DE10139609C1 - Verfahren zum Rückhalten von Fahrzeuginsassen - Google Patents

Abstract

Um ein Verfahren zum Rückhalten von Fahrzeuginsassen zu schaffen, bei welchem die Belastungen auf den Fahrzeuginsassen bei dem Rückhaltevorgang verringert werden, wird ein Verfahren zum Rückhalten von Insassen durch Abbau von kinetischer Energie vorgeschlagen, bei dem zunächst ein möglicher Unfall sensiert und spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis an auf den Insassen eine mit der Stoßrichtung wirkende Kraft aufgebracht wird, wobei die Kraft über den gesamten Bremsweg so eingestellt wird, dass eine konstante Beschleunigung auf den Insassen wirkt, so dass der Abbau der kinetischen Energie gleichmäßig erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückhalten von Insas­ sen eines Fahrzeugs bei einem Aufprall auf ein Hindernis durch Abbau von kinetischer Energie.

Derzeit bekannte Rückhaltesysteme und die dazugehörigen Verfah­ ren zum Rückhalten von Fahrzeuginsassen funktionieren folgen­ dermaßen. Sobald das Fahrzeug aufgrund eines Aufpralls eine Verzögerung erfährt, wird diese sensiert. Die Verzögerung des Fahrzeugs stellt den Auslöser für die bekannten Rückhaltesys­ teme dar. Das bedeutet, dass zum Zeitpunkt des Aufprallbeginns noch keine Rückhaltesysteme aktiviert sind. Der Insasse behält demnach bei Eintreten der Fahrzeugverzögerung seine ursprüngli­ che Geschwindigkeit, die der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Aufprall entspricht, bei. Dadurch verlagert er sich im verzö­ gerten Fahrzeug, relativ zu diesem nach vorne. Die Relativbewe­ gung Insasse/Fahrzeug führt dazu, dass die Rückhaltesysteme überhaupt zum Einsatz kommen. Die Relativbewegung ist demnach ein wesentlicher Faktor der Insassenrückhaltung. Beispielsweise wird der Insasse aufgrund dieser Relativbewegung in einen auf­ geblasenen Airbag gedrückt und/oder er fällt in einen Gurt, der mit einem Gurtstraffer ausgerüstet ist. Der bislang ungebremste Insasse beginnt sich nun zu verzögern. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 44 11 184 C2 bekannt.

Bei diesen bekannten Verfahren zum Rückhalten von Insassen ei­ nes Fahrzeugs findet die Insassenabbremsung zeitversetzt zu der Fahrzeugverzögerung statt. In der Regel hat das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt schon die Geschwindigkeit Null und es hat schon einen großen Teil seiner Knautschzone "aufgebraucht". Zur Insassenabbremsung wird im Stand der Technik die bereits er­ wähnte innere Vorverlagerung des Insassen sowie die noch statt­ findende Fahrzeugabbremsung über die zum Zeitpunkt des Einset­ zens der Insassenrückhaltung noch vorhandene Restknautschzone genutzt.

Nachteilig an diesen bekannten Verfahren zum Rückhalten von In­ sassen ist, dass nach Aufprallbeginn Zeit verstreicht, bevor eine erste Insassenabbremsung einsetzt. Dies ist zum einen dar­ auf zurückzuführen, dass man Zeit benötigt, um sicher - d. h. Fehlauslösungen vermeidend - einen relevanten Unfall zu sensie­ ren und Gurtstraffer und Airbag auszulösen. Aufgrund der Ge­ schwindigkeit des Insassen, wird dann in der ersten Stoßphase, in der der Insasse sich, weil die Rückhaltesysteme noch nicht eingreifen, noch ungebremst vorverlagert, viel nutzbarer Brems­ weg verschenkt, ohne dass Energie abgebaut wird. Der Insasse kann deshalb nur noch einen Teil der Fahrzeugabremsung, als Bremsweg zum Abbau seiner kinetischen Energie nutzen. Das führt dazu, dass er am Ende der Abbremsung über einen sehr kleinen Zeitraum und einen kurzen Bremsweg den größten Teil seiner ki­ netischen Energie abbauen muss, was zu starken Belastungen des Insassen führen kann.

Des weiteren ist es bekannt, beispielsweise aus der DE 44 11 184 C2, Rückhaltesysteme schon vor einem eventuell eintretenden Aufprall zu aktivieren. Gemäß der zitierten Druckschrift wird ein Gurtstraffer in einer solchen Situation bis auf ein vorbe­ stimmtes Kraftniveau angezogen. Bei Eintreten des Unfalls wird das Kraftniveau erhöht. Wenn der Unfall nicht eintritt, wird das Kraftniveau im Gurt wieder auf den ursprünglichen Ausgangs­ wert abgesenkt. Durch dieses bekannte Verfahren sollen die Probleme, die im Zusammenhang mit der Out-Of-Position Problema­ tik bestehen, vermieden werden. Durch das Anziehen des Gurtes auf das erste Kraftniveau wird der Insasse in eine für die Rückhaltesysteme optimale Position gebracht. Die endgültige Ak­ tivierung der Rückhaltesysteme erfolgt jedoch auch hier erst bei Eintreten eines tatsächlichen Aufpralls, mit den bereits geschilderten Nachteilen.

Aus der DE 198 20 212 A1 ist ein Verfahren zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeuges bei einem Aufprall auf ein Hindernis durch Abbau von kinetischer Energie des Fahrzeuginsassen bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst ein möglicher Unfall sensiert und dann spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis eine mit der Stossrichtung wirkende Kraft aufgebracht.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Verfahren zum Rückhalten von Fahrzeuginsassen zu schaffen, welches die Belastungen auf den Fahrzeuginsassen bei einem Rückhaltevorgang verringert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zunächst ein möglicher Unfall sensiert und dann frühzeitig, dass heißt spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit einem Hindernis, eine Kraft auf den Fahrzeuginsassen aufge­ bracht wird. Diese Kraft wirkt mit der Stossrichtung. Sie wird so auf den Insassen aufgebracht, dass über den gesamten Brems­ weg eine konstante, das heißt gleichmäßige Kraft auf den Insas­ sen wirkt. Mit anderen Worten wirkt über den gesamten Bremsweg eine möglichst konstante Beschleunigung auf den Insassen. Diese Kraft hat zur Folge, dass über den gesamten Bremsweg gleichmä­ ßig Energie abgebaut wird. Wenn im Zusammenhang mit der Erfin­ dung von "Bremsweg" die Rede ist, so ist damit der Absolutweg des Insassen im Fahrzeug gemeint, der zum Abbremsen des Insas­ sen vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis an zur Verfügung steht. Dieser Weg setzt sich aus der dynamischen Gesamtdeformation des Fahrzeugs und dem möglichen Vorverlagerungsweg des Insassen in der Fahrgastzelle zusammen.

Die auf den Insassen einwirkende Kraft bzw. Beschleunigung kann in Abhängigkeit von der Unfallschwere eingestellt werden. Diese kann beispielsweise über einen Nahfeldradar ermittelt werden. Ebenso können die Insassenmasse sowie die Insassenposition in die Regelung der Kraft einfließen. Falls das letztere nicht der Fall ist, können Standardeinstellungen gewählt werden.

Für das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Precrash-Sensorik verwendet werden. Diese Aufprallsensorik erkennt einen insassenrelvanten Unfall mit Sicherheit spätestens bei Kontaktbe­ ginn, idealerweise noch früher.

Der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Rückhaltung des Fahrzeuginsassen frühzeitig durch eine auf diesen aufge­ brachte Kraft einsetzt. Dadurch kann die kinetische Energie, die der Insasse hat, schon vom Zeitpunkt der ersten Berührung an reduziert und der gesamte zur Verfügung stehende Weg ausge­ nutzt werden. Mit anderen Worten: es verstreicht keine Zeit, bevor die Reduzierung der Energie einsetzt. Das hat wiederum zu Folge, dass mehr Zeit für die Reduzierung zur Verfügung steht.

Über diese länger zur Verfügung stehende Zeit wird nun gemäß der Erfindung ein konstantes Kraftniveau auf den Insassen auf­ gebracht, was zu einer gleichmäßigen Reduzierung der kineti­ schen Energie führt. Die Kombination der Merkmale, frühzeitiges Einsetzen des Energieabbaus und konstantes Kraftniveau der auf den Insassen einwirkenden Kraft - bzw. die konstante Insassen­ verzögerung von Crashbeginn an - führen dazu, dass der Insasse insgesamt geringeren Belastungen ausgesetzt wird. Das ergibt sich daraus, dass durch das frühzeitige Einsetzen der Kraftein­ wirkung das Energieniveau schon rechtzeitig reduziert wird, so dass am Ende, das heißt kurz vor dem absoluten Stillstand des Fahrzeugs, kein rapider Energieabbau, wie im Stand der Technik, notwendig ist.

Bei der Erfindung erfolgt die Insassenrückhaltung unabhängig von der Fahrzeugverzögerung. Es ist keine Relativbewegung zwi­ schen Insasse und Fahrzeug zum Wirksamwerden von Rückhaltsyste­ men notwendig.

Bevorzugt wird der Fahrzeuginsasse durch die erfindungsgemäße Kraftaufbringung in Stossrichtung bewegt.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante des Verfahren zum Rück­ halten von Fahrzeuginsassen bei einem Aufprall wird die Kraft auf den Insassen nicht lokal sondern flächig aufgebracht. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, das die Berührungsflä­ chen zwischen Insasse und Rückhaltesystem entsprechend groß ausgelegt werden. Diese Lastverteilung bzw. Lastvergleichmäßi­ gung hat den Vorteil, das die auf den Fahrzeuginsassen aufge­ brachte Kraft über die Fläche verteilt aufgebracht wird und da­ mit insgesamt geringer ist. Durch diese Variante werden lokale Kraftspitzen vermieden.

Es ist denkbar, dass die Kraft durch mehrere Rückhaltesysteme aufgebracht wird. Dadurch kann die zur Kraftübertragung wirk­ same Fläche vergrößert werden. Die Rückhaltesysteme können je nach Randbedingungen des Aufpralls nacheinander und/oder gleichzeitig aktiviert werden. So können die Zeitpunkte, zu de­ nen die Systeme aktiviert werden, individuell auf jeden Last­ fall abgestimmt werden.

Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kraft entsprechend der Stossrichtung von unterschied­ lichen Rückhaltesystemen aufgebracht. Bei einem Seitenaufprall können beispielsweise Sidebag und Türpolster und bei einem Heckaufprall Lehne und Kopfstütze aktiviert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand den in der Zeichnung wiedergegebenen Diagrammen des näheren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Energieabbau eines Fahrzeuginsassen über den Bremsweg bei einem konventionellen System und einem erfindungsgemäß-idealen System und

Fig. 2 die Beschleunigung eines Fahrzeuginsassen über den Bremsweg bei einem konventionellen System und einem erfindungsgemäß-idealen System.

In dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm ist der Zusammenhang der kinetischen Energie E_kin des Fahrzeuginsassen über den Bremsweg s dargestellt. Der Bremsweg ist gleich 0, wenn das Fahrzeug die erste Berührung mit dem Hindernis hat, auf den es aufprallt. Der hier mit Bremsweg bezeichnete Weg setzt sich zusammen aus den Deformationszonen, die ein Fahrzeug bietet - das können beispielsweise ca. 0,6 m im Frontbereich des Fahrzeugs und ca. 0,3 m in der Fahrgastzelle. Das ist der Weg, der zur Verfügung steht, einen Insassen vom Zeitpunkt der ersten Berüh­ rung des Fahrzeugs mit dem Hindernis, bis zum endgültigen Stillstand abzubremsen. Der Insasse bewegt sich zu diesem Zeit­ punkt noch ungebremst nach vorne und hat daher auch noch seine ursprüngliche, d. h. in Bezug auf den Abbremsvorgang maximale kinetische Energie.

Die obere mit 1 gekennzeichnete Kurve in dem Diagramm stellt den Energieabbau eines herkömmlichen Systems dar. Es ist zu er­ kennen, dass der erste Energieabbau bei s₁ einsetzt und zwar in sehr geringem Maße. Der Abbau steigert sich dann kontinuier­ lich, bis er, kurz vor Ende des zur Verfügung stehenden Brems­ weges, maximal ist. In diesem Moment wird der Insasse am stärksten abgebremst, so dass zu diesem Zeitpunkt die größten Belastungen auf ihn einwirken.

Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren - untere mit 2 gekennzeichnete Kurve in dem Diagramm - die Ener­ gie vom Zeitpunkt der ersten Berührung, also wenn der Bremsweg noch 0 beträgt, abgebaut. Sie setzt nicht zeitverzögert ein. Hinzu kommt, dass sie über den gesamten zur Verfügung stehenden Weg gleichmäßig abgebaut wird. In dem Diagramm wird das dadurch dargestellt, das der Energieabbau geradlinig erfolgt. Der Abbau hat an jeder Stelle im Diagramm den selben Gradienten. Die mit 2 gekennzeichnete Kurve stellt einen idealen Verlauf des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dar.

Für den Insassen bedeutet das, dass er konstant mit der selben Kraft beaufschlagt wird bzw. dass eine konstante Beschleunigung auf ihn wirkt. Die Kraft ist also am Anfang der Rückhaltung genauso groß wie am Ende. Das Gleiche gilt für die Beschleuni­ gung. Es wird dadurch vermieden, dass der größte Teil der Ener­ gie am Ende des Bremswegs abgebaut werden muss, was zu höheren Belastungen auf den Fahrzeuginsassen führt.

In Fig. 2 ist die Beschleunigung a eines Fahrzeuginsassen und eines Fahrzeugs über den Bremsweg s dargestellt. Die mit 1 ge­ kennzeichnete Kurve stellt die Beschleunigung des Fahrzeugs über den Bremsweg dar, die schon früher als die Kurve des In­ sassen, nämlich bei einem Bremsweg s_f endet. Das ist darauf zu­ rückzuführen, dass Deformationen in der Fahrgastzelle unberück­ sichtigt bleiben. Die zwischen s₀ und s₁ auftretenden Schwan­ kungen entstehen durch die Deformation verschiedenster Fahr­ zeugkomponenten bzw. -aggregate im Fahrzeugfrontbereich (wie beispielsweise Stoßfänger, Crashelemente, Motor). Am größten wird die Beschleunigung gegen Ende des Bremswegs. Dort wird über einen geringen Weg der größte Teil der Energie abgebaut.

Die mit 2 gekennzeichnete Kurve zeigt die Beschleunigung eines Fahrzeuginsassen bei einem konventionellen System. Der Bremsweg ist wegen der zusätzlichen Deformation in der Fahrgastzelle ein größerer. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 setzt die Be­ schleunigung des Fahrzeuginsassen nicht direkt zum Zeitpunkt des ersten Kontaktes, sondern etwas später ein. Das liegt daran, dass sich der Fahrzeuginsasse zunächst mit derselben Ge­ schwindigkeit weiter nach vorne bewegt. Durch diese Geschwin­ digkeit relativ zum Fahrzeug werden Rückhaltesysteme aktiviert, so dass die Beschleunigung des Insassen nach und nach wächst. Gegen Ende des Bremswegs ist sie am Größten.

Im Gegensatz dazu zeigt die durch die mit 3 bezeichnete Kurve, die die Beschleunigung eines Fahrzeuginsassen über den Bremsweg bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, eine konstante Beschleunigung über den gesamten Bremsweg. Die Be­ schleunigung setzt direkt am Anfang der Fahrzeugverzögerung ein und bleibt über den gesamten Bremsweg konstant. Wie bereits er­ wähnt hat das zur Folge, das die Belastungen auf den Insassen geringer sind als bei den bekannten Rückhalteverfahren.

Claims (5)

1. Verfahren zum Rückhalten von Insassen eines Fahrzeugs bei einem Aufprall auf ein Hindernis durch Abbau von kinetischer Energie des Fahrzeuginsassen, bei dem
zunächst ein möglicher Unfall sensiert und dann
spätestens vom Zeitpunkt der ersten Berührung des Fahr­ zeugs mit dem Hindernis an auf den Insassen eine mit der Stossrichtung wirkende Kraft aufgebracht wird,
wobei die Kraft über den gesamten Bremsweg so einge­ stellt wird, dass eine konstante Beschleunigung auf den Insassen wirkt, so dass der Abbau der kinetischen Ener­ gie gleichmäßig erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeuginsasse durch die Kraftaufbringung in Stoßrich­ tung bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft flächig auf den Insassen einwirkt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft durch mehrere nacheinander und/oder gleichzeitig aktivierter Rückhaltesysteme auf den Fahrzeuginsassen aufge­ bracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft entsprechend der Stossrichtung durch unterschied­ liche Rückhaltesysteme aufgebracht wird.