Fahrzeuginsassen-Schutzsystem und Verfahren zum Zurückhalten eines Fahrzeuginsassen
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem und ein Verfahren zum Zurückhalten eines Fahrzeuginsassen.
In bisherigen Fahrzeugen ist die Position der Fahrzeugsitze während der Fahrt zu einem großen Maß fest vorgegeben. Allenfalls ist es möglich, eine Rückenlehne nach hinten zu kippen oder den Fahrzeugsitz linear vor oder zurück zu bewegen.
Bei automatisiert oder autonom fahrenden Fahrzeugen muss der Fahrer das Fahrzeug nicht mehr dauerhaft steuern und überwachen, vielmehr fährt das Fahrzeug selbstständig. Daher sehen neu entwickelte Fahrzeugkonzepte zunehmend vor, dass die Fahrzeuginsassen ihre Sitzposition im Fahrzeuginnenraum freier wählen können. Dies ermöglicht es, dass der Fahrer eine ihm angenehme Position in einer beliebigen Sitzeinstellung im Rahmen eines vorgegebenen Verstellfelds einnimmt.
Daraus ergibt sich jedoch auch die Schwierigkeit, dass bisherige Fahrzeuginsassenrückhaltesysteme stets auf eine im Wesentlichen aufrechte Position des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen ausgelegt sind.
Somit kann ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem nicht mehr auf bestimmte, in engen Grenzen vorgegebene Normpositionen der Fahrzeugsitze hin entwickelt werden, da den Fahrzeuginsassen mehr Freiheitsgrade bei der Wahl der Sitzposition zur Verfügung stehen. „Normposition“ heißt nicht, dass die Position durch eine gesetzliche Norm festgeschrieben ist, sondern der Begriff bezeichnet eine aufrechte Position des Oberkörpers, die üblicherweise zwischen 90° und 120°
der Rückenlehnenvorderseite zur Horizontalen liegt. Durch das autonome Fahren können sich auch Sitzpositionen ergeben, die sich außerhalb eines Bereichs einer bisherigen Normposition des Fahrzeugsitzes befinden. Dies hat zur Folge, dass ein liegender Fahrzeuginsasse durch die wirkenden Kräfte bei einem Frontaufprall in einer anderen Art und Weise belastet wird. So sind bei einem Frontaufprall die auf die Wirbelsäule herrschenden Belastungen in einer liegenden Position größer als bei einer Sitzposition innerhalb der Normposition.
Wird eine freiere und dennoch sichere Sitzposition im Fahrzeuginnenraum angestrebt, ist es daher notwendig, Rückhaltekonzepte zu schaffen, die einen guten Schutz auch für Positionen bieten, in denen der Fahrzeuginsasse beispielsweise eine liegende oder fast liegende Stellung einnimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die mögliche Positionierfreiheit eines Fahrzeuginsassen in einem Fahrzeuginnenraum zu erhöhen und dabei dem Fahrzeuginsassen in allen Positionen einen guten Schutz in Rückhaltesituationen zu bieten.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem mit zumindest einem Fahrzeugsitz, der einen Sitzflächenabschnitt und einen daran anschließenden Rückenlehnenabschnitt aufweist, sowie einen Sicherheitsgurt mit zumindest einer Straffeinrichtung, wobei die Positionierung zwischen dem Sitzflächenabschnitt und dem Rückenlehnenabschnitt zueinander einstellbar ist und der Rückenlehnenabschnitt in eine Liegeposition verstellbar ist, und wobei der Fahrzeugsitz so gelagert ist, dass er bei einem Frontalaufprall unter Beibehaltung der eingestellten Liegeposition durch eine Einrichtung kontrolliert in Richtung zu einer Fahrzeugfront bewegt wird.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass im Falle eines Frontalaufpralls der Fahrzeugsitz mit dem darauf befindlichen Fahrzeuginsassen horizontal in Richtung Fahrzeugfront bewegt wird, um die auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Belastungen zu reduzieren, indem bei der Bewegung durch die Einrichtung zur Fahrzeugfront die Bewegungsenergie kontrolliert abgebaut wird und die auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte begrenzt werden. Hierdurch kann einerseits die Kraft, welche durch den Sicherheitsgurt und die Straffeinrichtung auf den Becken- und Schulterbereich eines Fahrzeuginsassen wirkt, kontrolliert verringert
werden und andererseits die Kraft, welche bei einem liegenden Fahrer auf die Wirbelsäule einwirkt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Fahrzeugsitz so gelagert sein, dass er sich bei einem Frontalaufprall zusätzlich vertikal bewegt. Dies ermöglicht es, durch die Einrichtung selbst zusätzlich Bewegungsenergie in vertikale Richtung abzubauen. Die Kombination von horizontaler und vertikaler Bewegung wirkt sich besonders vorteilhaft aus, um die Belastungen der Wirbelsäle weiter zu verringern, insbesondere dann, wenn die Richtung der Bewegungskomponente in etwa derart gewählt ist, dass diese der Ausrichtung der Wirbelsäule entspricht.
Die Einrichtung kann zumindest einen auf den Fahrzeugsitz wirkenden Kraftbegrenzer umfassen, welcher bei einer Rückhaltesituation auf den Fahrzeuginsassen wirkende Kräfte in horizontaler und/oder vertikaler Richtung begrenzt. Der Kraftbegrenzer lässt also einen kontrollierten Kraftaufbau zu, jedoch nur bis eine einstellbare Grenzkraft erreicht wird. Dabei ist es denkbar, dass der Kraftbegrenzer degressiv ausgebildet ist, womit gemeint ist, dass der Kraftbegrenzer zunächst eine geringe Grenzkraft ansetzt, welche mit der Bewegung in Richtung Fahrzeugfront immer weiter zunimmt und sich an eine maximale Grenzkraft annähert.
Es kann zumindest ein Gurtkraftbegrenzer vorhanden sein. Dieser Gurtkraftbegrenzer trägt zusätzlich dazu bei, die auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Belastungen bei einem Frontalaufprall durch den Sicherheitsgurt zu verringern und gibt Sicherheitsgurt aus, wenn die für den Gurtkraftbegrenzer festgelegte Grenzkraft am Sicherheitsgurt erreicht ist.
Gemäß einer Variante ist ein aktives Antriebssystem zum Verschieben des Sitzes vorgesehen, das den Fahrzeugsitz bei einem Frontalaufprall verschiebt. Ein solches aktives Antriebssystem erlaubt es, die Bewegung möglichst kontrolliert stattfinden zu lassen. Das aktive Antriebssystem kann beispielsweise durch einen Elektromotor oder auch durch Pyrotechnik angetrieben sein.
Es kann aber auch ein passives Antriebssystem zum Verschieben des Fahrzeugsitzes vorgesehen sein, das durch die Trägheit des Fahrzeugsitzes und des Fahrzeuginsassen bei einem Frontalaufprall eine Verschiebung des Fahrzeugsitzes erlaubt. Ein passives Antriebssystem benötigt gewöhnlicher Weise
weniger Platz, da es durch die Trägheit selbst angetrieben wird und kann aufgrund einer geringeren Komplexität kostengünstiger bereitgestellt werden als ein Antriebssystem mit einem aktiven Antrieb.
Weiter kann eine Führung für den Fahrzeugsitz vorgesehen sein, längs der sich der Fahrzeugsitz bei einem Frontalaufprall bewegt. Die Führung ermöglicht neben der Einrichtung eine zusätzliche Bewegung des Fahrzeugsitzes in Richtung Fahrzeugfront.
Die Straffeinrichtung kann ein Gurtstraffer sein, der so gesteuert ist, dass er bei einem Frontalaufprall und bei einem sich in Liegeposition befindlichen Rückenlehnenabschnitt aktiviert wird. Hierdurch kann der Fahrzeuginsasse bei einem Frontalaufprall kontrolliert im Fahrzeugsitz positioniert und fixiert werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Zurückhalten eines Fahrzeuginsassen bei einem Frontalaufprall, während der Fahrzeuginsasse durch einen zurückgestellten Rückenlehnenabschnitt in Liegeposition ist, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte: Der Fahrzeugsitz wird unter Beibehaltung der Position des Rückenlehnenabschnitts zu einem Sitzflächenabschnitt, durch die Trägheit des Sitzes und des Fahrzeuginsassen oder aktiv durch einen Antrieb, nach vorne bewegt.
Hinsichtlich der sich hieraus ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Fahrzeugsitz kann bei einem Frontalaufprall zusätzlich zur Bewegung nach vorne auch noch vertikal abwärts bewegt werden. Auch hier wird hinsichtlich der sich hieraus ergebenden Vorteile auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeuginsassen-Schutzsystem in einer normalen Fahrsituation, wobei der Fahrzeugsitz in einer zurückgelehnten Sitzposition und in einer in Fahrzeuglängsrichtung weisenden Stellung ist; und
- Figur 2 das Fahrzeug aus Figur 1 während des Ablaufs einer Rückhaltesituation;
Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 bei autonomem Fahren.
Das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 umfasst einen Fahrzeugsitz 14 im Fahrzeuginnenraum 16.
Der Fahrzeugsitz 14 kann eine aufrechte Sitzposition und eine zurückgelehnte Sitzposition einnehmen, die auch als Komfortstellung bezeichnet wird und die in Figur 1 zu sehen ist.
Der Fahrzeugsitz 14 weist einen Sitzflächenabschnitt 18 und einen Rückenlehnenabschnitt 20 auf, durch deren Verstellung zueinander die verschiedenen Sitzpositionen realisiert werden können.
Weiter sind unterhalb des Fahrzeugsitzes 14 im Bereich des Sitzflächenabschnitts 18 eine Einrichtung 22 und eine Führung 23 für den Fahrzeugsitz 14 vorgesehen.
Durch die Einrichtung 22 kann der Fahrzeugsitz 14 unter Beibehaltung der eingestellten Liegeposition kontrolliert horizontal in Richtung der Fahrzeugfront 25 und auch vertikal in Richtung eines Fahrzeugbodens 24 bewegt werden, während die Führung 23 nur eine Bewegung in horizontale Richtung ermöglicht.
Die Einrichtung 22 ist einerseits mit dem Fahrzeugsitz 14 verbunden und andererseits am Fahrzeugboden 24 befestigt.
Weiter kann die Einrichtung 22 mit einem aktiven Antriebssystem 26 oder passiven Antriebssystem 27 gekoppelt sein, das zur Verstellung des Fahrzeugsitzes 14 mittels der Einrichtung 22 bei einem Frontalaufprall dient.
Handelt es sich um ein aktives Antriebssystem 26, so kann dieses beispielsweise einen Elektromotor 28 umfassen. Weiter ist auch ein pyrotechnischer Antrieb denkbar.
Darüber hinaus umfasst das Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 einen Sicherheitsgurt 30, der einen Schultergurtabschnitt 32 und einen Beckengurtabschnitt 34 aufweist. Dem Sicherheitsgurt 30 ist eine Straffeinrichtung 36 zugeordnet, die zumindest einen Gurtstraffer 38 umfasst.
Bei dem zumindest einen Gurtstraffer 38 kann es sich beispielsweise um einen Beckengurtstraffer und/oder einen Schultergurtstraffer handeln. Der Schultergurtstraffer kann dabei als Aufrollstraffer ausgeführt sein.
Der Beckengurtstraffer ist dem Beckengurtabschnitt 34 zugeordnet, der entlang eines Beckenbereichs 40 eines auf dem Fahrzeugsitz 14 befindlichen Fahrzeuginsassen 42 verläuft.
Der Schultergurtstraffer ist dem Schultergurtabschnitt 32 zugeordnet, der über einen Schulterbereich 44 und anschließend über einen Oberkörper 46 des Fahrzeuginsassen 42 hin zum Beckenbereich 40 verläuft.
Zudem ist dem Gurtstraffer 38 und damit sowohl dem Beckengurtstraffer als auch dem Schultergurtstraffer ein Gurtkraftbegrenzer 48 zugeordnet.
Darüber hinaus ist eine Steuerung 50 vorgesehen, die mit dem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 und dessen Komponenten gekoppelt ist.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 1 und 2 das Verfahren zum Zurückhalten des Fahrzeuginsassen 42 mittels des Fahrzeuginsassen-Schutzsystem 12 bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs 10 erläutert.
Figur 1 zeigt den Ausgangszustand. Zunächst wird ein Frontalaufprall erkannt, hierbei erfährt das Fahrzeug 10 eine starke Verzögerung, weshalb Trägheitskräfte auf den Fahrzeugsitz 14 und den darauf sitzenden Fahrzeuginsassen 42 in Richtung der Fahrzeugfront 25 wirken.
Sobald die Rückhaltesituation detektiert wird, wird die Sitzposition, also die Anordnung von Sitzflächenabschnitt 18 und Rückenlehnenabschnitt 20 zueinander, geprüft und erkannt, ob sich der Fahrzeugsitz 14 und damit der Fahrzeuginsasse 42 in einer Liegeposition (d. h. Komfortposition) befinden (wie diese in Figur 1 dargestellt ist), bei der der Rückenlehnenabschnitt 20 eine deutlich zurückgeschwenkte Position einnimmt.
Wird erkannt, dass sich der Fahrzeuginsasse 42 durch einen zurückgestellten Rückenlehnenabschnitt 20 in einer Liegeposition befindet, findet zunächst ein Auslösen des Gurtstraffers 38 / der Gurtstraffer 38 statt. Hierdurch wird zumindest der Beckengurtstraffer aktiviert, um den Fahrzeuginsassen 42 im Fahrzeugsitz 14 zu fixieren und gegebenenfalls, um eine Rückhaltekraft aufzubauen. Wahlweise
können auch sowohl der Beckengurtstraffer als auch der Schultergurtstraffer aktiviert werden.
Zudem wird der Fahrzeugsitz 14 mitsamt dem Fahrzeuginsassen 42 durch die Einrichtung 22 und gegebenenfalls mit Unterstützung des aktiven Antriebssystems 26 oder durch das passive Antriebssystem 27, das durch die Trägheit des Fahrzeugsitzes 14 und des Fahrzeuginsassen 42 eine Verschiebung des Fahrzeugsitzes 14 erlaubt, horizontal in Richtung Fahrzeugfront 25 und vertikal hin zum Fahrzeugboden 24 bewegt.
Die Bewegung in Horizontalrichtung kann der Fahrzeugsitz 14 längs der Führung 23 vornehmen.
Bei der Bewegung in Richtung der Fahrzeugfront 25 durch die Einrichtung 22 wirken, falls die eingestellte Grenzkraft überschritten wird, die Kraftbegrenzer 52, 54 in horizontaler bzw. vertikaler Richtung, wodurch die herrschenden Kräfte auf den Fahrzeuginsassen 42 begrenzt werden.
Die Kraftbegrenzer 52, 54 sind degressiv ausgebildet, sodass die Grenzkraft, welche von ihnen zugelassen wird, zunächst gering ist und mit fortschreitender horizontaler und vertikaler Bewegung weiter zunimmt und sich an einen Maximalwert annähert.
Alternativ ist es auch denkbar, an Stelle der zwei Kraftbegrenzer 52, 54 einen Kraftbegrenzer einzusetzen, welcher mit der Einrichtung 22 gekoppelt ist und die Kraft in Bewegungsrichtung, welche durch die Einrichtung 22 und die Führung 23 vorgegeben wird, beschränkt.
Weiter ist es auch möglich, dass die Bewegung des Fahrzeugsitzes 14 bei einem Frontalaufprall in horizontaler und vertikaler Richtung in Abhängigkeit der Ausrichtung des Rückenlehnenabschnitts 20 und/oder des Sitzflächenabschnitts 18 erfolgt. Dabei könnte die Steuerung 50 die Positionierung des Fahrzeugsitzes 14 erfassen und die Bewegungsrichtung durch die Einrichtung 22 und optional durch die Führung 23 derart steuern, dass diese in etwa in Wirbelsäulenrichtung des Fahrzeuginsassen 42 stattfindet.