DE102007059595A1

DE102007059595A1 - Adaptiver Stoßfänger

Info

Publication number: DE102007059595A1
Application number: DE102007059595A
Authority: DE
Inventors: Ralf Korden
Original assignee: Korden Ralf Dr
Current assignee: Korden Ralf Dr
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Stoßfänger sind bisher regelmäßig so konstruiert, dass deren Energieaufnahmeeigenschaften starr vorgegeben sind. Der adaptive Stoßfänger soll durch seine Anpassungsfähigkeit an die jeweils unterschiedlichen Unfall- bzw. Kollisionsereignisse die auftretenden Energiespitzen effektiver als die derzeit gebräuchlichen Stoßfänger abbauen bzw. in ungefährliche Energieformen umwandeln. Bei dem adaptiven Stoßfänger handelt es sich um einen Puffer, dessen Hülle aus elastischem und reißfestem Material besteht. Dieser ist mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit (ERF) befüllt, die durch Anlegung einer Hochspannung über die an der Innenwand der Hülle einander gegenüberliegend angebrachten Elektroden stufenlos verfestigt werden kann. Bei der ERF handelt es sich um ein Gemisch aus polarisierbaren Mikropartikeln und einer nichtleitenden Trägerflüssigkeit. Die Höhe der angelegten Spannung bestimmt den Grad der Verfestigung und damit die Energieaufnahmeeigenschaften bzw. die Fähigkeit des Gemischs, kinetische Energie in Deformationsenergie umzuwandeln. Der adaptive Stoßfänger eignet sich durch seine flexible/n Energieaufnahme bzw. -umwandlungseigenschaften insbesondere zum Einsatz als KFZ-Stoßfänger. Über ebenfalls am Fahrzeug angebrachte Sensoren können Verkehrsdaten wie beispielsweise die erwartete Aufprallgeschindigkeit ermittelt und die Energieaufnahmeeigenschaften des Stoßfängers entsprechend bestimmt werden, um kollisionsbedingte Personen- und Sachschäden effektiver zu ...

Description

Die Erfindung betrifft einen adaptiven Stoßfänger zur Vermeidung von Kollisionsschäden insbesondere im Straßenverkehr.
Stand der Technik
Die heute bei Kraftfahrzeugen gebräuchlichen Stoßfängersysteme sind regelmäßig so konstruiert, dass deren Energieaufnahmeeigenschaften starr vorgegeben sind. Da diese Stoßfänger sich also nicht adaptiv auf jedes einzelne Unfall- bzw. Kollisionsereignis einstellen können, lassen sich hierbei auftretende Energiespitzen, die häufig zu Personen- und Sachschäden führen, oftmals nicht effektiv abbauen bzw. in ungefährliche Energieformen umwandeln.
In jüngster Zeit wird vermehrt versucht, einen verbesserten Fußgängerschutz bei Kollisionen mit Fahrzeugen (sog. Fußgängerkollisionen) zu erreichen. So wird beispielsweise in DE 60 2004 001 937 T2 eine Modifikation des Stoßfängers vorgeschlagen, um bei einem Unfall (bei niedriger Geschwindigkeit) die Einwirkung auf die Beine möglichst gering zu halten. In DE 10 2006 002 782 A1 wird eine Sensoranordnung am Stoßfänger beschrieben, die den Aufprall eines Fußgängers am Stoßfänger erfasst und Schutzeinrichtungen am Fahrzeug aktiviert, um den weiteren Aufprall des Fußgängers auf dem Fahrzeug möglichst effektiv zu dämpfen bzw. abzufedern. Da der Stoßfänger den Fußgänger jedoch nicht als solchen erkennt und dementsprechend seine Eigenschaften nicht entsprechend anpassen kann, führen die dargestellten Systeme aus Sicht des Fußgängerschutzes lediglich zu unbefriedigenden Ergebnissen.
Besonders im städtischen Bereich wird das Einparken von Fahrzeugen oftmals durch ein sehr geringes Platzangebot erschwert. Garagen, Abstellplätze und Parklücken sind häufig so eng, dass der Fahrer genötigt ist, den Raum, der zum Einparken zur Verfügung steht, mehr oder weniger ganz auszunutzen. Dies wiederum erhöht die Gefahr, dabei mit anderen Fahrzeugen und Gegenständen zu kollidieren und diese oder das eigene Fahrzeug zu beschädigen. Die große Anzahl von Einparkunfällen, die oft mit nicht unerheblichen Sachschäden (Lackschäden, Kratzer, Dellen etc.) einhergehen, ist durch den Einsatz von Einparkhilfen, wie sie beispielsweise in DE 10 2006 046 780 A1 und DE 201 03 839 U1 beschrieben werden oder den Einsatz von Einparkassistenzsystemen (siehe beispielsweise DE 10 2005 017 359 A1 ) nicht signifikant gesunken. Vor diesem Hintergrund ist die Entwicklung eines Stoßfängers erforderlich, der einerseits die kinetische Energie aus Zusammenstößen mit kleiner Geschwindigkeit durch die eigene Deformation vollständig aufnehmen kann, um die Beschädigung von anderen Fahrzeugen auszuschließen. Gleichzeitig sollte der Stoßfänger auch in der Lage sein, nach der kollisionsbedingten Verformung wieder in die ursprüngliche Form zurückzukehren, damit dementsprechend eine Beschädigung des Stoßfängers selbst ebenfalls nicht gegeben ist. Zwar sind Systeme bekannt, bei denen einzelne Komponenten des Stoßfängers nach Unfällen wieder in die ursprüngliche Form zurückkehren können. Die Komponenten sind jedoch regelmäßig sehr teuer und auch nur bei Unfällen mit sehr niedriger Geschwindigkeit effektiv.
Um die Verletzungsgefahr für Fußgänger oder Kollisionsschäden im Straßenverkehr effektiver zu vermeiden bzw. zu verringern, ist die Entwicklung eines adaptiven Stoßfängers erforderlich, dessen Eigenschaften sich jeweils optimal an das zu erwartende Unfallereignis anpas sen lassen. Der Stoßfänger soll durch seine Deformation dabei die kinetische Energie so weit wie möglich aufnehmen. Die Deformation müssten darüber hinaus jedoch auch reversibel sein, d. h. der Stoßfänger müsste nach einer kollisionsbedingten Verformung wieder in die ursprüngliche Form annehmen können.
Beschreibung
Diese Aufgaben werden durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen adaptiven Stoßfänger handelt es sich um einen Puffer, dessen Hülle (1) aus elastischem und reißfestem Material (vorzugsweise aus Kunststoff oder Gummi) besteht, der mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit – ERF – (2) befüllt ist.
Bei einer elektrorheologischen Flüssigkeit (2) handelt es sich um eine Suspension, die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes also durch Anlegung einer Hochspannung in Sekundenbruchteilen nahezu stufenlos verfestigen lässt. Das Gemisch besteht aus polarisierbaren Mikropartikeln und einer nichtleitenden Trägerflüssigkeit. Gute elektrorheologische Eigenschaften weisen regelmäßig Suspensionen aus Öl (beispielsweise Silicon- oder Mineralöl) und Mikropartikel (beispielsweise Zeolith) auf. Im Grundzustand ist die elektrorheologische Flüssigkeit (ERF) flüssig.
Der adaptive Stoßfänger ist so angelegt, dass mittels zwei einander gegenüberliegender möglichst großflächiger, elastischer Elektroden – beispielsweise aus Kupferfolie – (3), die jeweils an der Innenwand der Hülle angebracht sind, die eingefüllte ERF (2) unter Spannung gesetzt werden kann (vgl. 1 und 2). Die Höhe der angelegten Spannung bestimmt dabei den Grad der Verfestigung des Gemischs. Durch den Einfluss des elektrischen Feldes ordnen sich die Partikel aus und bilden Ketten, die die Flüssigkeit verfestigen, was sich wiederum auf die Energieaufnahmeeigenschaften bzw. die Fähigkeit des Gemischs, kinetische Energie in Deformationsenergie umzuwandeln, auswirkt.
Neben der Höhe der Spannung ist die elektrorheologische Wirkung aber auch von den verwendeten Substanzen, dem jeweiligen Mischungsverhältnis sowie Fläche und Abstand der Elektroden abhängig. Beim Mischungsverhältnis ist darauf zu achten, dass die Suspension im Grundzustand flüssig ist. Eine Übersättigung mit Mikropartikeln kann dazu führen, dass bereits ohne den Einfluss des elektrischen Feldes ein zähflüssiges Gel entsteht. Dies hätte zur Folge, dass sich der angestrebte elektrorheologische Effekt nicht mehr einstellen kann. In Abhängigkeit von den verwendeten Substanzen kann es erforderlich sein, durch den Einsatz von Stabilisatoren ein Absinken der Mikropartikel zu verhindern.
Der adaptive elektrorheologische Stoßfänger ist herkömmlichen Stoßfängersystemen in mehrfacher Hinsicht überlegen. V. a. ist es möglich, die Energieaufnahmeeigenschaften des adaptiven Stoßfängers in Abhängigkeit vom zu erwartenden Unfallereignis zu bestimmen. Außerdem nimmt der adaptive Stoßfänger nach einem Unterbrechen der angelegten Spannung wieder seine ursprüngliche Form an, d. h. unfallbedingte Deformierungen sind vollständig reversibel. Darüber hinaus ist auch noch darauf hinzuweisen, dass die Erfindung preisgünstig und ggf. auch umweltfreundlich, da das ERF-Gemisch (2) aus natürlich vorkommenden Substanzen (pflanzliche Öle stärkehaltige Stäube) bestehen kann, herzustellen ist. Letztlich ist auch eine Kombination mit herkömmlichen Stoßfängersystemen unproblematisch möglich.
Vorzugsweise umfasst die Erfindung front- und heckseitig am Kraftfahrzeug angebrachte Puffer (4), die somit adaptive KFZ-Stoßfänger darstellen.
Die notwendige elektrische Energie wird hierbei vorzugsweise durch die Autobatterie bezogen und je nach gewünschtem Grad der Verfestigung mittels eines Hochspannungsgenerators auf eine Spannung bis 5000 V (oder je nach Eigenschaften des ERF-Gemischs auch darüber) hochtransformiert.
Da sich der Grad der Verfestigung der elektrorheologischen Flüssigkeit stufenlos einstellen lässt, können die Energieaufnahmeeigenschaften des adaptiven Stoßfängers in Abhängigkeit vom zu erwartenden Unfallereignis bestimmt werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die über Sensoren (5) – vorzugsweise Ultraschall- oder Radarsensoren – ermittelten Verkehrsdaten wie beispielsweise die erwartete Aufprallgeschwindigkeit, der Aufprallwinkel, die Beschaffenheit des entgegenkommenden Gegenstandes auf elektronischem Weg entsprechend bewertet werden, um die Energieaufnahmeeigenschaften des adaptiven Stoßfängers zu bestimmen. Da sich der Verfestigungsgrad der ERF in Sekundenbruchteilen (regelmäßig im Millisekundenbereich) verändern lässt, ist das zur Verfügung stehende Zeitfenster groß genug, um eine optimale Anpassung des adaptiven Stoßfängers sicherzustellen.
In einem Ausführungsbeispiel lässt sich durch den Einsatz von Infrarotsensoren (5) ermitteln, ob ein Unfall mit einem Fußgänger bevorsteht. Da in diesem Fall die Verletzungsgefahr für den Fahrzeuginsassen regelmäßig kleiner ist als für den Fußgänger, sind die Energieaufnahmeeigenschaften des Stoßfängers hier so zu bestimmen, dass die für den Fußgänger bei einem Aufprall auf einem Fahrzeug oftmals lebensbedrohlichen Energiespitzen soweit wie möglich durch eine entsprechende Nachgiebigkeit bzw. Deformierbarkeit des adaptiven Stoßfängers abgebaut werden. Um den Fußgängerschutz soweit wie möglich umzusetzen, wäre neben front- und heckseitig am Fahrzeug angebrachten adaptiven (ERF-)Stoßfängern auch ein Stoßfänger dieser Bauart (6) auf der Motorhaube notwendig (2 und 3).
Da bei Unfällen, die beim Ein- und Ausparken entstehen ähnlich wie beim Fußgängerunfall, regelmäßig eine Gefährdung des Fahrzeuginsassen nicht besteht, sind die Energieaufnahmeeigenschaften des adaptiven Stoßfängers auch hier so zu bestimmen, dass dieser möglichst nachgiebig die gesamte Kollisionsenergie aufnimmt, um so beispielsweise Lackschäden und Dellen an anderen Fahrzeugen zu verhindern. Die hiermit einhergehende Verformung des energieaufnehmenden Stoßfängers ist insofern unproblematisch als die ERF nach Abschalten der Spannung wieder in ihren flüssigen Urzustand zurückkehrt und sich Verformungen des adaptiven Stoßfängers, die im festen oder gelartigen Zustand der ERF aufgetreten sind, sich ebenfalls vollständig zurückbilden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Anpassung der adaptiven Stoßfänger an die Ein- bzw. Ausparksituation mit der Einlegung des Rückwärtsganges oder des ersten Ganges.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Fahrer die am adaptiven Stoßfänger anliegende Spannung manuell unterbrechen, damit der (nach einer Kollision deformierte) Stoßfänger durch die damit einhergehende Verflüssigung des ERF-Gemischs wieder seine ursprüngliche Form annimmt.
In einem nicht dargestellten Ausführung der Erfindung wird der adaptive Stoßfänger bei einem Kraftfahrzeug als zusätzliche Schutzvorrichtung in ein herkömmliches Stoßfängersystem integriert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 602004001937 T2 [0003]
- DE 102006002782 A1 [0003]
- DE 102006046780 A1 [0004]
- DE 20103839 U1 [0004]
- DE 102005017359 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Vermeidung von Kollisionsschäden insbesondere im Straßenverkehr, dadurch gekennzeichnet, dass die in eine elastische und reißfeste Hülle (1) gefüllte elektroreologische Flüssigkeit – ERF – (2) sich stufenlos verfestigen lässt durch das Anlegen einer (Hoch-)Spannung an zwei sich gegenüberliegenden Elektroden (3), die jeweils an der (gegenüberliegenden) Innenseite der Hülle angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Puffer – im folgenden adaptive Stoßfänger (4) genannt – frontseitig und heckseitig am Fahrzeug angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung über die Autobatterie erfolgt und die notwendige (Hoch-)Spannung über einen Hochspannungsgenerator erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über Sensoren (5) Verkehrsdaten wie die zu erwartende Aufprallgeschwindigkeit, der mögliche Aufprallwinkel, die Beschaffenheit des entgegenkommenden Gegenstandes ermittelt werden, die Daten fortlaufend elektronisch bewertet und die Energieaufnahmeeigenschaften des adaptiven Stoßfängers entsprechend angepasst werden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz von Infrarotsensoren (5) ermittelt wird, ob ein Unfall mit einem Fußgänger bevorsteht.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus Gründen des Fußgängerschutzes ein zusätzlicher adaptiver Stoßfänger (6) auf der Motorhaube angebracht wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Energieaufnahmeeigenschaften des adaptiven Stoßfängers an eine Ein- bzw. Ausparksituation durch das Einlegen des Rückwärtsganges oder des ersten Ganges ausgelöst wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer die Höhe der angelegten Spannung und damit die Energieaufnahmeeigenschaften des adaptiven Stoßfängers manuell bestimmen kann.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer manuell die am adaptiven Stoßfänger anliegende Spannung unterbrechen kann, damit der adaptive Stoßfänger nach einer Deformierung wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der adaptive Stoßfänger bei einem Kraftfahrzeug in ein herkömmliches Stoßfängersystem integriert wird.