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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Reduzieren der Insassenbelastung eines Fahrzeugs im Crashfall.
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Um eine Verletzungsgefahr für Fahrzeuginsassen im Crashfall zu reduzieren, können Fahrzeuge so ausgelegt werden, dass zum einen die Krafteinleitung auf den jeweiligen Insassen möglichst langsam erfolgt und dass dabei zum anderen eine bestimmte Maximalkraft nicht überschritten wird. Hierbei besteht das Problem, dass bei Crashfällen mit hoher Fahrzeuggeschwindigkeit keine Zeit vorhanden ist, den Kraftanstieg am Insassen langsam durchzuführen. Gleichzeitig ist bei Crashfällen mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit eine rasche Krafterhöhung für die Insassen unverhältnismäßig unkomfortabel. Dementsprechend werden Fahrzeuge regelmäßig entsprechend einem Kompromiss für Crashfälle mit mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelegt.
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Aus der
DE 103 57 015 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, das in einem Motorraum ein Kraftübertragungselement aufweist. Dieses kann im Crashfall zumindest die Motormasse frühzeitig aus dem energieabsorbierenden Kraftpfad (Knautschzone) herausnehmen, wodurch die für den Kraftaufbau am Insassen und für die Verzögerung des Fahrzeugs zur Verfügung stehende Zeit verlängert werden kann.
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Aus der
DE 197 38 620 C1 ist ein Elektrofahrzeug bekannt, dessen Traktionsbatterie in einem Batterietrog angeordnet ist, der in der Fahrzeuglängsrichtung entlang wenigstens eines Gleitrohrs gedämpft verschiebbar ist. Im Crashfall kann die große Masse der Traktionsbatterie dadurch über einen längeren Verzögerungsweg abgebremst werden, was die Gefahr einer Beschädigung der Traktionsbatterie reduziert.
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Aus der
US 2003/0184124 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, dessen Frontbereich so ausgestaltet ist, dass im Crashfall zunächst eine vor einem Motor angeordnete Knautschzone geknautscht wird und dass bei weitergehender Deformation ein Tragrahmen hinter dem Motor einknickt und dadurch eine energieabsorbierende Drehung um eine Querachse des Fahrzeugs ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Fahrzeug bzw. für ein Verfahren der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen verbesserten Insassenschutz im Crashfall auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, im Crashfall eine Teilmasse des Fahrzeugs in einer Richtung absolut, also nicht nur relativ zum übrigen Fahrzeug zu beschleunigen, und zwar in einer Richtung, die einer Wirkungsrichtung entgegengesetzt ist, in welcher im Crashfall eine Krafteinleitung in das Fahrzeug erwartet wird. Mit anderen Worten, bei einem Frontalcrash bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs ist die auf das Fahrzeug einwirkende Kraft der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengesetzt und bewirkt in der Folge eine Verzögerung des Fahrzeugs. Erfindungsgemäß wird nun eine Teilmasse des Fahrzeugs entgegen dieser Kraftwirkungsrichtung, also in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs beschleunigt und zwar absolut. Die absolute Beschleunigung der Teilmasse bedeutet, dass die Teilmasse, die zu Beginn des Crashfalls die gleiche Geschwindigkeit wie das übrige Fahrzeug aufweist, in der aktuellen Bewegungsrichtung des Fahrzeugs zusätzlich gegenüber der Umgebung beschleunigt wird. Diese absolute Beschleunigung erhöht somit die kinetische Energie der Teilmasse. Durch die Beschleunigung der Teilmasse wird jedoch ein am übrigen Fahrzeug abgestützter Rückstoß erzeugt, der folglich die gleiche Richtung aufweist, wie die im Crashfall erwartete Krafteinleitung in das Fahrzeug. Die vorgeschlagene Beschleunigung der Teilmasse führt somit zu einer das Fahrzeug verzögernden Krafteinleitung in das Fahrzeug. Diese bewirkt eine Krafteinleitung in die Fahrzeuginsassen.
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Da es mit Hilfe einer entsprechenden Crasherkennungseinrichtung möglich ist, einen Crashfall, also eine Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis zu einem Zeitpunkt zu erkennen, zu dem die durch den Crashfall erwartete Krafteinleitung am Fahrzeug noch nicht oder noch nicht vollständig aufgebaut ist, kann mit Hilfe der Beschleunigung der Teilmasse das Fahrzeug bereits zu einem früheren Zeitpunkt verzögert werden, um die insgesamt zur Verzögerung des Fahrzeugs zur Verfügung stehende Zeit zu verlängern. Beispielsweise kann die jeweilige Crasherkennungseinrichtung den bevorstehenden Crash bereits erkennen, bevor das Fahrzeug das jeweilige Hindernis kontaktiert.
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Die durch die Beschleunigung der Teilmasse verursachte Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt außerdem, dass die Fahrzeuginsassen bereits von entsprechenden Rückhaltesystemen, wie z. B. Sicherheitsgurt, erfasst werden, wodurch insbesondere eine sogenannte Gurtlose aus dem Rückhaltesystem herausgenommen wird, was die Einleitung größerer Verzögerungskräfte für die Insassen erträglicher gestaltet.
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Im Grunde beruht die Erfindung auf der Überlegung, dass die Verzögerungskennlinie im Crashfall durch die Nutzung des Rückstoßes beim Beschleunigen der jeweiligen Teilmasse beeinflusst werden kann. Dies ist grundsätzlich für alle sechs Freiheitsgrade des Fahrzeugs möglich, das sind die Translationen in den drei Richtungen und die Rotation um die drei Achsen.
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Zur Realisierung dieses Prinzips ist das Fahrzeug mit einer Beschleunigungseinrichtung ausgestattet, die mit einer entsprechenden Crasherkennungseinrichtung zusammenwirkt. Die Beschleunigungseinrichtung kann in Abhängigkeit des jeweiligen Crashfalls zumindest eine Teilmasse des Fahrzeugs absolut beschleunigen, und zwar entgegen der Wirkrichtung der Krafteinleitung, die im jeweiligen Crashfall erwartet wird. Eine für die Beschleunigung geeignete Teilmasse stellt dabei insbesondere der Motor des Fahrzeugs dar. Ebenso eignen sich ein Kraftstofftank oder, beispielsweise bei einem Elektrofahrzeug, eine Traktionsbatterie.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine mit der Crasherkennungseinrichtung zusammenwirkende Halteeinrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe die jeweilige Teilmasse bei normalem Fahrzeugbetrieb am übrigen Fahrzeug fixierbar ist und welche die jeweilige Teilmasse im Crashfall relativ zum übrigen Fahrzeug freigeben kann. Beispielsweise kann der Motor mit Hilfe der Halteeinrichtung in einer hinteren Fahrzeugposition fixiert sein, so dass er im Crashfall nach vorn beschleunigt werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1a bis 1c jeweils stark vereinfachte Seitenansichten eines Fahrzeugs bei unterschiedlichen Phasen eines Crashfalls,
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2a bis 2b Ansichten wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
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3a bis 3d Ansichten wie in 1, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform.
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Entsprechend den 1 bis 3 kann ein Fahrzeug 1, von dem hier nur ein vorderer Bereich dargestellt ist, eine Crasherkennungseinrichtung 2 aufweisen, die beispielsweise mittels einer Abstandssensorik arbeitet. Die Crasherkennungseinrichtung 2 kann einen Crashfall detektieren, der in einer Wirkrichtung 3 eine Kraft in das Fahrzeug 1 einleiten wird. Die Wirkrichtung 3 dieser erwarteten Krafteinleitung ist dabei einer aktuellen Bewegungsrichtung 4 oder Fahrtrichtung 4 des Fahrzeugs 1 entgegengesetzt. Ferner weist das Fahrzeug 1 eine Beschleunigungseinrichtung 5 auf, die auf geeignete Weise mit der Crasherkennungseinrichtung 2 zusammenwirkt. Beispielsweise kann für die Kopplung der Einrichtungen 2, 5 eine Steuerung 6 vorgesehen sein. Die Beschleunigungseinrichtung 5 ist so ausgestaltet, dass sie zumindest eine Teilmasse 7 des Fahrzeugs 1 im Crashfall entgegen der Wirkrichtung 3, also in der Bewegungsrichtung 4 absolut beschleunigen kann.
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Beispielweise detektiert die Crasherkennungseinrichtung 2 gemäß 1a die bevorstehende Kollision des Fahrzeugs 1 mit einem Hindernis 8. Die Steuerung 6 kann insbesondere in Abhängigkeit der zu erwartenden Größe der in das Fahrzeug 1 in Folge des Crashfalls eingeleiteten Kraft die Beschleunigungseinrichtung 5 zum Beschleunigen der jeweiligen Teilmasse 7 ansteuern. Bei einer kleinen Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug 1 und Hindernis 8 betätigt die Steuerung 6 die Beschleunigungseinrichtung 5 nicht, erst ab einer vorbestimmten Relativgeschwindigkeit, die beispielsweise bei 30 km/h liegen kann, löst die Steuerung 6 die Beschleunigungseinrichtung 5 aus.
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Gemäß 1b bewirkt die aktivierte Beschleunigungseinrichtung 5 eine Beschleunigung der jeweiligen Teilmasse 7 entgegen der Wirkrichtung 3 der Krafteinleitung. Die Bewegungsrichtung der beschleunigten Teilmasse 7 relativ zum Fahrzeug 1 ist durch einen Pfeil 9 angedeutet. Um die Teilmasse 7 relativ zum Fahrzeug 1 absolut beschleunigen zu können, muss kinetisch Energie in die Teilmasse 7 eingeleitet werden. Die dabei zwangsläufig entstehende Reaktion führt zu einer entgegen gerichteten Krafteinleitung in das Fahrzeug 1 entsprechend einem Pfeil 10. Erkennbar ist diese Krafteinleitung 10 der Bewegungsrichtung 9 der Teilmasse 7 entgegengesetzt, also gleichgerichtet zur Wirkrichtung 3 der aufgrund des Crashfalls erwarteten Krafteinleitung. Bemerkenswert ist, dass diese Krafteinleitung entsprechend 1b bereits zu einem Zeitpunkt realisierbar ist, zu dem das Fahrzeug 1 das Hindernis 8 noch gar nicht berührt hat. Das Fahrzeug 1 kann somit bereits verzögert werden, bevor sich die aufgrund des Crashfalls erwartete Krafteinleitung am Fahrzeug 1 aufbauen kann.
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1c zeigt einen Zustand, zu dem die eigentliche Krafteinleitung aufgrund des Crashfalls erfolgt.
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Bemerkenswert ist hierbei, dass die Verzögerung der beschleunigten Teilmasse 7 bei dieser Ausführungsform durch die Kollision mit dem Hindernis 8 erfolgt, also folglich im wesentlichen ohne Rückwirkung auf das Fahrzeug 1 und dessen Insassen ist. Bei dieser Ausführungsform wird somit eine dauerhafte Trennung der Teilmasse 7 vom Fahrzeug 1 realisiert, so dass sich die Massen gegenseitig nicht mehr beeinflussen. Die beschleunigte Teilmasse 7 verlässt das Fahrzeugsystem.
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Bei der beschleunigten Teilmasse 7 handelt sich in den gezeigten Beispielen bevorzugt um einen Motor des Fahrzeugs 1, der eine vergleichsweise große Masse besitzt. Die Beschleunigungseinrichtung 5 kann beispielsweise mittels wenigstens einer passiven Antriebseinrichtung arbeiten, wie z. B. eine gespannte mechanische oder pneumatische Feder. Zusätzlich oder alternativ kann die Beschleunigungseinrichtung 5 mit wenigstens einer aktiven Antriebseinrichtung arbeiten, wie z. B. mit einem elektrischen oder elektromagnetischen oder hydraulischen oder pneumatischen oder pyrotechnischen Aktuator.
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Des weiteren kann das Fahrzeug 1 mit einer Halteeinrichtung 11 ausgestattet sein, die mit der Crasherkennungseinrichtung 2 direkt oder indirekt über die Steuerung 6 zusammenwirkt. Die Halteeinrichtung 11 fixiert bei normalem Fahrzeugbetrieb die Teilmasse 7 am übrigen Fahrzeug 1. Für den Crashfall kann die Halteeinrichtung 11 die jeweilige Teilmasse 7 relativ zum übrigen Fahrzeug 1 freigeben. Je nach Ausgestaltung der Beschleunigungseinrichtung 5 kann die Halteeinrichtung 11 auch einen Bestandteil der Beschleunigungseinrichtung 5 bilden.
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Entsprechend den 2 und 3 kann das Fahrzeug 1 außerdem mit einer Auffangeinrichtung 12 ausgestattet sein, mit deren Hilfe die im Crashfall beschleunigte Teilmasse 7 relativ zum übrigen Fahrzeug 1 abgebremst werden kann. Bei diesen Ausführungsformen erfolgt die bewegungsmäßige Entkopplung zwischen der Teilmasse 7 und dem übrigen Fahrzeug 1 nur vorübergehend. Die Auffangeinrichtung 12 kann dabei insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie die beschleunigte Teilmasse 7 gedämpft oder gefedert abbremst. Die Abbremsung bzw. das Auffangen der beschleunigten Teilmasse 7 erfolgt innerhalb des Crashfalls zu einem Zeitpunkt, zu dem die beim Abbremsen entstehenden Reaktionskräfte im wesentlichen vom Hindernis 8 aufgenommen werden können, so dass sich keine zusätzliche Beschleunigung des Fahrzeugs 7 ergibt.
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2a zeigt wieder den Beginn des Crashfalls, also ein Zeitpunkt, zu dem die Crasherkennungseinrichtung 2 den bevorstehenden Crashfall detektiert. Zum Zeitpunkt der 2b bewirkt die Beschleunigungseinrichtung 5 die Beschleunigung der Teilmasse. Zum Zeitpunkt der 2c absorbiert die Auffangeinrichtung 12 die kinetische Energie der Teilmasse.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Fahrzeug 1 mit einer Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 ausgestattet sein. Dabei kann diese Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 insbesondere in die Auffangeinrichtung 12 integriert sein. Die Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 ist so ausgestaltet, dass damit die im Crashfall mit Hilfe der Beschleunigungseinrichtung 5 beschleunigte Teilmasse 7 nunmehr in der Gegenrichtung, also in der Wirkrichtung 3 erneut beschleunigt werden kann. Diese Gegenbeschleunigung kann so bemessen werden, dass die Teilmasse 7 anschließend relativ zum Fahrzeug 1 ruht. Ebenso kann die Gegenbeschleunigung größer ausfallen, so dass sich die Teilmasse 7 anschließend dem Fahrzeug 1 entgegen bewegt. Dieser Zustand ist in 2d dargestellt. Die Gegenbeschleunigung der Teilmasse 7 selbst erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem die dabei zwangsläufig entstehenden Reaktionskräfte bereits vom Hindernis 8 aufgenommen werden. Durch die Gegenbeschleunigung der Teilmasse 7 kann die kinetische Energie der Teilmasse 7 insbesondere zum Erhöhen der am Fahrzeug angreifenden Verzögerungskraft genutzt werden. Die dann dem Fahrzeug 1 entgegengerichtete kinetische Energie der Teilmasse 7 kann durch entsprechende Einrichtungen vom Fahrzeug 1 absorbiert werden, wodurch sich die Krafteinleitung in das Fahrzeug 1 erhöht. Zur Kraftübertragung zwischen der sich entgegen dem Fahrzeug 1 bewegenden Teilmasse 7 und dem Fahrzeug 1 kann eine Kraftübertragungseinrichtung 14 vorgesehen sein. Eine derartige Kraftübertragungseinrichtung 14, die grundsätzlich auch bei der in 1 gezeigten Ausführungsform vorhanden sein kann, überträgt die kinetische Energie der Teilmasse 7 auf das Fahrzeug 1, wodurch dieses abgebremst wird. Da diese Gegenbeschleunigung der Teilmasse 7 sowie deren Kraftübertragung auf das Fahrzeug 1 insbesondere zu einem Zeitpunkt realisiert werden kann, zu dem sich die durch den Crashfall ausgelöste Krafteinleitung auf das Fahrzeug 1 noch immer nicht vollständig aufgebaut hat, kann das Fahrzeug 1 früher gebremst werden, was die insgesamt zur Verfügung stehende Zeit zum Abbremsen des Fahrzeugs 1 erhöht und die Belastung der Insassen reduziert.
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Insgesamt kann durch diese Bauweise die Kraftkennlinie bzw. die Verzögerungskennlinie so gestaltet werden, dass bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt eine vergleichsweise hohe Krafteinleitung realisierbar ist, die dann auf einem vergleichsweise hohen Niveau vergleichsweise lange weitgehend gleichmäßig aufrecht erhalten werden kann, wodurch sich eine relativ gleichmäßige Verzögerung des Fahrzeugs 1 realisieren lässt. Dies ist für die Fahrzeuginsassen besonders günstig. Insbesondere bewirkt die frühe Krafteinleitung eine frühe Aktivierung von Rückhaltesystemen, wie Sicherheitsgurte, wodurch die anschließende erhöhte Krafteinleitung vom jeweiligen Insassen besser ertragen werden kann.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wirkt die Auffangeinrichtung 12 erst zeitlich verzögert mit der Teilmasse 7 zusammen, so dass sich diese vorübergehend vollständig unabhängig von der übrigen Masse des Fahrzeugs 1 bewegt. Sofern die Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 vorgesehen ist, kann bei der in 2 gezeigten Ausführungsform grundsätzlich auf die Auffangeinrichtung 12 verzichtet werden.
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Im Unterschied dazu zeigt 3 eine Ausführungsform, bei welcher die Auffangeinrichtung 12 von Anfang an mit der Teilmasse 7 zusammenwirkt. Insbesondere kann dabei eine wegabhängige Verzögerung bzw. Abbremsung der Teilmasse 7 realisiert werden. 3d zeigt wieder eine Variante, bei welcher die Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 die Teilmasse 7 in der Gegenrichtung beschleunigt. Die dabei in die Teilmasse 7 eingeleitete überschüssige kinetische Energie kann wieder mittels der Kraftübertragungseinrichtung 14 auf das Fahrzeug 1 übertragen werden.
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Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Crasherkennungseinrichtung 2 so ausgestaltet sein, dass sie unterschiedliche Kraftwirkrichtungen 3 erkennen und unterscheiden kann. Vorteilhaft kann die Beschleunigungseinrichtung 5 so ausgestaltet sein, dass sie die jeweilige Teilmasse 7, insbesondere unterschiedliche Teilmassen 7, in unterschiedlichen Richtungen beschleunigen kann. Insbesondere in Verbindung mit der Steuerung 6, über welche die Beschleunigungseinrichtung 5 indirekt mit der Crasherkennungseinrichtung 2 zusammenwirkt, kann nun vorgesehen sein, dass die Beschleunigungseinrichtung 5 die Richtung, in welche sie die jeweilige Teilmasse 7 beschleunigt, von der Richtung abhängig macht, welche von der Crasherkennungseinrichtung 2 als Wirkrichtung 3 für die zu erwartenden Krafteinleitung erkannt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Crasherkennungseinrichtung 2 so ausgestaltet ist, dass sie die Größe der im Crashfall in das Fahrzeug 1 erwarteten Krafteinleitung erkennen kann. Zusätzlich kann die Beschleunigungseinrichtung 5 optional so ausgestaltet sein, dass sie die jeweilige Teilmasse 7 mit unterschiedlich großen Beschleunigungen versehen kann. Hierdurch ist es insbesondere möglich, dass die Beschleunigungseinrichtung 5 im Crashfall die Größe der Beschleunigung der jeweiligen Teilmasse 7 von der erwarteten Größe der im Crashfall in das Fahrzeug 1 eingeleiteten Kraft abhängig macht. Somit lassen sich zumindest zwei zusätzliche Crashzustände voneinander unterscheiden. Im Crashfall mit niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit unterbleibt eine Auslösung der Beschleunigungseinrichtung 5. Bei einer mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit wird die Beschleunigungseinrichtung 5 zum Beschleunigen der Teilmasse 7 mit einer relativ kleinen Beschleunigung angesteuert. Bei einer großen Fahrzeuggeschwindigkeit kann die Teilmasse 7 dann im Crashfall mit einer relativ großen Beschleunigung angetrieben werden. Es ist klar, dass auch weitere Abstufungen denkbar sind.
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Entsprechend einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 6 in Abhängigkeit der Größe der erwarteten Krafteinleitung zumindest eine der folgende Einrichtungen betätigen, nämlich die Beschleunigungseinrichtung 5, die Halteeinrichtung 11, die Auffangeinrichtung 12, die Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 und die Kraftübertragungseinrichtung 14.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag zur Verbesserung der Fahrzeuginsassensicherheit arbeitet somit mit einer Aufteilung der Fahrzeugmasse und einer dadurch erzielbaren unterschiedlichen Beschleunigung bzw. Verzögerung dieser Massen. Hierdurch kann die zeitliche Verteilung des Geschwindigkeitsabbaus beeinflusst werden, wodurch ein früheres und/oder stärkeres Einsetzen der Verzögerung am übrigen Fahrzeug 1 bzw. an den Insassen realisierbar ist. Hierdurch kann eine frühzeitige Anbindung der Insassen, z. B. über entsprechende Rückhaltesysteme, mit einem möglichst homogenen zeitlichen Energieabbau ermöglicht bzw. begünstigt werden.
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Die Erfindung verbessert den Verzögerungspuls beim Fahrzeugcrash und reduziert dadurch die Insassenbelastung. Ziel bei der Auslegung der Beschleunigung der Teilmasse 7 ist dabei eine möglichst rechteckige Insassenverzögerung bei einer über der Zeit aufgetragenen Verzögerung. Die Flanken, insbesondere die Anstiegsflanke, ist dabei hinsichtlich ihrer Steigung an biomechanische Aspekte angepasst. Zu diesem Zweck sollte die Fahrzeugverzögerung bei einer idealen unmittelbaren Anbindung der Insassen an das Fahrzeug 1 ebenfalls nahezu rechteckig sein. Da die Anbindung der Fahrzeuginsassen an das Fahrzeug 1 üblicherweise nicht ideal, also nicht direkt, sondern nur mittelbar ist, kann auch eine anfängliche Überhöhung der Fahrzeugverzögerungskennlinie vorteilhaft sein.
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Bei der jeweiligen mit Hilfe der Beschleunigungseinrichtung 5 beschleunigbaren Teilmasse 7 handelt es sich möglichst um eine große Masse. Gleichzeitig soll die Beschleunigungseinrichtung 5 – je nach Crashfall – eine möglichst große Beschleunigung der jeweiligen Teilmasse 7 realisieren. Geeignete abtrennbare Teilmassen 7 sind beispielsweise der Motor des Fahrzeugs, ein Energiespeicher, z. B. eine Batterie oder ein Tank, Rohbauteile, bei Nutzfahrzeugen auch Kabinenbauteile.
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Zweckmäßig arbeitet die Beschleunigungseinrichtung 5 und soweit vorhanden die Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 mit Pyrotechnik, z. B. Gasgeneratoren, mit Pneumatik, z. B. Druckluft oder Druckgasspeicher, mit Hydraulik, wodurch direkte Ansprechverhalten und Übersetzungen möglich sind, mit elektrischen Aktuatoren, z. B. Motoren, mit mechanischen Aktuatoren, wie z. B. ausklinkbaren Federn. Passive Antriebselemente sind z. B. pneumatische Einrichtungen, wie Druckluftspeicher, Druckgasspeicher, hydraulische Einrichtungen, die ein direktes Ansprechen sowie Übersetzungen ermöglichen, sowie mechanische Einrichtungen, wie z. B. Federn, Hebel und Umlenkeinrichtungen.
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Die Halteeinrichtung 11, mit deren Hilfe die Teilmasse 7 gezielt freigebbar ist, kann Motorlagerungen, Triebstrangteile, Abgasteile und dergleichen aufweisen. Derartige Trennungen können dabei irreversible oder auch reversible ausführbar sein. Bei Batterien können pyrofuse, also pyrotechnisch arbeitende Sicherungen vorgesehen sein, weitergehend können Trennstellen für Batterien vorgesehen sein, wie z. B. Stecker oder Sollbruchstellen. Auch lassen sich entsprechende verschiebbare Massen in Längsträgern des Fahrzeugs 1 unterbringen.
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Als Auslösestrategien eignen sich Anpassungen an den voraussichtlichen Unfallverlauf, wobei das Zusammenspiel Beschleunigungseinrichtung 5, Halteeinrichtung 11, Auffangeinrichtung 12, Gegenbeschleunigungseinrichtung 13 und Kraftübertragungseinrichtung 14 zu berücksichtigen ist. Insbesondere kann der Auslösezeitpunkt für die Beschleunigungseinrichtung 5 vor, während oder nach dem Zeitpunkt der Kontaktierung des Fahrzeugs 1 mit dem jeweiligen Hindernis 8 gewählt werden.
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Sofern die mit Hilfe der Beschleunigungseinrichtung 5 beschleunigbare Teilmasse 7 wie in den 2 und 3 an das Fahrzeug 1 ankoppelbar ist, lassen sich mehrere unterschiedlich und ggf. miteinander kombinierbare Anbindungsformen unterscheiden. Grundsätzlich sind Impulsüberträger über elastische oder plastische Stöße oder durch Kombinationen davon möglich. So kann beispielsweise bei einem plastischen Stoß eine Energieaufnahme, z. B. aufgrund der Umwandlung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit, wie bei einer gedämpften Anbindung, vorteilhaft sein. Ebenso kann vorteilhaft sein, über einen elastischen Stoß für einen größeren Impulsübertrag zu sorgen, und somit ggf. nicht ausgenutzten Deformationsweg für eine längere Strecke zum Abbremsen des Fahrzeugs, und somit auch der Insassen, zu nutzen.
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Für die Umsetzung lassen sich folgende Prinzipien und deren Kombinationen nutzen. Formschluss, Kraftschluss, elektromagnetische Wechselwirkung, Gravitation, Adhäsion, Kohäsion, z. B. das Saugnapf-Prinzip, bei dem ebene Flächen, vorzugsweise mit einer Abdichtung, z. B. in Form einer Dichtlippe und/oder eines Flüssigkeitsfilms, direkt aneinander anliegen. Deformation von Materie (z. B. Kühler als Deformationselement), Kompression von Materie (z. B. Luftdruck in Reifen), Umlenkung von Massen, ggf. mit Impuls-/Energieübertrag auf andere Masse, bei der Auslösung und/oder Trennung und/oder bei der Wiederanbringung. Beispielsweise kann Wasser beim Abfangen seitlich aus einem Kühlwasserbehälter austreten, wobei grundsätzlich alle sechs Freiheitsgrade, also auch Rotationen, zur Verfügung stehen, sowie die Zerstäubung und die Zerkleinerung von Massen, bei der Auslösung bzw. Trennung und/oder bei der Wiederanbindung, insbesondere könnte Wasser in einen Wassernebel zerstäubt werden, ggf. in Kombination mit einer Richtungsumkehr, z. B. nach oben, um Einwirkungen auf die Umgebung zu reduzieren, bzw. um die jeweilige Masse aus einem unerwünschten Bereich zu bringen. Ferner ist es grundsätzlich möglich, den Luftwiderstand zum Abbremsen zu nutzen, was dadurch erzielbar ist, dass die jeweilige Masse auf eine größere Fläche bzw. auf ein größeres Volumen verteilt wird.
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Für die Auffangeinrichtung 12 lassen sich unterschiedliche Konstruktionen denken, beispielsweise kann die Auffangeinrichtung 12 passiv arbeiten, insbesondere mechanisch, z. B. über Anschläge, Verkeilung, ggf. mit Deformationen, z. B. eines Kühlers oder eines Langlochs, innerhalb dessen die Teilmasse 7 verschoben wird, mittels eines ggf. dehnbaren Drahtseils und dergleichen, durch Umlenkung, Hebel, Federn, ggf. mit Energieaufnahme. Ebenso sind pneumatische Lösungen denkbar, z. B. über Kompression von Gasbehältern, oder hydraulische Lösungen, z. B. durch Ausdrücken eines Flüssigkeitsbehälters. Aktiv arbeitende Auffangeinrichtungen können mechanische Lösungen, z. B. Hebel, Sperrbolzen, Keilbremsen (mechanisch und elektrisch), oder elektrische Lösungen umfassen, z. B. eine mechanisch und elektrisch betätigbare Keilbremse. Ferner sind magnetische Lösungen denkbar, z. B. per Elektromagnet bewegter Sperrbolzen. Ebenso kann magnetisches Material vor allem bei geringen Abständen magnetisch festgehalten werden. Pneumatische Lösungen mit Druckluft- bzw. Druckgasspeicher und hydraulische Lösungen sind ebenso denkbar, wobei hydraulische Lösungen ein direktes Ansprechen sowie Übersetzungen ermöglichen. Ferner sind auch pyrotechnische Lösungen, insbesondere Gasgeneratoren, denkbar.
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Für die Wiederanbindung der beschleunigten Teilmasse 7 gibt es unterschiedliche Strategien. Abhängig davon, wie der erwartete Unfallverlauf sein wird, sowie abhängig davon, welche Einrichtungen 5, 11, 12, 13, 14 an der Fahrzeugverzögerung mitwirken sollen, kann die Wiederanbindung der abgetrennten Teilmasse 7 entweder nicht erfolgen oder über mindestens einen elastischen Stoß erfolgen oder über mindestens einen plastischen Stoß erfolgen oder in Abhängigkeit eines bestimmten Weges erfolgen, beispielsweise des Weges der abgetrennten Teilmasse 7, des Weges von erwarteten Intrusionen, des Weges von Relativbewegungen zwischen Fahrzeug 1 und Umgebung und gegebenenfalls des Hindernisses 8, sowie des Weges von Insassen. Ferner kann die Wiederanbindung der Teilmasse 7 in Abhängigkeit einer bestimmten Relativzeit in Bezug zum Beispiel auf den Beginn des Crashfalls beziehungsweise bezogen auf die Überschreitung wenigstens eines Grenzwerts. Ferner kann die Abhängigkeit von diversen Sensoren oder Sensoreinrichtungen vorgesehen sein. Bevorzugt arbeitet die Crasherkennungseinrichtung 2 mit einer entsprechenden Crashsensorik, zum Beispiel Abstandsmesseinrichtungen. Ferner können eine Umfeldsensorik, eine Fahrzeugsensorik sowie eine Insassendatensensorik vorgesehen sein. Beispielsweise lassen sich dabei nachgiebige und unnachgiebige Unfallgegner beziehungsweise Hindernisse 8 voneinander unterscheiden. Beispielsweise bildet ein anderes Fahrzeug ein nachgiebiges Hindernis 8, während ein Brückenpfeiler ein im wesentlichen unnachgiebiges Hindernis 8 bildet. Das Insassenparameter sind beispielsweise der aktuelle Gurtstatus, die aktuelle Sitzposition und das Alter des jeweiligen Insassen.
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Ferner kann die Wiederanbindung der Teilmasse 7 von Werten abhängig gemacht werden, die vor Unfallbeginn ermittelt worden sind, beispielsweise von der Crasherkennungseinrichtung 2. Beispielhaft handelt es sich bei diesen Werten um den vermuteten Unfallverlauf sowie um vermutete Trajektorien, also Bewegungsbahnen.
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Die vorgenannten unterschiedlichen Strategien für die Wiederanbindung der Teilmasse 7 lassen sich entweder dadurch realisieren, dass eine invariante Festauslegung durchgeführt wird, bei welcher die Wiederanbindung der Teilmasse 7 immer nach dem gleichen Weg oder der gleichen Abtrennzeit der Teilmasse 7 durchgeführt wird. Des weiteren sind selbststeuernde Systeme und aktiv steuerbare Systeme denkbar, die eine variable Auslegung ermöglichen und beispielsweise mit Aktuatoren arbeiten können.
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Es ist klar, dass die zuvor genannten Varianten quasi beliebig miteinander kombinierbar sind, sofern derartige Kombinationen logisch sinnvoll sind.
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Impulse können vor oder während des Crashfalls – vollständig oder teilweise – zum Beispiel auf das jeweilige Hindernis 8 übertragen werden. Ein Austreten der jeweiligen Teilmasse 7 aus dem Fahrzeug 1 kann – je nach Strategie – provoziert, in Kauf genommen oder vermieden werden. Hierzu kann es vorteilhaft sein, bestimmte Fahrzeugteile, zum Beispiel die Außenhaut, durchdringbar, verschiebbar, deformierbar oder dergleichen auszulegen.
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Beispielsweise kann bei einer einfachen Ausführungsform eine Verschiebung beziehungsweise Wiederanbindung des Motors über ein Langloch vorgesehen sein, das eine Verschiebung zulässt, aber den Maximalweg begrenzt. Beim Wiederanbinden des Motors kann das Langloch deformieren oder es können existierende andere Bauteile, wie zum Beispiel ein Fahrzeugkühler, deformiert werden.
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Die mit Hilfe der Beschleunigungseinrichtung 5 beschleunigte Teilmasse 7 kann grundsätzlich in jeder Aggregatsform auftreten und kann bei Bedarf auch in eine andere Aggregatsform umgewandelt werden. Beispielsweise kann im Crashfall zumindest ein Teil der Kühlfüßigkeit eines Kühlkreises des Fahrzeugs 1 verdampft werden.
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Als Sonderfall kann auch Masse aus der Umgebung des Fahrzeugs 1 für einen Rückstoßeffekt verwendet werden, zum Beispiel Luft oder Wasser. Diese externe Masse könnte aktiv beschleunigt, zum Beispiel durch umgekehrt drehenden Kühlerlüfter, oder reaktiv beziehungsweise passiv beschleunigt werden, zum Beispiel durch entsprechende Prall- oder Umlenkflächen für Luft, Wasser oder ähnliches. Die Wiederanbindung könnte beispielsweise ebenfalls extern des Fahrzeugs 1 nach den weiter oben beschriebenen Prinzipien erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung arbeitet vorwiegend mit der Beeinflussung des Fahrzeugpulses. Dieser kann mit dem vorgeschlagenen Ansatz sehr viel variabler beeinflusst werden als dies mit bisherigen, passiven Maßnahmen möglich ist. Motivation und Ziel ist hierfür die Reduzierung der Insassenbelastung. Grundsätzlich ist mit Hilfe des vorgeschlagenen Ansatzes vorwiegend eine sogenannte „Fahrzeuglose” reduziert, wobei außerdem die Verzögerungskennlinie vergleichsweise variabel gestaltet werden kann. Unter die sogenannte Fahrzeuglose lässt sich beispielsweise eine für schwere Unfälle zu weich ausgelegte Knautschzone subsumieren, die beispielsweise für leichtere Kollisionen vorgesehen ist. Insbesondere fallen darunter sogenannte Crashboxen, welche die Reparaturfreundlichkeit von Kleinunfällen steigern sollen. Die Funktion des Rückhaltesystems kann dabei eher generell und abstrakt gesehen werden.
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Ein prinzipielles Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erzielung eines möglichst homogenen und niedrigen Verzögerungsverlaufs des Fahrzeugs 1 im Crashfall, wodurch das Rückhaltesystem möglichst optimal arbeiten kann. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn der Fahrzeugpuls auf spezielle Eigenschaften oder Anforderungen des Rückhaltesystems abgestimmt wird, wie zum Beispiel auf die bereits weiter oben genannte Gurtlose. Ferner ist auch eine Adaption an bestimmte Eigenschaften oder Anforderungen der Insassen, zum Beispiel der aktuelle Gurtstatus, an die Ladung oder ähnliches denkbar.
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Beispielsweise kann der anfängliche Verzögerungsverlauf, der bei herkömmlichen Fahrzeugen oft unterhalb der maximalen Verzögerung liegt, erhöht werden, um ihn in dem Zeitbereich, während dessen die Insassen am stärksten vom Rückhaltesystem verzögert werden, also am stärksten am Fahrzeug angebunden sind, abzusenken. Dies führt dazu, dass die Insassen früher verzögert werden können und deren Maximalbelastungen reduziert werden können. Der Crashpuls kann dadurch auch besser an den Wirkbereich des Rückhaltesystems angepasst werden und diesen insbesondere erweitern. Ferner können sowohl Crashpuls als auch Rückhaltesystem derart aneinander angepasst werden, dass eine möglichst optimale Insassenverzögerung daraus resultiert. Dies ist die bereits weiter oben angesprochene, nahezu rechteckige Verzögerungscharakteristik, die gegebenenfalls weniger steil beziehungsweise weich beziehungsweise rund ansteigende beziehungsweise abfallende Kanten aufweisen kann, sofern dies zu geringeren Verletzungswahrscheinlichkeiten führt, in Folge beispielsweise einer weniger abrupten Verzögerung.
