CN102971204A - 用于吸收碰撞能量的碰撞结构和用于调节碰撞结构的刚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于吸收碰撞能量的碰撞结构，用于安装在车辆前部中，其中设有根据表征碰撞的信号调节碰撞结构的刚度的执行机构。碰撞结构具有传感机构，其输出所述信号。碰撞机构还具有至少两个模块，它们彼此连接，其中所述连接从预先确定的力开始断裂，使得随后所述至少两个模块相对彼此运动，直至到达至少一个止挡。所述信号说明所述断裂和所述止挡的到达。

Description

用于吸收碰撞能量的碰撞结构和用于调节碰撞结构的刚度的方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的分类的用于吸收碰撞能量的碰撞结构或者用于调节这样的碰撞结构的刚度的方法。

背景技术

由EP1792786A2公开了一种碰撞盒，其具有壳体状的变形型材并且构造为由金属板构成的折叠结构，所述变形型材具有纵向支承件侧的凸缘板。变形型材由两个壳体部件构成，其中在每个壳体部件上模制一个凸缘板区段。壳体部件由初始板坯折叠、随后组装并且借助于电阻焊点彼此接合，所述初始板坯由金属板构成。这是传统的碰撞盒，不具有对碰撞过程的任何自适应。然而，这样的自适应例如由DE19745656A1公开。在此提出一种用于机动车的吸震器，其中可以根据预碰撞信号或碰撞信号控制变形，所述预碰撞信号是诸如雷达传感机构上的环视传感机构的信号。提出在变形元件上滑块垂直于力方向运动并且由此阻挡变形元件，使得变形元件通过力作用通过由于阻挡的塑性变形来减小碰撞能量。通过这样的变形元件的平行设置或通过这样的变形元件的相互嵌接结构能够实现对碰撞过程的自适应。作为另一示例提出：变形元件通过尖细化用于减小碰撞能量。在此，用于尖细化的元件是固定的而另一元件可以通过滑块自由给定，以便减小尖细化。滑块的运动在此径向地、即垂直于力方向并且由此垂直于变形元件——通常具有预给定壁厚的圆柱体的纵轴线进行。

发明内容

与此相比，具有独立权利要求的特征的根据本发明的用于吸收碰撞能量的碰撞结构或者根据本发明的用于调节这种碰撞结构的刚度的方法具有如下优点：现在通过本发明能够提前实现不同严重性的车辆碰撞的区分用以调节碰撞结构的刚度。但传感机构的信号也可以用于控制其他拉回装置——如安全气囊或安全带，如由从属权利要求得出的那样。此外实现了如下目标：在碰撞情况下确保了自我保护以及对方保护并且同时通过碰撞结构的实施减轻车辆重量并且由此降低能量消耗。通过根据本发明的碰撞结构或者根据本发明的方法改善了通过传感机构的感测可靠性和所述感测的速度。

根据本发明的碰撞结构位于车辆的前部区域中。所述碰撞结构在与碰撞对方接触之后立即经历变形。由结构决定地需要快速的感测和致动，优选在一位的毫秒范围内。执行机构在感测和致动期间不允许通过碰撞力负荷。通过根据本发明的碰撞结构或者根据本发明的方法能够安全且可靠地实现碰撞严重性的快速区分。此外，通过所介绍的本发明实现了：可以进行感测和致动，而不使执行机构已经承受负荷。

碰撞结构应取代传统的碰撞盒和纵向支承件的前部部件。由此，也必须反映待取代的元件的两个功能并且至少两个、以后也更多的刚度是可调节的。通常，碰撞结构的基本调节是较高的刚度，其通常相应于前部纵向支承件的刚度。然而，任意其他刚度水平也是可能的，因为本发明也同样可用于任意其他刚度。判定是否进行刚度转换取决于适于识别的事故严重性。例如，在速度小于16km/h时进行从硬到软的转换。然而，可以任意选择所述边界速度。能够毫无问题地实现执行机构进行的其他刚度调节的判定。

如上所示的碰撞结构是取代纵向支承件的前部部件和碰撞盒安装的元件。为此，碰撞结构具有所需的接口，以便能够可靠地安装，例如通过旋紧或焊接。碰撞结构用于吸收碰撞能量，即动能被转换成变形能量并且因此被减小。这保护了车辆乘客。通过安装位置清楚的是碰撞结构安装在车辆前部中。

但原则上可能的是，根据本发明的碰撞结构使用在车辆尾部中。

碰撞结构的部件以模块表示，它们彼此连接，其中所述连接从预先确定的力开始断裂，使得随后至少两个模块相对彼此运动，直至到达至少一个止挡。通常属于迄今的碰撞结构的模块固定而另外的模块相对于固定的模块运动。但在此其他配置也是可能的。连接以及预先确定的力根据从属权利要求来定义。止挡表示：通常运动的模块不再能够继续运动。不仅断裂而且止挡导致可明显觉察的信号，如通过传感机构——如可以通过加速度传感机构或固体声传感机构容易检测到的那样。

执行机构通常根据所识别的碰撞来实施碰撞结构的刚度的匹配。以电的方式控制执行机构，并且所述执行机构例如可以在变形时通过尖细部来改变尖细的程度。但执行机构也可以改变其他类型的相应设置的变形。传感机构产生所述表征碰撞的信号。通过本发明，信号具有关于断裂和止挡的到达的信息。根据传感机构的所述信号进行刚度调节，即，中间步骤——即所述信号的处理例如可以在控制设备中进行，所述控制设备位于碰撞结构的内部或外部。所述处理例如可以确定断裂和止挡的到达并且由此确定侵入速度。根据侵入速度可以确定可能的刚度调节。

通过在从属权利要求中提及的措施和改进方案能够实现在独立权利要求中说明的碰撞结构或在独立权利要求中说明的用于调节碰撞结构的刚度的方法的有利改进。

有利地，至少两个模块设置在碰撞结构的前部区域中。即，由于碰撞，首先发生所述至少两个模块之间的连接的断裂并且随后发生相对运动，直至到达止挡。随后碰撞结构才变形。因此符合目的的是，至少两个模块设置在碰撞结构的前部区域中。在此，与车辆的横向支承件的连接设置在车辆前部上。

至少两个模块之间的连接优选构造成力配合的，即例如通过旋紧或铆接。由于相对运动，随后可能出现剪切力的形成，其导致连接的断裂。在此，预先确定的力（从所述预先确定的力开始出现断裂）是碰撞结构的最低可能的可调节的刚度。由此，根据本发明的碰撞结构优选也实现了碰撞盒的功能。即碰撞盒在其刚度方面如此设计，如其是可调节的碰撞结构的最低可能的刚度。

有利地，至少两个模块中的第一模块是空心型材，所述至少两个模块中的第二模块侵入所述空心型材中。所述至少两个模块中的第二模块在背离空心型材的端部上具有适配板。优选地，至少两个模块中的第二模块在此构造为型材并且与适配板一体地实施。在适配板上优选可以安置传感机构，如加速度传感机构或固体声传感机构，其输出说明断裂和止挡的到达的信号。随后根据所述信号来调节碰撞结构的刚度。

有利地，信号也用于人员保护装置——如安全气囊或者安全带的控制。根据信号可以向驾驶员输出消息。这样的消息例如是：驾驶员应检查是否在工厂中更换碰撞主动结构。

附图说明

在以下描述中更详细地阐述并且在附图中示出本发明的实施例。

附图示出：

图1：具有根据本发明的碰撞结构的车辆前部，

图2：本发明的第一实施变型方案，

图3：信号变化曲线，

图4：本发明的第二变型方案，

图5：本发明的第三变型方案，

图6：本发明的第四变型方案，

图7：本发明的第五变型方案，

图8：根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出车辆FZ的车辆前部，所述车辆具有横向支承件QT和碰撞主动结构CS，所述碰撞主动结构设置在横向支承件与相应的纵向支承件LT之间。碰撞结构CS的任务是吸收碰撞能量，其方式是，将运动能量转换成变形能量。为此，碰撞结构设有可调节的刚度。根据如下信号来调节所述刚度：所述信号根据本发明通过传感器产生，所述传感器借助根据本发明的特征测量侵入速度——因此碰撞速度如何。因此可以无力地调节刚度。

本发明提出，在碰撞结构的前部中在碰撞结构的第一模块与第二模块之间出现相对运动。这些模块例如可以是型材，其中第一模块是空心型材，第二型材侵入所述空心型材中。

图2示出相关的部件的概略图。在进行侵入的型材EP的结束处可以直接固定用于固定另外的部件（如在附图中示出的那样）的适配板AP或者也可以直接固定横向支承件。型材EP——例如管和适配板AP可以整体制造，即一体地制造，或者也可以接合地制造，如在图2中示出的那样，例如焊接。进行侵入的型材EP通过连接元件VE与前部的碰撞结构VCS连接。所述连接通常是力配合的，例如旋紧或铆接，然而也可考虑其他方法。连接元件VE在碰撞时是期望断裂部位。从位于碰撞结构的下刚度的水平上——例如位于碰撞盒水平上的所定义的力开始，所述元件VE必须失效。为此也参见通过F_Crash表示的方向。仅仅由此确保：即使在位于碰撞盒的吸收水平上的轻微碰撞的情况下也产生碰撞严重性的感测，因为为此需要连接元件——例如螺栓VE的断裂。所述螺栓VE的尺寸不允许设计得过薄，因为否则即使在位于碰撞盒的作用范围以下的更轻微的碰撞的情况下也出现螺栓的断裂并且因此需要结构的修理，而结构的彼此侵入的型材完全没有经历相对运动。

然而同样可能的是（即使在图2中没有示出），型材VCS位于前部的碰撞结构内并且进行侵入的型材在碰撞结构上在外部导引。重要的是，在管EP和VCS彼此相对移动时存在固定的止挡。

为了感测事故严重性使用加速度传感器BS。所述加速度传感器安置在适配板AP上，选择性地安置在适配板内或适配板外。在图2中示出了两种装配可能性，然而对于每个碰撞结构以及因此对于每个车辆侧仅仅使用一个传感器。

碰撞力通过车辆前部传递到适配板和进行侵入的型材EP上。连接元件由此承受剪切。在连接元件VE断裂时，在所示的部件之间存在相对运动。在加速度传感器BS的信号中在明显的尖峰中可看到折断。当调整元件止挡在尖细管VCS上时，产生第二尖峰。在图3中简化地示出尖峰，即在下方的加速度时间图中圈出这些尖峰。相应的时间t₀或t₁表示根据本发明的模块彼此相对运动的时间。在上方的两个曲线图中示出了路径以及速度。

t₀：螺栓的断裂导致加速度传感器的信号中的尖峰。

t₁：调整元件止挡在尖细管上导致加速度传感器的信号中的尖峰。

测量两个尖峰之间的时间。两个部件可以进行的相对运动是已知的。因此可以计算出侵入速度和（因此）碰撞速度有多高。借助所述速度可以判定是否应进行碰撞结构的刚度的转换。

$v_{\mathrm{rel}}=\frac{S_{\mathrm{trig}}}{t_{\mathrm{sens}}}$

其中t_sens=t₁-t₀：加速度信号中的明显的尖峰之间的时间。

S_trig：两个部件可以彼此相对经过的路径。

v_rel：部件之间的相对速度。

为此，根据感测时间来转换等式并且将如下速度用作速度：从所述速度开始应转换到软的刚度上（v_Grenz）：

$t_{\mathrm{Grenz}}=\frac{S_{\mathrm{trig}}}{v_{\mathrm{Grenz}}}$

其中

S_trig：两个部件可以彼此相对经过的路径。

V_Grenz：相对速度，在所述相对速度以下应进行刚度的转换。

t_Grenz：在边界速度的情况下在两个尖峰之间的时间。

从等式可知，在位于速度V_Grenz以下的碰撞速度的情况下超过时间t_Grenz。这用作切换到碰撞结构的更小刚度的触发标准。在此如此选择s_trig和v_Grenz，使得用于执行机构的无负载致动的所需时间保持不变。

进行侵入的型材在前部的碰撞结构VCS的型材中的止挡可以位于内部或者位于外部，如其在图4和5中示出的那样。止挡在此以a表示，其余的元件以相同的附图标记表示。根据装配的要求得出止挡位于内部还是位于外部。在止挡位于内部的情况下得到如下优点：例如在适配板与进行侵入的型材EP焊接时焊缝的凸起部不干扰止挡。在沿纵向方向旋紧时，所述问题例如不会出现。对于感测而言，两种变型方案是等价的。

在图2中以及在下文中示出了纵向方向上的两个连接元件。然而，数量原则上可以由一个或多个元件构成。从所示的剖面图中可以看到型材的圆周上的两个连接元件。在此也适用的是，原则上一个或多个连接元件可以分布在圆周上。元件的尺寸设计相应地实现。

所示的连接元件提供如下优点：碰撞结构之前的结构——例如所装配的横向支承件连同组件一起在纵向方向上固定在碰撞结构的前部上。所示的连接元件是所述固定的简单实现。

通过连接元件断裂时的明显的加速度尖峰还可以确定：结构的负荷至少在碰撞盒水平上已经发生并且碰撞结构已经经历变形。这提供了如下优点：可以通过消息要求不能可靠地估计实际严重性和工厂试验要求的驾驶员检查其车辆。这例如可以通过内部信息系统来进行。

所使用的加速度传感器与装配组合地提供了如下优点：其除用于转换自适应碰撞结构的判定以外还可以提供可以用于触发拉回装置的数据。这涉及诸如时刻、强度但也用于偏移碰撞或斜碰撞的参数。传统的前端传感机构可以由安装位置决定地仅仅对于几毫秒提供信号。随后，安装位置和/或传感机构通过由碰撞决定的变形损坏或者其不再提供可靠的信号。尤其在位于内部的装配的情况下，根据本发明保护传感机构以免发生所述情况。

除集成到独立的控制设备——如ESP和安全气囊控制设备中以外，也可以将数据集成到安全气囊与行驶动态功能的组合控制设备中并且分析处理所述数据。所述数据同样可以进行执行机构的控制或者产生信号和指令，所述信号和指令通过总线系统传送给随后进行执行机构的致动的其他控制设备。同样可考虑：数据通过总线系统——如CAN总线发送给控制设备，在所述控制设备中在算法中进行数据的更新和处理。这例如可以是安全气囊控制设备。

图6和图7示出接合状态（即碰到止挡）中位于内部的止挡和位于外部的止挡的相应结构，即到达止挡。

图8示出根据本发明的方法的流程图。在方法步骤800中，当两个模块彼此相对运动并且已经到达止挡时产生传感器信号。在方法步骤801中，在表征断裂和止挡的信号特征方面进行传感器信号的分析。由此在方法步骤802中确定侵入速度。在方法步骤803中确定侵入速度是否小于预给定的边界速度v_Grenz。如果情况如此，则在方法步骤804中进行刚度匹配，因为在开始状态中刚度调节得高但边界速度低，所以必须将刚度降低到更软的碰撞上。附加地，可以向驾驶员发出警告。然而，如果在方法步骤803中速度大于v_Grenz，则在方法步骤805中不进行刚度的改变，因为现在考虑硬碰撞。

Claims (12)

1.用于吸收碰撞能量的碰撞结构（CS），用于安装在车辆前部中，其特征在于，所述碰撞结构（CS）具有至少两个模块（VCS，EP），它们彼此连接，使得所述连接从预先确定的力开始断裂，使得随后所述至少两个模块（EP，VCS）相对彼此运动，直至到达至少一个止挡（A）。

2.根据权利要求1所述的碰撞结构，其特征在于，所述至少两个模块（VCS，EP）设置在所述碰撞结构（CS）的前部区域中。

3.根据权利要求1或2所述的碰撞结构，其特征在于，所述连接构造成力配合的。

4.根据以上权利要求中任一项所述的碰撞结构，其特征在于，所述预先确定的力是所述碰撞结构（CS）的最低可调节的刚度。

5.根据以上权利要求中任一项所述的碰撞结构，其特征在于，所述至少两个模块（EP，VCS）中的第一模块是空心型材，所述至少两个模块（EP，VCS）中的第二模块侵入所述空心型材中。

6.根据权利要求5所述的碰撞结构，其特征在于，所述至少两个模块中的第二模块在背离所述空心型材的端部上具有适配板。

7.根据权利要求6所述的碰撞结构，其特征在于，所述至少两个模块（EP，VCS）中的第二模块构造为型材并且与所述适配板（AP）一体地实施。

8.根据权利要求6或7所述的碰撞结构，其特征在于，在所述适配板（AP）上安置有传感机构（BS），所述传感机构输出信号，所述信号说明所述断裂和所述止挡（A）的到达并且所述碰撞结构（CS）的刚度能够根据所述信号调节。

9.用于吸收碰撞能量的碰撞结构，用于安装到具有执行机构的车辆前部中，所述执行机构根据表征碰撞的信号调节所述碰撞结构的刚度，其中，所述碰撞结构（CS）具有传感机构（BS），所述传感机构（BS）输出所述信号，其特征在于，所述碰撞结构（CS）具有至少两个模块（VCS，EP），它们彼此连接，使得所述连接从预先确定的力开始断裂，使得随后所述至少两个模块（EP，VCS）相对彼此运动，直至到达至少一个止挡（A），并且所述信号说明所述断裂和所述止挡（A）的到达。

10.用于调节碰撞结构（CS）的刚度的方法，所述碰撞结构用于吸收碰撞能量，其中，根据表征碰撞的信号来调节所述刚度，其中，所述信号由传感机构（BS）提供，其特征在于，所述信号说明在至少两个模块（VCS，EP）相对运动之后所述至少两个模块（VCS，EP）的连接的断裂和止挡（A）的到达。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述信号也由拉回装置的控制使用。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，根据所述信号向驾驶员输出消息。

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