DE2338026A1

DE2338026A1 - Knie-rueckhalteanordnung fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE2338026A1
Application number: DE19732338026
Authority: DE
Inventors: Gary La Vern Arntson; Lehman Jack Connell
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1974-02-14
Also published as: IT989921B; AU5769373A; US3907326A; FR2194593A1; FR2194593B1; DE2338026B2; DE2338026C3; JPS4992736A; CA999613A; AU468162B2; JPS5330219B2; GB1376580A

Description

dr. MÖLLER-BOR^ dipl-phys. dr. MAMI ΓΖ qipl.-chem. dr. DEUFEL DIPL.-ING. FiNSTERWALD dipl.-ing. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

München, den 26. Juli 1973 Hl/Sv - G 2343

GENERAL MOTORS CORPORATION Detroit, Michigan, USA

Knie-Rückhalteanordnung für Fahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Rückhalteanordnung für Insassen von Motorfahrzeugen und betrifft insbesondere eine Knie-Rückhalteanordnung für einen Autofahrer in einem Motorfahrzeug mit einem Insassenabteil, das ein Instrumentenbrett und eine energieabsorbierende Lenksäulenanordnung aufweist, die in gesteuerter Weise zusammenfällt, wenn eine vorbestimmte Aufprallbelastung durch den oberen Rumpf des sitzenden Fahrers auf diese ausgeübt wird.

Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß in einem Motorfahrzeug mit einer darin angeordneten energieabsorbierenden Lenksäule der Fahrer des Fahrzeuges die Lenksäule unter im wesentlichen dem richtigen Winkel berührt für eine optimale Energieabsorption durch die Säule in dem Fall,

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daß das Fahrzeug in einen Frontalzusammenstoß vorbestimmter Größe verwickelt ist. Darüberhinaus ist es erwünscht, den Fahrer, wo es möglich ist, auf seinem Sitz oder angrenzend an seinen Sitz während eines solchen Aufpralls zu halten. Diese Bedingungen können durch eine Knie-Rückhalteanordnung erreicht werden, die erfindungsgemäß vorgesehen ist mit ersten Abschnitten, die durch plastische Verformung Energie absorbieren können und auf jeder Seite der Lenksäule für eine Berührung durch die vorderen Oberflächencfer Kniee des Fahrers gelegen sind, mit einem Mittelabschnitt, der die ersten Abschnitte untereinander verbindet und zumindest teilweise die energieabsorbierende Säule umgibt, mit ersten Stütz- bzw. Trageinrichtungen, die den Mittelabschnitt an dem Fahrzeug starr tragen, um dadurch die Deformation des Mittelabschnitts in die Säulenanordnung zu blockieren bzw. verhindern, und mit zweiten Trageinrich-

Knxß— tungen, die die ersten Abschnitte der/Rückhalteanordnung an dem Fahrzeug tragen, so daß in dem Fall, wenn das Fahrzeug einen Aufprall erfährt, die ersten Abschnitte sich plastisch verformen unter dem Aufprall der Kniee des Fahrers und dadurch die kinetische Energie des unteren Rumpfes des Fahrers absorbieren und eine resultierende Druckbelastung in Längsrichtung der Oberschenkelknochen des Fahrers innerhalb vorbestimmter Toleranzgrenzen anlegen, so daß die Bewegung des oberen Rumpfes des Fahrers in bezug auf die Lenksäulenanordnung gesteuert wird.

Eine erfindungsgemäße Knie-Rückhalteanordnung stellt nicht nur sicher, daß die Bewegung des Fahrers relativ zu seinem Sitz und der Lenksäule während der Aufprallbedingungen gesteuert wird, sondern beinhaltet ebenfalls das Merkmal, daß die auf die Oberschenkelknochen der Beine des Fahrers ausgeübten Aufprallbelastungen innerhalb vorbeümmer Toleranzgrenzen begrenzt bleiben, so daß eine Beschädigung bzw. Verletzung der Beine des Fahrers soweit wie möglich reduziert ist.

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Die erfindungsgemäße ICnie-Rückhalteanordnung erstreckt sich, bei der bevorzugten Ausführungsform von der unteren Kante des Instrumentenbrettes gegenüber dem Fahrer abwärts und umfaßt einen Mittelabschnitt und ein Paar von durch die Knie des Fahrers verformbaren Seitenabschnittai Der Mittelabschnitt umgibt teilweise den rückwärtigen oder beweglichen.Teil einer energieabsorbierenden Lenksäule und ist an einer starren Halterungskonstruktion befestigt, die an einer Vorderwand der Karosserie angebracht ist, um eine Deformation des Mittelabschnittes in die Säule aufgrund einer Berührung durch die Knie des Fahrers zu blockieren bzw. verhindern. Die Seitenabschnitte erstrecken sich auf jeder Seite des Mittelabschnittes und werden durch Berührung'mit den Knien des Fahrers verformt, um die kinetische Energie zu absorbieren und eine resultierende Drucklast in Längsrichtung der Oberschenkelknochen des Fahrers anzulegen und dadurch die Bewegung des Fahrers in bezug auf die Säule zu steuern. Die oberen und unteren Kanten der Seitenabschnitte sind ebenfalls an einer starren Halterungsstruktur verankert und an anderen festen Karosseriestrukturteilen befestigt, um sicherzustellen, daß die gewünschte Absorption der kinetischen Energie durch Deformation und das Anlegen der erwünschten resultierenden Lasten an die Kniee des Fahrers, wenn diese aufprallen, erfolgt', um die nachfolgende Bewegung des Fahrers zu steuern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. Λ einen Aufriß eines Teils eines Armaturenbretts eines Motorfahrzeuges, teilweise weggebrochen, der eine Lenksäulenhalterung im Schnitt, ein Instrumentenbrett und eine Rückhalteanordnung gemäß der Erfindung für die Kniee eines Insassen zeigt,

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Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Knie-Rückhalteanordnung,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht der Knie-Rückhalteanordnung im allgemeinen entlang Linie 3-3 in I¹Ig- 1»

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Armaturenbrettes im wesentlichen entlang Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Lenksäulenhalterung,

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 4, in der das Armaturenbrett im Schnitt, ein Lenkrad und das Verhältnis eines Fahrers zu der Knie-Rückhalteanordnung veranschaulicht ist,

Fig. 7 eine teilweise weggebrochene perspektivische Asicht in auseinandergezogener Form eines in Fig. 1 dargestellten Konstruktionsteiles,

Fig. 8 eine Schnittansicht der Knie-Rückhalteanordnung im allgemeinen entlang Linie 8-8 in Fig. 2,

Fig. 9 eine Ansicht, in der das Verhältnis der Knie-Rückhalteanordnung zum Armaturenbrett veranschaulicht ist, und

Fig.10 ein kinematisches Diagramm.

Nach den Fig. 1 und 6 umfaßt ein Fahrzeug 10 eine Bodenwanne 12, die einen schematisch dargestellten herkömmlichen Vordersitz 14 trägt, der dazu dient, einen Fahrzeugfahrer 16 in einer sitzenden Haltung zu halten. Das Fahrzeug umfaßt ebenfalls eine Vorderwand 18, die herkömmlich als eine Feuerwand bzw. ein Brandschott oder eine Haubenkonstruktion bezeichnet wird, und eine Windschutzscheibe 20, die sich von dem Fahrzeug nach oben und hinten erstreckt. Ein oberer Wandabschnitt 22 und ein rückwärtiger Wandabschnitt 24, die integral mit dem übrigen Teil der Wand 18 ausgebildet sind, sehen das Instrumentenbrett 26 der Karosserie vor. Das Instrumentenbrett ist in

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herkömmlicher Weise mit einem geeigneten energieabsorbierenden Material und einer äußeren dekorativen Abdeckung bedeckt.

Das Fahrzeug 10 umfaßt weiterhin eine energieabsorbierende Lenksäulenanordnung 28. Die Anordnung 28 ist die gleiche, wie sie in der US-PS 3 702 081 beschrieben ist. Es wird deshalb nur eine kurze Beschreibung der Säule gegeben, die für ein Verständnis der Erfindung erforderlich ist.

Die Anordnung 28 umfaßt einen Vorderteil 30, der an seinem unteren Ende mit einem Teil der Wand 18 fest verbunden ist. Die Anordnung 28 umfaßt weiterhin einen hinteren Abschnitt 32, der dem Teil 30 in teleskopischer Weise zugeordnet ist, wie es dargestellt ist, und sich axial zu diesem und in bezug auf die Fahrzeugkarosserie nach vorne bewegen kann während eines Zusammenfaliens der Säule, das durch einen Aufprall des Fahrers 16 verursacht wird$ ein Lenkrad 34· ist an der Säule angebracht. Die Säulenteile 30 und 32 sind durch eine geeignete Einrichtung miteinander verbunden, die sie normalerweise gegen eine relative teleskopische Bewegung hält und Energie während einer solchen Bewegung absorbiert. Das Lenkrad 34 ist ein herkömmliches Lenkrad, das an dem Säulenteil 32 drehbar angebracht und an dem herkömmlichen Lenkmechanismus der Karosserie durch eine Lenkwelle 36 befestigt ist, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Wie es ebenfalls in dieser Figur dargestellt ist, umgibt ein Getriebe-Schaltrohr 38 die Welle 36 konzentrisch, um eine nicht gezeigte Getriebe-Schalthebeleinrichtung mit einer Antriebsübertragung bzw. einem Getriebe in dem Fahrzeug zu verbilden.

Eine Lenksäulen-Traghalterung 40 ist an ihrem vorderen Ende an einem Wandteil 42 der Wand 18 angrenzend an dem Wandteil 22 starr befestigt. Der rückwärtige Endteil der Halterung 40 ist versetzt und so gestaltet, daß er einen abgeflachten, im allgemeinen U-förmigen Abschnitt 44 bildet, siehe Fig. 4 und 7, der den Teil 32 der Lenksäulenanordnung 28 überspannt. Eine

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Lenksäulen-Führungshalterung 46 ist bei 4-8, Fig. 7» mit der Halterung 40 verbolzt und bei 50 an dem Säulenteil 30 befestigt, um diesen Säulenteil an der Wand 18 abzustützen bzw. zu tragen. Der rückwärtige versetzte Teil 52 von dieser ist im allgemeinen in der gleichen Weise wie der Teil 44 der Halterung 40 gestaltet und paßt mit diesem mit einem gegenseitigen Abstand zusammen bis auf die zugeordneten aneinanderliegenden Seitenflansche 54 und 56 auf jeder Seite des Säulenteils 32. Die aneinanderliegenden Flansche sind mit fluchtenden öffnungen vorgesehen. Eine im allgemeinen U-fö'rmige Halterung 58, Fig. 5» ist bei 60 an dem Säulenteil 32 in geeigneter Weise angebolzt und umfaßt Querflansche bzw. Seitenflansche 62, die bei 64 geschlitzt sind, wobei die Schlitze 64 an ihren vorderen Enden in bezug auf die Fahrzeugkarosserie geschlossen und an ihren rückwärtigen Enden in bezug auf die Fahrzeugkarosserie offen sind. Eine seitlich geschlitzte Halterungskapsel 66 ist in jedem der Schlitze 64 gleitfähig aufgenommen und an einem zugeordneten Flansch 62 durch eine Reihe von nicht gezeigten Kunststoff-Scherbolzen lösbar befestigt, die in fluchtenden öffnungen in den Kapseln und in den Flanschen spritzgegossen sein können. Jede Kapsel umfaßt einen geschlossenen Schlitz. Ein Bolzen 68 erstreckt sich durch fluchtende öffnungen in den aneinanderliegenden Flanschen 54 und 56 der Halterungsteile 44 und 52 und die geschlossenen Schlitze in jeder Kapsel 66 und wird durch eine Mutter 70 festgehalten, um den Säulenteil 32 an der Vorderwand 18 der Karosserie zu halten.

Wenn das Lenkrad 34· durch den oberen Rumpf des Fahrers 36 mit einer vorbestimmten Aufprallkraft berührt wird, wird die resultierende Belastung von dem Lenkrad 34 durch die Nabe des Lenkrades auf den oberen Säulenteil 32 übertragen. Wenn die Komponente dieser Belastung, die axial zu der Säule gerichtet ist, eine vorbestimmte minimale Größe erreicht, brechen die Kunststoff-Scherbolzen, die die Flansche 62 und die Kapseln 66 miteinander verbinden, und der Säulenteil 32 wird dadurch für eine

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Bewegung axial zu dem Säulenteil 30 freigegeben, so daß die die Säulenabschnitte verbindende energieabsorbierende Einrichtung die Energie der Axialbelastung absorbiert. Während einer solchen Bewegung bewegt sich die Halterung 58 mit dem Säulenteil 32 und die Flansche 62 gleiten entlang dem Halterungsabschnitt 52 der Halterung 46 und werden durch diesen geführt, nachdem die Flansche von den Schlitzen der Kapseln freigegeben worden sind.

Nach Fig. 5 sind die Flansche 62 mit seitlichen Verlängerungen vorgesehen, die in im allgemeinen L-förmig vorgesehenen seitlichen Verlängerungen der Flansche 56 aufgenommen sind, um jede Neigung des Säulenteils 32, sich in Querrichtung oder Abwärtsrichtung in bezug auf den Säulenteil 30 zu bewegen, zu steuern.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß das Verhalten der Lenksäule 28 von der Axialkomponente der Aufprallbelastung abhängt, die durch den Fahrer an die Säule angelegt wird. Es ist deshalb erwünscht, diese Belastung koaxial zu der Säule oder mit einer minimalen Abweichung von dieser anzulegen. Um dies zu erreichen, sollte die Kinematik des Fahrers 16 so ausgelegt sein, daß der obere Rumpf des Fahrers sich in einer Vorwärtsrichtung relativ zu dem Fahrzeug um den in Fig. 6 angegebenen Η-Punkt oder die Hüftenachse dreht und daß der untere Rumpf des Fahrers sich nur eine begrenzte Strecke in bezug auf den Sitz 14 nach vorne bewegt, wie beispielsweise eine Bewegung von 20 bis 25 cm des Η-Punktes, so daß der Fahrer auf dem Sitz bleibt und die maximale Drehung seines Rumpfes um den Η-Punkt auftritt·

Bekanntlich kann jeder Oberschenkel einer Person Druckbelastungen von bis zu 635 kg aushalten, wenn diese Belastung axial zu dem Oberschenkel bzw. Schenkelknochen angelegt wird. Aus Fig. 6 ist zu ersehen, d£, wenn eine solche Druckbelastung

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axial zu den Oberschenkelknochen des Fahrers während der Dauer des Aufpralls der Kniee des Fahrers auf eine Knie-Rückhalteanordnung angelegt wird, dies dazu beiträgt, eine maximale Vorwärtsbewegung des oberen Rumpfes des Bhrers um den H-Punkt zu erzeugen, und dazu beiträgt, den oberen Rumpf so zu positionieren, daß er eine Aufprallbelastung im allgemeinen koaxial zu der Säule 28 aufbringt.

In Fig. 10 ist der Η-Punkt oder die Hüftenachse des Fahrers durch den Buchstaben H, der K-Punkt oder die Knieachse durch den Buchstaben K und der Α-Punkt oder die Fußknöchelachse mit dem Buchstaben A bezeichnet. Es wird vorausgesetzt, daß die Beine des Fahrers in Querrichtung fluchten, so daß die Paare der H-, K- und Α-Punkte der Beine des Fahrers parallel zueinander sind. Die voll durchgezogenen Linien, die die Punkte H, K und A in Fig.10 verbinden, zeigen die normale Sitzstellung des Fahrers unter aufprallfreien Bedingungen. Die Füße des Fahrers sind normalerweise benachbart zu den Zehenplattenteil bzw. Fußteil der Wand 18 angeordnet, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Obgleich dessen Füße unter Aufprallbedingungen sich leicht nach vorne bewegen, können die Α-Punkte als relativ stationär während solchen Bedingungen angesehen werden. Unter Aufprallbedingungen schwingen die Unterschenkel des Fahrers in bezug auf das Fahrzeug um die Α-Punkte nach vorne und aufwärts, so daß sich die K-Punkte von K nach K¹ bewegen. Die oberen Beinteile bzw. Oberschenkel des Fahrers bewegen sich gleichzeitig in bezug auf das Fahrzeug nach vorne und oben, so daß sich die Η-Punkte nach H¹ bewegen und die Winkeleinstellung der Achsen K-H der Oberschenkel in bezug auf die Achsen K-A der unteren Beinteile abnimmt. Die Strecke zwischen H und H" liegt normalerweise in dem Bereich von 20 bis 25 cm, wie es oben beschrieben worden ist. Das Berühren der vorderen Oberfläche der Kniee des Insassen mit der Knie-Rückhalteanordnung sollte so vorgesehen sein, daß die resultierende Drucklast axial zu den Oberschenkelknochen der oberen Beinteile des Insassen parallel zu der die Punkte K¹ und H¹

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verbindenden gestrichelten Linie angelegt wird. Eine solche resultierende Drucklast unterstützt die Erzeugung einer maximalen Vorwartsdrehung des oberen Rumpfes des Fahrers um den Η-Punkt, wenn er sich von H nach H' bewegt.

Die erfindungsgemäße Insassen-Knie-Rückhalteanordnung ist durch die vorderen Oberflächen der Kniee des Fahrers berührbar, um soviel von der kinetischen Energie des Fahrers wie möglich durch Aufprall-Deformation zu absorbieren und ebenfalls eine resultierende Drucklast in Längsrichtung der Oberschenkelknochen des Fahrers mit vorbestimmten Grenzen zu liefern, um dadurch die Haltung des Fahrers in bezug auf die Lenksäule zu steuern, wie es oben erläutert worden ist, und seinerseits ein maximales Verhalten einer solchen Säule sicherzustellen. Die Knie-Rückhalteanordnung ist so gelegen, daß sie von den Knien des Fahrers sehr früh unter Aufprallbedingungen berührt wird, um eine konstante Oberschankelknochen-Belastung von 635 kg für die Dauer des Aufpralls zu erzeugen und dadurch eine maximale Abbremsung des unteren Rumpfes für die kürzeste Zeitdauer aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Bewegung des unteren Rumpfes des Fahrers relativ zu dem Sitz begrenzt und die gewünschte Drehung des oberen Rumpfes des Fahrers sobald wie möglich und in der richtigen Richtung erzeugt. So wird durch das energieabsorbxerende Zusammenfallen (collapse) der Lenksäule ein großer bzw. überwiegender Teil der Aufprallbelastung absorbiert, die durch den Rumpf des Fahrers an die Säule angelegt wird, da die Belastung im wesentlichen koaxial zu der Säule angelegt wird.

Die Knie-Rückhalteeinrichtung umfaßt einen Mittelabschnitt, der den oberen Teil 32 der Säule teilweise umgibt, und ein Paar von Seitenabschnitten. Der Mittelabschnitt wird von den Halterungen 40 und 46 starr getragen, um sicherzustellen, daß dieser Teil, wenn eine zufällige Verformung dieses Mittelabschnittes durch die Kniee des Fahrers auftreten sollte, nicht in den Säulenteil 32 verformt werden kann und dadurch eine Be- ^f

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wegung dieses Säulenteils relativ zu dem Säulenteil 30 begrenzt und dadurch die Gesamt-Energieabsorptions-Fähigkeit der Säule vermindert werden kann. Die Seitenabschnitte der Knie-Rückhalteanordnung sind mit ihren Kanten an der unteren Kante des Instrumentenbrettes 26 befestigt, wobei diese Befestigung durch Verbindungsstangen verstärkt ist, die sich in Querrichtung der Fahrzeugkarosserie von den Halterungen 40 und 46 aus erstrecken. Bei einem Fahrzeug mit Linkssteuerung ist die Verbindungsstange für den Seitenteil auf der linken Seite der Säule mit dem Scharnierpfosten verbunden, während die Verbindungsstange für die obere Kante des rechtseitigen Abschnittes sich durch ein zusätzliches Knie-Panel bzw. eine zusätzliche Kniepüabte für die Vordersitz-Insassen zu dem rechten Scharnierpfosten erstrecken kann oder mit der Vorderwand 18 durch eine geeignete Halterung verbunden sein kann. Eine Verbindungsstange bzw. Ankerstange bzw. Spurstange kann ebenfalls für die untere Kante der Knie-Rückhalteanordnung und deren zentralen Teil vorgesehen sein. Durch Verankern der oberen und unteren Kanten der Seitenabschnitte der Knie-Rückhalteanordnung wird eine Deformation der Rückhalteanordnung sichergestellt.

Im allgemeinen umfaßt die Rückhaiteanordnung eine geformte Metallbasis ader Stütze mit Seitenteilen, die Energie mit einem in der Zeit konstanten Wert absorbieren können, wie es typisch bei einem starren Schaum geringer Dichte ist. Die Basis ist mit einer Schicht eines weichen Schaummaterials bedeckt, die wiederum mit einer äußeren dekorativen Abdeckung bedeckt ist. Das Weichschaummaterial absorbiert normale Aufprallvorgänge der Kniee eines Insassen, die eine Berührung des Fahrzeuges mit einem Hindernis, die genügt, ein Zusammenfallen bzw. Zusammenrutschen der Säule zu erzeugen, nicht beinhalten· Zusätzlich sieht das Schaummaterial eine Lastverteilung über die Metallbasis bei nicht-normalen Aufprallvorgängen vor und unterstützt das "Einschigen" (pocketing) der Kniee des Fahrers um eine seitliche Gleitbewegung relativ zu

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der Knie-Rückhalteanordnung zu steuern. Die äußere dekorative Abdeckung besteht bevorzugt aus Vinyl oder einem· Material mit einer ähnlichen Dehnungs- bzw. Bruchfestigkeit, um einen "Hängematten" ("hammock")-Effekt zu erhalten, d.h. das Schaummaterial bei der Verteilung der Belastung über die Metallbasis zu unterstützen. Es unterstützt ebenfalls das Schaummaterial bei dem "Einschlagen" bzw. "in Zellen packen" der Knie des Fahrers, um eine seitliche Gleitbewegung relativ zu der Knie-Rückhalteanordnung zu reduzieren. Die Seitenabschnitte weisen vordere Oberflächen auf, die im allgemeinen parallel zu den vorderen Oberflächen der Kniee des Fahrers gelegen sind. Das "in Zellen packen" der Kniee des Fahrers stellt sicher, daß die Belastungsvektoren axial zu den Oberschenkelknochen des Fahrers gerichtet sind.

Aufnahmen bzw. Übersichten haben gezeigt, daß der Abstand zwischen den vorderen Oberflächen der Kniee eines Fahrers und der Knie-Rückhalteanordnung ziemlich konstant bleibt unabhängig von der Größe, dem Gewicht oder den Proportionen (percen__tile) des Fahrers, da die Länge des unteren Rumpfes die Position des Sitzes bestimmt und die Füße des Fahrers in ihrer Stellung durch die Betätigungseinrichtungen des Fahrzeuges begrenzt sind. Der Abstand zwischen jedem Knie und der Mittellinie der Lenksäule nimmt zu, wenn entweder die Größe oder das Gewicht des Fahrers zunimmt. Bei einer aus 50 Personen gemittelten Proportion einer mäniichen Person (a 5Oth percentile male) beträgt der Abstand oder die "Kniespreizung" ("knee spread") näherungsweise 18 cm.

Die erfindungsgemäße Knie-Rückhalteanordnung 68 umfaßt ein Paar von durch Kniee verformbaren Seitenabschnitten 70, die durch einen Mittelabschnitt 72 untereinander verbunden sind. Die Knie-Rückhalteanordnung ist symmetrisch um die Achse des mittleren Abschnittes angeordnet, die koplanar zu der Achse der Lenksäule 28 liegt; infolgedessen wird nur der linksseitig gelegene Abschnitt im einzelnen beschrieben, da der

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rechtsseitig gelegene Abschnitt von gleicher Konstruktion ist, außer wenn es besonders angegeben ist.

Nach den Fig. 4 und 8 umfaßt die Knie-Rückhalteanordnung eine geformte Metallbasis oder Stütze 74, die bevorzugt aus einem 0,89 mm dicken Stahl besteht, der Energie mit einem konstanten Wert in bezug auf die Zeit für die Dauer des Aufpralls der Kniee des Fahrers auf die Seitenteile 70 der Rückhalt eanordnung absorbieren kann. Während andere Materialien benutzt werden können, sollten solche Materialien ebenfalls in der Lage sein, einen konstanten Absorptionswert von 635 kg pro Oberschenkelknochen während der Dauer des Aufpralls des linken Knies des Fahrers gegen den Seitenabschnitt 70 der Knie-Rückhalteanordnung aufrechtzuerhalten. Der seitliche Abschnitt 70 umfaßt nach den Fig. 3 und 6 eine durch ein Knie berührbare erste Vorderwand oder einen solchen Teil 76, der unter einem Winkel zu der Vertikalen angeordnet ist und einen versetzten Anbringungsflansch 78 an seiner unteren Kante aufweist. Eine zweite Vorderwand 80 erstreckt sich unter einem Winkel zu der Wand 76 und zu der Vertikalen und geht in eine obere Wand 82 über, die in einem versetzten Anbringungsflansch 84 über einen Teil ihres Ausmaßes endet. Nur die Wand 76 der Knie-Rückhalteanordnung wird normalerweise durch das linke Knie des Fahrers berührt. Sie wird normalerweise zwischen ihrer oberen und unteren Verbindungsstelle mit der Wand 80 bzw. dem Flansch 78 berührt. Die Basis 74 ist mit näherungsweise 13 mm eines Weichschaummaterials 86, beispielsweise Schaum-Polyurethan- oder Schaum-Vinyl-Kunststoffmaterial bedeckt. Dieses Schaummaterial absorbiert sehr wenig Energie bei Aufprallbedingungen, die größer als normal sind. Dessen primärer Zweck besteht darin, die Verteilung der Belastung über die Wand 76 zu unterstützen und das "Einschlagen" bzw. "in Zellen halten" ("pocketing") der Kniee des Fahrers zu unterstützen, wie es oben erwähnt worden ist. Das Schaummaterial endet kurz vor dem Ende der Wand 82 und weist eine reduzierte Dicke über den versetzten Flansch 78 auf. Das

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Schaummaterial ist mit einer äußeren dekorativen Abdeckung 88, bevorzugt aus einer getragenen Vinylkunststoffware oder einem ähnlichen Material bedeckt, das farblich und ästhetisch zu dem Innenraum des Fahrzeuges paßt. Die obere Kante der Abdeckung ist an die Wand 82, Fig. 6, geklebt und die untere Kante ist an den Schaum gegenüber dem Flansch 78 geklebt. Andere Materialien als Vinylkunststoffware können benutzt werden vorausgesetzt, sie weisen die Zugfestigkeit bzw. Bruchfestigkeit von Vinylkunststoffware auf, da diese den sogenannten "Hängematten"-Effekt, wie es oben erwähnt worden ist, erzeugt. Das Schaummaterial 86 und die Abdeckung 88 unterstützen somit einander bei der Verteilung der Belastung über die Wand 76 und dem "in Zellen fassen" der Kniee des Fahrers. Das Schaummaterial und die Abdeckung absorbieren die Energie von normalen Stoßen oder Berührungen der Kniee des Fahrers mit der Knie-Rückhalteanordnung unter Belastungen, die geringer sind als die, die zur Verformung der Wand 76 zur Absorbierung der kinetischen Energie des Fahrers erforderlich sind.

Nach Fig. 7 weist eine obere, im allgemeinen J-förmige Armaturenbrett-Verbindungsstange bzw. -Spurstange 90 einen Kanalquerschnitt bzw. U-Querschnitt auf und umfaßt einen Innenbords gelegenen Schenkel 92, der den Flansch 54 des Abschnittes 44 der Halterung 40 berührt. Nach Fig. 5 ist die innere Wand des Schenkels 92 weggeschnitten, so daß dieser Schenkel der Spurstange unter dem Flansch 54 ai^ordnet werden kann. Nach den Fig. 4 und 7 liegt ein Flansch einer versetzten oberen Knie-Hückhalte-Verbindungsstange 94 gegen den versetzten Flansch 84 der Wand 82 und ist an diesem durch eine Vielzahl von Blechschrauben 96 befestigt, die sich durch den Flansch der Verbindungsstange 94 und den Flansch 84 erstrecken. Ein weiterer versetzter Flansch 98 der Verbindungsstange 94 ruht gegen eine untere Kante 100 des Instrumentenbrettes, Fig. 3, und eine Vielzahl von Blechschrauben 102 erstreckt sich durch fluchtende öffnungen in der Verbindungastange 90 und der Verbindungsstange 94,

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um die obere Kante des Teils 70 und die untere Kante des Instrumentenbrettes an den Verbindungsstangen 90 und 94 zu befestigen und diese wiederum an der Halterung 40 starr zu verankern, wie es beschrieben wird.

Der außenbords gelegene Schenkel der Halterung 90 umfaßt eine nach oben versetzte geschlitzte öse 104, die an eine geeignete Haiterungsstruktur gebolzt ist, die an dem A-Pfosten der Karosserie angebracht ist. Eine mit öffnung versehene öse 106 der Verbindungsstange 94 ruht unter dem äußeren Schenkel der Verbindungsstange 90 und ist an diesen angebolzt, um diese angrenzend an deren außenbords gelegene Enden weiter zu befestigen. Eine untere Knie-Rückhalte-Verbindungsstange bzw. -Spurstange 108 mit Kanal-Querschnitt bzw. U-Querschnitt erstreckt sich entlang der unteren Kante der Knie-Rückhaltebasis, wie es in den Fig. 1, 4 und 7 gezeigt ist. Die Basis der Verbindungsstange 108 ruht gegen den Flansch 78 der Wand 76 und ist an diesem an einer Zahl von Orten 110 befestigt. Der rückwärtige Schenkel der Verbindungsstange 108 ist mit einem Paar von geschlitzten ösen 112, Fig. 5 und 7» vorgesehen, die bei 114 an den geflanschten Schenkeln 116 einer U-förmigen Halterung 118 befestigt sind. Flansche 120 der Schenkel 116 stützen sich gegen zugeordnete Schenkel 92 der Verbindungsstange 90, Fig. 4, ab, und Bolzen 122 erstrecken sich durch fluchtende öffnungen in den Flanschen 120, Schenkeln 92 und Flanschen 54, und sind in mit Innengewinde vorgesehenen Blöcken 124 aufgenommen, die an den Flansch 54· geschweißt sind, um dadurch die Verbindungsstangen 90, 94 und 108 an der Halterung 40 starr zu verankern.

Das außenbords gelegene linke Ende der Verbindungsstange 108 ist bei 126 nach oben versetzt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, und an eine geeignete Haiterungsstruktur gebolzt, die an dem Α-Pfosten der Karosserie angebracht ist. Diese Halterungsstruktur kann die gleiche wie die für die Stangen 90 und 94 sein.

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Die Basis der Halterung 118 ist bei 128, Fig. 4, an die untere Wand 130 des Mittelabschnittes 72 der Knie-Rückhalteanordnung gebolzt. Die Wand 130 ist eine Fortsetzung des Flansches 78 und geht durch eine Seitenwand 132, Fig.2, in die Wand 76 über. Sie geht ebenfalls in eine Vorderwand 134 über, die in einem gebogenen Flansch 136 endet, der eine gebogene öffnung begrenzt, die den Teil 32 der Säule -28 aufnimmt. Der Mittelabschnitt 72 weist somit eine kastenähnliche Gestalt auf und kann gewünsentenfalls ein Gehäuse für einen Auslaß einer Klimaanlage bilden. Der Mittelabschnitt ist mit dem Schaummaterial 86 und der Abdeckung 88 bedeckt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Halterung 118 umgibt den Teil 32 der Säule 28, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, und ist in dem Mittelabschnitt 72 gelegen. Deshalb ist es praktisch unmöglich, daß der Mittelabschnitt 72 der Knie-Rückhalteanordnung in die Lenksäule aufgrund einer Berührung durch die Kniee des Fahrers verformt werden kann. Somit kann das Gesamtverhalten der Säule nicht durch irgendeine Deformation der Knie-Rückhalteanordnung beeinflußt werden.

Die linkerhand gelegenen Verbindungsstangen 90 und 94 verankern starr die obere Kante des linken Seitenabschnittes der Knie-Rückhalteanordnung an der Halterung 40 und sind ihrerseits an ihren außenbords gelegenen Enden an dem A-Pfosten des Fahrzeuges verankert, der eine feste Karosseriestruktur darstellt. Die untere Kante des linken Seitenabschnittes 70 ist an der Halterung 118 und ebenfalls an dem A-Pfosten verankert. Somit ist der linke Seitenabschnitt 70 mit aäner oberen und seiner unteren Kante an einer festen Fahrzeugkarosseriestruktur starr verankert, so daß jegliche Berührung durch die Kniee eines Fahrers zu einer energieabsorbierenden Deformation der Wand 76 anstatt zu einer Deformation des Armaturenbrettes oder einer Loslösung des Knie-Panels bzw. Kniebrettes von dem Armaturenbrett und der festen Fahrzeugkarosseriestruktur führen.

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Der rechte Seitenabschnitt 70 ist an den Halterungen 40 und 118 in der gleichen Weise wie der linke Seitenabschnitt 70 durch mit gleicher Bezugsziffer bezeichnete Verbindungsstangen 90 und 94- und die rechte Verlängerung der Verbindungsstange 10 8 verankert. Die rechten Enden der Verbindungsstangen 90 und 108 können entweder an zusätzlichen Verbindungsstangen, die sie durch ein Kniebrett für einen Insassen auf dem rechten Vordersitz tragen, oder an der Vorderwand 18 der Karosserie durch eine geeignete

wie

Halterungsstruktur, /lie in Fig. 7 mit 138 bezeichnete Halterung befestigt sein.

Obgleich die Abschnitte 70 in bezug aufeinander und den Mittelabschnitt 72, in Draufsicht gesehen, winklig angeordnet sind, folgt dies von der Gestalt des Instrumentengruppenbereichs 140 des Armaturenbrettes 26, wie es in Fig.9 dargestellt ist, und ist nicht von wesentlicher Bedeutung.

Fig. 6 veranschaulicht die Beziehung der vorderen Oberfläche 142 des linken Knies des Fahrers 16 zu der vorderen Oberfläche des linken Seitenabschnittes 70 der dargestellten Knie-Rückhalteanordnung. Die Oberfläche 142 des Knies des Fahrers ist im allgemeinen parallel zu der vorderen Oberfläche des Abschnittes 70 und der Wand 76 der Knie-Rückhalteanordnung gelegen. Dies ist so, selbst wenn der Seitenabschnitt 70 leicht abgewinkelt ist, wie es oben erwähnt ist. Der Abstand des Knies zu der Knie-Rückhalteanordnung variiert mit den Proportionen des Fahrers und kann von näherungsweise 44 mm bis 89 mm reichen. Vorteilhafterweise wird der Abstand so minimal wie möglich gehalten, da es erwünscht ist, die Belastung an den Oberschenkelknochen des Fahrers, die aus einer Berührung der Kniee des Fahrers mit dem Abschnitt 70 der Knie-Rückhalteanordnung resultiert, zu der vorbestimmten konstanten Toleranzgrenze augenblicklich zu erhöhen, um soviel kinetische Energie des Fahrers zu absorbieren wie möglich. Jedoch erfordert eine

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augenblickliche Zunahme der Belastung eine augenblickliche Berührung der Kniee des Fahrers mit der Knie-Rückhalteanordnung. Dies ist nicht möglich, wenn der Bereich der Proportionen yon Fahrern berücksichtigt wird. Die Belastung an den Oberschenkelknochen eines Fahrers soll bei 635 kg während der Bauer des Aufpralls der Kniee des Fahrers auf die Knie-Hückhalteanordnung aufrechterhalten werden. Ein solcher Aufprall kann zu einer Deformation der Wand 76 von näherungsweise 38 mm für eine männliche Person der fünften Proportion (5th percentile male) bis zu 89 mm für eine männliche Person der 95sten Proportion (95th percentile male) führen.

Kurz zusammengefaßt unterstützen die Abdeckung 88 und das Schaummaterial 86, wenn die vordere Oberfläche 142 des linken Knies eines Fahrers den linken Seitenabschnitt 70 der Knie-Rückhalteanordnung berührt, in kooperativer Weise einander beim "Einfassen" ("pocketing") des Knies des Fahrers, um jegliche Gleitbewegung des. Knies in bezug auf den linken Seitenabschnitt zu steuern bzw. kontrollieren. Es wird vorausgesetzt, daß der A-Purikt des Beins des Fahrers stationär bleibt oder daß jegliche Bewegung von diesem erfolgt ist vor der Berührung der vorderen Oberfläche des Knies des Fahrers mit der Knie-Rückhalteanordnung, wie es oben erwähnt worden ist. Wenn die kinetische Energie des unteren Rumpfes des Fahrers innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt, tritt keine Deformation der Wand 76 auf, und wenn der untere Rumpf in bezug auf den Sitz zurückprallt, nehmen die Abdeckung 88 und das Schaummaterial 86 ihre anfängliche Gestalt wieder an. Wenn die kinetische Energie bestimmte Grenzen übersteigt, tritt die vordere Oberfläche 142 des Knies des Fahrers mit der Wand 76 durch die Abdeckung 88 und den zusammengedrückten Teil des Schaummaterials 86 zwischen der vorderen Oberfläche undder Wand 76 in Berührung und verformt diese Wand. Durch diese Verformung wird die kinetische Energie des unteren Rumpfes des Fahrers absorbiert, um die Bewegung des Η-Punktes auf den in

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Fig. 10 angegebenen Bereich H-H¹ zu begrenzen, wenn der Kniepunkt sich von K nach K¹ über einen um den relativ stationären Α-Punkt erzeugten Bogen bewegt. Die Hesultierende K¹-H' ist im wesentlichen koaxial zu dem Oberschenkelknochen des unteren Rumpfes des Fahrers gerichtet und die resultierende Druckbelastung steuert die Kinetik des oberen Humpfes des Fahrers um den Punkt H¹, um den oberen Rumpf in bezug auf die Achse der Säule 28 zu positionieren. Der Grad der Verformung der Wand 76 variiert mit der Proportion des Insassen und der Trägheitskraft des Körpers des Insassen. Wenn vorausgesetzt wird, daß ein Frontalzusammenstoß gegen eine Barriere bzw. starres Hindernis mit etwa 50 km/h (3o mph) erfolgt, eine Knie-Aufprallgeschwindigkeit von etwa 20 km/h (12 mph) auftritt und die Knie-Rückhalteeinrichtung die Eigenschaften konstanter Energieabsorption zeigt, dann verformt ein Fahrer mit der fünften Proportion (5th percentile driver) die Wand 76 näherungsweise um 38 mm, ein Fahrer mit der 50sten Proportion (5oth percentile) die Wand um näherungsweise 64 mm und ein Fahrer mit der 95sten Proportion (95th percentile driver) die Wand um näherungsweise 89 mm. Die zugeordneten Gewichte des unteren Rumpfes sind dabei vorausgesetzt mit 21,3 kg, 3^,2 kg und 4-5,7 ^S und es wurde angenommen, daß die effektiven Gewichte 20 % geringer sind.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß eine Insassen-Knie-Rückhalteanordnung für sitzende Fahrzeuginsassen vorgesehen ist, die die kinetische Energie der Bewegung des Insassen durch Aufprallverformung der Rückhalteanordnung durch die Kniee des Insassen absorbiert und ebenfalls die Kinematik des Insassen steuert, um den oberen Rumpf des Insassen in bezug auf die energieabsorbierende Struktur für diesen, wie eine energieabsorbierende Lenksäule zu steuern Lind dadurch ein angemessenes bzw. richtiges Verhalten dieser Struktur sicherzustellen. Die durch Knie verformbaren Abschnitte der besonderen, hier beschriebenen Fahrer-Knie-Rückhalteanordnung sind durch einen Mittelabschnitt verbunden, der an einer festen Fahrzeugkarosseriestruktur starr verankert ist, um sicherzustel-

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len, daß keine Deformation der verformbaren Absehnitte das Gesamtverhalten der Säule beeinträchtigt. Γη gleicher Weise sind die oberen und unteren Kanten der verformbaren Absehnitte an der festen Fahrzeugkarosseriestruktur verankert, um sicherzustellen, daß soviel Energie wie möglich durch Aufpralldeformation dieser Absehnitte absorbiert wird und daß die resultierenden Druckbelastungen axial zu den Oberschenkelknochen des Fahrers und innerhalb einer vorbestimmten Grenze angelegt werden.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sie eine Knie-Rückhalteanordnung für einen sitzenden Fahrzeuginsassen vorsieht, die die kinetische Energiedes Insassen unter Aufprallbedingungen absorbiert und ebenfalls die Bewegung des Insassen in bezug auf die Insassen-Energieabsorptionseinrichtung steuert. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Rückhalteanordnung durch Knie-verformbare Absehnitte umfaßt, die auf jeder Seite einer energieabsorbierenden Lenksäule für eine Berührung durch die Kniee des Fahrers angeordnet sind, um einen Teil der kinetischen Energie der Bewegung des Fahrers unter Aufprallbedingungen zu absorbieren und gleichzeitig eine resultierende Druckbelastung innerhalb festgesetzter Grenzen in Längsrichtung der Oberschenkelknochen des Fahrers anzulegen unddadurch dessen Bewegung in bezug auf die Säule zu steuern. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die resultierende Belastung dazu beiträgt, sowohl die- Bewegung der Hüftenachse des Fahrers als auch die Bewegung des oberen Rumpfes um die Hüftenachse des Fahrers zu steuern. Außerdem besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß die verformbaren Absehnitte durch einen Mittelabschnitt verbunden sind, der teilweise die energieabsorbierende Lenksäule umgibt und an der vorderen Karosseriewand starr verankert ist, um jegliche Verformung des Mittelabschnittes in die Säule zu blockieren, sollte dieser durch Kniee eines Fahrers berührt werden. Schließlich besteht ein Merkmal der

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Erfindung darin, daß die durch knieverformbaren Seitenabschnitte an ihren oberen und unteren Kanten durch Halterungsstrukturen verstärkt sind, die an dem starren Anker des Mittelabschnittes und einer anderen festen Fahrzeugstruktur befestigt sind, um deren energieabsorbierende Verformung durch die Kniee eines Fahrers und das Anlegen der gewünschten resultierenden Drucklasten in Längsrichtung der Oberschenkelknochen des Fahrers sicherzustellen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.\Knie-Rückhalteanordnung für einen Autofahrer in einem Motor_w/fahrzeug mit einem Insassenabteil, das ein Armaturenbrett und eine energieabsorbierende £enksäulenanordnung aufweist, die in gesteuerter Weise zusammenfällt, wenn eine vorbestimmte Aufprallkraft durch den oberen Rumpf eines sitzenden Fahrers auf diese ausgeübt wird, gekennzeichnet durch erste Abschnitte (70), die durch plastische Verformung Energie absorbieren können und auf (jeder Seite der Lenksäule (30, 32) für eine Berührung durch die vorderen Oberflächen der Kniee des Fahrers (16) gelegen sind, einen Mittelabschnitt (72), der die ersten Abschnitte (70) untereinander verbindet und zumindest teilweise die energieabsorbierende Säule (30, 32) umgibt, erste Stütz- bzw· Trageinrichtungen (118, 120, 122, 124, 54, 40), die den Mittelabschnitt (72) an dem Fahrzeug (10) starr abstützen und dadurch eine Deformation des Mittelabschnittes (72) in die Säulenanordnung (30, 32) blockieren bzw. verhindern, und durch zweite Stützeinrichtungen (90, 94-108), die die ersten Abschnitte (70) der Knie-Rückhalteanordnung an dem Fahrzeug tragen, so daß in dem Fall, wenn das Fahrzeug einen Aufprall erfährt, die ersten Abschnitte sich unter dem Aufprall der Kniee. des Fahrers plastisch verformen und dadurch die kinetische Enrgie des unteren Rumpfes des Fahrers absorbieren und eine resultierende Drucklast in Längsrichtung der Oberschenkelknochen des Fahrers innerhalb vorbestimmter Toleranzgrenzen anlegen für eine Steuerung der Bewegung des oberen Rumpfes des Fahrers in bezug auf die Lenksäulenanordnung.

2. Knie-Rückhalteanordnung nach Anspruch 1, bei der die energieabsorbierende Lenksäule einen ersten Teil, der an der Fahrzeugkarosserie durch eine Säulenstützeinrichtung angebracht ist, und einen zweiten Teil umfaßt, der relativ zu dem ersten Lenksäulenteil eindrückbar bzw. zusammenschiebbar ist, dadurch

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gekennzeichnet, dalSdie erste Trageinrichtung (118, 120, 122, 54, 40) den Mittelabschnitt (72) der Knie-Rückhalte einrichtung mit der Säulentrageinrichtung (46, 50» 58) verbindet.

3. Knie-Rückhalteanordnung nach Anspruch 1 der 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Trageinrichtung (90, 94-108) mit der ersten Trageinrichtung (118, 120, 122, 54, 40) verbunden ist.

4. Knie-Rückhalteanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Abschnitte (70) der Knie-Rückhalteanordnung mit ihren oberen Kantenteilen (82, 84) angrenzend an die untere Kante des Armaturenbrettes und an der zweiten Trageinrichtung (90, 94-108) entlang ihren unteren Kantenabschnitten (78) befestigt sind.

5. Knie-Rückhalteanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Knie-Rückhalteabschnitt (70, 72) eine plastisch verformbare Metallbasis (74) umfaßt, die mit einer Schicht aus elastisch verformbarem Material (86, 88) bedeckt ist.

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