DE4415467C1 - Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Fahr­ zeuge, insbesondere für Kraftwagen, der im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen Art.

Eine derartige Sicherheitseinrichtung ist z. B. der DE 23 44 689 A1 bereits als bekannt zu entnehmen, wobei eine extrem schnelle Rückverschiebung des Fahrzeugsitzes bei einem Frontalaufprall des Kraftwagens vorgesehen ist, bevor der Sitz unter der Auf­ prallbeschleunigung sowie unter Dämpfung durch ein Dämpfungsele­ ment nach vorn schnellt. Als Rückhaltesystem für den Insassen ist dabei ein Dreipunktgurt vorgesehen, dessen drei Veranke­ rungspunkte am Fahrzeugsitz angeordnet sind.

Das vorgesehene Rückhaltesystem ist jedoch nicht ohne weiteres in der Lage, eine zuverlässige Bewegungskoppelung von Fahrzeug­ sitz und darauf angegurtetem Insassen zu erreichen.

Die an sich sinnvolle Entkoppelung der Insassenbeschleunigung bzw. -verzögerung vom Deformationsablauf des Fahrzeugs bei einem Aufprallunfall kann hierdurch erheblich beeinträchtigt oder auch vollständig aufgehoben sein.

Ferner ist aus der DE 21 39 970 B2 ein Kraftfahrzeugsitz mit ei­ nem Sicherheitsgurtsystem bekannt, bei dem infolge eines Auf­ pralls des Fahrzeugs gegen die Kraft von Dämpfungselementen eine Vorklappbewegung der Sitzlehne gegenüber dem unbeweglich gehal­ tenen Sitzkissen erfolgt. Durch Festlegung der Enden des Becken­ gurtes an einem überstehenden Hebelarm der Sitzlehne geht mit deren Vorklappbewegung gleichzeitig eine Straffung des Vier­ punktgurtes einher. Eine Verlagerung des Kraftfahrzeugsitzes insgesamt ist nicht vorgesehen. Durch die Vorverlagerung der Sitzlehne gegenüber dem Sitzkissen wird zudem die Gefahr vergrö­ ßert, daß der angegurtete Insasse mit Kopf oder Brust auf einer gegenüberliegenden Fläche aufschlägt. Daher wird bei heutigen Sicherheitskonzepten angestrebt, beim Aufprall des Fahrzeugs ei­ ne feste Winkelposition zwischen Sitzkissen und Sitzlehne beizu­ behalten.

Des weiteren ist aus der US 29 59 446 eine Sicherheitseinrich­ tung für Fahrzeuge bekannt, bei der eine Sitze tragende Boden­ platte eines Kraftwagens längsverschiebbar in einem Rahmen gela­ gert ist, wobei ihre Endseiten jeweils über hydraulische Dämp­ fungsglieder an gegenüberliegenden Querträgern des Rahmens abge­ stützt sind. Die Bodenplatte samt Sitzen ist somit bei einem Frontal- oder Heckaufprall energieabsorbierend verschiebbar. Ein Rückhaltesystem für die Insassen ist nicht vorgesehen, so daß allenfalls beim Heckaufprall durch die Sicherheitseinrichtung eine gewisse Stützwirkung für die Insassen zu erwarten ist.

Aus der US 2,900,036 schließlich ist ein Sicherheitssitz für Kraftwagen bekannt, der längsverschiebbar im Kraftwagen angeord­ net und mit einem im Kraftwagenbug verschiebbar gelagerten Mo­ torblock bewegungsgekoppelt ist. Beim Frontalaufprall des Kraft­ wagens soll die Rückverschiebung des Motorblocks genutzt werden, um gleichzeitig eine entsprechende Rückverschiebung des zugehö­ rigen Fahrersitzes herbeizuführen. Die längsverschiebbare Ge­ samtanordnung wird jedoch beim Frontalaufprall infolge der Mas­ senträgheit zunächst nach vorn beschleunigt werden, bevor die Rückverschiebung einsetzt. Aus der Summe der Beschleunigungs­ kräfte in entgegengesetzten Richtungen ergibt sich die insgesamt auf den Insassen wirkende Beschleunigungskraft, die zumindest bei einem Aufprall mit höherer Geschwindigkeit die Erträglich­ keitsgrenzen überschreiten dürfte. Auch wäre das vorgesehene Gurtsystem kaum in der Lage, eine zuverlässige Bewegungskoppe­ lung von Fahrzeugsitz und darauf angegurtetem Insassen sicherzu­ stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsein­ richtung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit hinreichender Sicherheit bei einem Aufprallunfall des Fahrzeugs eine Entkoppelung der Insassenbeschleunigung bzw. -verzögerung von den durch den Deformationsablauf des Fahrzeugs vorgegebenen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerten möglich wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.

Bei Dreipunktgurten üblicher Bauart ist an einem Verankerungs­ punkt ein Gurtstrammer vorgesehen, der z. B. den Schultergurtab­ schnitt und mittelbar über die Gurtumlenkung auch den Becken­ gurtabschnitt wirksam strafft. Diese Straffungswirkung reicht jedoch nur bei einem stationär angeordneten Fahrzeugsitz aus, um den angegurteten Insassen wirkungsvoll zurückzuhalten.

Um die Umlenkreibung des Gurtbandes zu überspielen bzw. masse- und verträglichkeitsangepaßte Straffungskräfte unterschiedlicher Größe auf Beckengurtabschnitt und Schultergurtabschnitt wirken zu lassen, sind vorzugsweise zwei Gurtstrammer vorgesehen, deren Strammkraft jeweils auf den zugeordneten Gurtabschnitt abge­ stimmt ist.

Um beim Straffungsvorgang insbesondere des Beckengurtabschnitts ein gleichmäßiges Anziehen zu ermöglichen, sind vorzugsweise am verankerten Ende sowie am gurtschloßseitigen Ende des Becken­ gurtabschnittes ein Gurtstrammer vorgesehen.

Bei entsprechender Auslegung der Gurtstrammer auf die gerade noch verletzungsfreie Beaufschlagung der Körperpartien des In­ sassen durch Beckengurt bzw. Schultergurt ist es zweckmäßig, ei­ ne punktgenau ansprechende Überlastanordnung vorzusehen, die aus einem oder mehreren Gurtkraftbegrenzern bekannter Art bestehen kann.

Insbesondere bei einem gegen die Aufprallrichtung rückverlager­ baren Fahrzeugsitz können die Antriebskräfte besonders klein ge­ halten werden, wenn ein Leichtbausitz mit integriertem Gurtsy­ stem eingesetzt wird, der als sogenannter Integralsitz vorbe­ kannt ist. Die Entkoppelungsproblematik vom angegurteten Insas­ sen zum ihn aufnehmenden Fahrzeugsitz wird dabei jedoch durch die unterschiedliche Massenträgheit von Fahrzeugsitz und Insas­ sen verschärft.

Aus Platzgründen wird der Rückverlagerungsweg zweckmäßig relativ kurz bemessen sein. Da die Rückverlagerung in einem sehr kurzen Zeitraum erfolgen muß (ca. 25 Millisekunden), kann zudem ein überschreiten der Erträglichkeitsgrenze des Insassen durch die starke Rückbeschleunigung verhindert werden.

Um diese schnelle Rückverlagerung zu ermöglichen, wird zweckmä­ ßig ein pyrotechnischer Treibsatz als Arbeitsmedium vorgesehen. Treibsätze mit ausreichender Abbrandgeschwindigkeit sind von Airbags oder Gurtstrammern von Serienfahrzeugen bekannt, jedoch muß eine Anpassung der Treibladung an die insgesamt zu bewegende Masse erfolgen.

Vorteilhaft wird der Vorverlagerungsweg in Aufprallrichtung län­ ger bemessen als der Rückverlagerungsweg des Fahrzeugsitzes, da hierdurch eine längere Entkoppelungszeit der Einheit Fahrzeug­ sitz/Insasse vom Aufbau des Fahrzeugs gegeben ist. Bei üblichen Platzverhältnissen vor dem Fahrzeugsitz in seiner Ausgangsstel­ lung sollte hier zusätzlich ein Airbag vorgesehen sein, um ein "weiches" Abfangen von Kopf und Brustbereich des Insassen si­ cherzustellen.

Um eine Dämpfung bei der Vorverlagerung des Fahrzeugsitzes zu erreichen, wird zweckmäßig im Dämpfungselement vorgesehen, das der Vorverlagerung des Fahrzeugsitzes zumindest über einen Teil des Weges entgegengewirkt. Hierdurch wird ein weiches Abbremsen der Einheit Fahrzeugsitz/Insasse während der Vorwärtsbewegung ermöglicht.

Prinzipiell wäre es auch denkbar, die Rückverlagerung des Fahr­ zeugsitzes bereits einzuleiten oder durchzuführen, bevor das Un­ fallereignis bzw. der Aufprall stattfindet. Hierzu könnte eine Näherungssensorik bekannter Art vorgesehen sein, ähnlich wie sie z. B. in der DE-OS 35 07 381 offenbart ist. Das Risiko von Fehl­ auslösungen könnte dabei durch Signalverarbeitung einer größeren Zahl von Parametern sehr stark reduziert werden, um die voraus­ sichtliche Unvermeidbarkeit eines Aufprallunfalles zu bestimmen. Der momentane Fahrzustand des Fahrzeugs könnte dabei durch in­ terne Sensoren z. B. hinsichtlich Geschwindigkeit, Bremsverzöge­ rung, Radhaftung, Fahrstabilität oder dgl. erfaßt und in einer Rechnereinheit z. B. einem Mikroprozessor mit den Signalen exter­ ner Sensoren, wie einem Abstandsradar, einem Witterungssensor oder dgl. vergleichend verarbeitet werden, um zu einer relativ sicheren Entscheidung zu gelangen.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand ei­ ner zeichnerischen Darstellung näher erläutert.

In der Darstellung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftwagens mit ei­ ner Sitzanordnung, und

Fig. 2 die Draufsicht auf die Sitzanordnung des Kraftwagens nach Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Karosserie 1 eines Kraftwagens mit sehr geringer Baulänge in Einvolumenform mit einer besonders ge­ staltfesten Fahrgastzelle 2. Die Fahrgastzelle 2 begrenzt einen Innenraum, in dem zwei Fahrzeugsitze 3 und 4 angeordnet sind. Der als Beifahrersitz angeordnete Sitz 4 ist dabei in Fahrzeug­ längsrichtung gesehen gegenüber dem als Fahrersitz angeordneten Sitz 3 nach hinten versetzt angeordnet, wodurch er einen erheb­ lichen Abstand zur Armaturentafel 5 aufweist. Demgegenüber ist der Sitz 3 in einem üblichen Bedienabstand hinter einem Lenkrad 6 angeordnet, in dessen Lenkradschüssel hinter einer aufreißba­ ren Verkleidung ein zusammengefalteter Gassack 7 angeordnet ist. Dabei wird das Lenkrad 6 von einer Sicherheitslenksäule 8 gehal­ ten, die bei Aufprallbeanspruchung des Lenkrades 6 zumindest in Axialrichtung unter Energieabsorption verkürzbar ist.

Beide Sitze 3 und 4 sind auf einem zugeordneten Podest 9 erhaben angebracht, das über eine nicht gezeigte Sitzschienenanordnung am Boden der Fahrgastzelle 2 befestigt ist. Diese Sitzschienen­ anordnung ermöglicht nach Entriegelung eine übliche Längsver­ stellung der Sitze 3 bzw. 4, wobei das zugehörige Podest 9 mit­ verschoben wird.

Aufgrund der kompakten Bauweise der Karosserie 1 in Verbindung mit den extrem kurzen Achsüberhängen weist das Fahrzeug nur eine äußert kurze vordere Knautschzone auf. Bei einem Frontalaufprall der Karosserie 1 auf ein Hindernis ergibt sich somit trotz stoß­ absorbierender Verformung der Knautschzone ein verhältnismäßig harter Aufprall mit entsprechend steiler Verzögerungs-Kennlinie während des Verformungsablaufs. In Abhängigkeit von der Auf­ prallgeschwindigkeit und aufgrund der Steifigkeit der Fahrgast­ zelle 2 kann es zudem nach dem Prinzip eines elastischen Stoßes zu einem verstärkten Fahrzeugrückprall kommen.

Um bei einem solchen Frontalaufprall einen bestmöglichen Insas­ senschutz vor Verletzungen zu erreichen, sind die Fahrzeugsitze 3 und 4 in einer ersten Aufprallphase oder vorher zunächst um einen durch Pfeile angedeuteten Weg S₁ nach hinten verlagerbar, bevor sie unter der Wirkung der Aufprallverzögerung um einen Weg S₂ nach vorn verlagert werden. Der Weg S₁ weist dabei eine Länge von 100 mm und der Weg S₂ eine Länge von 150 mm auf.

Die Verlagerbarkeit wird hier durch eine horizontale Verschieb­ barkeit der Sitze 3 und 4 gegenüber ihrem Podest 9 erreicht, wo­ zu eine Sitzschienenanordnung vorgesehen ist. Diese Anordnung umfaßt jeweils zwei zueinander parallele Sitzschienen 10 die an der Unterseite des zugeordneten Sitzes 3 bzw. 4 befestigt sind. In einen seitlichen Hohlquerschnitt der Sitzschienen 10 greifen Gleitsteine 11, Gleitbolzen oder Rollen ein, die seitlich aus­ kragend von der Oberseite ihres Podestes 9 abstehen.

In ihrer dargestellten Ausgangsstellung gehalten sind die Sitze 3 und 4 jeweils von einem beim Sitz 3 angedeuteten Antriebszy­ linder 12, der mittig zwischen den Sitzschienen 10 verlaufend angeordnet ist. Das Stangenende des Antriebszylinders 12 ist da­ bei an einer Konsole des Podestes 9 und das Zylinderende über einen Querbolzen am Sitz 3 angelenkt. Die gezeigte Schiebeposi­ tion der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder ist dabei durch ei­ ne nicht gezeigte Abschersicherung fixiert. In einem Brennraum des Antriebszylinders 12 ist ein pyrotechnischer Treibsatz be­ kannter Art angeordnet, durch dessen Abbrand zunächst die Ab­ schersicherung gesprengt wird, bevor das expandierende Treibgas die Kolbenstange ausschiebt, wodurch sich die Länge des An­ triebszylinders 12 um S₁ vergrößert. Dieser gesamte Vorgang läuft ca. innerhalb von 25 Millisekunden ab. Damit der Fahrzeug­ sitz 3 bzw. 4 in seiner zurückverschobenen Endlage nicht zu hart aufläuft, können Dämpfungsmittel wie Gummipuffer oder dgl. vor­ gesehen sein.

Beide Sitze 3 und 4 sind ferner über eine Zugmittelanordnung mit der Karosserie 1 verbunden, die stets straff gehalten ist, so­ lange der Antriebszylinder 12 fixiert bleibt. Hierzu umfaßt die Zugmittelanordnung jeweils mittig in einem Abstand hinter dem zugeordneten Sitz 3 bzw. 4 einen Aufroller 13, dessen Gehäuse ka­ rosserieseitig verankert ist. Der Aufroller 13 ist über ein selbsttätig vom Aufroller 13 aufwickelbares Drahtseil 14 sowie in plastisch deformierbares Dämpfungsglied 15 mit dem zugeordne­ ten Sitz 3 bzw. 4 verbunden. Dieser Aufroller 13 ist mit einer federbelasteten Seiltrommel versehen und arbeitet nach dem Prin­ zip bekannter Gurtaufroller. Dadurch bleibt die Längsverstellung der Sitze 3 bzw. 4 trotz der Anbindung an die Karosserie 1 mög­ lich.

Um zu erreichen, daß die nur auf Sitz 4 angedeuteten Insassen 16 weitgehend synchron an der Verschiebebewegung ihres Sitzes 4 bzw. 3 teilnehmen, sind die Sitze 4 und 3 als Integralsitze in Leichtbauweise ausgebildet, die samt integriertem Gurtsystem nur ein Gewicht von ca. 50 kg aufweisen. Das Gurtsystem ist dabei im wesentlichen in einem länglichen Gehäuse 17 angeordnet, das sich seitlich neben der Sitzlehne bis etwa auf die halbe Höhe der Kopfstütze und seitlich neben einem hinteren Bereich des Sitz­ kissens erstreckt.

Als Gurt ist ein an sich bekannter Automatik-Dreipunktgurt 18 vorgesehen, der ein durchlaufendes Gurtband aufweist und an al­ len drei Befestigungspunkten am zugeordneten Sitz 3 bzw. 4 ver­ ankert bzw. verankerbar ist. Am oberen Gurtbefestigungspunkt ist in bekannter Weise ein Gurtaufroller vorgesehen, der im Kopf des Gehäuses 17 versenkt ist. Ferner ist im Gehäuse 17 ein Gurt­ strammer 19 angeordnet, der in bekannter Weise durch Zünden ei­ nes pyrotechnischen Treibsatzes ein Straffziehen des angelegten Schultergurtabschnittes 18 bewirkt. Zusätzlich sind auch an den beiden anderen Verankerungspunkten des Dreipunktgurtes 18 seit­ lich neben dem Sitzkissen in einem zugeordneten Gehäuse jeweils ein Gurtstrammer 20 bzw. 21 untergebracht. Bei Auslösung der Gurtstrammer 20 und 21, die parallel zum Gurtstrammer 19 und nach dem gleichen Funktionsprinzip arbeiten, wird vom Gurtstram­ mer 20 der Umlenkbeschlag nach unten gezogen, während vom Gurt­ strammer 21 das Gurtschloß nach unten gezogen wird, in dem die Gurtzunge am Ende des Beckengurtabschnittes 18b verriegelt ist. Die Strammkräfte des Gurtstrammers 21 sind dabei so ausgelegt, daß ein gleichmäßiger Vorschub entsprechend dem Gurtstrammvor­ schub der Gurtstrammer 19 und 20 erfolgt, wodurch Relativreibun­ gen zwischen dem Körper des Insassen 16 und Schultergurtab­ schnitt 18a sowie Beckengurtabschnitt 18b während des Stram­ mungsvorgangs weitestgehend verhindert werden. Zudem wird in vorteilhafter Weise die Umschlingungsreibung am Umlenkheschlag überspielt, die bei einem Gurt mit nur einem Gurtstraffer eine Verteilung der Gurtbandkräfte auf Schultergurtabschnitt und Beckengurtabschnitt verhindert.

Da der Insasse 16 durch die Gurtstrammeranordnung mit Oberkörper und Beckenbereich bis an seine physische Belastungsgrenze in den zugeordneten Sitz 3 bzw. 4 hineingedrückt werden soll, ist es zweckmäßig, Maßnahmen zur Gurtkraftbegrenzung vorzusehen. Dies gilt insbesondere für Gurtstraffer, deren Arbeitsmittel ein py­ rotechnischer Treibsatz mit temperaturabhängiger Abbrandge­ schwindigkeit ist.

Im einfachsten Fall sind zur Gurtkraftbegrenzung mehrere Reiß­ nähte in den Gurtbandabschnitten 18a und 18b vorgesehen, die bei überlast eine begrenzte Nachgiebigkeit des Gurtbandes ermögli­ chen. Alternativ wäre es jedoch auch denkbar, an jedem Veranke­ rungspunkt ein unter einer Grenzkraft mit konstanter Kraft län­ gendehnbares Überlastglied vorzusehen.

Beim Nachvornbeschleunigen der Sitze 3 und 4 um den Weg S₂ soll der Sitz 3 und 4 mit angegurtetem Insassen 16 von dem Deformati­ onsverlauf der Knautschzone bzw. deren Verzögerungswirkung ent­ koppelt, möglichst weich abgebremst werden. Hierzu sind Aufrol­ ler 13, Dämpfungsglied 15 und Drahtseildehnung so aufeinander abgestimmt, daß eine erste Dämpfung durch Dehnung des Drahtseils 14 nach Straffung desselben etwa nach dem halben Vorschub der Einheit aus Sitz 3 bzw. 4 und Insassen 16 abgeschlossen sind. Danach erfolgt die zweite Hälfte des Vorverlagerungsweges S₂ un­ ter Verlängerung des Dämpfungsgliedes 15, das bis zur vorderen Endlage des zugeordneten Fahrzeugsitzes 3 bzw. 4 wirksam bleibt.

Die stärkere Vorverlagerung der Sitze 3 und 4 gegenüber ihrer Rückverlagerung wirkt sich nicht negativ auf das Verletzungsri­ siko der Insassen aus, da vor dem Sitz 4 ein ausreichender Frei­ raum bis zur Armaturentafel 5 vorhanden ist, und da zum Zeit­ punkt des die Ausgangsstellung des Sitzes 3 überschreitenden Vorschubs der Gassack 7 aufgeblasen ist, der den Oberkörper bzw. Kopf des daraufsitzenden Insassen "weich" auffängt und somit Verletzungen verhindert. Durch die steife Auslegung der Fahr­ gastzelle 2 sind zudem im Fußraum keine Intrusionen zu erwarten.

Claims (9)

1. Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraft­ wagen, mit einem Fahrzeugsitz, der relativ zum Aufbau verlager­ bar angeordnet ist und bei einem Aufprall des Fahrzeugs gegen die Aufprallrichtung und/oder in Aufprallrichtung zwangsbewegt ist, und mit einem Rückhaltesystem, das einen am Fahrzeugsitz verankerten Mehrpunktgurt umfaßt, der einen Beckengurtabschnitt und mindestens einen Schultergurtabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückhaltesystem eine Gurtstrammeranordnung umfaßt, durch deren Wirkung bei schneller Verlagerung des Fahrzeugsitzes (3 bzw. 4) eine im wesentlichen synchrone Mitnahme des angegurteten Insassen (16) sichergestellt ist.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtstrammeranordnung aus mindestens zwei Gurtstrammern (19 und 21) besteht, wobei einer der Gurtstrammer (19) zur Straffung des Schultergurtabschnitts (18a) und einer der Gurt­ strammer (21) zur Straffung des Beckengurtabschnittes (18b) vor­ gesehen sind.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Verankerungspunkt des Mehrpunktgurtes (Dreipunktgurtes 18) ein Gurtstrammer (19, 20 bzw. 21) angeord­ net ist.

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Straffungskräfte der Gurtstrammer (19, 20 bzw. 21) durch eine Überlastanordnung begrenzt sind.

5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugsitz (3 bzw. 4) ein Integralsitz ist, dessen Masse deutlich geringer ist als die eines normalgewichtigen In­ sassen (16).

6. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugsitz (3 bzw. 4) zunächst durch einen motorischen Antrieb rückverlagerbar ist, bevor er durch die Aufprallbe­ schleunigung vorverlagerbar ist.

7. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückverlagerungsweg des Fahrzeugsitzes (3 bzw. 4) we­ sentlich geringer ist als der anschließende Vorverlagerungsweg.

8. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugsitz (3 bzw. 4) zumindest über einen Teil seines Verlagerungsweges in Aufprallrichtung gegen ein Dämpfungselement arbeitet.

9. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel des motorischen Antriebs ein pyrotechni­ scher Treibsatz ist.