DE29880147U1

DE29880147U1 - Fahrzeuginsassen-Sicherheitsrückhaltesystem

Info

Publication number: DE29880147U1
Application number: DE29880147U
Authority: DE
Original assignee: Breed Automotive Technology Inc
Current assignee: Breed Automotive Technology Inc
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2008-12-05
Also published as: WO1999029541A1; GB9725902D0

Description

Patentanwaltskanzlei Nöth

Patentanwaltskanzlei Nöth, Arnulfstraße 25, D-80335 München

Patentanwälte

European Patent Attorneys

European Trademark Attorneys

Dipl. Phys. Heinz Nöth Dipl. Phys. Hanns-J. Kraus

D-80335 München, Arnulfstraße Tel.: 089/544138-0 Fax: 089/544138-38 e-mail: PA-Noeth@t-online.de

München,
13.Januar 2000 S 54 41 38-0 14371 - N/d

Breed Automotive Technology, Inc.

Old Tampa Highway, P.O. Box 33050

Lakeland, Florida 33807-3050

USA

Fahrzeuginsassen-Sicherheitsrückhaltesystem

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BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Sicherheitsrückhaltemittel von Fahrzeugen und insbesondere lastbegrenzende Einrichtungen bei solchen Sicherheitsrückhaltemitteln, vor allem Sicherheitsgurten.

Herkömmlicherweise weisen Fahrzeug-Sicherheitsrückhaltemittel ein Sicherheitsgurtband auf, das um den Rumpf und um das Becken eines Fahrzeuginsassen geführt wird, um ihn an einem Fahrzeugsitz zu sichern. Ein Ende des Sicherheitsgurtbandes ist an einem lösbaren Schloß angebracht, und das andere Ende wird auf die drehbare Welle einer Aufrollvorrichtung gewickelt. Eine moderne Aufrollvorrichtung ermöglicht es dem Fahrzeuginsassen, sich zu bewegen, sich beispielsweise nach vorn zu beugen, um an die Regler eines Radios zu gelangen oder an ein Handschuhfach, vorausgesetzt, daß die Bewegung verhältnismäßig sanft ausgeführt wird. Bei einem Zusammenstoß dagegen, wenn der Insasse einer plötzlichen Verlangsamung ausgesetzt ist, bewirkt ein Crash-Sensor, daß die Aufrollvorrichtung blockiert, um jedes weitere Abrollen zu verhindern und den Insassen sicher zurückzuhalten.

Bei Zusammenstößen mit hoher Geschwindigkeit ist die Kraft, die von dem Sicherheitsgurtband auf den Fahrzeuginsassen ausgeübt wird, außerordentlich hoch und kann selbst zu Verletzungen führen. Es wurde vorgeschlagen, lastbegrenzende Einrichtungen einzuführen, um so einen Teil dieser vom Insassen wahrgenommenen Kraft kontrolliert zu absorbieren.

Kraftbegrenzende Einrichtungen können in jeden Teil des Kraftweges des Gurtbandes eingeführt werden. Beispielsweise kann ein Lastbegrenzer in die Anbringung des Schlosses oder in die Aufrollvorrichtung selbst, wie beispielsweise in die Wicklung der Welle, einbezogen werden. Es wurde vorgeschlagen, einen Teil dieser Energie durch Biegeteile aus Metall, z. B. durch die Einbeziehung von Brechrohren in die Aufrollvorrichtung oder von Torsionsstäben, zu absorbieren.

Einige lastbegrenzende Einrichtungen werden in den hiermit zusammenhängenden GB-Patentanmeldungen 9721918.2, 9721919.0, 9721921.6, 9721922.4 und 9721924.0 des Anmelders beschrieben.

Ein Problem bei den bekannten Systemen besteht jedoch darin, daß die wahrgenommene Last effektiv die gleiche ist, bei kleinen, leichten Insassen ebenso wie bei großen Insassen. Diese relativ konstante Kraft bedeutet, daß der große Insasse ein stärkeres Abrollen bewirkt, und im schlimmsten Fall kann die Vorwärtsbewegung der Person so übermäßig groß sein, daß sie zu einem Aufprall auf ein Innenteil des Fahrzeugs führt, der eine Verletzung verursacht.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeuginsassen-Sicherheitsrückhaltesystem bereitgestellt, das folgende Komponenten aufweist:

Mittel zum Zurückhalten des Insassen im Falle einer schnellen Beschleunigung oder Verlangsamung,

Mittel im Kraftweg zwischen den Rückhaltemitteln und dem Insassen zur Begrenzung der Kraft, die während der schnellen Beschleunigung oder Verlangsamung auf den Insassen wirkt,

worin die kraftbegrenzenden Mittel so aufgebaut sind, daß sie eine variable Rückhaltekraft in Abhängigkeit von der Verschiebung des Insassen oder der durch den Insassen erzeugten Energie aufweisen.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die anfängliche Lastschwelle niedriger als bei bekannten lastbegrenzenden Einrichtungen, so daß Insassen mit einer geringeren als der durchschnittlichen Masse von den Wirkungen der Lastbegrenzung profitieren.

Vorzugsweise sind die lastbegrenzenden Mittel außerdem so angeordnet, daß die vom Insassen wahrgenommene Kraft mit zunehmender Verschiebung des Insassen zunimmt. Dadurch wird es möglich, daß das System bei der Verringerung der Lasten wirksam sein kann, die von einem kleinen, leichten Insassen wahrgenommen werden, während es dessen ungeachtet einen größeren, schwereren Insassen in angemessener Weise zurückhält.

Nach einem Ausführungsbeispiel weisen die kraftbegrenzenden Mittel eine Kolben-Zylinder-Einrichtung im Kraftweg auf, wobei der Zylinder über seine Länge mit innen verlaufenden, scherbaren oder zusammendrückbaren Rippen versehen ist, wobei die Rippen eine Breite haben, die mit zunehmender Entfernung längs des Zylinders zunimmt, um so der Bewegung des Kolbens längs des Zylinders einen zunehmenden Widerstand entgegenzusetzen, der proportional zu der vom Kolben (und folglich zu der Verschiebung des Insassen zum jeweiligen Zeitpunkt) zurückgelegten Entfernung ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Rippen am Anfang des Zylinders (dem Ende, das die normale Ruheposition für den Kolben darstellt) sehr schmal sind, ihre Breite zunächst rasch zunimmt und dann über den Rest des Kolbenweges mit einer weniger steilen Rate zunimmt. Auf diese Weise ist die Last, die durch Scheren oder Zusammendrücken der Rippen durch den Kolben absorbiert wird, der sich längs des Zylinders bewegt, zunächst gering, steigt schnell bis zu einem Schwellenwert an und nimmt dann über den Rest des Kolbenweges langsamer, aber trotzdem fließend, zu. Im Idealfall ergibt das für den Insassen ein Kraft-Verschiebungs-Profil, das am Anfang eines Crash-

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Impulses in einer im wesentlichen geraden Linie rasch bis zu einem vorher festgelegten Schwellenwert ansteigt und sich dann auf eine Anstiegslinie mit einem kleineren Gradienten abflacht. Der vorher festgelegte Schwellenwert ist vorzugsweise ein niedrigerer Schwellenwert als bei herkömmlichen lastbegrenzenden Einrichtungen und liegt vorzugsweise unter der Last, die von einer 5 %-Frau (etwa 45 kg) ausgeübt würde, so daß selbst der kleine, leichte Insasse den Vorteil der Lastbegrenzung beim Sicherheitsrückhaltesystem wahrnimmt. Bisher war das in einem einzigen System nicht möglich, ohne die Sicherheit des schwereren Insassen, beispielsweise des 95 %-Mannes von etwa

95 kg, zu gefährden, bei dem dann die Gefahr bestünde, sich zu weit nach vorn zu bewegen und mit dem Lenkrad oder der Instrumententafel im Inneren des Fahrzeugs zu kollidieren.

Man kann also feststellen, daß nach der vorliegenden Erfindung ein Sicherheitsrückhaltesystem geschaffen werden kann, das Vorteile gegenüber den bekannten Rückhaltesystemen aufweist, da es eine Lastbegrenzung bereitstellen kann, die speziell den relevanten Merkmalen (z. B. der Masse) des Insassen angepaßt ist, ohne daß diese Merkmale vorher bekannt sein müssen und ohne daß es notwendig ist, den Lastbegrenzer in Abhängigkeit davon vorher einzustellen, zu schalten oder anzupassen. Mit anderen Worten, das Lastbegrenzungsmerkmal des Sicherheitsrückhaltesystems der Erfindung ist effektiv selbstkompensierend. Es stellt für den leichtesten wie den schwersten Insassen eine angemessene und abgestimmte Lastbegrenzung bereit und gewährleistet gleichzeitig ein sicheres Maß an Rückhaltung.

Folglich ist die Lastbegrenzung von der Verschiebung des Insassen abhängig, um besonders vorteilhaft wirksam zu sein.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Lastbegrenzung durch einen speziellen Typ von Gurtband erreicht, der entweder direkt für den Sicherheitsgurt oder für die Anbringung der Sicherheitsgurthalterungen - beispielsweise für die Anbringung des Kopfteils des Schlosses an der Fahrzeugkarosserie - eingesetzt wird. Dieses spezielle Gurtband ist so aufgebaut, daß es sich dehnt und folglich selbst Last absorbiert. Die spezielle Einrichtung kann eine Naht im Gurtband umfassen, wobei diese Naht dann bei vorher festgelegten Lastwerten reißt. Das Gurtband kann in einem speziellen Webmuster gewebt sein oder spezielle Fasern einschließen. Die Dehnung kann eine elastische oder eine plastische Verformung sein. Eine elastische Verformung hat im allgemeinen den Vorteil, daß das Gurtband wiederverwendbar ist, und der Dehnungswiderstand sollte der Verlängerung des Gurtbandes auf eine solche Weise proportional sein, daß die absorbierte Last mit einem allmählichen, gleichmäßigen Gradienten ansteigt. Das Gurtband kann weiter angepaßt werden, oder es können andere lastbegrenzende Mittel einbezogen werden, um einen steilen Anfangsgradienten für das Kraft-Verschiebungs-Profil zu erreichen.

Dehnbares Gurtband kann anstelle von oder in Kombination mit anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung eingesetzt werden.

Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen und zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

Fig. 1 ein Graph ist, der das Verhältnis von Last zu Verschiebung für eine herkömmliche lastbegrenzende Einrichtung zeigt.

Fig. 2 ein Graph ist, der das Verhältnis von Last zu Verschiebung für eine lastbegrenzende Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 eine teilweise aufgerissene Explosionsdarstellung einer lastbegrenzenden Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist.

Eine herkömmliche lastbegrenzende Einrichtung ist auf das Durchschnittsgewicht des Insassen, d. h., auf den Wert abgestimmt, der als das 50 %-Gewicht bekannt ist. Das ist darauf zurückzuführen, daß die gegenwärtige Gesetzgebung auf das Leistungsverhalten des Sicherheitsrückhaltesystems bei einer durchschnittlichen Person gerichtet ist und Fahrzeughersteller gegenwärtig nicht verpflichtet sind mitzuteilen, wie sich ihre Systeme bei leichteren (z. B. der 5 %-Person) oder schwereren (z.B. der 95 %-Person) Insassen verhalten.

Der Graph in Fig. 1 zeigt, in welchem Verhältnis bei einem herkömmlichen System die auf den Insassen wirkende Last (y-Achse) zur Verschiebung des Insassen (x-Achse) steht. Die Last steigt von 0 zu Beginn eines Crash-Impulses ziemlich steil bis zum Maximum F2 an und bleibt dann konstant, ungeachtet der Verschiebung. Folglich bewegt sich ein leichter Insasse, wie beispielsweise eine 5 %-Frau von 45 kg, nur über eine kurze Entfernung s5 und übt eine maximale Kraft F1 aus, die unter dem Schwellenwert F2 liegt, bei dem die Lastbegrenzung voll wirksam wird. Folglich hat der leichte Insasse keinerlei substantiellen Vorteil von der Lastbegrenzung. Die Energiemenge, die absorbiert wird, wird durch die Fläche unter dem Graphen gegeben und mit A1 bezeichnet, es ist eine relativ geringe Menge.

Bei einem Insassen mit mittlerem Gewicht, z. B. der 50 %-Person zu 75 kg, beträgt die Menge der absorbierten Energie A1 + A2 für eine Entfernung von s50. Die Lastbegrenzung wird wirksam, und die vom Insassen wahrgenommene Kraft steigt nicht über F2 an.

Dagegen hat bei einem schweren Insassen, z. B. dem 95 %-Mann zu 95 kg, der eine Energie gleich A1 + A2 + A3 erzeugt, der konstante Kraftpegel auf den Insassen zur Folge, daß die Verschiebung auf s95 ansteigt, und das führt wahrscheinlich zu einem Aufprall auf eine Innenarmatur des Fahrzeugs und damit zu einer Verletzung. Das ist deshalb besonders unbefriedigend, weil der schwerere Insasse mit größerer Wahrscheinlichkeit in der Lage ist,

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größere Lasten zu meistern als die, auf die der herkömmliche Lastbegrenzer eingestellt ist.

Daher zeigt der Graph in Fig. 2 das bevorzugte Profil mit einem steileren Gradienten bis zum Schwellenwert und einer Last, die hinter dem Schwellenwert weiter mit der Verschiebung ansteigt. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen vergleichbare Positionen, und es kann klar festgestellt werden, daß der leichte Insasse in diesem Fall Vorteil aus der Lastbegrenzung zieht, da die Fläche B1, welche die absorbierte Energie bezeichnet, größer als A1 in Fig. 1 ist und die erzeugte Kraft, F3, über dem Schwellenwert liegt. Für den durchschnittlichen Insassen ist die Summe der Flächen B1 und B2 der Summe der Flächen A1 und A2 sehr ähnlich, und die Kraft F4 ist ähnlich F2, und folglich ist das Leistungsverhalten der Lastbegrenzung für den durchschnittlichen Insassen dem der herkömmlichen Systeme ähnlich. Bei dem schwereren Insassen dagegen ist die Fläche B1 + B2 + B3 gleich oder größer als A1 + A2 + A3, so daß die absorbierte Energie gleich oder größer ist. Die Kraft F5 dagegen ist größer als F2, und folglich ist die Verschiebung d95 kleiner als s95, was in Begriffen der Sicherheit akzeptabler ist, da der größere Insasse nicht auf feststehende Gegenstände aufprallt und größeren Kräften ohne Verletzung standhalten kann.

Man kann also feststellen, daß dieses System inhärent selbstanpassend ist.

Der in Fig. 3 gezeigte Lastbegrenzer weist ein zylindrisches Rohr 1 und einen Kolben 2 auf. Das Rohr 1 hat Innenrippen 3, die über dessen Länge angeordnet sind. Die Breite der Rippen variiert in Abhängigkeit von der Entfernung längs des Rohres. Eine breitere Rippe verlangt eine höhere Scherfestigkeit, um den Kolben hinter diese zu ziehen, und erhöht damit die auf den Insassen ausgeübte Haltekraft. Die Rippen beginnen schmal und nehmen von P bis Q relativ schnell in der Breite zu, danach nimmt ihre Breite weiter, aber allmählicher zu. Die Kraft, die notwendig ist, um den Kolben hinter die Rippen zu ziehen (und damit die Last, die von dem Insassen wahrgenommen wird), ist der effektiven Fläche proportional, welche die Rippen dem Kolben entgegensetzen. Folglich wird das Profil der Rippen vorzugsweise so eingerichtet, daß sich der Kraft-Verschiebungs-Graph von Fig. 2 ergibt. Gezeigt wird auch ein Deckel 5 für das Rohr 1.

Dieser Lastbegrenzer kann durch eine Reihe von mechanischen oder anderen Lastbegrenzern dadurch auf eine Weise ersetzt werden, die Fachleuten auf dem Gebiet ohne erfinderischen Einsatz offensichtlich ist, daß der Lastbegrenzer so angepaßt wird, daß er die Eigenschaften des Kraft-Verschiebungs-Graphen von Fig. 2 aufweist. Ein solcher Lastbegrenzer kann in die Sicherheitsgurt-Verankerungspositionen, in das Gurtband oder in jedwede andere Komponente oder Unterbaugruppe des Sicherheitsrückhaltesystems einbezogen werden, um den jeweiligen technischen und kommerziellen Beschränkungen angepaßt zu werden.

Die Gomputersimulation zeigt, daß die Einrichtung dieser Erfindung gute

Ergebnisse für den Bereich der Insassen von der 5 %- bis zu 95 %-Person in jeder Sitzposition bringen kann. Die Einrichtung ist besonders kostengünstig, da keine teuren Teile gebraucht werden und da die gleiche Einrichtung in fast jeder Situation eingesetzt werden kann. Es werden keine Schalt- oder Einstellmechanismen gebraucht, die Sensorelemente benötigen würden, um Informationen über das Gewicht des Insassen zu ermitteln, der das Rückhaltesystem nutzt. Die geringere Last, die von dem leichteren Insassen wahrgenommen wird, verringert die Möglichkeiten einer Verletzung durch den Gurt. Die Versuche haben gezeigt, daß das auch für die Durchschnittsperson gilt und daß die Gefahr einer Verletzung durch den Gurt für den schwereren Insassen etwa unverändert ist. Die Gefahr einer Verletzung durch übermäßige Verschiebung wird für den schwereren Insassen natürlich verringert.

Claims

1. Fahrzeuginsassen-Sicherheitsrückhaltesystem, das folgende Komponenten aufweist:
Mittel zum Zurückhalten des Insassen im Falle einer schnellen Beschleunigung oder Verlangsamung,
Mittel im Kraftweg zwischen den Rückhaltemitteln und dem Insassen zur Begrenzung der Kraft, die während der schnellen Beschleunigung oder Verlangsamung auf den Insassen wirkt,
worin die kraftbegrenzenden Mittel so aufgebaut sind, daß sie eine variable Rückhaltekraft in Abhängigkeit von der Verschiebung des Insassen oder der durch den Insassen erzeugten Energie aufweisen.

2. Fahrzeuginsassen-Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 1, bei dem der Schwellenwert, an dem die kraftbegrenzenden Mittel wirksam werden, niedrig ist.

3. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 2, bei dem der Schwellenwert ausreichend niedrig ist, damit Insassen von weniger als der Durchschnittsmasse Nutzen aus den Wirkungen der Lastbegrenzung ziehen können.

4. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Schwellenwert variabel ist.

5. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 4, bei dem der Schwellenwert von der Verschiebung oder der Bewegungsenergie des Insassen abhängig ist.

6. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die kraftbegrenzenden Mittel so aufgebaut sind, daß die Kraft, die von dem Insassen wahrgenommen wird, mit zunehmender Verschiebung des Insassen zunimmt.

7. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die kraftbegrenzenden Mittel eine Kolben-Zylinder- Einrichtung im Kraftweg umfassen, wobei der Zylinder über seine Länge mit innen verlaufenden, scherbaren oder zusammendrückbaren Rippen versehen ist, wobei die Rippen eine Breite haben, die mit zunehmender Entfernung längs des Zylinders zunimmt, um so der Bewegung des Kolbens längs des Zylinders einen zunehmenden Widerstand entgegenzusetzen, der proportional zu der vom Kolben zurückgelegten Entfernung und folglich zu der Verschiebung des Insassen ist.

8. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 7, bei dem die Rippen an dem Ende des Zylinders, das die normale Ruheposition für den Kolben darstellt, schmal sind, in der Breite zunächst schnell größer werden und dann über den Rest des Kolbenweges mit einer weniger steilen Rate breiter werden.

9. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 8, bei dem das Kraft- Verschiebungs-Profil für einen Insassen am Beginn eines Crash-Impulses schnell, in einer im wesentlichen linearen Weise bis zu einem vorher festgelegten Schwellenwert ansteigt und anschließend weniger schnell ansteigt.

10. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 9, bei dem der vorher festgelegte Schwellenwert ein niedrigerer Schwellenwert als der bei herkömmlichen lastbegrenzenden Einrichtungen ist.

11. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 10, bei dem der vorher festgelegte Schwellenwert kleiner als die Last ist, die von einer 5%-Frau ausgeübt würde.

12. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lastbegrenzende Wirkung von der Verschiebung des Insassen abhängig ist.

13. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die kraftbegrenzenden Mittel Gurtband umfassen, das vorher festgelegte kraftbegrenzende Eigenschaften hat.

14. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 13, bei dem das Gurtband mit den vorher festgelegten Eigenschaften für den Sicherheitsgurt eingesetzt wird.

15. Sicherheitsrückhaltesystem nach Anspruch 13, bei dem das Gurtband mit den vorher festgelegten Eigenschaften für die Anbringung der Sicherheitsgurthalterungen eingesetzt wird.

16. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die kraftbegrenzenden Mittel eine Naht im Gurtband umfassen, wobei diese Naht bei vorher festgelegten Lastpegeln reißt.

17. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem das Gurtband mit den vorher festgelegten Eigenschaften in einem speziellen Webmuster gewebt wird.

18. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem in das Gurtband mit den vorher festgelegten Eigenschaften spezielle Fasern einbezogen sind.

19. Sicherheitsrückhaltesystem nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem das Gurtband mit den vorher festgelegten Eigenschaften eine elastische oder eine plastische Verformung aufweist.