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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Insassenschutzvorrichtung
für die
Verwendung in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine
Insassenschutzvorrichtung, die fähig
ist, die auf einen Insassen ausgeübte Verzögerung zu reduzieren, wenn
das Fahrzeug kollidiert.
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Eine
Insassenschutzvorrichtung der allgemeinen Art ist aus dem Dokument
DE 197 11 392 C1 bekannt,
dessen Offenbarung als Grundlage des Oberbegriffs des Anspruchs
1 verwendet wurde. Diese bekannte Insassenschutzvorrichtung ist
mit Stoßelementen
versehen, die im Wesentlichen in einer Längsrichtung eines Fahrzeugs
verlaufen. Diese Stoßelemente
sind an ihrem einen longitudinalen Ende dafür ausgelegt, eine Stoßbelastung
aufzunehmen, und an ihrem jeweiligen anderen longitudinalen Ende mit
Sicherheitsgurten und mit einer Längssäule im Fahrgastraum des Fahrzeugs
verbunden, so dass bei einer Frontalkollision und einer Bewegung
der Stoßelemente
diese Sicherheitsgurte gestrafft werden und das Lenkrad vom Fahrer
weggezogen wird. Die Stoßelemente
haben die Form langgestreckter Säulen,
die auf Teilen des Fahrzeugrahmens gleitend gelagert sind. Es ist
ein Nachteil der bekannten Insassenschutzvorrichtung, dass sie eine
große
Anzahl von Komponenten und eine erhebliche Montagearbeit erfordert
und in ihrem Aufbau sehr komplex ist.
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Im
Folgenden wird der weitere Stand der Technik beschrieben:
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Um
die Wirkung des Insassenschutzes bei einer Fahrzeugkollision zu
verbessern, wurden in letzter Zeit verschiedene Fahrzeugkarosseriestrukturen
vorgeschlagen, bei denen der Verformungsmodus der übrigen Abschnitte
einer Fahrzeugkarosserie außer
dem Fahrgastraum der Fahrzeugkarosserie bei einer Fahrzeugkollision
geeignet festgelegt wird, so dass nicht nur die Verzögerung des
Fahrgastraums der Fahrzeugkarosserie reduziert werden kann, sondern
auch die Verformung der übrigen
Abschnitte der Fahrzeugkarosserie daran gehindert wird, sich über den
Fahrgastraum der Fahrzeugkarosserie auszubreiten (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei. 7-101354).
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Andererseits
kann die Verzögerung
des auf einem Sitz mittels eines Sitzgurtes zurückgehaltenen Insassen erst
zu dem Zeitpunkt beginnen, zu dem eine nach vorne wirkende Trägheitskraft,
die bei der Fahrzeugkollision auf den Insassen wirkt, vom Sitzgurt
aufgenommen wird. Da hierbei die Federwirkung des Sitzgurtes nicht
vollständig
beseitigt werden kann, veranlasst die Trägheitskraft den Insassen, sich
nach vorne zu bewegen, 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 die Spitze der
Insassenverzögerung
ansteigt, wenn das Bewegungsmaß des
Insassen aufgrund der Trägheitskraft
zunimmt, wobei normalerweise die Spitze der Insassenverzögerung höher wird
als die mittlere Verzögerung
des Fahrgastraums der Fahrzeugkarosserie. Um somit einen bei der
Fahrzeugkollision auf den Insassen einwirkenden Stoß zu reduzieren, muss
die Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie derart angepasst werden, dass eine Verzögerung des Anfangszeitpunkts
der Insassenverzögerung
bezüglich
der Fahrzeugkarosserieverzögerung
minimiert werden kann.
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Es
ist jedoch im Wesentlichen unmöglich, den
Insassen als integrale Einheit mit der Fahrzeugkarosserie zu verbinden,
wobei es insbesondere im Fall eines Kompaktfahrzeugs, bei dem es
schwierig ist, einen ausreichenden Hub in den übrigen Abschnitten der Fahrzeugkarosserie
außer
ihrem Fahrgastraum sicherzustellen, schwierig ist, die Insassenverzögerung weiter
zu reduzieren, indem einfach ein herkömmliches Insassenschutzverfahren
verwendet wird, bei dem die Verzögerung
des Fahrgastraums bei einer Fahrzeugkollision durch eine geeignete
Einstellung der Verformungsbeanspruchung der Fahrzeugkarosserie
reduziert wird.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
vorliegend Erfindung zielt auf die Beseitigung der Nachteile, die
bei der obenerwähnten
herkömmlichen
Insassenschutzvorrichtung festgestellt worden sind. 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
viel höheren
Größenordnung
mit nur einer kleinen Anzahl von Teilen, einer einfachen Struktur
und einer geringen Montagearbeit reduzieren kann.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
wird gemäß der Erfindung
eine Insassenschutzvorrichtung geschaffen, die umfasst: eine Fahrzeugkarosserie,
bei der wenigstens vor einem Fahrzeugraum (3) ein Abschnitt
ausgebildet ist, der bei Aufnahme einer Kollisionsbelastung (in
der dargestellten Ausführungsform
die vorderen Seitenrahmen) verformt werden soll; eine Maschine (6)
die so auf der Fahrzeugkarosserie gelagert ist, dass sie bei Aufnahme
der Kollisionsbelastung nach hinten beweglich ist; Sitze (8),
die jeweils einen Sitzgurt (9) zum Zurückhalten eines auf dem Sitz
(8) sitzenden Insassen aufweisen und so auf der Fahrzeugkarosserie
gelagert sind, dass sie in Vorwärts-Rückwärts-Richtung der Fahrzeugkarosserie
beweglich sind; und einen Kraftübertragungsmechanismus
zum Übertragen
der Rückwärtsbewegung der
Maschine (6) auf die Sitze (8), um somit die Sitze (8)
nach hinten zu bewegen (in der dargestellten Ausführungsform
ein Seil 13).
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Mit
der Verwendung der vorliegenden Insassenschutzvorrichtung wird der
Maschine erlaubt, sich nach hinten zu bewegen, sobald eine Fahrzeugkollision
stattfindet, wobei mit der Rückwärtsbewegung der
Struktur die Sitze ebenfalls nach hinten bewegt werden können. Hierdurch
wird in einer frühen
Phase der Fahrzeugkollision in den Sitzen und den Sitzgurten eine
Verzögerung
erzeugt, die höher
ist als die Verzögerung
des Fahrgastraums der Fahrzeugkarosserie, so dass die Insassenrückhaltekräfte, die durch
die Sitzgurte ausgeübt
werden, verbessert werden können.
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Insbesondere
in dem Fall, im dem die vorliegende Insassenschutzvorrichtung ferner
eine Grenzspezifizierungseinrichtung zum Spezifizieren der Grenze
der Rückwärtsbewegungen
der Sitze (in der dargestellten Ausführungsform Anschläge 16)
mit einer geeigneten Zeitverzögerung
nach der Fahrzeugkollision enthält,
kann eine Sitzverzögerung
erzeugt werden, die in entgegengesetzter Richtung zu der durch die
Fahrzeugkollision hervorgerufenen Verzögerung wirkt, d. h. eine Beschleunigung.
Dies beseitigt die relative Geschwindigkeit zwischen dem Insassen
und der Fahrzeugkarosserie, so dass es möglich ist, eine Trägheitskraft
sofort konstant zu machen, so dass die Verzögerung der Fahrzeugkarosserie
und die Verzögerung
des Insassen in der frühen
Phase der Fahrzeugkollision aneinander angeglichen werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Strukturansicht einer Fahrzeugkarosserie, auf
die die Erfindung angewendet wird;
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2 ist
eine schematische Strukturansicht der obenerwähnten Fahrzeugkarosserie, die
einen Zustand derselben in einer frühen Phase einer Fahrzeugkollision
zeigt;
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3 ist
eine schematische Strukturansicht der obenerwähnten Fahrzeugkarosserie, die
einen Zustand derselben in einer mittleren Phase einer Fahrzeugkollision
zeigt;
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4 ist
eine schematische Strukturansicht der obenerwähnten Fahrzeugkarosserie, die
einen Zustand derselben in einer späten Phase einer Fahrzeugkollision
zeigt; und
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5 ist
eine Ansicht der Wellenform der Verzögerung bei einer Fahrzeugkollision.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
folgt eine genauere Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf eine Ausführungsform
einer Insassenschutzvorrichtung gemäß der Erfindung, die in den
beigefügten
Zeichnungen gezeigt ist.
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1 ist
eine perspektivische Konzeptansicht des Hauptabschnitts einer Fahrzeugkarosseriestruktur,
auf die die Erfindung angewendet wird. Diese Fahrzeugkarosseriestrukturumfasst
eine Fahrzeugraumkammer 3, die aus einer Seitenschwelle 1 und einem
Boden 2 besteht; ein Paar vordere Seitenrahmen 5,
die jeweils innerhalb eines Maschinenraums 4 angeordnet
sind, so dass sie in Vorwärts-Rückwärts-Richtung
der Fahrzeugkarosserie verlaufen und mit dem Boden 2 als
integrale Einheit verbunden sind; eine Maschine 6, die
mit den vorderen Seitenrahmen 5 so verbunden ist, dass
in einem Fall, in dem darauf eine Kraft mit einem gegebenen Wert oder
größer ausgeübt wird,
die Maschine nach hinten gleiten kann; und zwei rechte und linke
Vordersitze 8 (in 1 ist nur
einer von diesen gezeigt), die über Führungsschienen 7 so
auf dem Boden 2 installiert sind, dass sie in Vorwärts-Rückwärts-Richtung
der Fahrzeugkarosserie bewegt werden können. Außerdem enthält jeder Sitz 8 einen
Sitzgurt 9 zum Beschränken
der Bewegung eines (nicht gezeigten) Insassen.
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An
der Vorderseite der Maschine 6 ist ein Kollisionsbelastungsübertragungselement 10 angeordnet,
das beim Aufnehmen einer Stoßbelastung während einer
Fahrzeugkollision komprimiert und verformt werden kann, um eine
Ebene im Wesentlichen entsprechend den vorderen Stirnflächen der vorderen
Seitenrahmen 5 zu erreichen, und das die Funktion hat,
die auf den Fahrzeugraum 3 wirkende Verzögerung zu
reduzieren. Dieses Kollisionsbelastungsübertragungselement 10 kann
direkt mit der Maschine 6 verbunden sein, oder kann mittels
einer bestimmten geeigneten Einrichtung an einer Stelle, die von
der Vorderseite der Maschine 6 leicht beabstandet ist,
unterstützt
sein.
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An
der Vorderseite einer vorderen Armaturenbrettzugvorrichtung 11,
die verwendet wird, um den Maschinenraum 4 vom Fahrzeugraum 3 zu
trennen, ist eine Seilführung 12 befestigt,
die eine M-Form aufweist, wenn sie von ihrer Oberseite her betrachtet
wird. Auf und zwischen den höchsten Punkten
der rechten und linken Rippen der Seilführung 12 ist ein Seil 13 vorgesehen.
Das Seil 13 ist wie folgt angeordnet: die zwei Enden des
Seils 13 sind jeweils in den Fahrzeugraum 3 gezogen,
um eine Führungshülse 14 geführt, die
im hinteren Teil der rechten und linken Sitze 8 befestigt
ist, und anschließend mit
ihren zugehörigen
Kabelverbindungs-Metallelementen 15 verbunden, die jeweils
an den Unterseiten der Sitze 8 befestigt sind.
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An
einer Position, die der Rückseite
jedes Seilverbindungs-Metallelements 15 gegenüberliegt, ist
ein Anschlag 16 angeordnet, der verwendet wird, um die
Grenze der Rückwärtsbewegung
des Sitzes 8 zu definieren. Dieser Anschlag 16 kann
außerdem vorzugsweise
eine Stoßdämpfungseinrichtung,
wie z. B. eine Wabenstruktur, aufweisen.
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Mit
der Rückseite
der Maschine 6 ist ein Vorsprungsabschnitt 17 verbunden,
derart, dass er mit einem Zwischenabschnitt des Seils 13 in
Kontakt kommen kann, das über
den Talabschnitt der M-förmigen
Seilführung 12 läuft.
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Es
folgt eine Beschreibung der Funktion der obenerwähnten Insassenschutzvorrichtung
der Erfindung mit Bezug auf die 2 bis 5 unter
der Annahme eines Falles, bei dem das Fahrzeug frontal mit einem
Gegenstand auf der Straße
kollidiert.
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Sobald
die Frontalkollision des Fahrzeugs stattfindet, nehmen die vorderen
Abschnitte der vorderen Seitenrahmen 15 die Stoßbelastungen
auf und beginnen somit, einzuknicken und sich zu verformen. Da ferner
die Masse der Maschine 6 bezüglich der in den vorderen Seitenrahmen 5 hervorgerufenen
Beanspruchungen klein ist und die Knickfestigkeit des Kollisionsbelastungs-Übertragungselements 10,
das an der Vorderseite der Maschine 6 angeordnet ist, höher ist
als diejenige der vorderen Seitenrahmen 5, setzen die vorderen
Seitenrahmen 5 ihre Vorwärtsbewegung fort, da ihre Vorderenden
verformt werden, während
die Maschine 6 sich bezüglich
der Fahrzeugkarosserie scheinbar nach hinten bewegt (siehe 2).
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In
dem Fall, in dem sich die Maschine 6 nach hinten bewegt,
wird der Vorsprungsabschnitt 17 der Rückseite der Maschine 6 gegen
den Zwischenabschnitt des über
die Seilführung 12 verlaufenden Seils 13 gedrückt, so
dass eine Spannkraft auf den Abschnitt des Seils 13 ausgeübt wird,
der sich in den Fahrzeugraum 3 erstreckt, um somit eine
Rückwärtsbewegung
des Sitzes 8 zu veranlassen. Somit werden dem Sitz 8 und
den Sitzgurt 9 erlaubt, früher zu verzögern als der Fahrzeugraum 3 mit
plötzlich
ansteigender großer
Verzögerung
(in 5 ein mit a bezeichneter Bereich).
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In
diesem Zustand setzt der auf dem Sitz sitzende Insasse seine Vorwärtsbewegung
aufgrund seiner Trägheitskraft
fort.
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Da
sich der Sitz 8 bezüglich
des Bodens 2 sofort nach hinten bewegt, wird bewirkt, das
die Rückhaltekraft
des Sitzgurtes 9, die auf den Insassen ausgeübt wird,
ansteigt, wodurch der Insasse an einer Vorwärtsbewegung gehindert wird.
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In
der mittleren Phase der Fahrzeugkollision bewegt sich die Maschine 6,
auf die eine große
Verzögerung
ausgeübt
wird, da das Kollisionsbelastungsübertragungselement 10 gegen
die Maschine 6 gedrückt
wird, bezüglich
des vorderen Seitenrahmens 5, der weiter verformt wird,
weiter nach hinten. Mit der weiteren Rückwärtsbewegung der Maschine 6 bewegt
sich auch der Sitz 8 bezüglich des Bodens 2 weiter
nach hinten, so dass das Seilverbindungsmetallelement 15 mit
dem unterhalb des Sitzes 8 befestigten Anschlag 16 (siehe 3)
in Kontakt gebracht wird.
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Aufgrund
des Kontakts des Elements 15 wird die Trägheitskraft
des Fahrzeugraumabschnitts 3 über das Seilverbindungsmetallelement 15 auf
den Sitz 8 übertragen,
so dass der Sitz 8 seine relative Bewegung bezüglich des
Bodens 2 fortsetzt, bis die Verformung der Stoßabsorptionseinrichtung
des Anschlags 16 beendet wird und somit die relative Geschwindigkeit
zwischen dem Boden 2 und dem Sitz 8 gleich 0 wird.
Somit wird eine Beschleunigung, die in Fahrzeugfahrtrichtung bei
der Fahrzeugkollision wirkt, auf den Sitz 8 und den Sitzgurt 9 ausgeübt, wodurch
eine vorwärtsgerichtete
Trägheitskraft,
die auf den Insassen wirkt, konstant gemacht wird (in 5 ein
mit b bezeichneter Bereich).
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In
der späten
Phase der Fahrzeugkollision erreicht die Rückwärtsbewegung des Sitzes 8 ihre Grenze,
um somit die Rückwärtsbewegung
der Maschine 6 zu stoppen, sobald die Verformungsbeanspruchung
des Kollisionsbelastungsübertragungselements 10 zu
den Verformungsbeanspruchungen der vorderen Seitenrahmen 5 addiert
wird, wobei die Verzögerung
wieder ansteigt (in 5 ein mit c bezeichneter Bereich)
und anschließend
der Fahrzeugraum 3 und die Sitze 8 gemeinsam als
eine integrale Einheit verzögert
werden (siehe 4). Ferner wird die relative
Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeugraum 3 und den Sitzen 8 sowie
den Sitzgurten 9 durch den obigen Prozess gleich 0, wobei
die Rückhaltebeanspruchungen
der Sitzgurte 9 gut an die Verzögerung in der späten Phase
der Fahrzeugkollision angeglichen sind. Somit wird ermöglicht,
dass der Insasse zusammen mit dem Fahrzeugraum 3 als integrale
Einheit verzögert
wird, wobei dieser Verzögerungszustand
andauert, bis die Fahrzeugkarosserie vollkommen zum Stillstand kommt
(in 5 ein mit d bezeichneter Bereich).
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Um
nun den Stoß zu
reduzieren, den der Insasse bei einer Fahrzeugkollision erfährt, ist
es zuerst wichtig, die Verzögerung
des Insassen möglichst stark
zu reduzieren. Wie oben beschrieben worden ist, wird diesbezüglich im
Fall der Verzögerungswellenform
(die in 5 mit einer durchgezogenen Linie gezeigt
ist), in der in der frühen
Phase der Fahrzeugkollision im Sitz 8 für eine kurze Zeitspanne eine
höhere
Verzögerung
als die mittlere Fahrzeugkarosserieverzögerung erzeugt wird, als nächstes im
Sitz 8 für
eine kurze Zeitperiode die entgegengesetzt wirkende Verzögerung (d.
h. eine Beschleunigung)erzeugt, woraufhin der Sitz 8 mit
der mittleren Fahrzeugkarosserieverzögerung verzögert, wie mit einer gestrichelten
Linie in 5 gezeigt ist, wobei im Vergleich
zu einem Fahrzeug, das keine Insassenschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
enthält,
die Verzögerung
des Insassen auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden kann.
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Um
die obenerwähnten
Wirkungen der Erfindung zu verbessern, können vorzugsweise die Festigkeit
der vorderen Seitenrahmen 5 und des Kollisionsbelastungsübertragungselements 10,
die elastischen Eigenschaften der Sitzgurte 9, die Stoßdämpfungseigenschaften
der Anschläge 16 und
das Bewegungsmaß der
Maschine 6 in geeigneter Weise festgelegt werden, so dass
zu dem Zeitpunkt, zu dem die relative Geschwindigkeit zwischen dem
Fahrzeugraum 3 und den Sitzen 8 sowie den Sitzgurten 9 gleich
0 wird, die relative Geschwindigkeit zwischen dem Insassen und dem
Fahrzeugraum 3 möglichst
0 erreicht, wobei die Rückhaltebeanspruchungen
der Sitzgurte 9 gut an die Verzögerung des Fahrzeugraums 3 und
der Sitze 8 in der späten Phase
der Fahrzeugkollision angeglichen werden können.
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Wie
oben beschrieben worden ist, wird gemäß der Erfindung der frühen Phase
der Fahrzeugkollision nur in den Sitzen und den Sitzgurten eine höhere Verzögerung erzeugt
als die mittlere Verzögerung
der Fahrzeugkarosserie, um somit die Rückhaltekraft der Sitzgurte
bezüglich
des Insassen zu erhöhen,
der sich nach vorne bewegt, sobald die Fahrzeugkollision stattfindet,
woraufhin die Rückwärtsbewegung
des Sitzes eingeschränkt
wird, um somit in den Sitzen und den Sitzgurten die Beschleunigung
zu erzeugen, die in entgegengesetzter Richtung zur obigen Verzögerung wirkt,
um somit die vorwärtsgerichtete
Insassenträgheitskraft
aufzuheben, wodurch in der späten
Phase der Fahrzeugkollision die Verzögerung der Fahrzeugkarosserie
gleich der Verzögerung des
Sitzes und des Insassen gemacht werden kann. Gemäß der Erfindung ist es somit
möglich,
im Sitz und im Sitzgurt eine Verzögerungswellenform zu erzeugen,
die für
die Reduzierung der Insassenverzögerung
bevorzugt wird, so dass im Vergleich zur herkömmlichen Insassenschutzvorrichtung
der Spitzenwert der Insassenverzögerung
bei einem kleinen Verformungsmaß der
Fahrzeugkarosserie deutlich reduziert werden kann.
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Da
ferner das Bewegungsmaß des
Insassen innerhalb des Fahrzeugraums bezüglich der Fahrzeugkarosserie
reduziert werden kann, kann die Möglichkeit einer sekundären Kollision
reduziert werden, bei der der Insasse gegen eine Struktur innerhalb
des Fahrzeugraums stoßen
und somit verletzt werden kann.
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Die
vorliegende Insassenschutzvorrichtung umfasst eine Fahrzeugkarosserie,
in der wenigstens vor einem Fahrzeugraum (3) ein Abschnitt
ausgebildet ist, der bei Aufnahme einer Kollisionsbelastung verformt
werden soll (in der dargestellten Ausführungsform die vorderen Seitenrahmen);
eine Struktur, die aus einem starren Körper besteht, der auf der Fahrzeugkarosserie
derart gelagert ist, dass er bei Aufnahme der Kollisionsbelastung
nach hinten beweglich ist (in der dargestellten Ausführungsform
die Maschine 6); Sitze (8), die jeweils einen
Sitzgurt (9) zum Zurückhalten
eines auf dem Sitz (8) sitzenden Insassen enthalten und
auf der Fahrzeugkarosserie so gelagert sind, dass sie in Vorwärts-Rückwärts-Richtung
der Fahrzeugkarosserie beweglich sind; sowie einen Kraftübertragungsmechanismus zum Übertragen
der Rückwärtsbewegung
der Struktur, um somit die Sitze (8) nach hinten zu bewegen
(in der dargestellten Ausführungsform
das Seil 13). Bei Verwendung der vorliegenden Insassenschutzvorrichtung
wird der Struktur, wie z. B. der Maschine, erlaubt, sich nach hinten
zu bewegen, sobald eine Fahrzeugkollision stattfindet, wobei mit
der Rückwärtsbewegung
der Struktur die Sitze ebenfalls nach hinten bewegt werden können. Hierdurch
wird in der frühen
Phase der Fahrzeugkollision in den Sitzen und den Sitzgurten eine
Verzögerung
erzeugt, die höher ist
als die Verzögerung
des Fahrgastraums der Fahrzeugkarosserie, so dass es möglich ist,
die von den Sitzgurten ausgeübten
Insassenrückhaltekräfte zu verbessern.