchs 90, der in einem Boden 22 des Fahrzeugs 20 angebracht ist. Die Schutzeinrichtung 12 weist außerdem einen Gasgenerator 100 zum Aufblasen des aufblasbaren Schlauchs 90 in Abhängigkeit einer Fahrzeugkollision auf.
Wie im Einzelnen in 4 dargestellt, weist der aufblasbare Schlauch entgegengesetzte erste und zweite Enden 92, 94 auf, die mit dem Boden 22 verbunden sind. Ein Mittelabschnitt 96 verläuft vom ersten Ende 92 zum zweiten Ende 94. Wenn der aufblasbare Schlauch 90 aufgeblasen und entfaltet wird, ist der Mittelabschnitt 96 so ausgeführt, dass er sich über dem Fahrzeugboden 22 erstreckt und einen Raum zum Aufnehmen der Unterschenkel 56 und/oder Füße 58 des Insassen 40 definiert. In dem Ausführungsbeispiel aus 4 bildet der Schlauch 90 einen Bogen zum Aufnehmen der Unterschenkel 56/Füße 58 des Insassen. Der Schlauch 90 kann jedoch auch jede beliebige Form aufweisen, die einen Raum zum Aufnehmen und Zurückhalten der Unterschenkel 56 und/oder Füße 58 des Insassen in Abhängigkeit einer Kollision definiert. Der Schlauch 90 kann beispielsweise eine abgerundete, quadratische, rechteckige oder polygonale Form aufweisen.
Das erste und zweite Ende 92, 94 des aufblasbaren Schlauchs 90 sind mit dem Fahrzeugboden 22 an Positionen vor einem Fahrzeugsitz 30 sowie an den oder in der Nähe der seitlich äußeren Begrenzungen des Fahrzeugsitzes 30 verbunden. Die Positionen 110 und 120, an denen das erste Ende 92 und das zweite Ende 94 des aufblasbaren Schlauchs 90 mit dem Fahrzeugboden 22 verbunden sind, sind so konfiguriert, dass sie sich an den Außenseiten der Füße der Insassen befinden, wenn der Insasse 40 in der normalen Sitzposition sitzt, wie oben beschrieben. Beispielsweise können das erste und zweite Ende 92, 94 des aufblasbaren Schlauchs 90 ungefähr 0,5 m voneinander beabstandet sein.
Das erste und zweite Ende 92, 94 des aufblasbaren Schlauchs 90 sind mit dem Fahrzeugboden 22 durch Verbindungsstücke 102 verbunden, die so konfiguriert sind, dass sie aus der Zurückhaltung der Unterschenkel 56 und/oder Füße 58 des Insassen 40 im Falle einer Fahrzeugkollision resultierenden Kräften standhalten. Die Verbindungsstücke 102 können beispielsweise Verankerungsbolzen, Klemmen, Bügel etc. umfassen. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Ende des aufblasbaren Schlauchs 90 indirekt über seine Verbindung mit dem Gasgenerator 100 am Fahrzeug 20 befestigt sein, und das gegenüberliegende Ende kann über eine Schraubverbindung mit einer Klemme/einem Bügel direkt mit dem Fahrzeug verbunden sein.
Wie in 1 und 4 dargestellt, ist vor dem Eintritt eines Kollisionsereignisses die gesamte Vorrichtung 12 in einem Zustand vor der Entfaltung in oder auf dem Fahrzeugboden 22 verstaut. In diesem Zustand vor der Entfaltung ist die Vorrichtung 12 im Boden 22 verborgen und beeinträchtigt den Insassen 40 nicht in der Möglichkeit, in das Fahrzeug 20 ein- und aus diesem auszusteigen oder in der Sitzposition seine/ihre Beine/Füße zu bewegen. Wie in 3 und 4 dargestellt, ist der aufblasbare Schlauch 90 nach dem Entfalten dazu konfiguriert, die Beine des Insassen 40 auf mindestens drei Seiten zu umgeben und die Unterschenkel 56 und/oder Füße 58 des Insassen 40 aufzunehmen und zurückzuhalten. Der aufblasbare Schlauch 90 hindert die Unterschenkel 56 und Füße 58 des Insassen 40 an einer Vorwärts-/Aufwärtsbewegung oder einem Pendeln vor einem Überstrecken der Knie 54.
Bezugnehmend auf 4, ist der aufblasbare Schlauch 90 im entfalteten Zustand dazu konfiguriert, die Vorderseite der Unterschenkel 56 (z.B. im Bereich des Schienbeins oder Knöchels) oder der Füße 58 zu berühren und die Unterschenkel 56 und Füße 58 zurückzuhalten. Der Gasgenerator 100 ist so konfiguriert, dass er den aufblasbaren Schlauch 90 bis zu einem Grad mit Druck beaufschlagt, der ausreicht, um eine gewisse Dämpfung des Aufpralls bereitzustellen, während gleichzeitig eine Unterschenkelbewegung begrenzt wird. Die Druckbeaufschlagung des aufblasbaren Schlauchs 90 kann derart ausgeführt werden, dass sich der aufblasbare Schlauch 90 auf einen Aufprall der Unterschenkel 56 auf den Schlauch hin verformt, wodurch die Unterschenkel etwas abgebremst werden können, im Gegensatz zu einem abrupten Stoppen der Unterschenkelbewegung. Der Umfang der Verformung in dem aufblasbaren Schlauch 90 und somit der Grad der durch den Schlauch ermöglichten Abbremsung hängt von Variablen ab, wie z.B. dem Durchmesser/Volumen und dem Druck des aufblasbaren Schlauchs, der Kraft, mit der der Insasse 40 auf den aufblasbaren Schlauch aufschlägt, sowie der Geschwindigkeit, mit der die Unterschenkel und/oder Füße 56, 58 des Insassen auf den aufblasbaren Schlauch auftreffen.
Aus dem Vorhergehenden lässt sich entnehmen, dass verschiedene Eigenschaften des aufblasbaren Schlauchs 90 dazu konfiguriert werden können, die vorstehend beschriebene Insassenschutzfunktion bereitzustellen. Zu diesen Eigenschaften können beispielsweise die Länge des aufblasbaren Schlauchs 90, der Durchmesser des Schlauchs, die Form des Schlauchs sowie der Materialaufbau des aufblasbaren Schlauchs gehören.
Der aufblasbare Schlauch 90 kann im aufgeblasenen Zustand beispielsweise einen Durchmesser zwischen ca. 2 Zoll (5,08 cm) und 6 Zoll (15,24 cm) aufweisen. Der Durchmesser kann über die gesamte Länge des aufblasbaren Schlauchs 90 gleich sein, oder der Durchmesser kann über die Länge des Schlauchs variieren. In einem Beispiel kann der aufblasbare Schlauch 90 im Mittelabschnitt, wo die Beine 56 des Insassen wahrscheinlich auf den Schlauch auftreffen, einen größeren Durchmesser haben als in den entgegengesetzten Endabschnitten. In einer speziellen Konfiguration vergrößert sich der Durchmesser des aufblasbaren Schlauchs 90 allmählich von den Enden zur Mitte hin derart, dass der mittlere Abschnitt oder Mittelpunkt zwischen den Enden den größten Durchmesser aufweist. Alternativ kann der mittlere Abschnitt einen großen Durchmesser in Kissenform aufweisen, während die Endabschnitte kleiner und so bemessen sind, dass sie als Kanal zur Bereitstellung von Aufblasmedium in das Kissen fungieren und/oder das Kissen am Boden verankern.
Die Länge des aufblasbaren Schlauchs 90 kann zusammen mit dem Durchmesser zum Aufnehmen von Insassen 40 von unterschiedlicher Größe konfiguriert sein. Diese Konfiguration kann beispielsweise mit Bezug auf einen statistischen Insassen vorgenommen werden, der physische oder anthropometrische Eigenschaften hat, die von Kraftfahrtsicherheitsbehörden, wie der National Highway Transportation Safety Administration (NHTSA) (Nationale Straßenverkehrssicherheitsbehörde) in den USA vorgegeben sind. Dies bietet die Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit des aufblasbaren Schlauchs 90 zu testen, um mithilfe von NHTSA Testdummies, die die anthropometrischen Eigenschaften der statistischen Insassen besitzen, quantitativ bestimmbare Ergebnisse zu erhalten. Durch diese Tests kann somit gemessen werden, ob ein Fahrzeug oder eine Sicherheitseinrichtung staatliche Sicherheitsnormen erfüllt oder überschreitet.
Fahrzeugsicherheitsnormen und die anthropometrischen Eigenschaften der Crashtest-Dummies, die zur Messung der Einhaltung dieser Normen verwendet werden, können von Land zu Land oder von Behörde zu Behörde unterschiedlich sein. Beispiele dieser statistischen Insassen und der zugehörigen Testdummies umfassen einen 50% männlichen Insassen und eine 5% weibliche Insassin. In den USA stellt ein 50% Mann den durchschnittlichen US-Mann gemäß Größe und Gewicht dar, was bedeutet, dass die Hälfte der Bevölkerung größer/schwerer und die andere Hälfte kleiner/leichter ist. Eine 5% Frau stellt eine kleine US-Frau gemäß Größe und Gewicht dar, was bedeutet, dass nur 5% der weiblichen Bevölkerung kleiner/leichter sind. Ein 50% erwachsener männlicher (Hybrid-III) Crashtest-Dummy laut NHTSA ist ca. 1,75 m (5 Fuß, 9 Zoll) groß und wiegt ca. 77,5 kg (171 Pfund). Ein 5% erwachsener weiblicher (Hybrid-III) Crashtest-Dummy laut NHTSA ist ca. 1,50 m (4 Fuß, 11 Zoll) groß und wiegt ca. 49 kg (108 Pfund). Es gibt auch andere statistische Insassen, wie z.B. 85% männliche, 95% männliche sowie verschiedene Kind-Insassen.
Somit kann der aufblasbare Schlauch 90 zur Aufnahme verschiedener Insassen ausgeführt sein. Zum Beispiel kann der aufblasbare Schlauch 90 so ausgeführt sein, dass er Insassen einer oder mehrerer statistischer Größen aufnimmt. Der aufblasbare Schlauch 90 kann beispielsweise zur Aufnahme von sowohl einer 5% Frau als auch einem 95% Mann konfiguriert sein. In dieser Ausführung könnte der aufblasbare Schlauch 90 dazu konfiguriert sein, eine Abdeckung für den 50% Mann zu optimieren, während er gleichzeitig die 5% Frau und den 95% Mann abdeckt. Dieser Ansatz könnte die bestmögliche Abdeckung für die Mehrheit der Bevölkerung liefern.
Um den aufblasbaren Schlauch 90 zu konfigurieren, gibt es mehrere Eigenschaften, die ausgewählt oder angepasst werden können. Bezugnehmend auf 5 hat der aufblasbare Schlauch 90 einen Schlauchdurchmesser D und einen Einrichtungsradius R. Der Einrichtungsradius R stellt die Größe der durch den aufblasbaren Schlauch 90 definierten Öffnung dar, die die Unterschenkel 56/Füße 58 des Insassen aufnimmt. Wie in 5 gezeigt, ist diese Abmessung einem aufblasbaren Schlauch in Form eines Kreisbogens zugeordnet. Mit der Erkenntnis, dass der aufblasbare Schlauch 90, wie vorstehend beschrieben, alternative Ausführungen aufweisen kann, welche verschiedene Schlauchformen realisieren, soll der Radius R veranschaulichen, dass die Abmessungen des Schlauchs, entsprechend seiner jeweiligen Größe, so angepasst werden können, dass sie den Insassen aufnehmen.
Der Schlauchdurchmesser D bezieht sich auf den Querschnittsdurchmesser des aufblasbaren Schlauchs 90, wie allgemein durch die Schnittlinie A-A in 5 angegeben. Der Schlauchdurchmesser kann auch so gewählt oder angepasst werden, dass er den Insassen aufnimmt. Der Durchmesser des aufblasbaren Schlauchs 90 kann über die Länge des Schlauchs feststehen oder relativ gleichbleibend sein, wie allgemein bei D des aufblasbaren Schlauchs 90a in 5 angegeben. Alternativ kann der aufblasbare Schlauch eine verjüngte Konfiguration aufweisen (siehe Schlauch 90b in 5), so dass der Durchmesser in der Mitte größer ist (siehe D₁) und sich zu den entgegengesetzten Enden hin verjüngt (siehe D₂). Als weitere Alternative kann der Schlauch einen Mittelabschnitt mit großem Durchmesser (siehe Schlauch 90c in 5) mit Endabschnitten mit kleinerem Durchmesser aufweisen, die den Schlauch mit dem Fahrzeug verbinden.
Der aufblasbare Schlauch 90 kann mehrere Zwecke erfüllen. Der Hauptzweck des Schlauchs 90 ist die Entfaltung und Positionierung der Vorrichtung 12 zum Aufnehmen der Unterschenkel 56 und Füße 58 des Insassen. Der Schlauch 90 kann auch zum Dämpfen, zumindest in einem gewissen Maß, des Aufpralls der Beine des Insassen verwendet werden. Der Dämpfungseffekt des Schlauchs 90 resultiert aus dem Verformen des aufgeblasenen Schlauchs und dem Verschieben des Volumens von darin gespeichertem Aufblasmedium. Die Fähigkeit des aufgeblasenen Schlauchs 90, einen Dämpfungseffekt bereitzustellen, hängt daher vom Vorliegen einer Struktur zum Abstützen des aufgeblasenen Schlauchs ab, so dass diese Verformung und Verschiebung stattfinden können. Diese Struktur wird hier als Reaktionsstruktur oder Reaktionsfläche bezeichnet.
Bezugnehmend auf 6 kann die Vorrichtung 12 so konfiguriert sein, dass sie eine Reaktionsstruktur zum Abstützen des Schlauchs 90 aufweist. Wie in 6 dargestellt, bedeckt die allgemein in Kreuzschraffur angegebene Reaktionsstruktur 98 den gesamten aufblasbaren Schlauch 90 oder einen Teil desselben. Beispielsweise kann die Reaktionsstruktur 98 ein Gewebeabschnitt des aufblasbaren Schlauchs 90 sein, der entweder mit dem Schlauch einstückig verwoben oder getrennt ausgebildet und an dem Schlauch befestigt ist. Die Reaktionsstruktur 98 kann gegenüber der Oberfläche oder dem Abschnitt des Schlauchs 90 angeordnet sein, die/der die Unterschenkel 56 aufnimmt, und hält einer Bewegung des Schlauchs in Abhängigkeit eines Aufpralls durch die Beine stand. Folglich wird der aufblasbare Schlauch 90 zwischen den Unterschenkeln 56 und der Reaktionsstruktur 98 zusammengedrückt, wodurch der Schlauch die Beine abfedern kann, wenn er die Beine an einer Überstreckung hindert.
Die Reaktionsstruktur 98 kann so konstruiert und ausgeführt sein, dass sie diese Funktion auf vielfältige Weise erfüllt. Beispielsweise kann die Reaktionsstruktur 98 eine Gewebelänge, z.B. ein Band sein, das im Allgemeinen nicht elastisch ist und die Verbindungspunkte der Vorrichtung 12 an den entgegengesetzten Enden 92, 94 des aufblasbaren Schlauchs an den oder in der Nähe der Positionen 110, 120 bildet. Die Reaktionsstruktur 98 kann beispielsweise durch die Verbindungsstücke 102 mit dem Fahrzeug verbunden werden. In dieser Ausführung kann der aufblasbare Schlauch 90 durch Mittel wie Nähen, Klebstoffe, Ultraschallschweißen, Heißkleben etc. mit der Reaktionsstruktur 98 verbunden werden.
Als weiteres Beispiel kann die Reaktionsstruktur 98 als ein integraler Abschnitt des aufblasbaren Schlauchs 90, z.B. durch Verweben der Reaktionsstruktur zusammen mit dem Schlauch in eine einteilig gewebte (OPW) Konstruktion der Vorrichtung 12 ausgebildet sein.
In dieser Konstruktion kann die Reaktionsstruktur 98 wiederum die Enden 92, 94 bilden, die die Vorrichtung 12 mit dem Fahrzeug verbinden, und sich zwischen diesen Enden erstrecken. Auf diese Weise wird eine Spannung zwischen den Enden 92, 94 von der Reaktionsstruktur 98 aufgenommen. Der aufblasbare Abschnitt des Schlauchs 90, der zwischen der Reaktionsstruktur und den Unterschenkeln 56 angeordnet ist, wird unter den Aufprallkräften der Beine zusammengedrückt und sorgt für einen Dämpfungseffekt.
Bezugnehmend auf 7 kann die Vorrichtung 12 in einem Fahrzeugsicherheitssystem 10 zum Schutz von Insassen 40 eines Fahrzeugs 20, insbesondere eines autonomen Fahrzeugs, im Falle einer Kollision implementiert sein. Zusätzlich zu der Vorrichtung 12 weist das System 10 außerdem mindestens einen Aufprallsensor 14 zum Erfassen eines Fahrzeugkollisionsereignisses und eine Steuerung 16 zum Steuern der Betätigung der Vorrichtung auf. Die Steuerung 16 empfängt ein Signal von dem mindestens einen Aufprallsensor 14 in Abhängigkeit des Fahrzeugkollisionsereignisses und betätigt den Gasgenerator 100, um den aufblasbaren Schlauch 90 auf das Empfangen des Signals hin zu entfalten.
Aus dem Vorhergehenden ist erkennbar, dass die Erfindung zusätzlich zu der hier beschriebenen Vorrichtung 12 auch ein Verfahren zum Schutz eines Insassen eines Fahrzeugs, insbesondere eines autonomen Fahrzeugs, im Falle einer Kollision betrifft. 8 veranschaulicht das Verfahren 150 als ein Prozessablaufdiagramm mit Veranschaulichung des Ablaufplans. Zur Vereinfachung wird das Verfahren 150 als nacheinander ausgeführt beschrieben; allerdings versteht es sich von selbst und ist erkennbar, dass die vorliegende Offenbarung nicht durch die dargestellte Reihenfolge beschränkt ist, da einige Schritte in anderer Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen hier gezeigten und beschriebenen Schritten stattfinden könnten. Außerdem kann das Verfahren 150 zusätzliche Schritte zu den in 8 dargestellten aufweisen.
Das Verfahren 150 kann durch Hardware ausgeführt werden - beispielsweise kann das Verfahren 150 hauptsächlich durch die Steuerung 16 des Systems 10 aus 7 durchgeführt werden. Ein oder mehrere Hardware-Elemente der Steuerung 16 des Systems 10 können Softwareprogramme ausführen, um zumindest einen Teil des Verfahrens zu realisieren. Zusätzlich können ein oder mehrere Elemente der Steuerung 16 des Systems 10 einen nicht flüchtigen Speicher (nicht dargestellt), der die Softwareprogramme speichert, und einen oder mehrere Prozessoren (nicht dargestellt) zur Ausführung der Softwareprogramme aufweisen, die zumindest dem Teil des Verfahrens entsprechen. Es können auch andere Bauteile der Vorrichtung 12 und des Systems 10 aus den 1-7 verwendet werden, um das Verfahren zu vereinfachen.
Bezugnehmend auf 8 weist das Verfahren 150 nun das Erfassen des Eintritts einer Fahrzeugkollision bei Schritt 152 auf. Dieser Schritt 152 kann beispielsweise durch die Steuerung 16 mithilfe von Signalen durchgeführt werden, die von dem mindestens einen Aufprallsensor 14 geliefert werden. Das Verfahren 150 weist auch den Schritt 154 auf - Entfalten der Vorrichtung 12, in Abhängigkeit der bei Schritt 152 erfassten Fahrzeugkollision, um die Unterschenkel 56 und/oder Füße 58 des Insassen 40 auf die oben beschriebene Weise zurückzuhalten.
Insbesondere weist der Schritt 154 das Entfalten des aufblasbaren Schlauchs 90 auf, um die Beine des Insassen 40 auf mindestens drei Seiten zu umgeben und die Unterschenkel 56 und/oder Füße 58 des Insassen 40 aufzunehmen und zurückzuhalten. Somit weist der Schritt 154 das Verhindern einer Vorwärts-/Aufwärtsbewegung der Unterschenkel 56 und Füße 58 des Insassen 40 oder einer Pendelbewegung vor einer Überstreckung der Knie 54 durch den aufblasbaren Schlauch 90 auf. Außerdem weist der Schritt 154 die Verwendung des aufblasbaren Schlauchs 90 auf, um die Vorderseite der Unterschenkel 56 (z.B. im Bereich des Schienbeins) zu berühren und die Unterschenkel und Füße zurückzuhalten. Der Schritt 154 kann eine Druckbeaufschlagung des aufblasbaren Schlauchs 90 bis zu einem Grad beinhalten, der ausreicht, um eine gewisse Dämpfung des Aufpralls bereitzustellen, während gleichzeitig eine Bewegung der Unterschenkel eingeschränkt wird. Die Druckbeaufschlagung kann derart ausgeführt werden, dass sich der aufblasbare Schlauch 90 in Abhängigkeit eines Aufpralls der Unterschenkel 56 auf den Schlauch verformt, wodurch die Unterschenkel etwas abgebremst werden können, im Gegensatz zu einem abrupten Stoppen der Unterschenkelbewegung.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird der Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Abwandlungen entnehmen. Derartige Verbesserungen, Änderungen und Abwandlungen liegen im Bereich des fachmännischen Könnens und sollen durch die beiliegenden Ansprüche abgedeckt sein.

Claims

Vorrichtung (12) zum Schutz von Insassen (40) eines Fahrzeugs (20) im Falle einer Kollision, mit: einem aufblasbaren Schlauch (90) mit einem ersten und einem zweiten Ende (92, 94), die mit einem Boden (22) des Fahrzeugs (20) verbunden sind, wobei der aufblasbare Schlauch (90) weiterhin einen Mittelabschnitt (96) umfasst, der sich vom ersten zum zweiten Ende (92, 94) erstreckt; sowie einem Gasgenerator (100), der betätigbar ist, um Aufblasmedium in Abhängigkeit einer Fahrzeugkollision in den aufblasbaren Schlauch (90) zu leiten, wobei der aufblasbare Schlauch (90) dazu konfiguriert ist, sich aufzublasen und aus dem Fahrzeugboden (22) in Abhängigkeit der Aufnahme von Aufblasmedium aus dem Gasgenerator (100) zu entfalten, und wobei der Mittelabschnitt (96) des aufblasbaren Schlauchs (90) dazu konfiguriert ist, sich über dem Fahrzeugboden (22) so zu erstrecken, dass er einen Raum zum Aufnehmen der Unterschenkel (56) und/oder Füße (58) des Insassen (40) definiert und eine Vorwärtsbewegung der Unterschenkel (56) und/oder Füße (58) als Reaktion auf die Fahrzeugkollision zu beschränken.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Ende (92, 94) des aufblasbaren Schlauchs (90) an Positionen vor einem Fahrzeugsitz (30) und/oder an oder in der Nähe von von seitlich äußeren Grenzbereichen des Fahrzeugsitzes mit dem Fahrzeugboden (22) verbunden sind.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 2, wobei die Positionen (110, 120), an welchen das erste und zweite Ende (92, 94) des aufblasbaren Schlauchs (90) mit dem Fahrzeug (20) verbunden sind, derart konfiguriert sind, dass sie sich an Außenseiten der Füße des Insassen befinden, wenn der Insasse (40) in einer normalen Sitzposition auf dem Fahrzeugsitz (30) sitzt.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aufblasbare Schlauch (90) im aufgeblasenen Zustand so konfiguriert ist, dass er eine Bogenform aufweist, und/oder so konfiguriert ist, dass er die Beine (56) des Insassen auf mindestens drei Seiten umgibt.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aufblasbare Schlauch (90) derart konfiguriert ist, dass die Beine (56) des Insassen vor einer Überstreckung zurückgehalten werden.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aufblasbare Schlauch (90) in einem Zustand vor der Entfaltung in oder auf dem Boden (22) des Fahrzeugs (20) verstaut ist.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aufblasbare Schlauch (90) dazu konfiguriert ist, zumindest entweder die Schienbeine (56) oder die Füße (58) des Insassen (40) in einem entfalteten Zustand zu berühren, wobei die Unterschenkel (56) und/oder Füße (58) des Insassen (40) durch den aufblasbaren Schlauch (90) zurückgehalten werden, der eine Begrenzungskraft auf die Schienbeine (56) oder Füße (58) aufbringt.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasgenerator (100) dazu konfiguriert ist, den aufblasbaren Schlauch (90) bis zu einem Grad mit Druck zu beaufschlagen, der ausreicht, um den Aufprall auf den Insassen (40) durch Verformung so zu dämpfen, dass die Unterschenkel (56) und/oder Füße (58) des Insassen (40) abgebremst werden.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aufblasbare Schlauch (90) einen aufgeblasenen Durchmesser zwischen ca. 2 Zoll (5,08 cm) und 6 Zoll (14,64 cm) hat, und/oder wobei das erste Ende (92) und das zweite Ende (94) des aufblasbaren Schlauchs (90) ca. 0,5 m voneinander beabstandet am Boden (22) befestigt sind.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Reaktionsstruktur (98) zum Abstützen des aufblasbaren Schlauchs (90) gegenüber einer Bewegung in Abhängigkeit des Aufpralls durch ein Bein des Insassen.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 12, wobei sich die Reaktionsstruktur (98) auf der Seite des aufblasbaren Schlauchs (90) befindet, die einer Seite des Schlauchs (90) gegenüberliegt, welche zum Aufnehmen der Beine (56) des Insassen ausgeführt ist.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Reaktionsstruktur (98) ein an dem aufblasbaren Schlauch (90) befestigtes Band oder einen Abschnitt einer einteilig gewebten Struktur umfasst, der den Schlauch (90) beinhaltet.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ende (92) und das zweite Ende (94) des aufblasbaren Schlauchs (90) einen kleineren Durchmesser aufweisen als den Durchmesser des Mittelabschnitts (96) des aufblasbaren Schlauchs (90).
Verfahren (150) zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs (20) im Falle einer Kollision, mit den folgenden Schritten: Erfassen des Eintritts eines Fahrzeugkollisionsereignisses (152); sowie Entfalten der Vorrichtung (154) nach Anspruch 1 in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeugkollision.
System (10) zum Schutz von Insassen (40) eines Fahrzeugs (20) im Falle einer Kollision, mit: der Vorrichtung (12) nach Anspruch 1; mindestens einem Aufprallsensor (14) zum Erfassen eines Fahrzeugkollisionsereignisses; und einer Steuerung (16) zum Empfangen eines Signals von dem mindestens einen Aufprallsensor (14) in Abhängigkeit des Fahrzeugkollisionsereignisses, wobei die Steuerung (16) dazu konfiguriert ist, den Gasgenerator (100) zu betätigen, um den aufblasbaren Schlauch (90) in Abhängigkeit des Empfangs des Signals von dem Aufprallsensor (14) zu entfalten.