DE19820214A1 - Verfahren zum Vermindern der Verletzungsschwere von Kraftfahrzeuginsassen sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Bei einem Kraftfahrzeug ist wenigstens der Fahrersitz (6) über eine Befestigungseinrichtung (8, 10) an dem Fahrzeug befestigt, die eine begrenzte Verschiebbarkeit des Fahrzeugsitzes relativ zum Fahrgestell ermöglicht, wobei die Verschiebung gegen die Kraft einer Dämpfungseinrichtung (12, 14) erfolgt. Damit kann bei einer Fahrzeugkollision die auf den Fahrer wirkende Beschleunigung vermindert werden, wodurch das Zünden eines Airbags weicher erfolgen kann oder gar nicht notwendig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Ver­ letzungsschwere von Kraftfahrzeuginsassen bei einem Unfall. Die Erfindung betrifft weiter ein Kraftfahrzeug.

Zur Reduzierung der Verletzungsschwere von Kraftfahrzeuginsas­ sen, speziell des Kopfes oder der Wirbelsäule haben sich Airbag und Sicherheitsgurt durchgesetzt. Wenn der Insasse nicht ange­ schnallt ist, muß der oder müssen die Airbags allerdings sehr früh gezündet werden, um den Körper noch abzufangen, bevor er zu nahe an die Airbagauslösevorrichtung selbst kommt und da­ durch verletzt werden könnte oder/und zu vermeiden, daß der Körper schon eine zu große Relativgeschwindigkeit zu der Air­ bagauslösevorrichtung erreicht hat.

Um zu vermeiden, daß ein Kraftfahrzeuginsasse bei einer Fron­ talkollision zu rasch abgebremst wird, werden Fahrzeuge, wo immer möglich, mit sogenannten Knautschzonen versehen, um durch Umwandlung von kinetische Energie in Verformungsenergie das Fahrzeug mit den darin befindlichen Insassen möglichst "weich" abzubremsen. Diese Sollverformungszone ist zumeist zwischen Stoßfänger und Motorblock oder auch zusätzlich zwischen Motor und Spritzwand bzw. Feuerwand ausgebildet. Um zusätzlichen Ver­ formungsweg zu gewinnen, wird der Motorblock so konstruiert, daß er beim Verformen des Vorderwagens sich nach hinten unter die Fahrgastzelle bewegen kann, so daß möglichst viel Verform­ weg zur Verfügung steht.

Aus der DE 44 26 090 A1 ist eine Einrichtung zur Verminderung der Verletzungsschwere bekannt, bei der das Fahrzeug zusätz­ liche Schutzeinrichtungen, wie ausfahrbare Teile der Stoß­ fänger, Airbags und Gurtstraffer aufweist, die automatisch über eine mit verschiedenartigen Abstandssensoren verbundene Auswer­ teeinheit oder manuell vom Fahrer oder Beifahrer ausgelöst wer­ den können. Damit soll der Weg vergrößert werden, der zum Ab­ bremsen der Fahrzeuginsassen zur Verfügung steht, wodurch deren Verletzungsschwere gemindert werden kann.

Aus der Praxis ist weiter ein Sicherheitssystem bekannt, bei dem im Falle einer Frontalkollision durch die Bewegung des Motorblocks in Richtung auf den Fahrzeuginnenraum das Lenkrad in Vorwärtsrichtung gezogen wird, wodurch die Verletzungsgefahr für den Fahrer sinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug anzugeben, mit den es möglich ist, die Verlet­ zungsschwere im Falle eines Unfalls noch weiter zu vermindern.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß sich die Insassen bei einer starken Fahrzeugverzögerung relativ zum Fahrzeug um eine begrenzte Wegstrecke mit Dämpfung der Relativ­ bewegung bewegen bzw. verschieben können, wird zusätzlicher Abbremsweg gewonnen, der eine gleichmäßigere bzw. schwächere Abbremsung ermöglicht und dadurch die Verletzungsgefahr ver­ ringert. Ein eventuell vorhandener Airbag kann "weicher" auf­ geblasen werden oder muß erst gar nicht in Betrieb gesetzt werden.

Die das Kraftfahrzeug betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Der gegen die Kraft einer Dämpfungseinrichtung relativ zum Fahrzeug verschiebbare Fahrersitz kann unmittelbar an einem Fahrzeugrahmen bzw. Fahrgestell angebracht sein oder innerhalb einer in sich steifen Fahrgastzelle, die selbst wiederum ge­ genüber dem Rahmen beweglich ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird der Vorteil erzielt, daß der Abstand zwischen Sitz und Lenkrad bei einer Sitzverschie­ bung konstant bleibt, wodurch gewährleistet ist, daß bei einer Sitzverlagerung durch das Lenkrad keine erhöhte Verletzungsge­ fahr besteht.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird die Sicherheit nicht nur für den Fahrer, sondern auch für den Beifahrer entsprechend er­ höht.

Die Merkmale des Anspruchs 5 eignen sich insbesondere für sehr große und komfortable Fahrzeuge, bei denen die Fahrgastzelle ohnehin vom Fahrgestell aus akustischen oder anderen Komfort­ gründen abgekoppelt ist.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 bis 8 wird der Betrieb von weiteren im Fahrzeug vorgesehenen Sicherheitseinrichtungen über Annäherungs- und/oder Beschleunigungssensoren gesteuert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Kraftfahrzeug, teilweise im Schnitt, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 eine Seitenansicht auf ein Kraftfahrzeug, teilweise im Schnitt, entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein in selbsttragender Bauweise ausgeführtes Kraftfahrzeug, bei dem die Fahrgastzelle und die Fahrzeug­ struktur, d. h. insbesondere das Fahrgestell, an dem die Achsen befestigt sind, eine integrale Einheit bilden. Die Sitze 6 wei­ sen Grundgestelle 8 auf, die in am Fahrzeugboden 10 befestigten Schienen längsverschiebbar geführt sind. Diese Längsver­ schiebbarkeit dient nicht der Grundeinstellung der Sitze zur Anpassung an die Größe der sitzenden Personen. Dazu ist zwi­ schen dem Grundgestell 8 und dem Sitz 6 ein weiterer, nicht dargestellter, an sich bekannter Einstellmechanismus vorge­ sehen.

An jedem Grundgestell 8 greift eine Kolbenstange 12 einer Hydraulikzylindereinheit 14 an, deren Gehäuse an der Schienen 10 oder dem Fahrzeugboden starr befestigt ist.

Das Grundgestell 8 des vorderen Sitzes 6 ist mittels eines Seiles 16, das über eine hinter dem Sitz angebrachte Rolle 18 und zwei im Bereich des Pfostens A angebrachten Rollen 20 mit einer Hülse 22 verbunden ist, die starr am Lenkrad 23 befestigt ist. Das Lenkrad 23 ist mittels der Hülse 22 längsverschiebbar und drehfest mit einer Lenksäule verbunden. Die Hülse 22 ist drehbar und axial unverschiebbar mit der Schalttafel 24 ver­ bunden.

Die passive Sicherheitsausrüstung des Kraftfahrzeugs umfaßt einen Lenkradairbag 25, in den Türseitenverkleidungen unter­ gebrachte Seitenairbags 26 sowie an den Sitzen oder seitlich der Sitze am Fahrzeugrahmen angebrachte Gurtstraffer 28 zum Straffen nicht dargestellter Sicherheitsgurte.

Zur Ansteuerung der beschriebenen Sicherheitseinrichtungen so­ wie der Hydraulikzylindereinheiten 14 ist ein Steuergerät 30 vorgesehen, das mit im Bereich des vorderen Fahrzeugendes und des hinteren Fahrzeugendes angeordneten Sensoreinheiten 32 und 34 verbunden ist. Die Sensoreinheiten 32 und 34 umfassen je­ weils einen oder mehrere Annäherungssensoren, die ein sich auf das Fahrzeug zu bewegendes Hindernis oder einen sonstigen Ge­ genstand erfassen, und einen oder mehrere Beschleunigungssen­ soren, die die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs ermitteln. Vom Steuergerät 30 aus kann beispielsweise die Größe eines in der Hydraulikzylindereinheit 14 vorhandenen Durch­ strömquerschnitts verändert werden, der den Strömungswiderstand bestimmt, mit dem Hydraulikflüssigkeit bei einer Verschiebung der Kolbenstange 12 zwischen zwei Kammern überströmt.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist folgende:
Es sei angenommen, die vordere Sensoreinheit 32 erkennt den be­ vorstehenden Aufprall des Fahrzeugs auf ein großes Hindernis. Je nach der jeweiligen Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis werden im Steuergerät 30 abgelegte Algorithmen aktiviert, wobei im beschriebenen Fall angenommen sei, daß die Kollisionsgeschwindigkeit derart bewertet wird, daß kein Auslösen irgendwelcher Airbageinheiten erforderlich ist, um Verletzungen zu vermeiden. Das Steuergerät 30 stellt dann die Durchströmquerschnitte in den Hydraulikzylinderein­ heiten 14 auf einen Wert, der eine maximale Vorverlagerung der Sitze während des Zeitraums ermöglicht, während der das Fahr­ zeug durch das Hindernis auf Null abgebremst wird. Die Gurt­ straffer 28 werden derart eingestellt, daß eine vorbestimmte Vorverlagerung von auf den Sitzen 6 sitzenden Personen möglich ist, bei der ein Aufprallen von Körperteilen auf Fahrzeugteile, wie Lenkrad oder Schalttafel usw. ausgeschlossen ist.

Bei beginnendem Fahrzeugaufprall, d. h. Beginn der Fahrzeugver­ zögerung verlagern sich die Sitze unter Energieaufnahme in den dämpfenden Hydraulikzylindereinheiten 14 nach vorne, wobei die Gurte eine weitere Vorverlagerung der auf den Sitzen sitzenden Personen ermöglichen. Der sich nach vorne bewegenden Fahrersitz zieht über das Seil 16 das Lenkrad 23 nach vorne, so daß ein Kopfaufprall auf das Lenkrad vermieden ist. Dabei nimmt das Lenkrad 23 die Schalttafel mit nach vorne, so daß auch der Beifahrer vor Verletzungen geschützt ist. Die Verzögerungs­ sensoren überwachen, ob der Unfall zu der prognostizierten Verzögerung führt. Werden die Verzögerungswerte überschritten, so werden die Gurtstraffer 28 aktiviert und die jeweils not­ wendigen Airbageinrichtungen ausgelöst, um Aufpralle zu ver­ mindern. Es versteht sich, daß bei mehrstufig auslösbaren Air­ bags das Aufblasen zweckentsprechend nur in dem Ausmaß erfolgt, das zur Verhinderung von Verletzungen erforderlich ist.

Insgesamt ist mit der beschriebenen Einrichtung somit ein maximaler Insassenschutz gewährleistet, wobei die Airbagsysteme nur bei unbedingter Notwendigkeit und nur in dem erforderlichen Ausmaß aktiviert werden müssen. Dadurch werden gegenüber her­ kömmlichen Systemen, die bei jedem überschwelligen Unfall die Auslösung des oder der Airbags erfordern, Kosten gespart und Risiken vermieden, die dadurch bedingt sind, daß eine Person beispielsweise dem Lenkrad zu nahe ist, wenn der Airbag aus­ gelöst wird.

Es versteht sich, daß die beschriebene Einrichtung in vielfäl­ tiger Weise abgeändert werden kann. Die Hydraulikzylinderein­ heiten 14 können aktive Einheiten sein, die an eine Hydraulik­ druckquelle angeschlossen sind und mit variablem Druck versorgt werden. Das Lenkrad 23 kann anstelle mittels eines Seils moto­ risch bewegt werden. Es können zusätzliche Sitzbelegungserken­ nungseinrichtungen, Insassenpositionserkennungseinrichtung usw. vorgesehen sein, deren Ausgangssignale vom Steuergerät 30 zu­ sätzlich ausgewertet und zur Steuerung der Sicherheitseinrich­ tungen herangezogen werden. Das Lenkrad 23 muß mit der Schalt­ tafel 24 nicht notwendigerweise derart verbunden sein, daß diese vorverlagert wird.

Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs. Für funktionsgleiche Bauteile bzw. Bau­ gruppen sind die gleichen Bezugzeichen verwendet.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Kraftfahrzeug gemäß Fig. 2 und dem der Fig. 1 liegt darin, daß das Fahrzeug gemäß Fig. 1 in selbsttragender Bauweise ausgeführt ist, wohingegen bei dem Fahrzeug gemäß Fig. 2 die Fahrgastzelle 36 eine selbst­ tragende, in sich steife Rahmenstruktur aufweist, die an Längs­ trägern des Fahrgestells 38 des Fahrzeugs verschiebbar befe­ stigt ist. Das Fahrgestell 38 umfaßt eine Grundstruktur mit den Längsträgern, wobei die Grundstruktur die Achsen und den An­ triebsstrang trägt. Mit zur Grundstruktur gehört ein vorderer Rahmenträger 40, der beispielsweise mit zur Aufhängung des Motors dient. Zwischen dem Rahmenträger 40 und einem vorderen Pfosten 42 der Fahrgastzelle 36 ist eine Hydraulikzylinderein­ heit 44 vorgesehen, in der bei einer Relativbewegung zwischen Fahrgastzelle 36 und Fahrgestell 38 Hydraulikflüssigkeit durch eine Drosselöffnung überströmt.

Die Längsbewegung zwischen der Fahrgastzelle 36 und dem Fahr­ gestell 38 ist dadurch möglich, daß am Längsträger befestigte Bolzen 46 durch Langlöcher im Boden der Fahrgastzelle 36 durch­ greifen, an deren Enden Scheiben befestigt sind, die die Ränder der Längslöcher übergreifen.

Die Sitze 6 sind in dargestellten Beispiel starr am Boden der Fahrgastzelle 36 bzw. deren Trägern befestigt.

Die Hülse 22 des Lenkrades 23 ist drehbar und axial unbeweglich an einem vorderen Querträger der Fahrgastzelle 36 befestigt.

Die Funktion der Ausführungsform gemäß Fig. 2 liegt darin, daß sich bei einem Aufprall die Fahrgastzelle 36 relativ zum Fahr­ gestell verschieben kann, so daß die Abbremsung (Aufprall auf ein Hindernis) bzw. Beschleunigung (Heckaufprall) von auf den Sitzen befindlichen Personen gemildert ist. Die Dämpfungs­ wirkung der Hydraulikzylindereinheit 44 und der Betrieb der Airbageinheiten und Gurtstraffer werden ähnlich gesteuert wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1.

Es versteht sich, daß die Sitzmontage gemäß der Fig. 1 inner­ halb der Fahrgastzelle gemäß Fig. 2 erfolgen kann, um noch weitere Freiräume bezüglich der möglichen Abbremsungswege zu gewinnen.

Die Konstruktion des Fahrzeugs gemäß Fig. 2 wird naturgemäß vor allem bei großen Fahrzeugen bevorzugt. Die Ausführungsform ge­ mäß Fig. 1 ist auch bei sehr kleinen Fahrzeugen möglich, da für die Insassen, insbesondere dem Fahrer meistens aus Komfort­ gründen verhältnismäßig viel Platz zur Verfügung steht und wegen der weit nach vorne greifenden Windschutzscheiben eine Vorwärtsverlagerung des Lenkrades sowie der damit ggf. starr verbundenen Schalttafel möglich ist.

Es versteht sich, daß die konventionellen Knautschzonen im Vor­ derwagenbereich und im Heckbereich durch die Erfindung nicht beeinträchtigt werden und die dadurch möglichen Wege zur Ener­ gieaufnahme beibehalten werden. Weiter versteht sich, daß das Fahrzeug vorteilhafterweise derart konstruiert ist, daß der Motor (strichpunktiert eingezeichnet) sich bei einem Frontal­ crash unter die Fahrgastzelle bewegt und nicht in diese ein­ dringt.

Die Notwendigkeit der Zündung von Airbageinrichtungen, insbe­ sondere die Notwendigkeit von leistungsstarken Airbagzündungen mit raschem Vollaufblasen, wird durch die geschilderten zu­ sätzlichen Maßnahmen herabgesetzt. Bei vielen Kollisionen kann die Verletzungssicherheit der Insassen ganz ohne Zündung von Airbageinheiten gewährleistet werden. Weiter können die Airbag­ einheiten später und genauer auf die jeweiligen Notwendigkeiten abgestimmt gezündet werden. Verletzungen durch Airbageinheiten und Fehlauslösungen von Airbageinheiten können minimiert werden.

Es versteht sich weiter, daß bei Bekanntheit des Gewichts von auf den Fahrzeugsitzen befindlichen Personen dieses Gewicht als zusätzliche Information vom Steuergerät 30 bei der Berechnung der notwendigen Ansteuerung der Sicherheitssysteme berück­ sichtigt werden kann.

Es versteht sich weiter, daß insbesondere bei der Ausführungs­ form gemäß Fig. 1 nur die Vordersitze relativ zum Fahrzeugboden verschiebbar angebracht sein können.

Die Signale der beschriebenen Annäherungssensoren zur Vorerken­ nung und Vorhersage eines Unfalls führen vorteilhafterweise zu Voreinstellungen der Dämpfungseinrichtung bzw. der vorgesehenen Sicherheitseinrichtungen. Über die weiteren Beschleunigungs­ sensoren ist eine weitere Einstellung auch während des Unfall­ ablaufs möglich.

Claims (8)

1. Verfahren zum Vermindern der Verletzungsschwere von Kraftfahrzeuginsassen bei einem Unfall, dadurch gekennzeichnet, daß die Insassen sich bei einer starken Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung relativ zum Fahrzeug um eine begrenzte Wegstrecke gegen die Kraft einer Dämpfungseinrichtung bewegen.

2. Kraftfahrzeug enthaltend eine die Fahrzeuginsassen auf­ nehmende Fahrgastzelle (36) und ein die Fahrgastzelle tragendes Fahrgestell (38), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Fahrersitz (6) über eine Befestigungseinrichtung (8, 10; 46) an dem Fahrzeug befestigt ist, die eine begrenzte Verschiebbarkeit des Fahrzeugsitzes relativ zum Fahrgestell (38) ermöglicht, wo­ bei die Verschiebung gegen die Kraft einer Dämpfungseinrichtung (12; 14; 44) erfolgt.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrersitz (6) derart mit dem Lenkrad (23) verbunden ist, daß sich das Lenkrad (23) gemeinsam mit dem Fahrersitz (6) relativ zum Fahrgestell verschiebt.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkrad (23) derart mit der Schalttafel (24) verbunden ist, daß sich diese gemeinsam mit dem Lenkrad in Fahrzeuglängsrichtung bewegt.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrgastzelle (36) gegen die Kraft einer Dämpfungseinrichtung (44) beweglich am Fahrgestell (38) befestigt ist.

6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorderen und/oder hinteren Bereich des Fahrzeugs eine Sensoreinheit (32, 34) vorgesehen ist, die mit einem Steuergerät (30) verbunden ist, das die Dämpfungscharakteristik der Dämpfungseinrichtung (8, 14; 44) steuert.

7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Fahrersitz mit einer Gurtstraffereinrichtung (28) versehen ist, deren Betrieb von dem Steuergerät (30) gesteuert ist.

8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Airbagsystem (25, 26) vorgesehen ist, dessen Betrieb von dem Steuergerät (30) gesteuert ist.