DE102004056359B3

DE102004056359B3 - Überrollschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102004056359B3
Application number: DE200410056359
Authority: DE
Inventors: Jochem Fischer; Stefan Hilgenberg
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-11-23

Abstract

Überrollschutzeinrichtung mit einen drohenden Überschlag eines Kraftfahrzeugs (2) erkennenden Detektormitteln und mit einer mit den Detektormitteln gekoppelten Steuereinheit zur Ansteuerung von Aktuatoren aktiver Sicherheitskomponenten, wobei die oberen Enden der eine Frontscheibe einfassenden A-Säule (4) mit von den Aktuatoren ausgefahrenen Stützen (3) koppelbar sind, durch welche die oberen Enden (E) der A-Säule zum Schutz der Insassen bei einem drohenden Überschlag mit der Seitenstruktur (5) des Kraftfahrzeugs (2) verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überrollschutzeinrichtung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Cabrios besitzen in Ermangelung eines festen Dachs in der Regel keine sich von der Bodengruppe bis zum Dach erstreckende B-Säule. Dennoch muss die Karosserie eines Cabrios die gleichen Sicherheitsanforderungen erfüllen wie Kraftfahrzeuge mit festem Dach und mit B-Säule. Aus diesem Grund wird die Karosserie bei Cabrios durch unterschiedliche Maßnahmen verstärkt ausgeführt.

Durch die DE 42 41 054 C1 zählt eine Kraftfahrzeugkarosserie zum Stand der Technik mit einer ausfahrbaren Mittelsäule. Diese weist einen oberen Teil auf, der in einen unteren Teil versenkbar ist. Im Falle eines Überschlags soll der obere Teil der Mittelsäule sensorgesteuert ausgefahren und in dieser Wirkstellung mit dem Dachrahmenbereich verriegelt werden. Dieser Vorschlag ist vielversprechend, denn im normalen Fahrbetrieb werden die Sichtverhältnisse der Fahrzeuginsassen nicht beeinträchtigt und im Falle eines Überschlags kann eine Versteifung des Dachbereichs erfolgen. Allerdings muss der obere Teil der Mittelsäule im Falle eines Überschlags in Bruchteilen von Sekunden und somit mit hoher Geschwindigkeit nahezu katapultartig in die Wirkstellung ausfahren. Dieser Vorgang birgt ein Gefährdungspotential für die Fahrzeuginsassen, wenn sich beispielsweise Gliedmaßen zum Zeitpunkt der Auslösung im Verlagerungsweg der Mittelsäule befinden.

Aktive Überrollschutzsysteme mit z.B. ausfahrenden Kopfstützen zählen in unterschiedlichen Ausführungsformen zum Stand der Technik. Entscheidend für den Schutz von Fahrer und Beifahrer ist allerdings auch die Formstabilität der A-Säulen. Wenn die A-Säule unter der Belastung eines Überrolls einbricht, ist ein effektiver Überrollschutz nicht vorhanden. Der Überlebensraum kann derart bedenklich reduziert werden, dass der Kopf des Fahrers oder Beifahrers über die Kopfschutzlinie hinausragt, was eine Bodenberührung der Insassen mit entsprechender Verletzungsschwere zur Folge hat. Verstärkungen im A-Säulenbereich sind nur begrenzt möglich, ohne dass dabei der Querschnitt der A-Säulen vergrößert wird. A-Säulen großen Volumens behindern allerdings die Sicht des Fahrers und beeinträchtigen daher permanent das Sichtfeld, wohingegen ein Rollover zwar ein potentielles Sicherheitsrisiko bei Cabrios darstellt, allerdings relativ selten vorkommt. Wenn der Querschnitt der A-Säule aus Grund der Übersichtlichkeit und nicht zuletzt auch aus ästhetischen Gründen besonders schlank sein soll, stellt sich die Frage, wie die sich widersprechenden Anforderungen an die hohe Steifigkeit und möglichst geringes Bauvolumen einer A-Säule zu realisieren sind.

Aus der DE 38 02 520 A1 ist ein von außen unsichtbarer, ausfahrbarer strukturversteifender Überschlagschutz für offene Cabrio-Fahrzeuge bekannt. Hydraulisch ausfahrbare Träger werden so angeordnet, dass sie im ausgefahrenen Zustand mit der A-Säule und dem Wagenboden einen formstabilen Dreiecksverbund darstellen. Der Überschlagschutz ist im Normalbetrieb unsichtbar. Weitere konstruktive Ausführungen dieses Gedankens sind Gegenstand der US 5,588,694 A sowie der DE 195 11 400 A1 . Hierbei können Stützstreben unterschiedlicher Bauform mit Hilfe verschiedener Aktuatoren aus einer Ruhestellung in eine Anprallstellung verlagert werden, wobei allen konstruktiven Ausführungsformen gemeinsam ist, dass das ungewollte Absenken der Oberkante der A-Säule verhindert wird.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Überrollschutzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, welche im Fall der Aktivierung eine erhöhte Sicherheit für Insassen des Kraftfahrzeugs bietet, die sich in unmittelbarer Nähe der Überrollschutzeinrichtung befinden.

Diese Aufgabe wird bei der Überrollschutzeinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist mindestens ein Detektor vorgesehen, welcher den Raum zwischen der Ausgangsstellung der Stützen und der mit den A-Säulen verriegelten Wirkstellung der Stützen überwacht und welcher mit der Steuereinheit zur Aktivierung des Aktuators verknüpft ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Überrollschutzeinrichtung auslöst und in Richtung auf die oberen Enden der A-Säule ausfährt, wenn sich ein Hindernis, beispielsweise die Hand oder ein Ellenbogen eines Fahrzeuginsassen unmittelbar im sogenannten Schusskanal der Stützen befindet. Hierdurch wird einer Verletzung der Insassen vorgebeugt. In dem Augenblick, in dem die Detektoren erkennen, dass der Verlagerungsweg frei ist, löst die Überrollschutzeinrichtung aus und die Stützen werden in Sekundenbruchteilen in die Wirkstellung überführt. Für diesen Zweck sind insbesondere Infrarot-Detektoren geeignet, da sie berührungslos arbeiten und auf Änderungen der Wärmestrahlung eines Messobjekts reagieren. Sie besitzen kurze Ansprechzeiten und sind unempfindlich gegen Umwelteinflüsse. Solche Detektoren lassen sich montage- und servicefreundlich beispielsweise in die A-Säulenanordnung integrierten.

Die ausfahrbaren Stützen sind in der Seitenstruktur des Kraftfahrzeugs untergebracht und werden nur bei einem drohenden Überschlag ausgefahren. Das obere Ende der A-Säule, welches maßgeblich für den Verlauf der Kopfschutzlinie ist, das heißt die gedachte Verbindungslinie von der Oberkante der A-Säule bis zur Oberkante der Rücksitzkopfstütze, wird bei der erfindungsgemäßen Überrollschutzeinrichtung zweifach abgestützt, einmal durch die A-Säule selbst und zum zweiten durch die zusätzlich ausgefahrene Stütze. Die A-Säule kann durch die zweifache Abstützung wesentlich höhere Belastungen auffangen, da sie weit weniger auf Biegung belastet wird. Aufgrund der geringeren Belastung der A-Säule kann diese schlanker gestaltet sein, was sich positiv auf das Sichtfeld des Fahrers während des normalen Fahrbetriebs auswirkt. Teure und aufwendige A-Säulenkonstruktionen unter Einsatz von hochfesten Stählen, die als Nachteil bereits realisierter A-Säulenkonstruktionen bekannt sind, lassen sich bei der erfindungsgemäßen Überrollschutzeinrichtung zumindest begrenzt vermeiden, da die zu erwartenden Belastungen zumindest teilweise von den ausfahrbaren Stützen abgefangen werden.

Zweckmäßig ist es, wenn die Stütze so weit oben wie möglich an der A-Säule angreift, das heißt möglichst am äußersten Ende. Das "obere Ende" im Sinne der Erfindung ist als oberer Endbereich der A-Säule zu verstehen, wobei die Stütze nicht zwingend mit der Oberkante der A-Säule abschließen muss, jedoch in einem nicht zu großen Abstand von der Oberkante der A-Säule angeordnet ist. Der Abstand sollte maximal so bemessen sein, dass der überstehende Bereich der A-Säule bei einem Rollover möglichst nicht einbricht.

Ein grundsätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Überrollschutzeinrichtung ist, dass eine Gewichtseinsparung im Vorderwagenbereich ermöglicht wird. Da im Vorderwagenbereich die ohnehin schweren Antriebsaggregate angeordnet sind, sind an der Vorderachse entsprechend hohe Bremskräfte erforderlich. Zusätzliches Gewicht im hinteren und mittleren Bereich des Kraftfahrzeugs ist hinsichtlich der Gewichtsverteilung weniger nachteilig als eine besonders starre und ausgesteifte A-Säulengeometrie mit ihrem relativ hohen Gewicht.

Die Verlagerung der Stützen erfolgt durch Aktuatoren, die mit einen drohenden Überschlag des Kraftfahrzeugs erkennenden Detektormitteln gekoppelt sind und elektronisch ausgelöst werden. Die Verlagerung der Stützen erfolgt mit Hilfe von Federn, pyrotechnisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch. Bei den Stützen handelt es sich vorzugsweise um Rohre oder hochfeste Profilelemente, die gemäß den Ausführungsformen der Patentansprüche 2 und 3 in der Ausgangsstellung in den Türen oder der hinteren Seitenstruktur des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Die Türen des Kraftfahrzeugs bieten sich deswegen an, weil der Abstand von der Oberkante der Tür bis zur A-Säule relativ kurz ist. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Stützen in der hinteren Seitenstruktur des Kraftfahrzeugs unterzubringen, wobei der Ausfahrwinkel der Stützen gegenüber der Horizontalen in diesem Fall flacher ist, die ausfahrbare Länge der Stützen allerdings größer bemessen sein muss.

In der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 4 ist vorgesehen, dass in der Ausgangsstellung zumindest ein Längenabschnitt der Stützen in den A-Säulen angeordnet ist. Das heißt, dass die Stütze zumindest teilweise in der A-Säule selbst untergebracht ist. In diesem Fall wird die Stütze nicht von der Seitenstruktur, das heißt den Türen oder der hinteren Seitenstruktur ausgehend in Richtung auf das obere Ende der A-Säulen ausgefahren, sondern umgekehrt von der A-Säule in Richtung auf die Seitenstruktur. Dies ist besonders gut bei Kraftfahrzeugen möglich, bei denen insbesondere der hintere Bereich der Seitenstruktur relativ hoch gezogen ist. Darüber hinaus bietet sich diese Lösung bei A-Säulen an, deren obere Enden relativ weit herunter gezogen sind und die in ihrem Verlauf gegebenenfalls gekrümmt sind, so dass in ihnen eine entsprechend bogenförmig gekrümmte Stütze platzierbar ist, welche die Bogenform der A-Säule in Richtung auf die Seitenstruktur fortsetzt. Es ist auch möglich, zweiteilige Stützen zu verwenden, wobei der eine Teil aus der A-Säule ausfährt und der andere Teil aus der Seitenstruktur des Kraftfahrzeugs ausfährt. Diese Teile oder auch Längenabschnitte der Stützen können gegeneinander verriegelt werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, teleskopierbare Stützen einzusetzen, die aus mehreren Teleskopschüssen gebildet sind. Die einzelnen Teleskopschüsse werden beim Ausfahren selbsttätig gegeneinander verriegelt, so dass sie die erforderliche Druckbelastbarkeit besitzen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Überrollschutzeinrichtung ist, dass diese Bestandteil eines Seitenaufprallschutzes sein kann, das heißt z.B. als Türaufprallträger dient. Ist die Stütze und eine die Stütze aufnehmende Führung innerhalb der Tür des Kraftfahrzeugs untergebracht, erfährt die Tür eine zusätzliche Aussteifung in vertikaler Richtung, was sich positiv auf den Seitenaufprallschutz auswirkt.

Die Stützen können mit der A-Säule verriegelt werden. Es ist denkbar, dass der Verriegelungsmechanismus des Verdecks/Hardtops an den A-Säulen des Cabrios derart ausgebildet ist, dass dort auch die Stützen ankoppelbar sind. Die Verriegelung der A-Säulen mit den Stützen erfolgt z.B. durch einen Schnappmechanismus.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen.
1 eine Ausführungsform einer Überrollschutzeinrichtung, welche in der Tür des dargestellten Kraftfahrzeugs untergebracht ist;
2 eine Ausführungsform einer Überrollschutzeinrichtung, welche in der hinteren Seitenstruktur des dargestellten Kraftfahrzeugs untergebracht ist und
3 eine Ausführungsform, bei welcher ein Längenabschnitt der ausfahrbaren Stützen in der A-Säule des dargestellten Kraftfahrzeugs untergebracht ist.
Die Ausführungsform der 1 zeigt eine Überrollschutzeinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug 2. Die Überrollschutzeinrichtung 1 umfasst nicht näher dargestellte Detektormittel und eine mit den Detektormitteln gekoppelte Steuereinheit zur Ansteuerung von Aktuatoren, welche eine Stütze 3 von einer Ausgangsstellung in eine Wirkstellung verlagern. Die zum Einsatz gelangenden Aktuatoren müssen im Falle eines Crashs die notwendige Stellgeschwindigkeit zuverlässig bereitstellen. Als besonders vorteilhaft werden in diesem Zusammenhang pneumatische Muskeln angesehen. Bei sogenannten Pneumomuskeln handelt es sich um Zugaktuatoren aus einer faserverstärkten Membran mit zwei Anbindungsstücken. Bei Druckbeaufschlagung erfolgt eine Kontraktion des Pneumomuskels, weil sich seine wirksame Länge verkürzt. Die Kontraktionsbewegung kann im Rahmen der Erfindung zur Verlagerung der Stütze 3 ausgenutzt werden. Dank enormer Anfangskraft und hohe Beschleunigung kann die Stütze 3 in kürzester Zeit in die dargestellte Wirkstellung verlagert werden. Für die Stellbewegung kann normale Druckluft als auch pyrotechnische Energie zur Anwendung gelangen. Der bei der Auslösung von zusätzlich vorgesehenen Seitenairbags entstehende Druck kann auch für die Aktivierung des die Stützen 3 ausfahrenden Aktuators und somit zum Ausfahren der Stützen 3 verwendet werden.
In der Wirkstellung verrastet die Stütze 3 mit dem oberen Ende E der A-Säule 4 und kann durch den anstehenden Druck in der Wirkstellung gehalten werden. Die Stütze 3 kann sowohl an ihrem oberen als auch an ihrem unteren Ende, das heißt einerseits mit der A-Säule 4 und andererseits mit der Seitenstruktur 5, das heißt der Tür des Kraftfahrzeugs 2 verrastet sein. Zwischen dem Aktuator und der Stütze 3 kann ein Getriebemittel, beispielsweise ein Seilzug, zur Umleitung der Aktuatorbewegung, insbesondere der eines pneumatischen Muskels, vorgesehen sein.
Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von derjenigen der 1 dadurch, dass die dort dargestellte Stütze 6 in der Ausgangsstellung in der hinteren Seitenstruktur 7 des Kraftfahrzeugs 8 angeordnet ist. Diese Stütze 6 besitzt eine größere Länge als die der 1 und kann insbesondere aus mehreren gegeneinander verriegelten Teleskopschüssen bestehen, um den Abstand zwischen dem oberen Ende E der A-Säule 4 und der hinteren Seitenstruktur 7 zu überbrücken.
Die Ausführungsform der 3 zeigt eine Stütze 9, die sich zwischen dem oberen Ende E der A-Säule 10 und der hinteren Seitenstruktur 11 erstreckt. Mit gestrichelter Linie ist der Verlauf der dargestellten Stütze 9 einmal in der A-Säule 10 und zum anderen in der hinteren Seitenstruktur 11 des dargestellten Kraftfahrzeugs 12 fortgesetzt. Die gestrichelte Linie verdeutlicht, dass ein Längenabschnitt 13 der dargestellten Stütze 9 in der Ausgangsstellung in der A-Säule 10 angeordnet ist und ein zweiter Längenabschnitt 14 in der hinteren Seitenstruktur 11 untergebracht ist. Bei Aktivierung fahren beide Längenabschnitte 13, 14 der Stütze 9 aus und nehmen die eingezeichnete Wirkstellung zur Abstützung des oberen Endes E der A-Säule 10 ein.
Die Stützen 3, 6, 9 erfordern jeweils schematisch angedeutete Führungen 15, 16, wobei im Ausführungsbeispiel der 3 die A-Säule 10 selbst als Führung für den ersten Längenabschnitt 13 der Stütze 9 fungiert.

1: Überrollschutzeinrichtung
2: Kraftfahrzeug
3: Stütze v. 1
4: A-Säule v. 2
5: Seitenstruktur v. 2
6: Stütze
7: hintere Seitenstruktur v. 8
8: Kraftfahrzeug
9: Stütze
10: A-Säule v. 12
11: hintere Seitenstruktur v. 12
12: Kraftfahrzeug
13: Längenabschnitt v. 9
14: Längenabschnitt v. 9
15: Führung v. 3
16: Führung v. 6
E: oberes Ende v. 4, 10

Claims

Überrollschutzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einen drohenden Überschlag des Kraftfahrzeugs (2, 8, 12) erkennenden Detektormitteln und mit einer mit den Detektormitteln gekoppelten Steuereinheit zur Ansteuerung von Aktuatoren aktiver Sicherheitskomponenten, wobei die oberen Enden (E) der eine Frontscheibe einfassenden A-Säulen (4, 10) mit von den Aktuatoren ausgefahrenen Stützen (3, 6, 9) koppelbar sind, durch welche die oberen Enden (E) der A-Säulen (3, 6, 9) zum Schutz der Insassen bei einem drohenden Überschlag mit der Seitenstruktur (5, 7, 11) des Kraftfahrzeugs (2, 8, 12) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Detektor vorgesehen ist, welcher den Raum zwischen der Ausgangsstellung der Stützen (3, 6, 9) und der mit den A-Säulen (4, 10) verriegelten Wirkstellung überwacht und mit der Steuereinheit zur Aktivierung des Aktuators verknüpft ist.
Überrollschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (3) in der Ausgangsstellung in den Türen (5) des Kraftfahrzeugs (2) positioniert sind.
Überrollschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (6) in der Ausgangsstellung in der hinteren Seitenstruktur (7, 11) des Kraftfahrzeugs (8, 12) angeordnet sind.
Überrollschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgangsstellung zumindest ein Längenabschnitt (13) der Stützen (9) in den A-Säulen (10) angeordnet ist.
Überrollschutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen teleskopierbar sind und mehrere Teleskopschüsse umfassen.