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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuginsassenschutzsystem
zum Verbessern der Aufprallsicherheit des Fahrzeugs.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
den letzten Jahren sind Kraftfahrzeuge oftmals mit einer Vorspannvorrichtung
ausgerüstet
worden, welche die Spannung des Sitzgurts positiv vergrößert, um
den Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt eines Aufpralls zurückzuhalten
und den Schutz des Fahrzeuginsassen zu verbessern. Die Verzögerung, welche
auf den Fahrzeuginsassen wirkt, der durch eine Rückhaltevorrichtung, wie einen
Sitzgurt, in dem Sitz zurückgehalten
wird, beginnt erst dann anzusteigen, wenn der Sitzgurt begonnen
hat, die auf den Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt des Aufpralls wirkende
Vorwärts- Trägheitskraft
zu halten. Da es nicht möglich
ist, einen bestimmten Betrag an Elastizität und Lose in dem Sitzgurt
zu vermeiden, erreicht die Verzögerung
des Fahrzeuginsassen ein Spitzenniveau erst dann, wenn sich der
Fahrzeuginsasse unter der Trägheitskraft
eine bestimmte Distanz nach vorne bewegt hat und die Ausdehnung
des Sitzgurts ihr maximales Ausmaß erreicht hat. Der Spitzenwert der
Verzögerung
des Fahrzeuginsassen wird größer, wenn
die Vorwärtsverlagerung
des Fahrzeuginsassen unter der Trägheitskraft zunimmt, und es
ist bekannt, dass er wesentlich größer ist als die Durchschnittsverzögerung der
Passagierkabine der Fahrzeugkarosserie.
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Wenn
die Beziehung zwischen der Fahrzeugkarosserieverzögerung und
der Fahrzeuginsassenverzögerung
verglichen wird mit der Beziehung zwischen der Eingabe und der Ausgabe
eines Systems, welches aus einer Feder (Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung)
und einer Masse (Masse des Fahrzeuginsassen) besteht, so ist es
leicht verständlich,
dass die Maximalausdehnung und der Zeitverlauf der Feder durch die
Wellenform (Zeitverlauf) der Fahrzeugkarosserieverzögerung vorgegeben
sind. Es kann somit gefolgert werden, dass die Wellenform der Fahrzeugkarosserieverzögerung in solcher
Weise gesteuert/geregelt werden sollte, dass nicht nur die durchschnittliche,
auf die Fahrzeugkarosserie wirkende Verzögerung verringert wird, sondern
auch das Überschwingen
der Fahrzeuginsassenverzögerung
aufgrund der Ausdehnung der Feder (Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtunng)
minimiert wird.
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In
der herkömmlichen
Fahrzeugkarosseriestruktur wird die Stoßenergie durch eine Knautschzone
aufgenommen, welche aus einem Stoßreaktionserzeugungselement,
wie Seitenholmen, und aus zwischen verschiedenen Bauteilen definierten
Zwischenräumen
gebildet ist und in einem vorderen Teil der Fahrzeugkarosserie vorgesehen
ist, und die Wellenform der Fahrzeugkarosserieverzögerung wird durch
Verändern
der resultierenden Reaktionseigenschaften durch Auswählen der
Abmessungen und der Verformungseigenschaften solcher Teile eingestellt.
Abgesehen von der Passagierkabine kann die Deformationsweise der
Fahrzeugkarosserie zum Zeitpunkt eines Aufpralls ebenfalls geeignet
gewählt werden,
so dass die Verzögerung
der Passagierkabine der Fahrzeugkarosserie reduziert werden kann, und
es kann verhindert werden, dass die Verformung die Passagierkabine
erreicht. Solche Fahrzeugkarosseriestrukturen sind in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 07-101354 vorgeschlagen.
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Es
ist wichtig anzumerken, dass die Verletzung des Fahrzeuginsassen
zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls minimiert werden kann, indem
der Maximalwert der auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigung
reduziert wird, welcher vorgegeben wird durch die Wellenform (Zeitverlauf)
der Fahrzeugkarosserieverzögerung,
wenn der Fahrzeuginsasse durch den Sitzgurt mit der Fahrzeugkarosserie vereinigt
gehalten wird. Ebenso ist es wichtig anzumerken, dass der Gesamtbetrag
der Verzögerung (Zeitintegration
der Verzögerung),
den der Fahrzeuginsasse während
eines Fahrzeugaufpralls erfährt,
für die
gegebene Intensität
des Aufpralls festgelegt ist. Wie beispielsweise in 6 gezeigt
ist, sollte demnach die ideale Wellenform (Zeitverlauf) der Fahrzeugkarosserie-(Sitz-)verzögerung (G2) zum
Minimieren der Fahrzeuginsassenverzögerung (G1) aus einem Anfangsintervall
(a) zum Erzeugen einer großen
Verzögerung
auf die Erfassung eines Aufpralls hin, einem Zwischenintervall (b)
zum Erzeugen einer entgegengesetzten Verzögerung und einem Endintervall
(c) zum Erzeugen einer durchschnittlichen Verzögerung aufgebaut sein.
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Das
Anfangsintervall erlaubt es dem Fahrzeuginsassen, die Verzögerung von
einem frühen Stadium
an zu erfahren, so dass die Verzögerung über eine
verlängerte
Zeitdauer ausgebreitet werden kann und der Spitzenwert der Verzögerung reduziert wird.
Entsprechend einer normalen Fahrzeugkarosseriestruktur ist aufgrund
des Vorhandenseins einer Knautschzone in einem vorderen Teil des
Fahrzeugs und von Lose und Ausdehnung des Rückhaltesystems, wie einem Sitzgurt,
ein bestimmter Zeitbetrag notwendig, bis der Stoß eines Aufpralls den Fahrzeuginsassen
erreicht. Der Zeitverzug in der Übertragung
von Verzögerung
auf den Fahrzeuginsassen muss in der herkömmlichen Anordnung durch einen nachfolgenden
scharten Anstieg der Verzögerung ausgeglichen
werden. Das Endintervall entspricht einem als Auslaufzustand bezeichneten
Zustand, in welchem der Fahrzeuginsasse sich mit der Fahrzeugkarosserie
als ein Körper
bewegt. Das Zwischenintervall ist ein Übergangsintervall, um das Anfangsintervall
und das Endintervall sanft miteinander zu verbinden, ohne dass dies
mit irgendwelchen Spitzen oder Senken in der Verzögerung einhergeht. Computersimulationen
haben bestätigt,
dass eine solche Wellenform für
die Fahrzeugkarosserieverzögerung
für einen
gegebenen Verformungsbetrag der Fahrzeugkarosserie (dynamischer
Stoß)
zu einer geringeren Fahrzeuginsassenverzögerung führt als der Fall einer konstanten
Verzögerung
(rechteckige Wellenform).
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Gemäß der herkömmlichen
Fahrzeugkarosseriestruktur beginnt die Verformung der Fahrzeugkarosseriebauteile
in der Knautschzone unmittelbar nach dem Aufprall mit einem Teil
mit relativ geringer mechanischer Festigkeit und danach beginnt
ein Teil derselben mit relativ hoher mechanischer Festigkeit sich
zu verformen. Im Ergebnis ist die Wellenform der Aufprallreaktion
oder der Fahrzeugkarosserieverzögerung
in einer frühen
Phase klein und nimmt dann in einer späteren Phase zu, so dass die
Fahrzeuginsassenverzögerung
nicht angemessen reduziert werden kann. Um ein solches Problem zu
vermeiden, ist vorgeschlagen worden, einen vorbestimmten Betrag
an Reaktionskraft durch Ausnutzen der Komprimierung der Seitenholme
zu erhalten und eine stabile Reaktion durch Bereitstellen einer
Mehrzahl von Trennwänden
in den Seitenholmen beizubehalten (japanische Patentoffenlegungsschrift
(kokai) Nr. 07-101354), solche früheren Vorschläge können jedoch
die Fahrzeugkarosserieverzögerung
nur höchstens
bei einem annähernd
konstanten Niveau halten und sie sind nicht in der Lage, eine wirkungsvollere
Verzögerungswellenform
bereitzustellen.
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Um
den nachteiligen Effekt der Elastizität des Sitzgurts zu minimieren,
ist es bekannt, eine Vorspannvorrichtung in Zuordnung zu dem Sitzgurt
vorzusehen, um den Sitzgurt zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls
positiv zu spannen. Ein Kraftfahrzeuginsassenschutzsystem gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 ist aus der
DE
3420397 A bekannt. Gemäß der vorgeschlagenen
Struktur ist wenigstens einer der Verankerungspunkte des Sitzgurts
an einem Element angebracht, welches in einer frühen Phase eines Fahrzeugaufpralls
eine Bewegung relativ zu dem übrigen
Teil des Fahrzeugs durchführt,
die die Spannung des Sitzgurts tendenziell erhöht. Solche Vorrichtungen sind
hilfreich bei der Reduzierung des Maximalniveaus an Verzögerung,
die auf den Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls
wirkt, es ist jedoch eine Vorrichtung wünschenswert, welche zu einer
genaueren Steuerung der Fahrzeuginsassenverzögerung in der Lage ist.
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Unter
Bezugnahme auf 7 entsprechen die Fahrzeuginsassenverzögerung G1
und Fahrzeugkarosserieverzögerung
G2 der Eingabe und Ausgabe einer Übertragungsfunktion, welche
ein Feder-Massen-System mit zwei Massen, bestehend aus der Masse
Mm eines Fahrzeuginsassen 2, einer Feder (wie einem Sitzgurt)
und einer Fahrzeugkarosseriemasse Mv, repräsentiert. Genauer kann die Fahrzeugkarosserieverzögerung G2
als eine Ableitung zweiter Ordnung der Koordinate der Fahrzeugkarosseriemasse
Mv bezüglich
der Zeit gegeben werden.
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Wenn
jedoch in einem tatsächlichen
Autoaufprall ein Drei-Punkt-Sitzgurt verwendet wird, so nimmt der
Schultergurtabschnitt des Sitzgurts, welcher als eine Feder angesehen
wird, die Brust des Fahrzeuginsassen in Eingriff, welche dem Mittelpunkt der
Fahrzeuginsassenmasse Mm entspricht, so dass der Schultergurtabschnitt
als aus zwei Federn bestehend angesehen werden kann, wobei eine
davon zwischen der Brust und der Schulterverankerung verläuft und
die andere zwischen der Brust und der Gurtschlossverankerung verläuft.
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Wenn
der Sitzgurt vollständig
in den Sitz eingebaut ist, so bewegen sich die Schulterverankerung und
die Gurtschlossverankerung als ein Körper und die beiden Teile erfahren
eine identische Verzögerung.
In einem solchen Fall kann angenommen werden, dass der Sitzgurt
als eine Zusammensetzung aus zwei Federn gegeben sein kann und die
auf die Schulterverankerung und die Gurtschlossverankerung wirkende
Verzögerung
identisch mit der Eingabe des Feder-Massen-Systems mit zwei Massen oder
der Fahrzeugkarosserieverzögerung
ist.
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Als
ein Beispiel, in welchem die beiden Verankerungspunkte unterschiedliche
Bewegungen relativ zur Fahrzeugkarosserie durchführen, sei nun angenommen, dass
der Gurtschlossverankerungspunkt fest an der Fahrzeugkarosserie
angebracht ist, während
die Schulterverankerung sich relativ zur Fahrzeugkarosserie bewegen
kann. Da in einem solchen Fall die Schulterverankerung und die Gurtschlossverankerung
unterschiedliche Verzögerungen
erfahren, können
die Federn nicht einfach kombiniert werden oder die auf die Schulterverankerung und
die Gurtschlossverankerung wirkenden Verzögerungen einfach zur Fahrzeugkarosserieverzögerung berechnet
werden.
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Indessen
besteht die auf die Brust wirkende äußere Kraft gänzlich aus
der von dem Sitzgurt empfangenen Kraft. Wenn daher der Zeitverlauf
der auf den Sitzgurt wirkenden Belastung in Richtung der Verzögerung mit
dem Zeitverlauf der Federbelastung in dem Feder-Massen-System mit
zwei Massen übereinstimmt,
so empfängt
die Brust die gleiche Verzögerungswellenform
wie die Antwort der Fahrzeuginsassenmasse des Feder-Massen-Systems
mit zwei Massen auf die Optimalwellenform der Fahrzeugkarosserieverzögerung.
Dies ermöglicht
es dem Fahrzeuginsassen, den Auslaufzustand, in welchem der Fahrzeuginsasse
durch den Sitzgurt zurückgehalten wird,
im Wesentlichen ohne irgendwelche Verzögerung zu erreichen und die
relative Geschwindigkeit zwischen der Fahrzeugkarosserie und dem
Fahrzeuginsassen ist Null (kein Unterschied zwischen der Fahrzeuginsassenverzögerung G1
und der Fahrzeugkarosserieverzögerung
G2).
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Um
einen Zeitverlauf des Sitzgurts zu erzielen, der einen solchen Zustand
erzeugt, reicht es aus, wenn der Zeitverlauf in der Durchschnittsverzögerung der
Schulterverankerung und der Gurtschlossverankerung (oder Fahrzeugkarosserie)
gleich der Optimalwellenform der Fahrzeugkarosserieverzögerung ist.
Die Einführung
des Konzepts der Wellenform der durchschnittlichen Fahrzeugkarosserieverzögerung ermöglicht das
Erzielen eines identischen Ergebnisses bei der Reduzierung der Fahrzeuginsassenverzögerung wie
bei der Steuerung der Fahrzeugkarosserieverzögerung zur Erzielung der optimalen
Wellenform.
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Der
frühe Anstieg
der Spannung des Sitzgurts, um auf den Fahrzeuginsassen von einem
frühen
Stadium an die Verzögerung
wirken zu lassen, kann auf höchst
bequeme Weise durch einen pyrotechnischen Aktuator, typischerweise
unter Verwendung eines Treibmittels, vorgesehen werden. Pyrotechnische
Aktuatoren sind in Anwendungen wie Fahrzeug-Airbags und Vorspannern
weithin bekannt. Es wurde jedoch festgestellt, dass aufgrund der
Natur seiner Struktur, welche auf der Erzeugung von Hochdruckgas
beruht, solch ein Aktuator alleine nicht imstande ist, einen gewünschten
Zeitverlauf der Verzögerung
des Fahrzeuginsassen zu erzeugen. Die Erfinder haben entdeckt, dass
ein solches Problem durch Hinzufügen
eines geeigneten Massebetrags zu dem Aktuatorende des Sitzgurts
in Kombination mit einem Dämpfungselement überwunden
werden kann.
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KURZER ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf derartige Probleme des Standes der Technik ist es eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuginsassenschutzsystem
bereitzustellen, welches den Schutz des Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt
eines Fahrzeugaufpralls für
einen gegebenen dynamischen Stoß oder einen
Verformungsstoß eines
vorderen Teils der Fahrzeugkarosserie verbessern kann.
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Eine
zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeuginsassenschutzsystem
bereitzustellen, welches den Schutz des Fahrzeuginsassen unter minimaler
Veränderung
der bestehenden Fahrzeugkarosseriestruktur maximieren kann.
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Eine
dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeuginsassenschutzsystem
bereitzustellen, welches den Schutz des Fahrzeuginsassen ohne Vergrößerung des
Gewichts der Fahrzeugkarosserie oder Einnehmen einer signifikanten Raumgröße in der
Passagierkabine maximieren kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können solche
Aufgaben durch Bereitstellen eines Kraftfahrzeuginsassenschutzsystems
gelöst
werden, wie es durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert und charakterisiert
ist.
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Auf
die Erfassung eines Aufpralls hin vergrößert somit der typischerweise
aus einem pyrotechnischen Aktuator bestehende Hauptaktuator die
Spannung des Sitzgurts durch Bewegen des beweglichen Endes des Sitzgurts,
so dass in dem Fahrzeuginsassen eine größere Verzögerung erzeugt wird als die durchschnittliche
Verzögerung
(Fahrzeugverzögerung).
Wenn sich dann das bewegliche Teil um eine vorbestimmte Distanz
bewegt hat, so wird die Bewegung durch ein Dämpfungselement verhindert und
in dem Fahrzeuginsassen wird eine entgegengesetzte Verzögerung erzeugt,
so dass der Fahrzeuginsasse und die Fahrzeugkarosserie sich in einer
Endphase des Aufpralls als ein Körper
bewegen und bei der durchschnittlichen Verzögerung verzögert werden. Dadurch wird eine
Wellenform der Fahrzeugkarosserieverzögerung erzielt, welche für eine Minimierung der
Verzögerung
des Fahrzeuginsassen geeignet ist. Die Verankerungspunkte können in
dem Sitz vorgesehen sein, sie alle oder einige davon können jedoch an
anderen Teilen der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sein. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Sitzgurt zum Erreichen eines
höchst
vorhersehbaren Ergebnisses drei Verankerungspunkte umfassen, einschließlich einer
Schulterverankerung, einer Sitzbodenseitenverankerung, welche nahe
einem Sitzboden auf der gleichen Seite wie die Schulterverankerung
vorgesehen ist, und einer Gurtschlossverankerung, welche nahe dem
Sitzboden auf einer der Schulterverankerung gegenüberliegenden
Seite vorgesehen ist.
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Typischerweise
umfasst der Aktuator eine Führungsschiene
zum Führen
des Massenelements entlang einem vorgeschriebenen Weg und die Führungsschiene
erstreckt sich linear entlang einer Seite des Sitzes. Für eine zuverlässige Arbeit
des Fahrzeuginsassenschutzsystems sollte der Aktuator mit einem
Element zur Verhinderung einer Rückwärtsbewegung
des Aktuators versehen sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1 eine
schematische Seitenansicht der Kontur der Fahrzeugkarosseriestruktur
ist, welche mit einem Fahrzeuginsassenschutzsystem gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist;
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2 eine
perspektivische Gesamtansicht des Sitzes ist;
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3a eine
vertikale Schnittansicht ist, welche die Struktur des Aktuators
zeigt;
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3b eine
Schnittansicht entlang Linie IIIb-IIIb von 3a ist;
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4a eine
schematische Ansicht der Fahrzeugkarosserie in einer Anfangsphase
des Aufpralls ist;
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4b eine
Ansicht ist, welche eine Zwischenphase des Aufpralls zeigt;
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4c eine
Ansicht ist, welche eine Endphase des Aufpralls zeigt;
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5a eine
schematische Ansicht ist, welche den Zustand des Aktuators in einer
Anfangsphase des Aufpralls zeigt;
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5b eine
Ansicht ist, welche den Zustand in einer Zwischenphase des Aufpralls
zeigt;
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5c eine
Ansicht ist, welche den Zustand in einer Endphase des Aufpralls
zeigt;
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6 ein
Diagramm ist, welches die Wellenformen der Fahrzeuginsassenverzögerung und
der Fahrzeugkarosserieverzögerung
zeigt; und
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7 eine
konzeptionelle Darstellung ist, welche die Beziehungen zwischen
dem Fahrzeuginsassen, der Fahrzeugkarosserie und dem Sitzgurt zum
Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 illustriert
schematisch die Gesamtstruktur eines Fahrzeugs, in welchem ein Fahrzeuginsassenschutzsystem
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. Das Fahrzeuginsassenschutzsystem
enthält
einen Sitzgurt 3 zum Zurückhalten des Fahrzeuginsassen 2 auf dem
Sitz 1. Wie auch in 2 gezeigt
ist, weist der Sitzgurt 3 drei Verankerungspunkte auf und
ein Ende des Sitzgurts ist mit einem integral in einem Schulterteil
des Sitzes 1 vorgesehenen Aufroller 4 verbunden, wobei
ein anderes Ende fest an einer Seite des Sitzbodens auf der gleichen
Seite wie die Schulterverankerung angebracht ist und ein Zwischenteil
mit einem Gurtschloss 6 verbunden ist, welches integral
an der Seite des Sitzbodens, auf der anderen Seite der Schulterverankerung,
angebracht ist. Der Fahrzeuginsasse 2, welcher in dem Sitz 1 sitzt,
wird somit durch den Sitzgurt 3 integral auf dem Sitz 1 festgehalten.
Der Sitz 1 ist über
Sitzschienen 1 an dem Boden 5 angebracht, so dass
er in Längsrichtung
einstellbar ist.
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An
dem Sitz 1 ist ein Aktuator 8 integral über eine
Halterung 7 angebracht, welcher fest an einer dem Gurtschloss 6 entsprechenden
Seite des Sitzbodens gesichert ist. Wie auch in 3a gezeigt
ist, umfasst der Aktuator 8 einen in Längsrichtung verlaufenden Zylinder 8a,
einen koaxial in dem Zylinder 8a aufgenommenen Kolben 8b,
eine an einem Ende (vorderes Ende in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie)
des Zylinders 8a integral angebrachte Zylinderabdeckung 8c sowie
eine Gleitschiene 8d, welche das andere Ende (hinteres
Ende in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie) des Zylinders 8a trägt und integral
mit der Halterung 7 verbunden ist, so dass sie sich in
Bezug auf die Fahrzeugkarosserie nach hinten erstreckt.
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Der
Aktuator 8 umfasst ferner ein Gurtschlossträgerelement 8f in
Form eines Blocks, welcher als ein Masseelement dient, das verschiebbar von
der Gleitschiene 8d in Eingriff genommen ist und mit einer
Verlängerung
einer integral mit dem Kolben 8b ausgebildeten Stange 8e verbunden
ist, eine Gaserzeugungseinrichtung 8g, welche einer im
Inneren der Zylinderabdeckung 8c definierten Kammer zugewandt
ist, sowie ein röhrenförmiges Dämpfungselement 8h,
dessen eines axiales Ende durch einen Teil der Gleitschiene 8d abgestützt ist,
welches dem Inneren des Zylinders 8a zugewandt ist und
die Stange 8e außen
umgibt. Das in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie vordere Ende des
Dämpfungselements 8h steht
dem Kolben 8b gegenüber,
wobei ein Zwischenraum vorbestimmter Abmessung d dazwischen definiert
ist. Das Gurtschlossträgerelement 8f ist
beispielsweise aus einer Wolfram-Legierung hergestellt und mit einer
Masse versehen, welche in ihre Größe der des Fahrzeuginsassen
entspricht.
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Die äußere Umfangsfläche des
Kolbens 8b ist mit einem Umkehrblockierring 8i versehen,
welcher die Rückwärtsbewegung
des Kolbens 8b erlaubt, indem er sich selbst zu einer Seite
hin neigt, die Vorwärtsbewegung
des Kolbens 8b jedoch verhindert, indem er sich in der
Innenumfangsfläche
des Zylinders 8a verkeilt.
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Das
Gurtschlossträgerelement 8f und
die Gleitschiene 8d sind miteinander über eine Nut oder einen Flansch
in Eingriff, um andere Bewegungen des Gurtschlossträgerelements 8f als
die entlang der Länge
der Führungsschiene 8d zu
beschränken.
Ein Basisende eines Fußabschnitts 6a des
Gurtschlosses 6 ist mit dem Gurtschlossträgerelement 8f über einen
Gewindebolzen verbunden.
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Mit
der Gaserzeugungseinrichtung 8g ist eine Signalleitung
von einer Steuerregeleinheit 9 verbunden, welche an einem
geeigneten Teil (wie etwa dem Boden 5) der Fahrzeugkarosserie
angebracht und mit einem Aufprallsensor, der beispielsweise aus einem
G-Sensor gebildet sein kann, zusammengeschlossen ist. Der Aufprallsensor
stellt ein Aufprallerfassungssignal für die Gaserzeugungseinrichtung 8g bereit,
wenn ein eine vorbestimmte Bedingung erfüllender Aufprall erfasst wird.
In Antwort auf ein Aufprallerfassungssignal erzeugt die Gaserzeugungseinrichtung 8g unverzögert Expansionsgas,
welches dann in die Zylinderabdeckung 8c eingebracht wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 4a bis 4c und 5a bis 5c wird
im Folgenden die Betriebsweise der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben, wobei ein Frontalzusammenstoß auf eine
feste Struktur als Beispiel angenommen wird.
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4a zeigt
einen Zustand einer Anfangsphase (Intervall a von 6)
unmittelbar nach dem Auftreten eines Aufpralls. Das vordere Ende
der Fahrzeugkarosserie wird zusammengedrückt und die vorderen Enden
der Seitenholme 10, welche integral mit dem Boden 5 ausgeführt sind,
werden einer Kompressionsverformung unterzogen, wie in der Zeichnung
gezeigt ist. Der in der Steuerregeleinheit 9 eingebaute
Aufprallsensor erfasst die Fahrzeugkarosserieverzögerung,
welche dadurch entsteht, dass der Fahrzeugaufprall eine vorbestimmte
Intensität übersteigt,
und die Steuerregeleinheit 9 beurteilt den erzeugten Zustand.
Wenn die Steuerregeleinheit 9 beurteilt, dass der Zustand
das vorbestimmte Kriterium erfüllt,
so wird die Gaserzeugungseinrichtung 8g aktiviert.
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Das
von der Gaserzeugungseinrichtung 8g erzeugte Expansionsgas
wird, wie durch den Pfeil in 5a gezeigt,
in die Zylinderabdeckung 8c eingebracht und der Druck des
Expansionsgases drückt den
Kolben 8b in die Rückwärtsrichtung
in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie. Im Ergebnis beginnt sich das
Gurtschlossträgerelement 8f,
welches über
die Stange 8e mit dem Kolben 8b verbunden ist,
sich in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie nach hinten zu bewegen,
wobei es durch die Gleitschiene 8d geführt wird, und beschleunigt
mit ansteigendem Gasdruck nach hinten. Da das Gurtschlossträgerelement 8f so ausgerichtet
ist, dass das Gurtschloss 6, welches einer der drei Verankerungspunkte
des Sitzgurts 3 ist, nach hinten bewegt wird, wird der
Sitzgurt 3 in eine solche Richtung bewegt, dass eine Lose
des Sitzgurts 3 entfernt wird, der Sitzgurt 3 ausgedehnt
wird und der auf den Fahrzeuginsassen 2 wirkende Rückhalt vergrößert wird.
Der Sitzgurt 3 wird somit einer Belastung ausgesetzt, welche
die Rückhaltekraft
des Sitzgurts 3 vergrößert.
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Der
entstehende Anstieg der Sitzgurtbelastung findet im Hinblick auf
das Zurückhalten
des Fahrzeuginsassen gegen Vorschleudern unter Trägheitskraft
früher
statt, als der, der durch ein einfach an drei Verankerungspunkten
befestigten Sitzgurt bereitgestellt wird. Somit ist vorgesehen,
dass die Verzögerung
des Fahrzeuginsassen von einem sehr frühen Abschnitt des Aufpralls
an ansteigt, wie durch G1 in 6 gezeigt
ist.
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4b zeigt
einen Zustand in einer Zwischenphase des Aufpralls (Intervall b
von 6). Mit Fortschreiten des Zusammendrückens des
vorderen Teils der Fahrzeugkarosserie bewegt sich der Kolben 8b des
Aktuators 8 weiter in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie
nach hinten, wie in 5b gezeigt ist. Wenn sich der
Kolben 8b weiter nach hinten bewegt, so kollidiert der
Kolben 8b schließlich
mit dem Dämpfungselement 8h und
dies verzögert
die Rückwärtsbewegung
des Gurtschlossträgerelements 8f,
wodurch eine entgegengesetzte (nach vorn in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie)
Beschleunigung erzeugt wird. Dies erzeugt eine Wirkung, welche äquivalent zu derjenigen
ist, die durch eine Beschleunigung erzeugt wird, welche in der entgegengesetzten
Richtung zu der Verzögerung
gerichtet ist, die direkt aus dem auf die Passagierkabine wirkenden
Aufprall resultiert. Um eine solche Wirkung besser zu erzielen, wird
durch Anlegen einer der Masse des Fahrzeuginsassen entsprechenden
Masse an einen Verankerungspunkt des Sitzgurts die Masse des Gurtschlossträgerelements 8f und
die Beschleunigung zum Zeitpunkt der Kollision mit dem Dämpfungselement 8h geeignet
eingestellt. Es wird bevorzugt, die Eigenschaften (wie etwa Ausdehnung
und Federeigenschaften) des Sitzgurts 3 und die Eigenschaften
(wie etwa Stoßabsorptionseigenschaft)
des Dämpfungselements 8h so
einzurichten, dass die Geschwindigkeit und Verzögerung des Fahrzeuginsassen 2 mit denen
der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1) beim Abschluss der auf
das Gurtschlossträgerelement 8f während dieser
Zwischenphase in entgegengesetzter Richtung wirkenden Beschleunigung
zusammenfallen.
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4c zeigt
einen Zustand einer Endphase (Intervall c von 6)
des Aufpralls. Während
der Endphase wird die Rückwärtsbewegung
des Gurtschlossträgerelements 8f durch
das Dämpfungselement 8h weiter
verzögert
und der Kolben 8b kommt schließlich vollständig zum
Stehen. Im Ergebnis stoppt auch das Gurtschlossträgerelement 8f seine Rückwärtsbewegung
und wird in dieser Position bis zum Ende des Fahrzeugaufpralls mittels
eines Umkehrblockierrings 8i gehalten.
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Wenn
die Geschwindigkeit und Verzögerung des
Fahrzeuginsassen schließlich
mit denen der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1) übereinstimmen,
so findet während
dieser Endphase keine Relativbewegung zwischen dem Fahrzeuginsassen 2 und
der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1) statt und der Fahrzeuginsasse 2 setzt
seine Verzögerung
als ein Körper
mit der Fahrzeugkarosserie (Sitz 1) fort. Mit anderen Worten
kann der Maximalwert der Fahrzeuginsassenverzögerung G1 durch Erreichen eines
Auslaufzustands reduziert werden, in welchem die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Fahrzeuginsassen 2 und der Fahrzeugkarosserie
(Sitz 1) minimiert wird und der Unterschied zwischen der
Fahrzeuginsassenverzögerung
G1 und der Fahrzeugkarosserieverzögerung G2 minimiert ist.
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Der
oben beschriebene Prozess kann somit die Fahrzeuginsassenverzögerung wesentlich
reduzieren, indem die in dem Gurtschlossträgerelement 8f erzeugte
Verzögerung
derart gesteuert/geregelt wird, dass sie der Optimalverzögerungswellenform folgt,
oder indem der Aktuator 8 so konstruiert wird, dass er
die Optimalverzögerungswellenform
erzeugt.
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Gemäß der vorstehenden
Ausführungsform erhöht somit
bei Erfassung eines Aufpralls der Hauptteil des aus einem pyrotechnischen
Aktuator bestehenden Aktuators die Spannung des Sitzgurts, indem der
bewegliche Teil, welcher an dem als Teil der Fahrzeugkarosserie
dienenden Sitz vorgesehen ist, bewegt wird, so dass der Fahrzeuginsasse
und die Fahrzeugkarosserie beginnen, sich als ein Körper zu bewegen,
und in dem beweglichen Teil eine Verzögerung erzeugt wird, welche
größer ist
als die durchschnittliche Verzögerung
(Fahrzeugverzögerung). Nachdem
sich der bewegliche Teil um eine vorbestimmte Distanz bewegt hat,
wird dann die Bewegung durch ein Dämpfungselement verhindert und eine
entgegengesetzte Verzögerung
wird in dem beweglichen Teil erzeugt, so dass sich der Fahrzeuginsasse
und die Fahrzeugkarosserie in einer Endphase des Aufpralls als ein
Körper
bewegen und mit der durchschnittlichen Verzögerung verzögern. Damit wird eine Wellenform
der Fahrzeugkarosserieverzögerung
erzielt, welche geeignet ist, die Verzögerung des Fahrzeuginsassen
zu minimieren. Im Ergebnis kann nicht nur eine wesentliche Reduzierung
der Fahrzeuginsassenverzögerung
bei kleinerer Fahrzeugkarosserieverformung (dynamischer Stoß) erzielt
werden, sondern es kann auch die Verlagerung des Fahrzeuginsassen
in der Passagierkabine relativ zur Fahrzeugkarosserie reduziert
werden, und zwar sogar mehr als dies durch Bereitstellen einer Belastungsbeschränkungseinrichtung
in der Rückhaltevorrichtung
zur Reduzierung der Fahrzeugkarosserieverzögerung möglich ist. Die geringere Verlagerung des
Fahrzeuginsassen reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Sekundärkollision.
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Wird
ein Ende des Sitzgurts an dem Sitz angebracht und ein Zwischenteil
des Sitzgurts an dem beweglichen Teil über ein Gurtschloss angebracht, so
können
der Fahrzeuginsasse und der Sitz unter Verwendung eines an einem
Sitz angebauten herkömmlichen
Drei-Punkt-Sitzgurts integral miteinander verbunden werden, so dass
die Kosten des Systems minimiert werden können, ohne dass irgendwelche
wesentlichen Änderungen
am existierenden System notwendig sind.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform derselben
beschrieben wurde, so ist es doch einem Fachmann offensichtlich,
dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich sind,
ohne vom Inhalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen, welche in
den angefügten
Ansprüchen
dargelegt ist. Beispielsweise können
alle oder einige der Verankerungspunkte an anderen Teilen der Fahrzeugkarosserie
als dem Sitz bereitgestellt sein. Der Aktuator kann auch aus einem
anderen Aktuator als pyrotechnischen Aktuatoren aufgebaut sein,
wie etwa Federspannungsaktuatoren.
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Ein
Ende eines Sitzgurts (3) ist mit einem Teil der Fahrzeugkarosserie über einen
Aktuator (8) verbunden, welcher wahlweise Lose von dem
Sitzgurt entfernen kann. Der Aktuator enthält ein Masseelement (8f),
welches an dem beweglichen Ende des Sitzgurts angebracht ist, eine
Hauptaktuatoreinheit (8g, 8i), welche dafür eingerichtet
ist, das Masseelement in eine solche Richtung zu bewegen, dass Lose von
dem Sitzgurt unmittelbar auf die Erfassung eines Frontalfahrzeugaufpralls
hin entfernt wird, sowie ein Dämpfungselement
zum Verzögern
einer Bewegung des Masseelements nach einer bestimmten Anfangsbewegung
des Masseelements. Der Hauptaktuator erzeugt einen frühen Anstieg
der Fahrzeuginsassenverzögerung
und das Dämpfungselement
(8h) verbindet sanft den Zeitverlauf der Fahrzeuginsassenverzögerung mit
einem Auslaufzustand, wodurch die auf den Fahrzeuginsassen wirkende
Verzögerung vorteilhaft
zeitlich ausgedehnt wird und das Maximalniveau der Verzögerung minimiert
werden kann. Das Masseelement trägt
zu einer vorteilhaften Formgebung des Zeitverlaufs der Fahrzeuginsassenverzögerung bei.