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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Insassenschutzvorrichtung, und insbesondere auf eine
Insassenschutzvorrichtung, die fähig
ist, die Verzögerung
zu reduzieren, die auf einen Insassen ausgeübt wird, wenn eine Fahrzeugkollision
stattfindet.
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Um die Wirkung des Insassenschutzes
bei einer Kollision zu verbessern, wurden vor kurzem verschiedene
Fahrzeugkarosseriestrukturen vorgeschlagen, bei denen ein Verformungsmodus
der übrigen
Abschnitte der Fahrzeugkarosserie außer dem Fahrgastraumabschnitt
der Fahrzeugkarosserie bei einer Kollision geeignet festgelegt ist,
um somit zu ermöglichen,
nicht nur die Verzögerung
des Fahrgastraumabschnitts der Fahrzeugkarosserie zu reduzieren,
sondern auch zu verhindern, dass die Verformung der übrigen Abschnitte
der Fahrzeugkarosserie sich auf dem Fahrgastraumabschnitt der Fahrzeugkarosserie
ausweitet (siehe ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei.7-101354).
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Andererseits kann die Verzögerung des
Insassen, der durch einen Sitzgurt auf einem Sitz zurückgehalten
wird, zuerst zu dem Zeitpunkt starten, zu dem eine nach vorne gerichtete
Trägheitskraft,
die auf den Insassen bei der Kollision einwirkt, vom Sitzgurt aufgenommen
wird. Da hierbei die Federwirkung des Sitzgurtes nicht beseitigt
werden kann, bewirkt die Trägheitskraft,
dass der Insasse nach vorne bewegt wird, wobei die Verzögerung des
Insassen ihren Spitzenwert zu dem Zeitpunkt erreicht, zu dem die Dehnung
des Sitzgurtes ihre Grenze erreicht. Es wird allgemein angenommen,
dass der Spitzenwert der Insassenverzögerung zunimmt, wenn das Bewegungsmaß des Insassen
aufgrund der Trägheitskraft zunimmt,
wobei normalerweise der Spitzenwert der Insassenverzögerung höher wird
als die mittlere Verzögerung
des Fahrgastraumabschnitts der Fahrzeugkarosserie. Um somit eine
Einwirkung zu reduzieren, die auf den Insassen aufgrund der Kollision ausgeübt wird,
muss die Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie so angepasst werden, dass ein Nacheilen in
der Anfangszeit der Insassenverzögerung
bezüglich
der Fahrzeugkarosserieverzögerung
minimiert werden kann.
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Es ist jedoch im wesentlichen unmöglich, den
Insassen mit der Fahrzeugkarosserie als eine integrale Einheit zu
verbinden, wobei es insbesondere im Fall eines kompakten Fahrzeugs,
bei dem es schwierig ist, einen ausreichenden Stoß in den übrigen Abschnitten
der Fahrzeugkarosserie außer
ihrem Fahrgastraumabschnitt sicherzustellen, schwierig ist, die
Insassenverzögerung
weiter zu reduzieren, in dem einfach ein herkömmliches Insassenschutzverfahren
verwendet wird, in welchem die Verzögerung des Fahrgastraumabschnitts
bei einer Kollision durch Festlegen des Verformungsmodus der Fahrzeugkarosserie
in geeigneter Weise reduziert wird.
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Eine Insassenschutzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist bekannt aus
US 5518271 A . Bei dieser Vorrichtung kann
ein Sitz aus seiner festen Position durch die Wirkung einer Trägheitsmasse
während
einer Kollision gelöst
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung zielt auf
die Beseitigung der Nachteile, die in den obenerwähnten herkömmlichen
Insassenschutzvorrichtungen zu finden sind, und auf eine Verbesserung
derselben. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Insassenschutzvorrichtung
zu schaffen, die nicht nur die Größe der Fahrzeugkarosserie reduzieren
kann, sondern auch die Verzögerung
des Insassen in einer weiter verbesserten Weise reduzieren kann.
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Beim Lösen der obigen Aufgabe gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Insassenschutzvorrichtung geschaffen, die umfasst:
einen oder mehrere Sitze (1) die jeweils auf einer Fahrzeugkarosserie
unterstützt
sind, so dass sie längs
der Richtung einer Kraft, die auf die Fahrzeugkarosserie im Fall
einer Fahrzeugkollision einwirkt, beweglich sind, wobei jeder Sitz
einen Sitzgurt (3) zum Zurückhalten eines auf dem Sitz
(1) sitzenden Insassen (2) enthält; ein Trägheitsmassenelement
(in der dargestellten Ausführungsform
eine Batterie 5), das auf der Fahrzeugkarosserie unterstützt ist,
so dass es dann, wenn die Fahrzeugkarosserie bei der Kollision plötzlich stoppt, sich
weiterhin in Vorrückrichtung
des Fahrzeugs bewegt, in der das Fahrzeug bis zum Zeitpunkt unmittelbar
vor dem Stattfinden der Kollision vorgerückt ist; und einen beiderseitigen
Umkehrmechanismus (in der dargestellten Ausführungsform zwei parallele Verbindungselemente 6),
um den Sitz und das Trägheitsmassenelement
derart miteinander zu verbinden, dass sie den Sitz in die Richtung
entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Trägheitsmassenelements bei der
Kollision bewegen können.
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Gemäß der vorliegenden Insassenschutzvorrichtung
wird z. B., sobald ein vorwärtsfahrendes Fahrzeug
frontal mit einem Gegenstand auf der Straße kollidiert, eine rückwärtsgerichtete
Beschleunigung auf den Sitz ausgeübt, so dass im Sitz eine höhere Verzögerung als
die Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie erzeugt wird. Die Rückhaltekraft des Sitzgurtes
zum Zurückhalten
der Vorwärtsbewegung
des Insassen kann somit verbessert werden.
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Insbesondere kann die vorliegende
Insassenschutzvorrichtung ferner einen Krafterzeugungsmechanismus
(in der dargestellten Ausführungsform einen
Anschlag 7) enthalten, um eine vorwärtsgerichtete Kraft auf dem
Sitz auszuüben,
nach die obenerwähnte
rückwärtsgerichtete
Beschleunigung ausgeübt
worden ist. Das heißt,
nach Auftreten der Kollision kann in dem Fall, in dem eine vorwärtsgerichtete Kraft
auf dem Sitz mit einer geeigneten Zeitverzögerung bezüglich der rückwärtsgerichteten Beschleunigung
ausgeübt
wird, eine vorwärtsgerichtete
Trägheitskraft,
die auf den Insassen bei der Kollision einwirkt, sofort konstant
gemacht werden, so dass die Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie und die Verzögerung des Sitzes und des Insassen
in der frühen Phase
der Kollision einander angeglichen werden können.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer Fahrzeugkarosse rie,
auf die die erste Ausführungsform
einer Insassenschutzvorrichtung gemäß der Erfindung angewendet
wird;
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2 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Prozesses in der ersten Ausführungsform, wenn die Kollision
stattfindet;
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3 ist
eine graphische Darstellung der Verzögerungswellenform, die erhalten
wird, wenn die Kollision stattfindet; und
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4 ist ähnlich der 1 eine schematische perspektivische
Ansicht einer Fahrzeugkarosserie, auf die eine zweite Ausführungsform
einer Insassenschutzvorrichtung gemäß der Erfindung angewendet
wird.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es folgt eine genaue Beschreibung
der Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen einer Insassenschutzvorrichtung
gemäß der Erfindung,
die in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt ist.
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1 zeigt
eine schematische Struktur eines Fahrzeugs, auf die eine erste Ausführungsform einer
Insassenschutzvorrichtung gemäß der Erfindung
angewendet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sitzgurt 3 mit
dem Sitz 1 verbunden, um die Bewegung eines Insassen 2 bezüglich eines Sitzes 1 einzuschränken. Ferner
ist der Sitz 1 auf einem Boden 4, der einen Teil
des Fahrgastraumabschnitts einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs
bildet, über
einen Führungsmechanismus
G1, wie z. B. eine Sitzgleitschiene, montiert, derart, dass er über eine
gewisse Strecke längs
der Vorrückrichtung
des Fahrzeugs bezüglich
des Bodens 4 bewegt werden kann.
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Unterhalb des Sitzes 1 ist
eine Batterie 5, die als ein Trägheitsmassenelement dient, über einen Führungsmechanismus
G2, wie z. B. eine Sitzgleitschiene, angeordnet, derart, dass sie über eine
gewisse Strecke längs
der Vorrückrichtung
des Fahrzeugs bezüglich
des Bodens 4 bewegt werden kann.
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Der Sitz 1 und die Batterie 5 sind über zwei parallele
Verbindungselemente 6 miteinander verbunden, deren jeweilige
Mittelabschnitte auf einem Element, das integral mit dem Boden 4 ausgebildet ist,
drehbar unterstützt
sind. Aufgrund der Wirkungen der parallelen Verbindungselemente 6 können sich der
Sitz 1 und die Batterie 5 in zueinander entgegengesetzten
Richtungen bewegen; d. h. in dem Fall, in dem sich einer von ihnen
nach vorne bewegt, bewegt sich der andere nach hinten.
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Ferner ist wenigstens der Sitz 1 und/oder
die Batterie 5 über
einen (nicht gezeigten) Auslösemechanismus
mit dem Boden 4 verbunden, der entsprechend der Verzögerung betätigt werden
kann, derart, dass im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs der Sitz 1 und
die Batterie 5 als eine integrale Einheit mit dem Boden 4 verbunden
sein können,
und nur dann, wenn eine Verzögerung
mit einem gegebenen Wert oder höher
ausgeübt
wird, diese bezüglich
des Bodens 4 bewegt werden können.
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Auf einem Schutzabschnitt 8,
der aus einem starren Körper
gefertigt ist und integral mit dem Boden 4 ausgebildet
ist, speziell an einer Position desselben, der der hinteren Oberfläche des
Sitzes 1 gegenüberliegt,
ist ein Anschlag 7 angeordnet, der verwendet wird, um die
Rückwärtsbewegung
des Sitzes 1 zu begrenzen. Dieser Anschlag 7 kann
vorzugsweise aus einem Wabenstrukturelement gebildet sein, das aus
einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, so dass er während seiner
plastischen Verformung eine vorgegebene Beanspruchung erzeugen kann.
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Es folgt eine Beschreibung der Operation
der Insassenschutzvorrichtung der Erfindung mit Bezug auf die 2 und 3 unter der Annahme eines Falles, in
welchem ein Fahrzeug frontal mit einem Gegenstand auf der Straße kollidiert.
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Zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die
Kollision stattfindet, beginnt sich ein vorderes Seitenelement 9,
das integral mit dem Boden 4 ausgebildet ist und sich vom
Boden 4 nach vorne erstreckt, zu knicken und zu verformen,
aufgrund einer Stoßbelastung,
die auf den vorderen Stoßfängerbalken 10 ausgeübt wird.
Zu diesem Zeitpunkt setzt der Boden 4 seine Vorwärtsbewegung
fort, der, während
er die Verzögerung
aufgrund einer im vorderen Seitenelement 11 erzeugten Verformungsbeanspruchung
aufnimmt, veranlasst wird, sich aufgrund der plastischen Verformung
des vorderen Seitenelements 9 zu kontrahieren.
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Andererseits wird der Auslösemechanismus aufgrund
der übermäßigen Verzögerung,
die durch die Kollision hervorgerufen wird, beseitigt, so dass die
Verriegelung des Sitzes und der Batterie 5 am Boden 4 beseitigt
wird. Folglich setzen der Sitz 1 und die Batterie 5 eine
Vorwärtsbewegung
aufgrund ihrer jeweiligen Trägheitskräfte fort;
da jedoch die Trägheitsmasse
der Batterie 5 ausreichend groß bezüglich des Sitzes 1 festgelegt
ist, und da ferner der Sitz 1 und die Batterie 5 mittels
der zwei parallelen Verbindungselemente 6 miteinander verbunden
sind, bewegt sich die Batterie 5 bezüglich des Bodens 4,
der gestoppt wird, nach vorne, während
sich der Sitz 1 bezüglich
des Bodens 4 nach hinten bewegt (siehe 2-A). Aufgrund der Rückwärtsbewegung des Sitzes 1 wird
im Sitz 1 eine Verzögerung
erzeugt, die größer ist
als die Verzögerung
des Bodens 4, d. h. des Fahrgastraumabschnitts der Fahrzeugkarosserie
(in 3 ein durch a gezeigter
Bereich).
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Während
des obigen Prozesses setzt der Insasse 2 seine Vorwärtsbewegung
auf Grund seiner Trägheitskraft
bezüglich
der Fahrzeugkarosserie (genauer des Fahrgastraumabschnitts derselben)
fort, die auf Grund der Kollision gestoppt wird; da jedoch auf den
Sitz 1 eine rückwärtsgerichtete
Beschleunigung zum gleichen Zeitpunkt ausgeübt wird, zu dem die Kollision
stattfindet, wird der Insasse 2 mittels des Sitzgurtes,
der integral mit dem Sitz 1 ausgebildet ist, sofort auf
dem Sitz 1 zurückgehalten,
während
eine kleine relative Geschwindigkeit bezüglich des Bodens 4 erzeugt
wird.
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In dem Fall, indem das vordere Seitenelement 9 seine
Verformung fortsetzt und sich die Batterie 5 nach vorne
bewegt, berührt
der Sitz 1 den Anschlag 7. Auf Grund dieses Kontakts
des Sitzes 1 wird der Anschlag 7 plastisch verformt
(2-B), wobei auf Grund
einer Beanspruchung, die zu dem Zeitpunkt durch den Anschlag 7 erzeugt
wird, eine vorwärtsgerichtete
Kraft auf den Sitz 1 ausgeübt wird, so dass der Sitz 1 bezüglich des
Bodens 4 nach vorne beschleunigt wird (in 3 ein durch b gezeigter Bereich). Das
heißt,
da die Verzögerung
des Sitzes 1 auf Grund der Reaktion des Anschlags 7 reduziert wird,
kann die nach vorne gerichtete Trägheitskraft, die auf den Insassen 2 in
der frühen
Phase der Kollision 2 ausgeübt wird, sofort konstant gemacht
werden. Auf diese Weise kann die Änderungsrate der Verzögerung in
diesem Bereich entsprechend der Verformungscharakteristik des Anschlages
eingestellt werden.
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In der späten Phase der Kollision, genau
zu dem gleichen Zeitpunkt, zu dem der Anschlag 7 den Endpunkt
erreicht, steigt die Verzögerung
des Sitzes 1 wieder an (in 3 ein
mit c bezeichneter Bereich); woraufhin der Sitz 1 und der
Boden 4 weiterhin als eine integrale Einheit mit der Verzögerung verzögert werden,
die durch die Verformungsbeanspruchung des vorderen Seitenelements 9 bestimmt
wird. Da auch in diesem Zustand, wie oben beschrieben worden ist,
die relative Geschwindigkeit zwischen dem Insassen 2 und
dem Boden 4 gleich 0 ist, und da ferner die Rückhaltebelastung
des Sitzgurtes 3 mit der Verzögerung der Fahrzeugkarosserie
in der späten Phase
der Kollision gut im Gleichgewicht ist, wird der Insasse 2 weiterhin
integral mit dem Boden 4 verzögert (siehe 2-C). Das heißt, in diesem Zustand ist die
Verzögerung
des Insassen gleich der Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie, bis die Fahrzeugkarosserie vollständig zum
Stillstand kommt (in 3 ein durch
d gezeigter Bereich).
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Um den auf den Insassen 2 bei
der Kollision ausgeübten
Stoß zu
reduzieren, ist es zuerst wichtig, die Verzögerung des Insassen zu reduzieren.
Wie oben beschrieben worden ist, kann diesbezüglich in dem Fall, in dem eine
Verzögerungswellenform
(die in 3 durch eine
durchgezogene Linie gezeigt ist) festgelegt wird, in der in der
frühen
Phase der Kollision im Sitz 1 und im Sitzgurt 3 für eine kurze
Zeitperiode eine höhere
Verzögerung
erzeugt wird als die mittlere Verzögerung der Fahrzeugkarosserie,
anschließend
im Sitz 1 und im Sitzgurt 3 für eine kurze Zeitperiode eine
entgegengesetzt gerichtete Beschleunigung erzeugt wird, und anschließend dem Sitz 1 und
dem Sitzgurt 3 ermöglicht
wird, mit der mittleren Fahrzeugkarosserieverzögerung verzögert zu werden, im Vergleich
zu einem Fahrzeug, in dem die vorliegende Insassenschutzvorrichtung
nicht eingebaut ist, die Verzögerung
des Insassen so reduziert werden, wie durch eine gestrichelte Linie
in 3 gezeigt ist, unter
der Annahme, dass die entsprechenden Fahrzeugkarosserien der zwei
Fahrzeuge im gleichen Maß verformt
werden.
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Um die Wirkungen der Erfindung, die
in der obigen Weise aufgebaut ist, zu verbessern, können vorzugsweise
die Verformungseigenschaften des vorderen Seitenelements 9,
die elastische Eigenschaft des Sitzgurtes 3, die Trägheitsmasse
der Batterie 5, das Bewegungsmaß des Sitzes 1 und
die Verformungscharakteristik des Anschlags 7 in geeigneter
Weise so festgelegt werden, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem die relative
Geschwindigkeit zwischen dem Sitz 1 und dem Boden 4 gleich
0 wird und die Verzögerung
des Sitzes 1 und die Verzögerung des Bodens 4 sich
angleichen, die relative Geschwindigkeit zwischen dem Insassen 2 und
dem Boden 4 möglichst
0 erreichen kann, wobei die Rückhaltelast des
Sitzgurtes 3 weit möglichst
mit der Fahrzeugkarosserieverzögerung
in der späten
Phase der Kollision ins Gleichgewicht gebracht werden kann.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer Insassenschutzvorrichtung gemäß der Erfindung. In der vorliegenden
Ausführungsform
werden als beidseitiger Umkehrmechanismus zum Bewegen des Sitzes 1 und
der Batterie 5 in ihre einander entgegengesetzten Richtungen
ein Ritzel 11, das drehbar am Boden 4 unterstützt ist,
und Zahnstangen 12, 13 verwendet, die jeweils
am Sitz 1 und der Batterie 5 befestigt sind, wobei
die Zahnstangen 12, 13 mit den oberen und unteren
Seiten des Ritzels 11 jeweils in Eingriff sind. Auch in
der zweiten Ausführungsform wird
im Fall einer Kollision, wenn die Batterie 5 nach vorne
bewegt wird, der Sitz 1 nach hinten bewegt. Das heißt es kann
eine ähnliche
Operation wie die vorher beschriebene in der ersten Ausführungsform erhalten
werden.
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Außerdem ist das Trägheitsmassenelement nicht
auf die obenerwähnte
Batterie 5 beschränkt, sondern
es ist auch möglich,
ein anderes Element zu verwenden, wie z. B. eine Maschine oder ein
Getriebe, vorausgesetzt, dass es eine gegebene Trägheitsmasse
sicherstellen kann und bei der Kollision in Vorrückrichtung des Fahrzeugs auf
Grund einer Trägheitskraft
bewegt werden kann.
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Obwohl im Zusammenhang die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden ist, ist für Fachleute klar, dass verschiedene Änderungen
und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung,
wie sie in den beigefügten
Ansprüchen
beschrieben ist, abzuwei chen.
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Wie bisher beschrieben worden ist,
wird gemäß der Erfindung
bei einer Kollision das Trägheitsmassenelement
in Wirkungsrichtung der Kollisionslast bewegt, um somit den Sitz
mit einem Sitzgurt in der entgegengesetzten Richtung zur Vorrückrichtung des
Fahrzeugs zu beschleunigen, so dass eine höhere Verzögerung als die Fahrzeugkarosserieverzögerung im
Sitz und im Sitzgurt in der frühen
Phase der Kollision erzeugt wird, um somit die Rückhaltekraft auf den Insassen
zu steigern, woraufhin eine Beschleunigung, die in der entgegengesetzten
Richtung zur Richtung der obigen Beschleunigung gerichtet ist, durch
den Krafterzeugungsmechanismus im Sitz und im Sitzgurt erzeugt wird,
um somit eine Erhöhung der
Trägheitskraft
des Insassen, der sich nach vorne bewegt, zu kontrollieren, wodurch
in der späten
Phase der Kollision die Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie gleich der Verzögerung des Sitzes und des Insassen
gemacht werden kann. Gemäß der Erfindung kann
daher eine Verzögerungswellenform
vorzugsweise für
die Reduktion der Insassenverzögerung
im Sitz und im Sitzgurt erzeugt werden, wodurch es möglich wird,
den Spitzenwert der Insassenverzögerung
bei einem kleineren Fahrzeugkarosserieverformungsmaß als bei
der herkömmlichen
Insassenschutzvorrichtung deutlich zu reduzieren. Da ferner das
Bewegungsmaß des
Insassen innerhalb des Fahrgastraumes bezüglich der Fahrzeugkarosserie minimiert
werden kann, ist es möglich,
die Wahrscheinlichkeit einer sekundären Kollision zu reduzieren,
bei der der Insasse gegen Strukturen stoßen kann, die sich innerhalb
des Fahrgastraumes befinden, und hierdurch verletzt werden kann.
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Die Insassenschutzvorrichtung umfasst
einen oder mehrere Sitze, die jeweils auf einer Fahrzeugkarosserie
unterstützt
sind, so dass sie längs der
Richtung einer Kraft, die auf die Fahrzeugkarosserie im Fall einer
Kollision einwirkt, beweglich sind, wobei die Sitze jeweils einen
Sitzgurt 3 zum Zurückhalten
eines auf dem Sitz 1 sitzenden Insassen 2 enthalten,
eine Batterie 5 als Trägheitsmassenelement, das
auf der Fahrzeugkarosserie so unterstützt ist, dass dann, wenn die
Fahrzeugkarosserie bei der Kollision plötzlich stoppt, das Element
sich weiter in Vorrückrichtung
eines Fahrzeuges bewegt, in der das Fahrzeug bis zu dem Zeitpunkt
unmittelbar vor Eintritt der Kollision vorgerückt ist, und einen beiderseitigen Umkehrmechanismus
(in der gezeigten Ausführungsform
ein Paar paralleler Verbindungselemente 6) zum Verbinden
des Sitzes und des Trägheitsmassenelements
so, dass diese den Sitz in der entgegengesetzten Richtung zur Bewegungsrichtung
des Trägheitsmassenelements
bei der Kollision bewegen können.
Hierdurch wird z. B. in dem Fall, in dem ein Fahrzeug, das in Vorrückrichtung
fährt,
frontal mit einem Gegenstand auf der Straße kollidiert, eine rückwärtsgerichtete
Beschleunigung auf den Sitz gleichzeitig mit dem Auftreten einer
Fahrzeugfrontalkollision ausgeübt,
um somit im Sitz eine höhere
Verzögerung
als die Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie zu erzeugen.