DE60316343T2

DE60316343T2 - Stossdämpfender schutz für insassen

Info

Publication number: DE60316343T2
Application number: DE60316343T
Authority: DE
Inventors: Björn Andersson; Glenn Johansson
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: DE60316343D1; SE0203800D0; US7500695B2; SE524431C2; US20050230951A1; EP1575809A1; JP4570961B2; EP1575809B1; ATE372901T1; SE0203800L; JP2006510536A; AU2003292914A1; WO2004056617A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen stoßabsorbierenden Insassenschutz für die Fahrgastzelle eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
Ein stoßabsorbierender Insassenschutz wird verwendet zum Verringern der Verletzungsgefahr von Insassen eines Fahrzeugs im Fall eines Zusammenstoßes. Die Verletzungsgefahr wird dadurch verringert, dass ein gasgefüllter Behälter durch den Aufprall des Insassen zusammengedrückt werden kann. Der Typ der angegebenen stoßabsorbierenden Vorrichtung ist in seiner Ruheposition unter Druck gesetzt im Gegensatz zu herkömmlichen Airbags, die unter Druck gesetzt werden, wenn ein Zusammenstoß erfasst wird. Eine Unterdrucksetzung der stoßabsorbierenden Vorrichtung gemäß der Erfindung verursacht an dem Fahrzeug oder dessen Innenwand, in der der Behälter angebracht ist, keinerlei Beschädigung.
HINTERGRUNDTECHNIK
Zum Erhöhen der Sicherheit von Insassen eines Fahrzeugs werden stoßabsorbierende Vorrichtungen, ggf. in Form von Airbags, verwendet, um die Verletzungsgefahr bei einem Zusammenstoß zu verringern. Airbags werden unter Druck gesetzt, wenn ein Zusammenstoß erfasst ist. Bei einem Zusammenstoß wird der Insasse gegen den Airbag geschleudert, der durch den Zusammenstoß so unter Druck gesetzt wird, dass der Insasse durch den Airbag einen sanften Aufprall erfährt. Nach dem Unterdrucksetzen und Komprimieren kann der Airbag nicht wieder aktiviert werden. Dies bedeutet, dass herkömmliche Airbags keine geeignete Wahl sind für den Schutz der Insassen von schweren Fahrzeugen, wie z. B. Lastkraftfahrzeugen.
Übliche Aufprallvorgänge bei Personenfahrzeugen umfassen ein schnelles Verzögern des Personenfahrzeugs derart, dass der Insasse in den Airbag geschleudert wird. Nach dieser Verzögerung wird das Fahrzeug für gewöhnlich zu einem Stilstand gebracht werden. Ein Zusammenstoßvorgang bei einem schweren Fahrzeug ist gegenüber einem Zusammenstoßvorgang bei einem Personenfahrzeug von einer im Wesentlichen unterschiedlichen Art. Dies ist dadurch bedingt, dass die Bewegung des schweren Fahrzeugs durch einen anfänglichen Zusammenstoß nicht sofort absorbiert werden kann, sondern sich fortsetzt, um sich nach dem anfänglichen Zusammenstoß mit etwas herabgesetzter Geschwindigkeit zu bewegen. Ein üblicher Zusammenstoßvorgang bei einem schweren Fahrzeug kann ungefähr 10 bis 15 Sekunden andauern. Dies bedeutet, dass die Gefahr besteht, dass der Insasse eines schweren Fahrzeugs im Verlauf des Zusammenstoßvorgangs mehrere Male gegen die stoßabsorbierende Vorrichtung geschleudert wird. Die Verwendung von Airbags gemäß dem Stand der Technik, die bei einem Zusammenstoß aktiviert und aufgeblasen werden, schafft nur bei dem ersten Aufprall eine Schutzfunktion. Ferner durchdringt der Airbag bei seiner Unterdrucksetzung häufig die innere Wandverkleidung des Fahrzeugs. Dies kann scharfe Kanten erzeugen, gegen die der Insasse in einem späteren Stadium des Zusammenstoßvorgangs geschleudert wird.
US 33 70 886 offenbart eine stoßabsorbierende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. DE 196 47 690 offenbart eine stoßabsorbierende Vorrichtung, die zur Anbringung in einem geschlossenen Raum dient. Die Vorrichtung umfasst eine äußere Wand und einen gasgefüllten Beutel, der an der äußeren Wand angebracht ist. Der gasgefüllte Beutel wird nach dem Anbringen gefüllt, wodurch eine dämpfende Anordnung vorgesehen wird. Da die stoßabsorbierende Vorrichtung in ihrer Ruheposition gefüllt wird, besteht keine Gefahr, dass die Wand durch das Unterdrucksetzen des flexiblen Behälters durchdrungen wird. Da der gasgefüllte Beutel aus einem nicht starren Material geformt ist, wird der Behälter nach einem anfänglichen Zusammenprall seine ursprüngliche Form nicht mehr einnehmen. Dies macht die Vorrichtung ungeeignet für mehrfache Aufprallvorgänge während eines Zusammenstoßvorgangs.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Insassenschutzes für mehrfache Aufprallvorgänge durch einen Insassen während eines Zusammenstoßvorgangs bei einem Fahrzeug. Dieses Ziel wird erreicht durch eine stoßabsorbierende Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Die stoßabsorbierende Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst einen Behälter von flexibler Bauart, der in einer ursprünglichen ausgedehnten Ruheposition mit Gas gefüllt und dafür bestimmt ist, zusammengedrückt zu werden, wenn beim Aufprall eines Fahrzeuginsassen Energie absorbiert wird. Die Tatsache, dass der Behälter in seiner ursprünglichen Ruheposition gefüllt wird, bedeutet, dass bei der Aktivierung kein Durchdringen der inneren Verkleidungswand des Fahrzeugs stattfindet. Der Behälter wird vorzugsweise bei Start des Fahrzeugs aktiviert.
Die stoßabsorbierende Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine Einrichtung zum Zurückführen des Behälters in seine ursprüngliche, ausgedehnte Ruheposition nach der Zusammendrückung des Behälters. Dies bedeutet, dass der Behälter nach einem anfänglichen Aufprall in eine aktive Schutzposition zurückgeführt wird, bei der durch den Behälter Energie erneut absorbiert werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung zum Zurückführen des Behälters in diese ursprüngliche, ausgedehnte Ruheposition einen Drucktank, der mit dem flexiblen Behälter durch ein Ventilelement verbunden ist, das einen Arbeitsdruck für den flexiblen Behälter liefert. Bei einem anfänglichen Aufprall wird der Behälter verformt, während über ein Auslassventil sein Inhalt teilweise oder vollstän dig entleert wird. Wenn der Insasse aufgehört hat, den Behälter bei dem ursprünglichen Aufprall zusammenzudrücken, wird das Gas aus dem Drucktank nachgefüllt, und ermöglicht dem Behälter seine ursprüngliche Gestalt ganz oder teilweise zurückzugewinnen, bevor der nächste Aufprall stattfindet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, die dazu bestimmt ist, über ein Lufteinlassventil den Arbeitsdruck als Funktion der Menge an Energie zu regulieren, die der Behälter absorbieren muss. Der Arbeitsdruck wird vorzugsweise gesteuert gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Gewicht des Insassen. Dies bedeutet, dass der flexible Behälter steif genug gemacht werden kann, um ein Durchdringen durch den Insassen zu verhindern, und dass der Behälter so biegsam wie möglich gemacht werden kann im Hinblick auf den verfügbaren Verformungsweg.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Arbeitsdruck des Behälters ein Überdruck. Wenn normaler Luftdruck verwendet wird, wird keine Rückstellkraft erzielt, nachdem der Behälter von seinem Inhalt ganz oder teilweise entleert wurde. Es ist ferner nicht ratsam, einen übermäßig hohen Druck zu verwenden, da stark unter Druck gesetzte Behälter explodieren können. Ferner bedeutet ein hoher Arbeitsdruck, dass es länger dauert, den Behälter bei einem gegebenen Druck aus einem Drucktank zu füllen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt dieser Arbeitsdruck zwischen 1,05 und 3 bar über Atmosphärendruck, vorzugsweise zwischen 1,6 und 2 bar über Atmosphärendruck.
Die Anmeldung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug mit einem Druckluftliefersystem. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Drucktank, der den biegsamen Behälter speist, verbunden mit dem vorhandenen Druckluftliefersystem des Fahrzeugs.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird unten mehr im Detail anhand der Figuren der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, in dem eine stoßabsorbierende Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird,
2 ein schematisches Druck/Zeit-Diagramm einer Zusammenstoßfolge mit zwei Aufprallvorgängen durch einen Insassen,
3 eine stoßabsorbierende Vorrichtung gemäß der Erfindung im Detail,
4 ein Diagramm der Änderung des Arbeitsdrucks als Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
5 ein Diagramm der Änderung des Arbeitsdrucks in Beziehung zum Gewicht des Insassen, und
6 ein Diagramm des zulässigen, genormten Volumenstroms aus den Luftauslassventilen als Funktion der genormten Masse des Insassen oder der genormten Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
ART(EN) ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Fahrzeug 1. Das Fahrzeug 1 ist auf einem lasttragenden Rahmen 2 aufgebaut, bei dem Radachsen 3 in herkömmlicher Weise aufgehängt sind. Der Rahmen trägt auch ein Fahrerhaus 4. Das gezeigte Fahrzeug besteht aus einem schweren Lastkraftfahrzeug. Die Erfindung kann an Fahrzeugen aller Bauarten verwendet werden, ist aber höchst vorteilhaft bei für den Straßentransport verwendeten schweren Lastfahrzeugen, wie z. B. dem Lastzug. Im Fahrerhaus 4 ist ein Lenkrad 5 angebracht. Das Lenkrad 5 wird in üblicher Weise von einer Lenksäule 6 getragen, die mit Hilfe eines Halters 7 am Fahrzeug fest montiert ist. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen verwendet werden, bei denen das Lenken elektronisch erfolgt. Hierbei wird die auf das Lenkrad ausgeübte Verriegelung durch einen Sensor angezeigt, der dann die Steuerung des Fahrzeugs mit Hilfe von Servomotoren unternimmt, die durch den Sensor gesteuert werden. In einem solchen Fall kann das Lenkrad von einer schwächeren Struktur als den Lenksäulen getragen werden, die für gewöhnlich heute angetroffen werden.
Ein stoßabsorbierender Insassenschutz 8 gemäß der Erfindung ist in Fahrzeugbewegungsrichtung hinter der Lenksäule 6 angebracht. Die stoßabsorbierende Vorrichtung 8 umfasst einen Behälter 9 von flexibler Bauart, der in einer ursprünglich ausgedehnten Ruheposition mit Gas gefüllt ist. Die Teile des Behälters 9, die vom Innenraum des Fahrerhauses aus sichtbar sind und einer Aufprallfläche für den Behälter entsprechen, sind vorzugsweise durch ein Wandmaterial 10 bedeckt, das für das Fahrerhaus ausgewählt ist. Auf der Aufprallfläche ist das Wandmaterial 10 zusammen mit der Wand 11 des Behälters vorzugsweise so ausgebildet, dass es die Kraft auf die Oberfläche des Behälters verteilt. Zu diesem Zweck können das Wandmaterial oder die Teile der Behälterwand, die an der Aufprallfläche anliegen, aus einem verhältnismäßig steifen Kunststoff oder Verbundmaterial hergestellt werden. Der Behälter 9 hat wenigstens eine flexible Wand 12, die so ausgelegt ist, dass sie bei einem Aufprall so verformt wird, dass der Behälter zusammengedrückt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Volumen des Behälters unter der Verformung so verringert, dass der Druck im Behälter zunimmt. Die flexible Wand 12 kann dann wesentlich dünner gemacht werden als die Wand des Behälters auf der Aufprallfläche.
Die stoßabsorbierende Vorrichtung 8 hat erfindungsgemäß eine Einrichtung 13 zum Zurückführen des Behälters in diese ursprüngliche, ausgedehnte Ruheposition nach dem Zusammendrücken des Behälters. Bei der in 1 und 2 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform umfasst diese Einrichtung einen Drucktank 14, der mit Hilfe eines Lufteinlassventils 18 dazu dient, einen Arbeitsdruck des flexiblen Behälters 9 zu liefern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Behälter 9 weiterhin ein oder mehrere Auslassventile 16. Sollte ein Insasse gegen den flexiblen Behälter 9 geschleudert werden, so wird dieser zusammengedrückt und der Druck erhöht. In diesem Zustand öffnen sich die Auslassventile, und wird Gas entleert. Sollte der Insasse aufhören, den Behälter 9 zusammenzudrücken, so fällt der Druck im Behälter 9 drastisch. Der Gaszufuhrstrom durch das Lufteinlassventil 15 ermöglicht ein erneutes Unterdrucksetzen des Behälters 9, wodurch dieser in seine ursprüngliche, ausgedehnte Position zurückgeführt werden kann. Das Lufteinlassventil und/oder das Auslassventil werden ggf. durch eine Steuereinheit 17 gesteuert. Die Steuereinheit 17 gewährleistet, dass der Arbeitsdruck und/oder der Auslassstrom durch das Auslassventil 16 eingestellt werden gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Augenblick des Zusammenpralls und/oder gemäß dem Gewicht des Insassen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist im Fahrerhaus 4 ein Fahrersitz 18 angebracht. Die Lehne 19 des Fahrersitzes hat an ihrem nach hinten weisenden Teil eine stoßabsorbierende Vorrichtung 20. Diese stoßabsorbierende Vorrichtung 20 umfasst auch einen flexiblen Behälter 21, der über ein Einlassventil 23 mit einem Drucktank 22 verbunden ist. Bei Zusammendrückung des Behälters 21 erfolgt die Entleerung von Luft durch Auslassventile 24. Diese stoßabsorbierende Vorrichtung dient als Schutz für einen Fahrgast hinter dem Sitz 18 ggf. in einer Ruheposition auf einem Wandbett 25.
Im Beispiel einer gezeigten Ausführungsform werden die den stoßabsorbierenden Vorrichtungen 8, 20 zugeordneten Drucktanks 14, 22 vom Fahrzeugdruckluftsystem 26 gespeist. Dieses Druckluftsystem umfasst einen Kompressor 27, der durch den Motor 28 des Fahrzeugs angetrieben werden kann, oder ggf. aus einer oder mehreren der Zylinderkammern der Brennkraftmaschine bestehen kann, die bei speziellen Betriebsbedingungen für den normalen Betrieb geschlossen wird bzw. werden und stattdessen zum Liefern von Druckluft verwendet werden. Der Kompressor 27 speist einen oder mehrere Haupttanks 30. Eine Druckluftleitung 29 verbindet den Haupttank 30 mit den Drucktanks 14, 22, die den stoßabsorbierenden Vorrichtungen 8, 20 zugeordnet sind. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Haupttank 30 mit dem flexiblen Behälter 9, 21 unmittelbar verbunden sein. Es ist jedoch vorteilhaft, den Drucktank für die stoßabsorbierende Vorrichtung 8, 20 in unmittelbarer Nähe zum flexiblen Behälter 9, 21 anzubringen, da es erforderlich ist, über die Möglichkeit für ein schnelles Füllen des flexiblen Behälters zu verfügen. Zu diesem Zweck wird der Drucktank 14, 22 vorzugsweise mit dem flexiblen Behälter 9, 21 mit Hilfe einer Druckleitung 35, 36 verbunden, deren Länge weniger als 0,8 m, vorzugsweise 0,4 m, beträgt.
2 zeigt die Druckkurve in einem flexiblen Behälter als Funktion der Zeit bei einem Zusammenprall mit zwei Stößen. Zur Zeit t = 0 trifft ein Insasse einen flexiblen Behälter. Während eines anfänglichen Stoßes komprimiert der Insasse während ungefähr 200 ms den flexiblen Behälter. Während dieser Zeit steigt der Druck an aufgrund der Zusammendrückung des Behälters. Wenn der Insasse aufhört, den Behälter weiter zusammenzudrücken, findet ein drastischer Druckabfall statt. Dies erfolgt dadurch, dass keine weitere Zusammendrückung mehr stattfindet und dass der Behälter zurückprallt, wenn er seine Gestalt wieder zurückzugewinnen sucht. Das Zuführen von Gas ermöglicht es dem Behälter, seine ursprüngliche Gestalt ganz oder teilweise zurückzugewinnen. Die stoßabsorbierende Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie in einer Periode von 100 bis 500 ms wieder mit Gas gespeist wird. Die Figur zeigt auch einen zweiten Stoß, der auftritt, nachdem der gasgefüllte Behälter nachgefüllt wurde.
4 zeigt ein Diagramm der Änderung des Arbeitsdrucks als Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Arbeitsdruck wächst als Funktion der Geschwindigkeit. Gemäß der gezeigten Ausführungsform wächst der Arbeitsdruck linear als Funktion der Geschwindigkeit. 5 zeigt ein Diagramm der Änderung des Arbeitsdrucks bezogen auf das Gewicht des Insassen. Der Arbeitsdruck wächst als Funktion des Gewichts des Insassen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der der Arbeitsdruck als Funktion der Geschwindigkeit und des Gewichts des Insassen variiert, kann der gesamte Arbeitsdruck Ptot durch die Steuereinheit eingestellt werden auf Ptot = (P(Av) + P (Am))/2, wobei P(Av) den Arbeitsdruck als Funktion der Geschwindigkeit, gegeben durch das Diagramm in 4, und P(Am) den Arbeitsdruck als Funktion des Gewichts des Insassen, gegeben durch das Diagramm in 5, darstellen.
6 zeigt ein Diagramm der zulässigen, genormten Volumenstroms durch die Auslassluftventile als Funktion der genormten Masse des Insassen oder der genormten Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Geschwindigkeit ist vorzugsweise genormt für Geschwindigkeiten zwischen 0 und 80 km/h und die Masse des Insassen zwischen 20 kg und 120 kg. Der Strom ist für eine gegebene Geschwindigkeit genormt, wobei dann eine Variation des volumetrischen Auslassstroms um die genormte Zahl zugelassen ist.
Die Erfindung ist nicht auf die oben angegebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb der folgenden Patentansprüche frei abgeändert werden.

Claims

Stoßabsorbierender Insassenschutz (8) für die Fahrgastzelle eines Fahrzeugs (1), der einen Behälter (9) mit flexibler Gestaltung umfasst, der in einer ursprünglichen ausgedehnten Ruheposition mit Gas gefüllt und dafür bestimmt ist, zusammengedrückt zu werden, wenn beim Aufprall eines Fahrzeuginsassen Energie absorbiert wird, wobei der Insassenschutz (8) eine Einrichtung (13) umfasst, die den Behälter (9) nach Zusammendrücken des Behälters in die ursprüngliche ausgedehnte Ruheposition zurückführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Insassenschutz eine Steuereinheit (17) umfasst, die dazu bestimmt ist, über ein Lufteinlassventil (15) einen Arbeitsdruck für den flexiblen Behälter (9) als eine Funktion der Menge an Energie zu regulieren, die der Behälter (9) absorbieren muss.
Stoßabsorbierender Insassenschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13), die den Behälter in die ursprüngliche ausgedehnte Ruheposition zurückführt, einen unter Druck stehenden Tank (14) umfasst, der mit dem flexiblen Behälter (9) über das Lufteinlassventil (15) verbunden ist und den Arbeitsdruck für den flexiblen Behälter (9) zuführt.
Stoßabsorbierender Insassenschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Behälter (9) mit wenigstens einem Auslassventil (16) versehen ist, das dazu bestimmt ist, sich bei einem höheren Druck als dem Arbeitsdruck für den Behälter (9) zu öffnen.
Stoßabsorbierender Insassenschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) dazu bestimmt ist, den Arbeitsdruck als eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu regulieren.
Stoßabsorbierender Insassenschutz nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) dazu bestimmt ist, den Arbeitsdruck als eine Funktion des vorgesehenen Gewichtes des Benutzers zu regulieren.
Stoßabsorbierender Insassenschutz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) dazu bestimmt ist, den Druck, bei dem sich das Auslassventil (16) öffnet, als eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder des Gewichtes des Insassen zu regulieren.
Stoßabsorbierender Insassenschutz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsdruck zwischen 1,05 und 3 bar, vorzugsweise zwischen 1,6 und 2 bar über atmosphärischem Druck liegt.
Fahrzeug (1), das ein Druckluft-Zufuhrsystem (26) und einen stoßabsorbierenden Insassenschutz (8) nach einem der Ansprüche 2 oder 7 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der unter Druck stehende Tank (14) mit dem Druckluft-Zufuhrsystem (26) des Fahrzeugs verbunden ist.