DE4323543C1 - Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern der bei einem Aufprall eines Fahrzeugs auf ein Hindernis auf einen auf einem Sitz angegurteten Fahrzeuginsassen oder auf in oder auf dem Fahrzeug befindliche Gegenstände einwirkenden Kräfte, wobei Sitz oder Gegenstände relativ zum Fahrzeug verschieblich sind, durch Vergleichen von durch Geber gemessenen Werten in einer Auswerteschaltung mit vorgegebenen Werten und in Abhängigkeit davon durch das Bewegen des Sitzes zunächst um eine gewisse Wegstrecke entgegen der Aufprallrichtung und dann in Aufprallrichtung.

Ein derartiges Verfahren ist durch eine Sicherheitseinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß der DE 23 44 689 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung wird im Falle eines Aufpralls der in ein Rückhaltesystem eingeschlossene Sitz mittels einer Betätigungsvorrichtung entgegen der Fahrtrichtung bzw. in Fahrtrichtung bewegt, wobei die Sitzverzögerung im Rahmen des menschlichen Erträglichkeitsbereichs schnell ansteigt und dann auf einem in diesem Rahmen liegenden im wesentlichen konstanten Niveau gehalten wird. Hierzu umfaßt die Einrichtung ein Regelgerät, das in Abhängigkeit von Gebern die Betätigungseinrichtung verstellt. Ein erster Geber mißt die Kollisionsintensität, weitere Geber messen die Geschwindigkeitsänderung des Sitzes und/oder des Fahrzeuges. Der erste Geber ist einer druckgesteuerten Stoßkraftaufnahme beim Aufprall zugeordnet. Der zweite Geber ist am Sitz angebracht und nimmt die Sitzverzögerung ab. Die Betätigungsvorrichtung wird durch einen druckgesteuerten Zylinder gebildet.

Dieses Verfahren und diese Vorrichtung arbeiten nur dann, wenn bereits ein Aufprall erfolgt ist, was die Zeit für die Bewegung des Sitzes stark einschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die Zeit für die Bewegung des Sitzes zu verlängern und damit einen sanfter wirkenden Aufprallschutz für Insassen aber auch für Güter anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Anwendung der Annäherungssensoren, die einen unvermeidlichen Aufprall von vorn, von hinten und auch seitlich anzeigen sollen, wird Zeit vor einem Aufprall gewonnen, die zur Änderung der Auslösekriterien der Sicherheitssysteme genutzt werden kann.

Bei einer vorzeitigen Aufprallerkennung mit vorzeitiger Aktivierung des Sicherheitssystems erhöht sich die Überlebenschance, wenn die passiven dem Zeitvorteil entsprechend ausgelegten Sicherheitssysteme aktiviert werden, wobei neben der Sitzverstellung auch das Gurtsystem mit Gurtstraffer und Gurtbanddehnung, das herkömmliche Gassack­ system (Gasgenerator und Gassack) geändert/verbessert werden könnte.

Da die einwirkende Aufprallenergie über eine längere Wegstrecke energieabsorbierend abgebaut werden kann, ergibt sich eine weitgehende Entlastung des menschlichen Körpers.

Der Zeitgewinn ermöglicht auch die Anwendung eines verbesserten Gassack-Sicherheitssystems, das körperumfassend zum Schutz bei einem Front-, Seiten- oder Heckaufprall eingesetzt werden kann.

Verschieden gestaltete Anordnungen von Gassäcken können wegen der vorzeitigen Aufprallerkennung schon viel eher mit Gasgemisch und daher relativ langsam mit niedrigerem Anfangs- und Enddruck vollständig oder auch nur teilweise entsprechend der jeweiligen vorausberechneten Unfallschwere gefüllt und auch zeitlich und volumenmäßig bestimmbar entleert werden. Auch wenn der Fahrzeuginsasse kurz vor einem Aufprallunfall gerade eine Position in Richtung Armaturenbrett einnimmt, bei der er durch die bekannte explosionsartige Entfaltung des Gaskissens schwere Verletzungen erleiden müßte, kann er durch ein derartiges sich langsamer und weicher aufbauendes System geschützt werden. Das herkömmliche explosionsartig aufgeblasene harte Luftpolster gewährleistet zudem keinen sicheren körperangepaßten Schutz.

Die Ermittlung des Verzögerungsverlaufes bei unterschiedlichen Bedingungen ist ein wichtiges Kriterium für die medizinischen Grenzwerte, es muß gesichert sein, daß der Gassack weder zu prall noch zu schwach gefüllt ist, um optimal zu schützen. Durch das frühere Auslösen ist ein langsamerer Druckaufbau möglich, der es auch erlaubt, die Schallentwicklung der herkömmlichen Gassack-Systeme deutlich zu verringern. Durch den langsameren Druckaufbau ist es auch möglich, weitere Druckgase einzusetzen.

Nachstehend werden die Grundprinzipien der Erfindung sowie die Erfindung an Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Fahrer- oder Mitfahrersitzes im Schnitt quer zur Fahrtrichtung,

Fig. 2 den Gegenstand von Fig. 1 im Schnitt entlang der Fahrtrichtung,

Fig. 3 verschiedene Funktionsphasen eines Sitzes bei
a-c einem Aufprall durch Auffahren
d-f durch fremdes Auffahren,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen PKW in schematischer Darstellung mit diversen Zusatzeinrichtungen des Sicherheitssystems,

Fig. 5 eine Ansicht eines Fahrzeugs mit einer verschieblichen Ladefläche für Gegenstände in schematischer Darstellung,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Sitzschlittens in Draufsicht,
a-c den Sitzschlitten gemäß Fig. 6 im statischen Zustand und in Bewegung entgegen der Aufprallrichtung und dann energieabsorbierend in Aufprallrichtung, jeweils im Längsschnitt.

Am Beispiel eines Fahrer- oder Mitfahrersitzes gemäß der in den Fig. 1 und 2 skizzierten Ausführungsform sei Aufbau und Funktion der vorgeschlagenen Sicherheitseinrichtung erläutert. Der jeweilige, auf Schienen 2 und 3 geführte Sitz 8 ist entsprechend der Größe des Fahrers wie üblich in seiner Entfernung vom Armaturenbrett einstellbar und generell mit einer an sich bekannten, von Aufprall-Annäherungssensoren 11 gesteuerten Auslöseeinheit 12 in Wirkverbindung gekoppelt.

Der Sitz selbst besteht aus einem mit dem Kraftfahrzeug 1 über die Schienen 2, 3 fest verbundenen Unterteil 4 sowie einem darauf in Fahrtrichtung auf Schienen 4a und 4b geführten Oberteil 5, das den Sitz trägt. Durch einen Arretierungsbolzen 7, der in eine entsprechende Ausnehmung des Oberteils 5 hineinragt, sind Ober- und Unterteil 5 bzw. 4 im Normalfall formschlüssig miteinander verbunden.

Der Arretierungsbolzen 7 kann in bekannter Weise mittels eines Elektromagneten 7a gegen die Wirkung einer Feder, eines Magneten oder mittels sonstiger Entriegelungselemente 7b nach unten gezogen werden und somit die relative Bewegung zwischen Oberteil 5 und Unterteil 4 entlang der Schienen 4a bzw. 4b, also in der bzw. entgegen der Fahrtrichtung freigeben. Für seitliche Aufprallfälle kann die erfindungsgemäße Einrichtung entsprechend modifiziert sein.

Das Oberteil 5 des Sitzes ist mit zwei Fortsätzen 5a bzw. 5b versehen, die an zwei Aktivierungselementen 6a und 6d sowie an zwei Dämpfungselementen (Energieabsorbierungselementen) 6b und 6c anliegen, die ihrerseits gegen entsprechende Fortsätze des Unterteils 4 abgestützt sind. Dabei ist entsprechend den Fig. 3a bis 3f jeweils ein Dämpfungselement 6c und ein Aktivierungselement 6a in Fahrtrichtung und ein Dämpfungselement 6b und ein Aktivierungselement 6d in Gegenrichtung ausgerichtet.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Wenn bei einem von Annäherungssensoren 11 (Fig. 4) in einer Auswerteschaltung festgestellten, nicht mehr abwendbaren Aufprall ab einer bestimmten, vorausberechneten Aufprallgeschwindigkeit die vorgegebene Verzögerung überschritten wird, löst sich sofort - von der Auslöseeinheit 12 ausgelöst - über den Elektromagneten 7a der Arretierungsbolzen. Der Sitz fährt sofort impulsartig angestoßen, eine bestimmbare Wegstrecke entgegen der Aufprallrichtung und wird bis zum Ende der Wegstrecke gedämpft abgebremst. Nach dem Aufprall (ca. 40 - 80 Millisekunden später), kurz bevor die Belastung des menschlichen Körpers am größten wird, fährt der Sitz unter Nutzung der Kollisionsenergie, gedämpft durch energieabsorbierende Elemente, eine vorgegebene Wegstrecke in Aufprallrichtung und dann gedämpft in seine Ausgangsstellung zurück. Der Sitz 8 kann auch zusätzlich zu der bei einer Kollision wirkenden Massenkraft, kurz bevor die Belastung des menschlichen Körpers am größten wird, durch das Aktivierungselement 6d, wie in Fig. 3b dargestellt, von den Schienen 4a und 4b geführt, in Fahrtrichtung A bewegt werden. Dabei wird die Bewegung durch das energieabsorbierende Dämpfungselement 6c abgebremst, bis der Sitz 8 am Anschlag seine Bewegung beendet. Anschließend erfolgt durch Entspannung des Dämpfungselementes 6c eine rückläufige Bewegung, falls noch nötig, durch einen rücklaufenden Impuls, angestoßen durch das Aktivierungselement 6a, wobei die Bewegung wiederum durch das Dämpfungselement 6b abgebremst wird und der Sitz läuft dann in seine Ausgangsstellung (Arretierungsstellung) zurück (vgl. Fig. 3a bis 3c).

Die Vorrichtung wirkt in beiden Fahrtrichtungen, also auch bei einem auffahrenden Fahrzeug (vgl. Fig. 3d bis 3f) entgegen der Fahrtrichtung A in Richtung B sowie auch bei Seitenaufprall.

Fig. 4 veranschaulicht die Anordnung entsprechender Sitze in einem Fahrzeug. Wesentlich ist auch, daß die üblichen Sicherheitsgurte 10 nicht mehr am Fahrzeugrahmen befestigt sind, sondern am jeweiligen Sitz, um die hier vorgeschlagene Ausgleichsbewegung durchführen zu können. Aus Fig. 4 ist auch die Anordnung der Aufprall-Annäherungssensoren 11 ersichtlich sowie diejenige der Auslöseeinheit 12. Zusätzlich können Gassäcke 13 angeordnet sein.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer gegen Aufprall wirkenden Sicherheitseinrichtung skizziert, die Gegenstände auf einer verschieblichen Ladefläche schützt. Die Gegenstände sind auf eine Palette 20 gestellt und dort in üblicher Weise fixiert (beispielsweise wie bei der Luftfracht im Laderaum eines Flugzeugs, im Laderaum eines LKW (-Anhängers) oder eines Eisenbahnwaggons). Diese Palette 20 ist - bei dem skizzierten Ausführungsbeispiel - mit einem über Umlenkrollen 22 bewegbaren Förderband 21 kombiniert, das in eine entsprechende Verzahnung 20a eingreift. Treten nun durch die Aufprallenergie Bewegungskräfte in Pfeilrichtung A auf bzw. durch impulsartige Aktivierung, so werden diese über die Verzahnung 20a z. B. in Form von Zahnrädern, Rollen, Ketten, Raupen, Reifen, Rädern o. ä. auf das Förderband 21 übertragen und bewegen dieses in Pfeilrichtung B, so daß sich die Kräfte und Gegenkräfte gegenseitig aufheben. Selbstverständlich sind auch in diesem Falle dämpfende und energieabsorbierende Einrichtungen 23 für beide Bewegungsrichtungen erforderlich. Dieses System läßt sich beliebig spezifizieren und ist praktisch für alle Verkehrssysteme konzipierbar.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sitzes in Draufsicht und 6a im Längsschnitt, wie er ähnlich in Fig. 3 dargestellt ist, wobei für gleichartige Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.

Das Zurückfahren des Sitzes kurz vor einer Kollision, wie es in Fig. 6b dargestellt ist, entgegen der Aufprallrichtung läuft folgendermaßen ab:

Nachdem der Arretierungsbolzen je nach Annäherungs- Aufprallgeschwindigkeit ca. 40-100 Millisekunden vorher entriegelt wurde, fährt der Sitzschlitten eine bestimmbare Wegstrecke (je nach Sitzbelegungserkennung max. 25 cm) entgegen der Aufprallrichtung und wird bis zum Ende der Wegstrecke gedämpft abgebremst. Die zur Verfügung stehende Zeit reicht von ca. 40 bis 100 Millisekunden vor dem Aufprall bis ca. 40 bis 80 Millisekunden nach dem Aufprall. Die Bewegung entgegen der Aufprallrichtung (Fig. 6b) kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch oder pyrotechnisch erzeugt werden. Eine kosten-/aufwandgünstige Lösung wäre z. B. ein mechanischer Antrieb durch eine vorgespannte Feder. Gleichzeitig sollen die Sicherheitsgurte gestrafft werden, um durch festes Anliegen am Insassen, dessen Schutz zu erhöhen.

Nach dem Aufprall des Fahrzeugs (ca. 40-80 Millisekunden später) kurz bevor die Belastung des menschlichen Körpers am größten wird, fährt der Sitz auf seinem Sitzschlitten unter Einwirkung der Kollisionsenergie, gedämpft durch energieabsorbierende Elemente, eine vorgegebene bzw. bestimmbare Wegstrecke in Aufprallrichtung (Fig. 6c).

Zweckmäßigerweise wird der Sitz zusätzlich zur unfallbedingten Massenkraft, kurz bevor die Belastung am größten wird, durch den kurzfristigen Impuls eines Antriebselementes, z. B. durch den eines entspannenden Elementes eine bestimmbare Wegstrecke mit anschließender energieabsorbierender Dämpfung in Aufprallrichtung bewegt.

Falls erforderlich, bzw. crashspezifisch möglich, fährt der Sitz gegebenenfalls gedämpft in seine Ausgangsstellung zurück.

Eine weitere - nicht dargestellte - Alternative wäre, kurz bevor die Körperbelastung am größten wird, daß zeitlich und/oder beschleunigungsindividuell in Abhängigkeit von der entsprechenden Kollisionsenergie, sich zuerst die Sitzfläche allein und erst dann die Sitzlehne mit der Sitzfläche zusammen energieabsorbierend und gedämpft in Aufprallrichtung bewegt. Das heißt, die Rückenlehne bleibt im ersten Moment in einer starren festen Position. Dadurch bekommt man nicht sofort die Krafteinwirkung auf den ganzen Körper, sondern nur abgeschwächt über die Sitzfläche. Anschließend kann auch hier wiederum eine rückläufige Bewegung des gesamten Sitzes in seine Ausgangsstellung erfolgen.

Eine andere Möglichkeit wäre, daß nicht die Sitzfläche mit der Rückenlehne bzw. die Sitzfläche vorab allein einen kurzfristigen Impuls in Aufprallrichtung bekommt, wie oben beschrieben, sondern, daß z. B. durch ein in die Rückenlehne integriertes zeitlich-örtlich eingesetzt/gesteuertes Druckauf-/-abbau Mehrkammern-Gassacksystem eine Körperentlastung ermöglicht wird.

Dies kann derart erfolgen, daß, bevor die Belastung des Körpers am größten wird (und der Oberkörper mit dem Kopf voran schon eine bestimmte Neigung in Aufprallrichtung trotz Rückhalte- und Airbagsystemen erreicht hat), ein erster (zeitlich gesteuerter) Gassackimpuls in Höhe des Gesäßes (örtlich gesteuert) mit einem zeitlich-örtlich-gesteuerten (Druckauf-/-abbau) Mehrkammern-Gassacksystem erfolgt und erst dann weitere Impulse über den ganzen Rücken und schließlich bis in den Nacken- und Kopfbereich sich ausbreitend einwirken.

Das heißt, je nachdem zu welchem Zeitpunkt an einer bestimmten Körperstelle die Belastung am größten ist, wird eine Körperentlastung mit Hilfe des gesteuerten Mehrkammer- Gassacksystems durch Aufblasen bzw. Entleeren einzelner Kammern unter Berücksichtigung des Körperschwerpunkts bewirkt.

Durch dieses System kann auch eine weitgehende Entlastung des menschlichen Körpers erfolgen, da bei dem kurzfristigen Impuls in Aufprallrichtung der Kopf mit dem Oberkörper entlastend über seinem Schwerpunkt aus dem Gefahrenbereich schwenkt.

Es besteht auch die Möglichkeit ein zusätzliches Fondinsassengassacksystem anzuwenden, das in den Rückseiten der Vordersitzrückenlehnen integriert sein kann. Dieses Gassacksystem kann nicht nur Kopf und Oberkörper schützen, sondern auch den Fußbereich und soll körperumfassend sein. Beim Zurückfahren der Vordersitze im Falle eines Aufpralls (entgegen der Aufprallrichtung) wird dieses Fondinsassengassacksystem aktiviert. Es dient zum Schutz bei einem Aufprallunfall und schützt gleichzeitig auch die Fondinsassen vor eventuellen Verletzungen, die sonst durch das Zurückfahren des Sitzes entstehen könnten. Somit wird die Absorptionsbelastung früher eingeleitet, noch bevor die gefährliche Körpervorverlagerung beginnt. Kurz bevor die Belastung des Körpers am größten ist und der Gassack noch nicht in seiner vollen Größe entfaltet ist, fährt der Vordersitz energieabsorbierend in Aufprallrichtung. Dadurch wird auch der Fondinsasse weiter entlastet. Der Abstand zur Vordersitzrückenlehne wird durch den praller werdenden Gassack ausgeglichen.

Durch die Aktivierung des Systems durch die Annäherungssensorik kann der Vordersitz noch langsamer entgegen der Aufprallrichtung und nach einer Verweildauer von 40-80 Millisekunden energieabsorbierend in Aufprallrichtung bewegt werden. Es bleibt noch mehr Zeit zu einem schonenden Aufblasen des Gassacks, mit einer daraus resultierenden Minimierung der Körperbelastung.

Claims (8)

1. Verfahren zum Verringern der bei einem Aufprall eines Fahrzeugs auf ein Hindernis auf einen auf einem Sitz angegurteten Fahrzeuginsassen oder auf in oder auf dem Fahrzeug befindliche Gegenstände einwirkenden Kräfte, wobei Sitze oder Gegenstände relativ zum Fahrzeug verschieblich sind, durch Vergleichen von durch Geber gemessenen Werten in einer Auswerteschaltung mit vorgegebenen Werten und in Abhängigkeit davon durch das Bewegen des Sitzes zunächst um eine gewisse Wegstrecke entgegen der Aufprallrichtung und dann in Aufprallrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Annähern eines Hindernis durch als Geber dienende Annäherungssensoren erfaßt und ausgewertet wird, und nur dann, wenn ein Aufprall als unvermeidlich erkannt wird, der Sitz bzw. Gegenstand entgegen der Aufprallrichtung beschleunigt und am Ende der Wegstrecke gedämpft abgebremst wird und daß nach dem erfolgten Aufprall, jedoch bevor die auf die Personen bzw. auf die auf einer verschieblichen Ladefläche befestigten Gegenstände einwirkende Kraft am größten ist, der Sitz bzw. die Ladefläche in Aufprallrichtung bewegt und am Ende des Weges gedämpft abgebremst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung bzw. Bewegung des Sitzes bzw. der Ladefläche mittels einer Abtriebsvorrichtung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Auslösen der Bewegung des Sitzes in und/oder entgegen der Aufprallrichtung ein den hinteren und/oder vorderen Sitzen zugeordnetes Gassacksystem aktiviert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor oder im Moment der Bewegungsumkehr des Sitzes mindestens ein Gassack aktiviert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gassack in der Rückenlehne des Vordersitzes im Beckenbereich aktiviert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gassack aus mehreren Kammern besteht, die unabhängig voneinander aufgeblasen werden können.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegen und Dämpfen des Sitzes hydraulisch, pneumatisch, mechanisch, pyrotechnisch oder elektrisch erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz unter einem Winkel zur Längserstreckung des Fahrzeugs oder entlang einer Kurvenbahn bewegt wird.