DE69700078T2

DE69700078T2 - Aktive Kontrolle des Insassenkörpers mit einem Rückhaltesystem mit begrenzter Zugkraft während eines Frontalaufpralls

Info

Publication number: DE69700078T2
Application number: DE69700078T
Authority: DE
Inventors: Mostafa S. Dr. Bahrain Habib
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2017-08-13
Also published as: EP0878348A1; EP0878348B1; DE69700078D1; ATE174848T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Obwohl bereits große Fortschritte erzielt worden sind, um eine höhere passive Sicherheit für die Insassen eines Fahrzeuges durch die Verwendung von Sitzgurten und Airbags zu schaffen, zeigen Statistiken zu Unfällen, daß eine Frontalkollision als der wichtigste Unfalltyp verbleibt, der zu Todesfällen und schweren Verletzungen führt. Darüber hinaus zeigen erst kürzlich erstellte Berichte, daß der Airbag (entweder durch das Herausstoßen oder durch die Membranbelastung) auch zahlreiche, teils tödliche Verletzungen bei Erwachsenen und bei Kindern Verursacht, die ohne einen Airbag nicht zustande gekommen wären. Bei automatischen Rückhaltesystemen verhindert der Airbag, das die Insassen mit dem Kopf und dem Oberkörper auf das Lenkrad aufprallen, sowie der Sicherheitsgurt- bzw. Sitzgurtspanner lose Strecken des Sitzgurtes aufwickelt, wodurch eine verteilte Last auf den Kontaktbereich mit dem Körper des Insassen aufgebracht wird, so daß der Insasse während der Kollision abgebremst wird. Bei einem schweren Aufprall, d. h. mit einer Verzögerung die größer als 20 g für den Insassen beträgt, können diese Kontaktkräfte jedoch Gesichtsverletzungen und Rippenbrüche zusätzlich zu Genicktraumata verursachen.
Nach einem weiteren Stand der Technik, der GB-A-1,043,695 ist dort eine Sicherheitseinrichtung offenbart, die zum Abmildern der Bewegung eines Körpers eines Insassen des Fahrzeugs mit einem Sicherheitsgurt während eines Frontalaufpralls umfaßt: ein Sicherheitsgurtsystem, wobei die Sicherheitseinrichtung einen Rahmen des Fahrzeugs, einen Sitz, der entlang einer Längsachse relativ zu dem Rahmen des Fahrzeuges verlagerbar ist, und eine Einrichtung/Anordnung 10 umfaßt, die einen Dämpfer oder eine ähnliche Einrichtung, wie etwa eine Reibungsbremse verwendet, die zwischen dem Rahmen des Fahrzeugs und dem Sitz angeordnet ist, um gemeinsam mit dem vollständig angeschnallten Insassen als ein Körper bewegt zu werden, nämlich über die Einrichtung 10, so daß eine konstante Zurückhaltekraft auf den Sitz ausgeübt wird. Während dieser Bewegung kann ein Teil der Aufprallenergie durch diese passiven Einrichtungen absorbiert werden, wie etwa durch die oben erwähnte Reibungsbremse, aber es ist keine relative Bewegung zwischen dem Insassen und dem Sitz ermöglicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach längerer Forschung und Erprobung wurde die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung herausgefunden, die die Sicherheit bei unterschiedlich schweren Kollisionen für die Insassen des Automobils schafft, wobei die Grenzen der Belastung des menschlichen Körpers berücksichtigt werden. Zum einen werden die direkten Kontaktkräfte, die von dem Sicherheitsgurt übertragen werden, auf einen maximalen Verzögerungswert von 20 g begrenzt, d. h. entsprechend den Grenzen der Belastbarkeit des menschlichen Körpers. Zum anderen dämpft ein zusätzliches Kontrollsystem aktiv die kinetische Aufprallenergie des Insassen, und zwar hauptsächlich über 20 g, ohne daß dabei Kontaktkräfte aufgebracht werden.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aktive Regelungsanordnung zum Dämpfen bzw. Abmildern der Bewegung eines Körpers eines Insassen eines Fahrzeugs mit einer begrenzten Kraft zu schaffen, um die Nachteile der Systeme zu beseitigen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Regelungsanordnung gelöst, deren Merkmale im Patentanspruch 1 angegeben sind.
Demnach umfaßt eine Regelungsanordnung zum Abmildern einer Bewegung eines Körpers eines Insassen eines Fahrzeuges, der einen Sicherheitsgurt trägt, während einer Frontalkollision, zumindest ein Sitzgurtsystem, und eine Regelungsvorrichtung, umfassend einen Rahmen des Fahrzeuges, einen Sitz, der entlang einer Längsachse relativ zu dem Rahmen des Fahrzeuges verlagerbar ist, einen Fluidmotor, der zwischen dem Rahmen des Fahrzeuges und dem Sitz zwischengeschaltet ist, wobei der Sicherheitsgurt in Form eines Sicherheitsgurtsystems mit begrenzter Rückhaltekraft vorgesehen ist, um der nach vorne gerichteten Bewegung des Insassen bis zu einer Verzögerungsgrenze von bis zu 20 g zu widerstehen, wobei, wenn die Rückhaltekraft des Sicherheitsgurtes diese Verzögerungsgrenze erreicht, die Regelungsvorrichtung in Aktion tritt, um den Rest der kinetischen Energie des Insassen abzudämpfen, und daß die Regelungsvorrichtung weiterhin eine aktive Regelungsvorrichtung umfaßt, die eine Regelungseinrichtung aufweist, um die Position des Sitzes relativ zu der Längsachse des Fahrzeuges zu bestimmen, sowie um die Winkellage eines Oberkörpers des Insassen relativ zu einem Unterkörper des Insassen zu bestimmen, um den Fluß eines Fluids in den Fluidmotor zu regeln, wobei der Aufprall aus der Frontalkollision abgedämpft wird, indem der Fluidmotor in Betrieb gesetzt wird, um eine Kraft auf den Sitz aufzubringen, in einer Richtung, die entgegengesetzt zu dem Aufprallpunkt verläuft, um die nach vorne gerichtete lineare Bewegung des Sitzes zu dämpfen und um das Sitzgurtsystem zu unterstützen.
Die Regelungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung ist in ein Rückhaltesystem mit einem begrenzten Widerstand und in eine aktive Regelungsvorrichtung aufgeteilt. Das Rückhaltesystem mit begrenzter Kraft umfaßt im wesentlichen eine Anordnung mit einer Schraubenfeder mit konstanter Kraft, die mit dem festen Punkt eines Dreipunktsitzgurtes an ihrem freien Ende befestigt ist, und die an dem anderen Ende mit dem Rahmen des Fahrzeugs über eine Trommel und einen Lagerträger befestigt ist. Der Fixpunkt des Sitzgurtes kann sich mittels der Feder mit konstanter Kraft an und über einem Verzögerungswert von 20 g (die auf den Insassen einwirken) entspannen, und zwar mit einer Widerstandskraft, die über die gesamte Federausdehnung gleich bleibt, wodurch Verletzungen an dem Insassen verhindert werden können, die ansonsten bei Verzögerungswerten von mehr als 20 g auftreten würden. Die aktive Regelungsvorrichtung, die zusätzlich zu dem Sicherheitsgurt wirkt, umfaßt einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder, der zwischen dem Rahmen des Sitzes des Fahrzeugs und dem Rahmen des Fahrzeugs angeordnet ist, so daß damit der Rahmen des Sitzes in Längsrichtung relativ zu dem Fahrzeug verlagert werden kann.
Wenn das Rückhaltewiderstandssystem des Sicherheitsgurtes seinen Sättigungszustand erreicht hat, wird die aktive Regelungsvorrichtung aktiviert, wodurch hydraulisches Fluid zu dem hydraulischen Zylinder zugeführt wird, und zwar kontrolliert, so daß eine Kraft an den Sitz des Fahrzeugs angelegt wird, nämlich in einer Richtung, die entgegengesetzt der Aufprallkraft ausgerichtet ist, um dadurch die nach vorne gerichtete gleitende Bewegung des Sitzes zu kontrollieren, abhängig von der Schwere des Aufpralls.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht, in der die Winkellage eines Oberkörpers eines Insassen eines Fahrzeugs nach einem Frontalaufprall erläutert ist;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht, in der der Sicherheitsgurt mit Sättigung und die aktive Regelung des Sitzes des Fahrzeugs und des Körpers des Insassen nach dem Aufprall erläutert ist;
Fig. 3 zeigt eine Ansicht von hinten, in der der Mechanismus mit konstanter Schraubenfederkraft erläutert ist, gesehen entlang der Linie S2-S2 in der Fig. 5;
Fig. 4 zeigt eine teilweise aufgebrochene Querschnittdarstellung entlang der Linie S1-S1 in der Fig. 3;
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht aus der Richtung des Pfeils A3 in der Fig. 3;
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, in der der Hydraulikzylinder dargestellt ist, der zwischen dem Rahmen des Fahrzeugs und dem Rahmen des Sitzes des Fahrzeugs fest eingebaut ist, wobei der Rahmen des Sitzes verschiebbar auf dem Rahmen des Fahrzeugs montiert ist;
Fig. 7 zeigt eine Ansicht, und zwar gesehen entlang der Linie 4-4 in der Fig. 6;
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte, teilweise aufgebrochene Schnittdarstellung, in der der Bolzen zur Betätigung durch den Elektromagneten erläutert ist, der den Rahmen des Sitzes freigebbar an dem Rahmen des Fahrzeugs verriegelt;
Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht des Insassen des Fahrzeugs, wobei ein Sensor vorgesehen ist, mittels dem die Winkellage des Insassen festgestellt wird;
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht der Rückseite des Sitzes nach der Fig. 9;
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung des hydraulischen Regelkreises für den doppeltwirkenden hydraulischen Zylinder;
Fig. 12 zeigt eine schematische Ansicht des elektrischen Kreises zur Betätigung des gerichteten Steuerventils, welches in dem hydraulischen Kreis nach der Fig. 11 eingesetzt ist; und
Fig. 13 zeigt eine schematische Ansicht einer Reibrutschkupplung, die zwischen der Vorspannungseinrichtung und dem Rückzugsmechanismus und dem Notfallverriegelungsrückzieh- Mechanismus (ELR) betriebsmäßig zwischengeschaltet ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 und 2 ist die Bewegung eines Insassen 1, der durch einen Dreipunktsitzgurt 7 gesichert ist, sowie die Bewegung eines Sitzes 2 eines Fahrzeugs dargestellt, und zwar während eines Frontalaufpralls. In diesem Fall wird der Oberkörper 1a des Insassen, d. h. der Bereich zwischen dem Kopf und der Mitte des Rumpfes als ein steifer Körper betrachtet, der mit dem Unterkörper 1b des Insassen über ein Gelenk 3 gelenkig verbunden ist, wobei der Unterkörper 1b der Bereich zwischen dem unteren Teil des Rumpfes und den Beinen ist, der mittels des Sicherheitsgurtes 7 an dem Sitz 2 befestigt ist.
Um die Bewegung des Insassen 1, der durch den Sicherheitsgurt 7 an dem Sitz gehalten ist, zu kontrollieren, tritt zuerst der Dreipunkt-Sicherheitsgurt 7 in Aktion, um den Insassen während des gesamten Unfalls fest bzw. zurück zu halten. Abhängig von der Schwere des Aufpralls, wird es dem Sitzgurtsystem erlaubt, eine Rückhaltekraft aufzubringen, die den Körper des Insassen mit bis zu 20 g zurückhält. Oberhalb von 20 g kann dieses Rückhaltesystem zu nicht behebbaren Verletzungen führen, weshalb es dem Sitzgurt ermöglicht wird, mit einer konstanten Widerstandskraft über die Federanordnung 8 mit konstanter Federkraft zu entspannen. Für den Fall eines Unfalls mit geringer Schwere, d. h. daß der Insasse mit einem Verzögerungswert von unter 20 g belastet wird, kann die Bewegung des Oberkörpers des Insassen vollständig durch den Sicherheitsgurt gedämpft werden, ohne das nicht behebbare Verletzungen auftreten. Bei schweren Unfällen, d. h. wenn die Rückhaltekraft, die durch den Sitzgurt aufgebracht wird, die Verzögerungsgrenze von 20 g erreicht, wobei dann θ zwischen - θ&sub0; und 0 liegt, erzeugt der Sitzgurt eine konstante Widerstandskraft, wie sie durch den Pfeil A&sub2; in der Fig. 1 dargestellt ist, die der Verzögerungsgrenze entspricht, wodurch es dem Oberkörper des Insassen erlaubt ist, um den Drehpunkt 3 zu drehen, bis er die Position X&sub1; erreicht, wonach die aktive Regelung der Bewegung des Körpers in Aktion tritt, bei der ein doppeltwirkender hydraulischer Zylinder 4, der zwischen dem Rahmen 5 des Sitzes des Fahrzeugs und dem Rahmen 6 des Fahrzeugs angeordnet bzw. zwischengeschaltet ist, den Rahmen 5 des Sitzes in Längsrichtung relativ zu dem Fahrzeug gleitend verlagert, wie es durch den Pfeil. A&sub1; in der Fig. 1 dargestellt ist. Die lineare Position des Sitzes 2 vor dem Aufprall ist durch X&sub1; angegeben, sowie die darauf folgenden Positionen des Sitzes während des Aufpralls durch X&sub2; und X&sub3; angegeben sind. Die Winkellage bzw. -position des Insassen vor dem Aufprall ist durch θ = -θ&sub0; angegeben und die darauf folgenden Positionen während des Aufpralls sind durch θ = θ&sub1; und θ&sub2; angegeben. Die korrespondierenden linearen Positionen des Insassen sind durch Z = Z&sub0;, Z&sub1; und Z&sub2; angegeben.
Die Einzelheiten des Aufbaus der Federanordnung 8 mit konstanter Federkraft sind in den Fig. 3, 4 und 5 beschrieben. Der Sitzgurt 7 (siehe in den Fig. 1 und 2) ist ein herkömmlicher Dreipunktsitzgurt, der ein Ende 7b hat, welches mit einer Vorspannungseinrichtung 10 mit der herkömmlichen Sitzgurtrückzieheinrichtung fest verbunden ist, die aus einer Vorspannungseinrichtung, aus einer Rückzieheinrichtung und aus einem Notfallverriegelungsrückzugsmechansimus (ELR) besteht, wie es in dem Kfz-Handbuch, 3. Ausgabe, veröffentlicht von der Robert Bosch GmbH, beschrieben ist. Der feste Punkt des Sitzgurtes liegt bei 7a und ist mit der Federanordnung 8 mit konstanter Federkraft bei 8a fest verbunden. Der Federmechanismus umfaßt eine Spiralfeder 8d, die aus einem Streifen aus Federmaterial gefertigt ist, welches vorgespannt ist und in eine Schraubenform gebracht ist, sowie auf einer frei drehbaren Trommel 8b montiert ist. Die Trommel 8b ist von einem Lagerträger 9 getragen. Der untere Teil 9c des Lagerträgers 9 ist gelenkig mit dem Rahmen des Fahrzeugs fest verbunden, nämlich bei 6a, wodurch es dem Federmechanismus ermöglicht ist, in der vertikalen Ebene zu rotieren, und zwar mittels eines Drehgelenks bei 9d. Die Feder wird etwa um das 1,5-fache des Trommeldurchmessers vorgespannt, um dadurch zu ermöglichen, sich mit einer konstanten Kraft FL von Null ausgehend zu erweitern. Die konstante Kraft FL ist definiert als die maximale tolerierbare Verzögerung des Insassen multipliziert mit der Masse des Insassen. Der Abbau der Federvorspannung wird durch einen Streifen 8c verhindert, der an dem geraden Ende 8a der Feder befestigt ist und der durch den Lagerträger bei 9a abgestützt ist. Da sich das Federende immer in Richtung der Richtung der Zugkraft, die durch den Sitzgurt bei 7a aufgebracht wird, neigt, bleiben Abstände C&sub1; und C&sub2; über die Führungsträger 9e bestehen, die mit dem oberen Teil 9b des Lagerträgers 9 integriert sind.
Die Einzelheiten der Verbindung des doppeltwirkenden hydraulischen Zylinders 4, der zwischen dem Rahmen 5 des Sitzes des Fahrzeugs und dem Rahmen 6 des Fahrzeugs angeordnet ist, sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Der Sitz 2 ist ein herkömmlicher Sitz mit einer Rückenlehne 2a, die gelenkig mit dem Sitz bei 2b verbunden ist, wobei herkömmliche Bedienelemente 2c und 2d vorgesehen sind, um jeweils die Winkellage der Rückenlehne 2a und die lineare Position des Sitzes 2 einzustellen. Der hydraulische Motor 4 umfaßt einen Zylinder 4a, der verschwenkbar mit dem Rahmen 6 des Fahrzeugs fest verbunden ist, und zwar bei 4b, sowie eine Kolbenstange 4c, die gelenkig bzw. verschwenkbar bei 4d mit dem zugehörigen Träger 5a integral mit dem Rahmen 5 des Sitzes fest verbunden ist. Die Bewegung des Rahmens 5 des Sitzes relativ zu dem Rahmen 6 des Fahrzeugs wird durch einen elektromagnetbetätigten Bolzen 11 verhindert. Der Sitz 2 ist mit einem Teilrahmen 12 ausgestattet, der an dem Rahmen 5 des Sitzes montiert ist und der linear bzw. in Längsrichtung durch das Bedienelement 2d einstellbar ist.
Während eines schweren Frontalaufpralls, d. h. wenn der Verzögerungswert größer als 20 g ist, wird der Bolzen 11 zurück gezogen und es wird hydraulisches Fluid zu dem hydraulischen Zylinder 4a geregelt zugeführt, nämlich in Abhängigkeit von der Winkelveränderung θ des Insassen und von der Sitzposition X, wodurch der Fluidmotor 4 betrieben wird und sich hierbei verlängert, so daß eine Kraft an den Sitz 2 des Fahrzeugs angelegt wird, in einer Richtung, die der Aufprallkraft entgegengesetzt verläuft, d. h. in Richtung des Pfeils A&sub1; in der Fig. 1.
In den Fig. 9 und 10 ist die Anordnung zum Messen der Winkelveränderung θ des Insassen 1 während des Aufpralls erläutert. Ein fester Streifen 13 ist an seinem oberen Ende mit dem Oberkörper 1a des Insassen durch einen Clip 14 fest verbunden. Das untere Ende des Streifens 13 ist verschwenkbar mit dem Rahmen des Sitzes bei 15 fest verbunden; die Drehverbindung umfaßt ebenso einen variablen Drehdifferentialumformer (RVDT) 16.
Die Sitzposition X wird durch einen variablen Lineardifferentialumformer (LVDT) 17 gemessen (siehe Fig. 7), der zwischen dem Rahmen 5 des Sitzes und dem Rahmen 6 des Fahrzeugs montiert ist.
In der Fig. 11 ist der hydraulische Kreis zum Zuführen und Abführen des hydraulischen Fluids zu und von dem Fluidmotor 4 erläutert. Das hydraulische Fluid wird einem Speicher 18 zugeführt, und zwar von einer motorgetriebenen Pumpe 19. Das hydraulische Fluid wird von dem Speicher 18 zu einem herkömmlichen richtungsabhängigen Steuerventil 20 zugeführt, welches von einem Typ ist, wie er in dem Kfz-Handbuch, 3. Auflage, veröffentlicht von Robert Bosch GmbH, erläutert ist. Ausge hend von dem Steuerventil 20 wird das hydraulische Fluid entweder zu dem Anschluß P&sub1; oder P&sub2; des Fluidmotors 4 weiter geleitet, um den Fluidmotor 4 auszufahren oder einzufahren, um dadurch den Sitz 2 in Längsrichtung zu verschieben.
Die Position der Spule innerhalb des Steuerventils 20 wird durch ein Kontrollsignal bestimmt, welches von dem elektrischen Kreis nach der Fig. 12 dem Steuerventil 20 zugeführt wird. Die Meßwerte der Winkellage θ des Insassen werden durch den RVDT 16 ausgelesen und die lineare Position X des Sitzes wird durch den LVDT 17 bestimmt. Diese Meßwerte werden dem Mikroprozessor 21 zugeführt, der wiederum ein Kontrollsignal zu dem gerichteten Steuerventil 20 schickt. Wie es bei automatischen Rückhaltesystemen, wie etwa Airbags und Sitzgurtstraffern bekannt ist, wird ein Triggerkreis zwischengeschaltet, um sicher zu stellen, daß die aktive Kontrolle bzw. Regelung bei niedrigen Aufprallgeschwindigkeiten nicht mit Energie versorgt wird. Darüber hinaus ist an dem Fahrzeug ein Beschleunigungsmeßsensor 22 montiert und ein Integrator 23 sowie ein Quecksilberschalter 24 sind in dem Triggerkreis integriert, so daß, wenn ein Ausgangssignal von dem Integrator 23 einen vorbestimmten Wert übersteigt, ein Signal an den Mikroprozessor 21 geschickt wird, und von dort aus an den Elektromagneten 11 zur Betätigung desselben weiter geleitet wird.
Beim Betrieb der aktiven Regelungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung, d. h. unter normalen Fahrbedingungen, ist der Sicherheitsgurt passend angelegt, der Sitz 2 ist an dem Rahmen 6 des Fahrzeugs verriegelt, und das gerichtete Steuerventil 20 ist in der neutralen Position, so daß sich der Fluidmotor 4 in der neutralen, mittigen Position befindet. Falls ein Frontalaufprall eintritt, wird der Sitzgurtvorspanner aktiviert, um den Sitzgurt fest an den Oberkörper des Insassen anzulegen, kurz bevor sich der Oberkörper nach vorne bewegt, wodurch der Notfallverriegelungsrückzieher (ELR) verriegelt, so daß der Gurt den Insassen und seine nach vorne gerichtete Bewegung abfängt. Falls der Schwerpunkt des Körpers des Insassen zur Ruhe kommt, bevor er die Anfangsposition X&sub1; erreicht, so hat das Rückhaltesystem erfolgreich die nach vorne gerichtete Bewegung des Insassen angehalten. Bei leichten bis mittelschweren Unfällen ist damit die Gefahr beseitigt. Für den Fall eines schweren Aufpralls wirkt der Sicherheitsgurt als das primäre Mittel zum Schutz der Insassen, wobei die Rückhaltekraft des Sitzgurtrückzugsystems gesättigt wird, wenn die Verzögerung des Körpers des Insassen 20 g erreicht. Dies wird durch den Mechanismus 8 mit konstanter Federkraft erreicht, bei dem der Gurt sich mit einer konstanten Kraft FL entspannt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wenn der Schwerpunkt des Oberkörpers des Insassen die vertikale Position X&sub1; erreicht und weiterhin die Tendenz vorliegt, daß er sich weiter nach vorne bewegt, dann wird der Bolzen 11 über den Elektromagneten zurück gezogen, um den Sitz 2 von dem Rahmen 6 des Fahrzeugs freizugeben. Ein Signal von dem Mikroprozessor 21 in Antwort auf die Signale von dem RVDT 16 und von dem LVDT 17 wird an das gerichtete Steuerventil 20 übertragen, wodurch unter Druck stehendes hydraulisches Fluid durch den Anschluß P&sub2; in den Fluidmotorzylinder 4a geleitet wird, um eine Kraft gegen den Fluidmotorkolben in einer Richtung aufzubringen, die entgegengesetzt der Aufprallkraft verläuft, wodurch die Verlängerung der Kolbenstange 4c und eine daraus resultierende Bewegung des Sitzes 2 aufgefangen wird.
Nachdem die Kraft aus dem Aufprall abgebaut wurde, wird das Steuerventil 20 betätigt, um das hydraulische Fluid zu dem Fluidmotor 4 zuzuführen, um den Sitz in die Ausgangsposition zurück zu verlagern, wonach der Bolzen 11 mittels des Elektromagneten betätigt wird, um den Rahmen 5 des Sitzes erneut an dem Rahmen 6 des Fahrzeugs zu verriegeln. Gleichzeitig wird die Feder 8a in die ursprüngliche Position zurück geführt.
Der Mechanismus 8 mit konstanter Kraft nach der vorliegenden Erfindung, der mit dem Festpunkt 7a des Sitzgurts verbunden ist, der ein sicheres Rückhaltesystem schafft, wie oben beschrieben, kann alternativ durch eine Reibrutschkupplung 25 ersetzt werden, wie es in der Fig. 13 dargestellt ist. Die unter Druck stehenden Reibflächen 25a rutschen, sobald die Belastung, die durch den Gurt aufgebracht wird, um den Oberkörper des Insassen abzubremsen, den Grenzwert des Widerstands FL des menschlichen Körpers erreicht hat, wodurch der Schutz des Insassen gegenüber einer Überbelastung durch den Sicherheitsgurt erreicht ist. In der Fig. 13 ist schematisch die Anordnung und der Aufbau der Rutschkupplung dargestellt. Sie ist zwischen der Rückzieheinrichtung 10a und der Vorspannungseinrichtung 10c und dem ELR-Mechanismus 10b angeordnet. Die Gurtgrenzbelastung FL wird durch eine konische Feder 25b erreicht, die einen Druck auf die Reibflächen aufbringt, und zwar über die Mutter 25d, um das erforderliche maximale konstante Moment der Reibung, die durch die Kupplung übertragen werden soll, zur Verfügung zu stellen. Eine Hülse 25c, die eine definierte Länge hat, wird benutzt, um das maximal erlaubte Auslenken der Feder 25b zu bestimmen. Für diesen Fall sollte der Festpunkt 7a des Sicherheitsgurtes 7 direkt an dem Rahmen 6a des Fahrzeugs mittels des Gelenks 9d befestigt sein.
Aus der obigen Beschreibung ist es offensichtlich für den Fachmann, daß die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung eine aktive Regelungsvorrichtung schafft, die das Sitzgurtrückhaltesystem mit. Sättigung bzw. Begrenzung des Rückhalts der nach vorne gerichteten Bewegung des Insassen des Fahrzeugs unterstützt, um den Kopf und den Oberkörper des Insassen zu schützen, nämlich vor einem Aufschlag auf dem Lenkrad oder dem Armaturenbrett, sowie auch Verletzungen des Gesichts, Rippenbrüche und ein Genicktrauma verhindert wird, die alle auftreten können, wenn nur Airbags und herkömmliche Sitzgurte zum Einsatz gelangen.
Eine aktive Regelungsanordnung und ein Sicherheitsgurtsystem mit begrenzter Rückhaltekraft werden also eingesetzt, um die Bewegung des Körpers eines Insassen des Fahrzeugs bei einem Frontalaufprall zu kontrollieren. Das Sicherheitsgurtsystem umfaßt einen Federmechanismus mit konstanter Federkraft, der mit dem Festpunkt des Dreipunktsitzgurtes an seinem freien Ende verbunden ist, sowie er über eine Trommel und einen Lagerträger an dem anderen Ende mit dem Fahrzeug verbunden ist. Der Körper des Insassen wird in erster Linie durch den Sicherheitsgurt bis zu einem Verzögerungswert zurück gehalten, der den menschlichen Toleranzgrenzen entspricht, wobei sich anschließend der Gurt entspannt, wodurch der Insasse mit einer gesättigten bzw. begrenzten Widerstandskraft gehalten wird sowie dann die aktive Regelungsvorrichtung aktiviert wird, die einen doppeltwirkenden hydraulischen Zylinder umfaßt, der zwischen einem Rahmen des Sitzes des Fahrzeugs und dem Rahmen des Fahrzeugs angeordnet ist, so daß der Rahmen des Sitzes in einer Längsrichtung relativ zu dem Fahrzeug gleitend verlagert werden kann. Der Rahmen des Sitzes ist freigebbar an dem Rahmen des Fahrzeugs mittels eines Bolzens befestigt, der über einen Elektromagneten betätigt wird, wobei der Elektromagnet durch einen Mikroprozessor kontrolliert wird, der elektrisch mit einem Beschleunigungssensor verbunden ist. Ein variabler Lineardifferentialumformer mißt die lineare Position des Sitzes und ein variabler Drehdifferentialumformer mißt die Winkelbewegung des Körpers des Insassen. Die Umformer übertragen diese Signale an den Mikroprozessor, der wiederum in Antwort auf diese Signale weitere Signale an das gerichtete Steuerventil überträgt, welches das hydraulische Fluid kontrolliert, welches dem doppeltwirkenden hydraulischen Zylinder zugeführt wird oder von dort abgeführt wird, um die nach vorne gerichtete gleitende Bewegung des Sitzes zu kontrollieren, abhängig von der Schwere des Aufpralls. Diese aktive Regelungsvorrichtung dämpft die verbleibende kinetische Bewegung des Insassen aktiv ab, wodurch der Sicherheitsgurt ergänzt wird.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist rein beschreibend und es können zahlreiche Änderungen daran vorgenommen werden, nämlich hinsichtlich der Form, der Größe und der Anordnung der Bauteile, ohne dabei den Schutzumfang der zugehörigen Patentansprüche zu verlassen.

Claims

1. Regelungsanordnung zum Abmildern einer Bewegung eines Körpers eines Insassen eines Fahrzeuges, der einen Sicherheitsgurt trägt, während einer Frontalkollision, mit einem Sitzgurtsystem (7), und mit einer Regelungsvorrichtung, umfassend einen Rahmen (6) des Fahrzeuges, einen Sitz (2), der entlang einer Längsachse relativ zu dem Rahmen (6) des Fahrzeuges verlagerbar ist, einen Fluidmotor (4), der zwischen dem Rahmen (6) des Fahrzeuges und dem Sitz (2) zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitsgurt in Form eines Sicherheitsgurtsystems mit begrenzter Rückhaltekraft vorgesehen ist, um der nach vorne gerichteten Bewegung des Insassen (1) bis zu einer Verzögerungsgrenze von bis zu 20 g zu widerstehen, wobei, wenn die Rückhaltekraft des Sicherheitsgurtes diese Verzögerungsgrenze erreicht, die Regelungsvorrichtung in Aktion tritt, um den Rest der kinetischen Energie des Insassen (1) abzudämpfen, und daß die Regelungsvorrichtung weiterhin eine aktive Regelungsvorrichtung umfaßt, die eine Regelungseinrichtung (16, 17) aufweist, um die Position des Sitzes relativ zu der Längsachse des Fahrzeuges zu bestimmen, sowie um die Winkellage eines Oberkörpers (1a) des Insassen relativ zu einem Unterkörper (1b) des Insassen zu bestimmen, um den Fluß eines Fluids in den Fluidmotor (4) zu regeln, wobei der Aufprall aus der Frontalkollision abgedämpft wird, indem der Fluidmotor (4) in Betrieb gesetzt wird, um eine Kraft auf den Sitz (2) aufzubringen, in einer Richtung, die entgegengesetzt zu dem Aufprall verläuft, um die nach vorne gerichtete lineare Bewegung des Sitzes (2) zu dämpfen und um das Sitzgurtsystem (7) zu unterstützen.

2. Regelungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsgurtsystem mit begrenzter Rückhaltekraft (7) mit seinem Festpunkt mit einem Schraubenfeder- Mechanismus mit Konstantkraft verbunden ist, um der nach vor ne gerichteten Bewegung des Insassen (1) bis zu einer Verzögerungsgrenze von bis zu 20 g zu widerstehen, wodurch es der Feder an dem Festpunkt des Sitzgurtes ermöglicht ist, sich mit einer konstanten Widerstandskraft zu vergrößern, die der maximal erlaubten Verzögerungsgrenze des Insassen während der Federerweiterung entspricht, und daß die aktive Regelungsvorrichtung einen hydraulischen Kreis umfaßt, der mit dem Fluidmotor (4) verbunden ist.

3. Regelungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sicherheitsgurtsystem mit begrenzter Rückhaltekraft (7) eine Schraubenfeder (8d) mit Konstantkraft umfaßt, deren freies Ende den Festpunkt eines Dreipunktgurtes hält, und die auf einer frei drehbaren Trommel montiert ist, die an einem Träger gelagert ist, der an dem Rahmen des Fahrzeuges angelenkt ist, und die eine Führungseinrichtung trägt, zum Führen einer anfänglichen Erweiterung der Feder mit Konstantkraft.

4. Regelungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen dem Rahmen (6) des Fahrzeuges und einem Rahmen (5) des Sitzes eine Feststelleinrichtung (11) montiert ist, die über einen Elektromagneten zu betätigen ist, um den Rahmen des Sitzes freigebbar festzuhalten, nämlich gegen eine gleitende Verlagerung des Rahmens des Sitzes gegenüber dem Rahmen (6) des Fahrzeuges wirkend.

5. Regelungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Fluidmotor (4) einen Zylinder aufweist, der mit dem Rahmen (6) des Fahrzeuges verbunden ist, sowie eine Kolbenstange aufweist, die mit dem Rahmen des Sitzes verbunden ist.

6. Regelungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der hydraulische Kreis ein Reservoir für das hydraulische Fluid, eine durch einen Motor angetriebene Pumpe (19), und einen Sammelbehälter (18) aufweist, wobei die durch den Motor angetriebene Pumpe mit dem Reservoir und mit dem Sammelbehälter in Verbindung steht, um hydraulisches Fluid von dem Reservoir zu dem Sam melbehälter zu fördern, sowie er ein gerichtetes Regelventil (20) aufweist, welches mit dem Sammelbehälter und dem Zylinder in Verbindung steht, wobei unter Druck stehendes hydraulisches Fluid zu dem Zylinder gefördert und von dem Zylinder abgeleitet wird, um die verlängernde und verkürzende Bewegung der Kolbenstange zu steuern.

7. Regelungsanordnung nach Anspruch 6, wobei die Regelungseinrichtung einen linearen variablen Differentialumformer (17) umfaßt, der zwischen dem Rahmen des Fahrzeuges und dem Rahmen des Sitzes wirkt, um die Position des Sitzes relativ zu der Längsachse des Fahrzeuges zu messen, sowie einen variablen Differentialumformer (16) für Drehungen umfaßt, der mit dem Rahmen des Sitzes verbunden ist, sowie mit einer Einrichtung zum Verbinden des variablen Differentialumformers (16) für Dreilungen mit einem Insassen, der sich in dem Sitz befindet, um die winkelmäßige Verlagerung des Körpers des Insassen zu messen, sowie einen Mikroprozessor (21) und einen elektrischen Schaltkreis umfaßt, der den Mikroprozessor und die variablen Differentialumformer für Drehungen und Verschiebungen verbindet, sowie der Schaltkreis zwischen dem Mikroprozessor und dem gerichteten Regelventil (20) eine Verbindung schafft, wobei die Signale von dem Mikroprozessor an das gerichtete Regelventil übertragen werden, in Antwort auf Signale von den variablen Differentialumformern für Drehung und Verschiebung.

8. Regelungsanordnung nach Anspruch 7, wobei der elektrische Schaltkreis einen Auslösekreis umfaßt, der einen Beschleunigungsmesser (22) aufweist, der an dem Fahrzeug montiert ist, sowie einen elektrischen Kreis aufweist, der den Beschleunigungsmesser mit dem Mikroprozessor (21) verbindet, sowie eine Feststelleinrichtung (11), die durch einen Elektromagneten betätigbar ist, die zwischen dem Rahmen des Fahrzeuges und dem Rahmen des Sitzes montiert ist, um den Rahmen des Sitzes freigebbar festzuhalten, gegen eine gleitende Verlagerung des Rahmens des Sitzes gegenüber dem Rahmen des Fahrzeuges, sowie einen elektrischen Kreis aufweist, der die Feststelleinrichtung, die durch einen Elektromagneten betätigbar ist, mit dem Mikroprozessor verbindet, wobei während einer Frontalkollision der Beschleunigungsmesser ein Signal an den Mikroprozessor überträgt, der wiederum ein Antwortsignal an die Feststelleinrichtung überträgt, die durch einen Elektromagneten betätigbar ist, um dadurch die Feststelleinrichtung zu lösen, um den Rahmen des Sitzes von dem Rahmen des Fahrzeuges freizugeben.

9. Regelungsanordnung nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung zum Verbinden des variablen Differentialumformers (16) für Drehungen mit dem Insassen einen starren Streifen (13) umfaßt, wobei ein Ende des starren Streifens mit dem Oberkörper des Insassen verbunden ist und wobei das andere Ende des starren Streifens mit dem variablen Differentialumformer für Drehung verbunden ist, wobei die winkelmäßige Bewegung bzw. Drehbewegung des Oberkörpers des Insassen relativ zu dem Unterkörper auf den variablen Differentialumformer für Drehung übertragen wird.

10. Regelungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung zum Betätigen des Fluidmotors (4), um den Aufprall aus einer Frontalkollision zu dämpfen, indem eine Kraft auf den Sitz (2) des Fahrzeuges aufgebracht wird, und zwar in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Aufprall (-punkt), um die nach vorne gerichtete lineare Bewegung des Sitzes und des zugeordneten Insassen zu dämpfen, wodurch das Sicherheitsgurtsystem mit begrenzter Rückhaltekraft (7) unterstützt wird.