DE2408173A1

DE2408173A1 - Sicherheitsgurtsystem mit servomotor

Info

Publication number: DE2408173A1
Application number: DE19742408173
Authority: DE
Inventors: Hideoki Matsuoka; Shohei Wanibe
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-02-22
Filing date: 1974-02-20
Publication date: 1974-09-26
Also published as: FR2219035A1; GB1405392A; FR2219035B1; US3999780A; JPS49124731U

Description

Sicherheitsgurtsystem mit Servomotor

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsgurtsystem mit Servomotor und insbesondere einen Servomotor in einem Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug zum Spannen eines Sicherheitsgurtes während eines Zusammenstosses des Fahrzeugs.

Es ist allgemein anerkannt, dass die Verwendung von Sicherheitsgurten ernsthafte Verletzungen von Fahrzeuginsassen bei Fahrzeugunfällen, insbesondere bei Automobilzusammenstössen, stark vermindert. Daher wird den

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Fahrgästen. empfohlen, bisweilen sogar vorgeschrieben, Sicherheitsgurte korrekt bzw. straff anzulegen. Eine lange Reise mit straff angelegten Sicherheitsgurten verursaclxt jedoch bei jedem Fahrzeuginsassen fast unerträgliche Belästigungen und kann bisweilen zu einem durch Ermüdung des Fahrers verursachten Unfall führen. Dieses Problem ist durch eirige in den vergangenen Jahren vorgeschlagene Sicherheitsgurtanordnungen teilweise gelöst worden, die mit einem besonderen Mechanismus zum selbsttätigen bzw. automatischen Straffen der Sicherheitsgurte im Falle eines Unfalls versehen sind und ermöglichen, dass die Fahrzeuginsassen währen! der normalen Fahrt des Fahrzeugs die Sicherheitsgurte lose angelegt tragen. Bei einem dieser Systeme wird ein Sicherheitsgurt von einem Servomotor praktisch augenblicklich gestrafft und fest angezogen, wobei der Servomotor im wesentlichen aus einer Anordnung aus Zylinder und Kolben sowie einer Einrichtung besteht, die zur Zufuhr eines unter Druck stehenden Gases zur Anordnung beim Auftreten eLnes Signales von einem im Fahrzeug eingebauten Zusammenstoss- oder Stossfühler dient. Ein solches System kann einen Fahrzeuginsassen während der Anfangsphase eines Zusammenstosses wirksam gegen den Sitz drücken; dieses System führt aber zu einer Schwierigkeit, die so bedeutend ist, dass sie nicht übersehen werden darf. ¥enn ein Sicherheitsgurt durch den Servomotor straff gezogen wird, steigt die Spannung im Gurt bzw. die Rückhaltekraft auf den Fahrzeuginsassen so plötzlich von null auf einen hohen Wert, dass der Körper des Fahrzeuginsassen örtlich durch eine starke und stossartige Kraft zusätzlich zur Massenkraft des Fahrzeuginsassen zusammengedrückt wird. Dies hat zur Folge, dass der Sicherheitsgurt selber schwere Verletzungen, in schlimmsten Fällen

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sogar tötliche Verletzungen, beim Fahrzeuginsassen verursachen kann, obwohl er gegen den Sitz gedrückt wird und daran gehindert wird, gegen irgend ein Teil des Fahrzeugs zu schlagen. Dieses Problem tritt auch in gewissem Ausmass bei herkömmlichen, von Hand festgezogenen Sicherheitsgurten auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsgurt system der beschriebenen Art so auszubilden, dass die Verletzungsgefahr beim Straffen des Sicherheitsgurtes vermindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen Zylinder, einen an einem Ende des Zylinders an dem-selben befestigten Zylinderkopf, einen Kolben, der im Zylinder verschiebbar ist und eine Kolbenstange aufweist, die durch den Zylinderkopf vom Kolben aus nach aussen ragt und zur Verbindung mit einem Ende des Sicherheitsgurtes dient, eine vom Zylinder, dem Zylinderkopf und dem Kolben begrenzte Arbeitskammer, eine Einrichtung, die der Arbeitskammer im Falle eines Zusammenstosses des Fahrzeugs unter Druck stehendes Gas zuführt, und mindestens einen Gaskanal, der die Arbeitskammer mit der umgebenden Atmosphäre durch wenigstens ein Teil aus der Teilegruppe aus Kolben, Zylinderkopf und Urafangswand des Zylinders hindurch verbinden kann und der mit einer Ventilanordnung versehen ist, die so einstellbar ist, dass sie normalerweise, den Gaskanal 'sperrt und dass sie zumindest einem Teil des unter Druck stehenden Gases den Austritt aus der Arbeitskammer durch den Gaskanal ermöglic hfc, wenn auf die Vent±- anordnung eine Kraft ausgeübt wird, die grosser als ein

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bestimmter ¥ert ist.

Zu dem erfindungsgemässen Sicherheitsgurtsystem gehört ein Stellmotor zum Straffen eines Sicherheitsgurtes, der im wesentlichen aus einer Anordnung aus einem Zylinder, einem Zylinderkopf und einem Kolben mit einer Kolbenstange zur Verbindung mit dem Sicherheitsgurt, einer Gaszufuhreinrichtung sowie mindestens einem Gaskanal besteht, der von einer Ventilanordnung gesteuert wird, Venn die Spannung auf den Sicherheitsgurt oder die Zugkraft auf den Kolben einen bestimmten Wert erreicht, ermöglicht die Ventilanordnung, daß Gas aus dem Stellmotor durch den Gaskanal ausströmt, wodurch ein weiterer Anstieg der Kraft verhindert wird und dafür gesorgt wird, dass die kinetische Energie der Vorwärtsbewegung des Fahrzeuginsassen durch eine Bewegung des Kolbens absorbiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Servomotor, der in ein Sicherheitsgurtsystem eingefügt ist;

Fig. 2 einen vergrösserten Längsschnitt durch den Kolben des Servomotors nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Kolbens nach Fig. 2;

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Fig. h eine schematische Ansicht eines Anwendungsbeispiels eines Sicherheitsgurtsystems mit einem erfindungsgemässen Servomotor; und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Änderung der Zugkraft auf den Sicherheitsgurt als Funktion der vom Zeitpunkt des Zusammenstosses an gemessenen Zeit wiedergibt.

Ein in Fig. 1 dargestellter Servomotor 10 umfasst einen Zylinder 11 mit einem offenen Ende 12, einen am anderen Ende des Zylinders 11 angebrachten Zylinderkopf 13 und einen Kolben Ik, der verschiebbar innerhalb des Zylinders 11 angeordnet ist und eine Kolbenstange 15 aufweist, die durch eine Öffnung 16 vom Zylinderkopf 13 aus nach aussen ragt. Am vorstehenden Ende der Stange 15 ist ein Verbindungsteil 17 angebracht, das zur Verbindung mit einem Ende eines Sicherheitssitzgurtes 30 dient. Ein Raum bzw. eine Arbeitskammer 18 ist innerhalb des Servomotors ausgebildet und wird vom Zylinderkopf 13» einem Teil des Zylinders 11 und dem Kolben 1^ begrenzt. Die Arbeitskammer 18 ist mittels O-Ringen 19 luftdicht abgeschlossen. Ein Gasgenerator 20, beispielsweise eine Elektro-Explosionseinheit, ist luftdicht an geeigneter Stelle in die Wand des Zylinderkopfes 13 eingebaut und beispielsweise elektrisch mit einer Energiequelle hO verbunden, die von einer Schaltung gesteuert wird, zu der ein Zusammenstoss- oder Stossfühler 50 gehört. In der Nähe der Enden des Zylinders 11 sind Pufferelemente 21

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eingebaut.

Bei dem in Fig.- 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kolben ⁴Ik mit Gaskanälen 22 versehen, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind. Die dem offenen Ende 12 des Zylinders 11 zugewandte Oberfläche des Kolbens Ik steht in Berührung mit einer Ventilscheibe 23, die am Kolben 14 mittels eines Spannmittels, wie beispielsweise eines Schraube 25» befestigt ist, wobei ein elastisches Teil wie beispielsweise ein Tellerfederpaket . '2k eingefügt ist, so dass die Gaskanäle 22 normalerweise geschlossen sind. Die Vorspannung auf die Ventilscheibe 23 kann durch Drehen der Spannschraube 25 verändert werden.

Der Servomotor 10 gemäss Fig. 1 ist an einem geeigneten Teil des Fahrzeugkörpers oder des Sitzrahmens befestigt. In der Regel ist ein Ende des Sicherheitsgurtes 30, bei dem es sich vorzugsweise um einen Sicherheitsgurt mit geringer Dehnung handelt, mitt-els des Verbindungsteils 17 mit dem Servomotor 10 in der in Fig. k gezeigten Weise verbunden. Ein Fahrgast bzw. Passagier 70, der auf einem Sitz 60 sitzt, trägt den Sicherheitsgurt 30 ausreichend locker, so dass er physisch und/oder geistig während des normalen Betriebs des Fahrzeugs ausreichend entspannt ist.

Wenn sich ein Fahrzeugzusammenstoss ereignet, wird der Gasgenerator 20 von der Energiequelle kO aufgrund eines Signals vom Stossfühler 50 erregt. Das erzeugte Gas füllt die Arbeitskammer 18 und erhöht den Druck in der Arbeitskammer ausreichend stark, so dass der Kolben 14

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innerhalb von ungefähr 10ms vom Zeitpunkt des Zusammenstosses an bewegt wird. Demzufolge wird am Sicherheitsgurt 30 schnell und kräftig gezogen. Auf diese Weise wird der Sicherheitsgurt 30 automatisch gespannt, so dass der Fahrgast gegen den Sitz gedrückt werden kann, bevor er anfängt, sich relativ zum Sitz zu bewegen.

Danach wird der Fahrgast durch seine eigene Masse aufgrund einer starken Verzögerung des Fahrzeugs zu einer Bewegung nach vorne gezwungen, und diese Kraft wird auf den Sicherheitsgurt 30 ausgeübt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Sicherheitsgurt 30 im Gegensatz zur anfänglichen Situation, den Kolben 14 entgegen der vom Gasdruck entwickelten Kraft zu ziehen. Wenn das Gas in einem solchen Ausmass komprimiert ist, dass die auf die Ventilscheibe 23 ausgeübte Kraft die Vorspannkraft des Teller£der-paketes Zk übersteigt, wird die Ventilscheibe 23 aufgedrückt und ermöglicht daher, dass Gas aus der Arbeitskammer 18 durch die Gaskanäle 23 zur umgebenden Atmo Sphäre strömt. Aufgrund dieses Gasablasses kann sich der Kolben Ik allmählich zum Zylinderkopf 13 bewegen, ohne dass die auf den Kolben Ik oder den Sicherheitsgurt 30 ausgeübte Kraft weiter ansteigt. Auf diese Weise wird ein beträchtlicher Betrag der kinetischen Energie der Vorwärtsbewegung des Fahrgastes durch die Verschiebung des Kolbens 14 absorbiert.

Die Spannkraft F_ des Tellerfederpacketes Zk ist so eingestellt, dass sie grosser als eine Kraft F , die auf die Ventilscheibe 23 während der anfänglichen Ausdehnungsphase ausgeübt wird, und kleiner als ein einem meschlichen

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Körper entsprechender kritischer Wert ist. Daher erfolgt das anfängliche Spannen des Sicherheitsgurtes ohne eine Abnahme der Wirksamkeit des erzeugten Gases trotz der Gaskanäle 22. Die Kraft P₂ wird in Abhängigheit von der Konstruktion des gesamten Sicherheitsgurtsystems und dem Gewicht des Fahrzeuginsassen festgelegt und kann leicht eingestellt werden, bei der beschriebenen Ausführungsform selbst nach Einbau des Servomotors in ein Fahrzeug durch Drehen der Spannschraube 25.

Es versteht sich, dass der Ort der Gaskanäle 22, der "Ventilscheibe 23 usw. nicht auf den Kolben 14 wie im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt ist. Vielmehr kann der Zylinderkopf 13 und/oder die Umfangswand des Zylinders 11 nahe dem Zylinderkopf statt oder zusammen mit dem Kolben fk mit den Gaskanälen 22 usw. versehen sein.

In Fig. 5 ist die Änderung der Spannung des Sicherheitsgurtes relativ zur vom Augenblick des Zusammenstosses an gemessenen Zeit dargestellt, wobei die Kurven (i) und (il) Fälle darstellen, bei denen ein erfindungsgemässer Servomotor verwendet wird bzw. ein herkömmlicher Sicherheitsgurt ohne Spannvorrichtung benutzt wird. Der Sicherheitsgurt wird in einem Bereich (a) der Kurve (i) schnell gestrafft und widersetzt sich der Massenkraft des Fahzeuginsassen im Bereich (b), bis die Kraft F_? erreicht ist. Dann beginnt der Gasablass durch die Gaskanäle 22 und die Rückbewegung des Kolbens i4. Dies hat zur Folge, dass

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dle Spannung des Sicherheitsgurtes auf einem F_p entsprechenden ¥ert gehalten wird, wie dies im- Bereich (c) gezeigt ist, bis die Belastung durch den Fahrzeuginsassen anfängt abzunehmen.

Venn der Servomotor nicht mit Gaskanälen 22 versehen wäre, würde die Spannung auf den Sicherheitsgurt weiter über F„ hinaus ansteigen, wie dies durch eine Kurve (la) gezeigt ist.

Eine ähnlich grosse Kraft wird auch auf einen herkömmlichen Sicherheitsgurt ausgeübt, der von vornherein fest gespannt worden ist, da die Last des Fahrzeuginsassen im wesentlichen nur durch den Sicherheitsgurt selber aufgenommen wird.

Unter dem Gesichtspunkt der Energie- bzw. Stossabsorp-tionswirk-xmg eines Sicherheitsgurtsystems ist es notwendig, das Äusmass der Verschiebung im System unter Last zu berücks&htigen. Bei einem herkömmlichen Sicherheitsgurtsystea hängt die Verschiebung ausschliesslich von der Ausdehnung des Sicherheitsgurtes ab, die in der Regel in der Weise beschränkt ist, dass sie nicht 30 # der ursprünglichen Länge übersteigt. Bei einem System mit einem erfindungsgemässen Servomotor ist die Verschiebung aufgrund der zusätzlich zur Ausdehnung des Sicherheitsgurtes auftretenden Rückbewegung des Kolbens lh vergrössert. Daher ist die Menge absorbierter kinetischer Energie in diesem System, die durch das Integral der Kraft auf den Sicherheitsgurt über der Verschiebung ausgedrückt werden kann,

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trotz einer verminderten Spitzenlast auf den Sicherheitsgurt wesentlich grosser als bei herkömmlichen Systemen. Darüber hinaus wird die erhöhte Energieabsorption während eines verhältnismässig langen Zeitraumes durchgeführt, ohne dass ein starker Stoss auf den Fahrzeuginsassen ausgeübt wird.

Wie sich aus der vorstehenden ausführlichen Beschreibung ergibt, arbeitet ein erfindungsgemässer, in ein Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug eingefügter Servomotor in der Weise, dass er automatisch einen auf einem Sitz sitzenden Fahrzeuginsassen während der Anfangsphase -eines Fahrzeugzusamraenstosees auf dem Sitz hält und ihn gegen diesen drückt und dass er vatmnd der folgenden Phase wirksam die kinetische Energie der Vorwärtsbewegung des Fahrzeuginsassen absorbiert, ohne dass auf den Fahrzeuginsassen eine übermässig starke und schlagartige Kraft ausgeübt wird. Daher wird der FaTirzeuginsasse gegen Verletzungen sowohl aufgrund der sog. "Sekundärkollision" als auch aufgrund einer schlagartigen Kompressionskraft des gespannten Sicherheitsgurtes geschützt. Ein erfindungsgemässer Servomotor ist auch insofern von Vorteil, dass die Spannung und/oder der Stoss auf den Verankerungspunkt des Sicherheitsgurtes am Fahrzeugkörper vermindert werden kann, was zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit des Sicherheitsgurtsystems führt.

Ee versteht sich, dass ein erfindungsgemässer Servomotor nicht nur bei einem Sicherheitsgurtsystem, bei dem ein Hüftgurt wie in Fig. k verwendet wird, sondern auchbei einem Sicherheitsgurtsystem angewendet werden kann, das

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einen Schultergurt verwendet,

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Servomotor in einem Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug zum Spannen eines Sicherheitsgurtes während eines Zusammenstosaes des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch einen Zylinder (ii), einen an einem Ende des Zylinders an demselben befestigten Zylinderkopf (13), einen Kolben (i4), der in dem Zylinder verschiebbar ist und eine Kolbenstange (15) aufweist, die durch den Zylinderkopf vom Kolben aus nach aussen ragt und zur Verbindung mit einem Ende des Sicherheitsgurtes dient, eine vom Zylinder, dem Zylinderkopf und dem Kolben begrenzte Arbeitskammer (18), eine Einrichtung (20, kO, 50), die der Arbeitskammer im Falle eines Zusammenstosses des Fahrzeugs unter Druck stehendes Gas zuführt, und mindestens einen Gaskanal (22), der die Arbeitskammer mit der umgebenden Atmosphäre durch wenigstens ein Teil aus der Teilegruppe aus Kolben, Zylinderkopf und Umfangswand des Zylinders hindurch verbinden kann und der mit einer Ventilanordnung (23, 2k, 25) versehen ist, die so einstellbar ist, dass sie normalerweise den Gaskanal sperrt und dass sie zu-mindest einem Teil des unter Druck stehenden Gases den Austritt aus der Arbeitskammer durch den Gaskanal ermöglicht, wenn auf die Ventilanordnung eine Kraft ausgeübt wird, die grosser als ein bestimmter Wert ist.

2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (22) durch den Kolben (i4) hindurchgeht.

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Servomotor nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung eine Ventilscheibe (23), ein elastisches Glied (24), das mit einer Oberfläche der Ventilscheibe in Berührung steht, und ein Befestigungsglied (25) umfasst, das die Ventilscheibe und das elastische Glied am Kolben (24) befestigt hält, wobei das Befestigungsglied das
elastische Glied zusammendrückt, damit die Ventilscheibe den Gasdurchlass mit einer Kraft in Höhe des bestimmten
Wertes schliesst.

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