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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik
eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug.
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Bei
der Entwicklung von Personenschutzsystemen, wie z. B. Airbag-Systemen
oder Gurtstraffern, kommt der schnellen Erkennung eines Aufpralls auf
das Kraftfahrzeug eine sehr große
Bedeutung zu. Für
einen effizienten Schutz der Insassen des Kraftfahrzeugs ist es
nicht nur notwendig zu erkennen, dass ein Aufprall (Crash) vorliegt,
sondern auch, diesen zu klassifizieren. Neue Personenschutzsysteme, sog.
Smart-Airbag-Systeme,
benötigen
darüber
hinaus eine Information über
die Schwere des Aufpralls. Im Rahmen der Klassifizierung wird z.
B. die Art des Aufpralls (Seitenaufprall oder Frontalzusammenstoß, mit oder
ohne Überdeckung,
etc.) ermittelt, um die für einen
Schutz optimalen Rückhaltesysteme
zu aktivieren. Die Richtung des Aufpralls auf das Kraftfahrzeug
wird in der Regel mit Beschleunigungs-, Druck- und Körperschallsensoren
bestimmt. Der Körperschall
wird beim Aufprall durch die Deformation von Karosseriebauteilen
(z. B. Risse, Brüche
und Verformungen) des Kraftfahrzeugs erzeugt.
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Obwohl
die Verwendung von Körperschallsensoren
bei der Ermittlung von Informationen über die Charakteristik des
Aufpralls große
Vorteile aufweist, besteht das Problem, dass die Körperschallentstehung
von der Wahl der Geometrie und der Materialien abhängt. Daher
muss ein Algorithmus zur Auswertung der Körperschallsignale und zur Ermittlung
der Information über
die Charakteristik des Aufpralls entsprechend angepasst werden.
Es ist deshalb nur schwer möglich,
die Performance durch die Körperschallsensierung
bei allen Fahrzeugen in maximalen Umfang auszuschöpfen. Die
notwendigen Informationen zur Ermittlung der Charakteristik des Aufpralls
und zur optimalen Ansteuerung der Personenschutzsysteme können daher
nur mit zeitaufwändiger
und kostenintensiver Kalibierarbeit, Anpassung der Fahrzeugstruktur,
sowie gegebenenfalls zusätzlichen
Sensoren bereitgestellt werden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur
Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug
anzugeben, welche die Signalentstehung, -ermittlung und -auswertung
auf einfachere Weise ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik
eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die
Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik
eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine
Signalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer definierten und
von der Geschwindigkeit des Aufpralls abhängigen Schallimpulsfolge, insbesondere einer
Körperschallimpulsfolge,
in Folge einer Deformation eines Karosseriebauteils des Kraftfahrzeugs, wobei
die Schallimpulsfolge durch eine durch die Deformation bewirkte
mechanische Betätigung
der Signalerzeugungseinrichtung erzeugt ist. Die Vorrichtung umfasst
ferner eine Sensorik zum Erfassen der definierten Schallimpulsfolge
sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von der Sensorik gelieferten
Signale, so dass Informationen über
die Charakteristik des Aufpralls geliefert werden können.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
die „aktive” und definierte
Erzeugung von Schallimpulsen, welche auf einfachere Weise detektiert werden
können
im Vergleich zu Körperschallsignalen,
die durch die Deformation von Karosseriebauteilen erzeugt sind.
Durch die gezielte Erzeugung der Schallimpulse bzw. der Schallimpulsfolge
können Teile
des Fahrzeugs im Crashfall akustisch decodiert und analysiert werden.
Damit können
neben der Erkennung des eigentlichen Aufpralls die In tensität und weitere
Informationen auf einfache Weise ermittelt werden.
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Die
Erzeugung der Schallimpulse und deren Auswertung durch die Signalerzeugungseinrichtung ermöglicht es,
Entwicklungs- und
Kalibrieraufwand bei der Applikation von Personenschutzsystemen
auf die Fahrzeugkonstruktion zu verlagern. Gleichzeitig weist die
Vorrichtung den Vorteil auf, dass die Robustheit erhöht wird,
da keine Interpretation von Körperschallsignalen
und dergleichen mehr notwendig ist. Stattdessen „wartet” die Auswerteeinheit auf eine bestimmte,
gezielt erzeugte Schallimpulsfolge, um dann die entsprechenden Personenschutzsysteme mit
einem vordefinierten Muster anzusteuern. Ein Teil der Erkennung
der Art des Aufpralls und die Schwere des Aufpralls erfolgt damit
in der Struktur des Kraftfahrzeugs selbst. In der Summe ergeben
sich hierdurch eine starke Verbesserung der Performance sowie eine
Einsparung bei den Sensoren. Darüber
hinaus kann die Zeitdauer bis zur Erkennung und Analyse des Aufpralls
verringert werden. Von besonderem Vorteil ist ferner, dass die Ermittlung
der Relativgeschwindigkeit, welche die Grundlage sämtlicher
Algorithmen für
die Ansteuerung von Personenschutzmitteln bildet, sich aus der von
der Signalerzeugungseinrichtung erzeugten Schallimpulsfolge direkt ermitteln
und verarbeiten lässt.
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Zweckmäßigerweise
sind die von der zumindest einen Signalerzeugungseinrichtung erzeugten und
durch die Struktur der Signalerzeugungseinrichtung definierten Schallimpulse
unabhängig
von Körperschallsignalen
erzeugt, welche durch die Deformation des Karosseriebauteils entstehen.
Die Sensorik sowie die nachgeschaltete Auswerteeinheit müssen damit
lediglich auf die von der Signalerzeugungseinrichtung abgegebenen
Schallimpulse bzw. die sich hieraus ergebende Schallimpulsfolge „hören”. Die weiteren,
bei einer Deformation von Karosseriebauteilen erzeugten Körperschallsignale
können
optional durch die Auswerteeinheit verarbeitet werden.
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Gemäß einer
weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
sind die von der zumindest einen Signalerzeugungseinrichtung erzeugten
Schallimpulse derart beschaffen, dass diese aus einem Signalgemisch,
umfassend die durch die Karosseriestruktur erzeugten Körperschallsignale
und die Schallimpulse, durch die Sensorik identifizierbar sind.
Möglich wird
dies durch die konstruktive Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung,
so dass sich die bei der Aktivierung abgegebenen Frequenzen nahezu beliebig
einstellen lassen. Da die im Rahmen einer Deformation eines Karosseriebauteils
erzeugten Körperschallsignale
und die dabei erzeugten Frequenzen bekannt sind, können die
von der Signalerzeugungseinrichtung erzeugten Schallimpulse in einem anderen
Frequenzbereich erzeugt werden, so dass diese durch die Sensorik
auf besonders einfache Weise detektierbar sind.
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Zweckmäßigerweise
ist jeweils eine der Signalerzeugungseinrichtungen auf der linken
und der rechten Seite des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hierdurch ist
eine Erkennung der Aufprallrichtung möglich. Bei unterschiedlicher
Abstimmung bzw. Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtungen
auf der linken und rechten Seite des Kraftfahrzeugs kann darüber hinaus
eine Winkelerkennung realisiert werden, wobei zur Unterscheidung
lediglich ein einziger, z. B. zentral angeordneter Sensor, insbesondere
ein Körperschallsensor,
notwendig ist.
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Zweckmäßigerweise
ist die zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung in ein Typschadenelement
integriert oder an einem Typschadenelement angeordnet, wobei das
Typschadenelement einen Biegequerträger eines Stoßfängers mit
einem Fahrzeuglängsträger des
Kraftfahrzeugs verbindet. Die Anordnung der Signalerzeugungseinrichtung
in das Typschadenelement ist vorteilhaft, da sich dieses im Falle
eines Aufpralls deformiert und dadurch die Erzeugung der Schallimpulsfolge
auf einfache Weise realisiert werden kann. Darüber hinaus lässt sich
die Signalerzeugungseinrichtung auf kostengünstige Weise in das Typschadenelement
integrieren und in einem Schadensfall austauschen.
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In
einer ersten Variante umfasst die zumindest eine Signalerzeugungseinrichtung
eine Mehrzahl an Körperschall
erzeugenden Elementen, die abhängig
von der Geschwindigkeit der Deformation durch einen zu der Mehrzahl
an Körperschall
erzeugenden Elementen relativ bewegbaren Stempel nacheinander aktivierbar
sind, wobei bei deren Aktivierung jeweils ein Schallimpuls erzeugt
wird. Die Körperschall
erzeugenden Elemente können
in einer frühen
Phase des Aufpralls geschwindigkeitsabhängig aktiviert werden. Zur
Aktivierung eines jeweiligen Körperschall
erzeugenden Elements wird dessen Bruch oder Deformation herbeigeführt.
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Zur
Erzeugung der Schallimpulsfolge, welche gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung
codiert ist, werden die Körperschall
erzeugenden Elemente in definierten Abständen zueinander angeordnet.
Die Körperschall
erzeugenden Elemente können beispielsweise äquidistant
zueinander angeordnet sein. Ebenso ist die Anordnung in Gruppen
mit jeweils äquidistanter,
aber z. B. unterschiedlichem Abstand vorstellbar. Die Körperschall
erzeugenden Elemente verschiedener Gruppen können auch jeweils äquidistant
zueinander angeordnet sein, wobei jedoch der Abstand zwischen jeweils
zwei Gruppen unterschiedlich zu der Äquidistanz ist. Hierdurch lässt sich
auf einfache Weise die Relativgeschwindigkeit zwischen den Kollisionspartnern
bzw. die Geschwindigkeit des Aufpralls ermitteln.
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Durch
den Stempel oder Stößel wird
eine Kraft auf die Körperschall
erzeugenden Elemente während
des Aufpralls aufgebracht, so dass diese Elemente nach und nach
aktiviert werden (z. B. brechen) und dabei jeweils einen Schallimpuls
erzeugen. Bei äquidistanter
Anordnung ist die Frequenz proportional zur Aufprallgeschwindigkeit.
Die Codierung der Schallimpulsfolge kann durch die Anordnung der
Schall erzeugenden Elemente realisiert werden, wie dies beispielsweise
bei dem sog. Barker-Code
in der Radartechnik üblich
ist. Hierdurch lässt
sich die angeregte Schallimpulsfolge aus den Körperschallsignalen (sog. Crash-Rauschen)
identifizieren, wodurch eine sichere Bestimmung der Differenzgeschwindigkeit
zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Aufprallobjekt möglich ist.
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Die
Schall erzeugenden Elemente sind gemäß einer Ausgestaltung durch
Bolzen, Schrauben, Stifte oder umgeformte Materialabschnitte aus
einem harten, spröden
Material gebildet, welche durch den durch die Deformation relativ
zu den Elementen bewegten Stempel gebrochen werden. Um die Aktivierung
der jeweiligen Körperschall
erzeugenden Elemente vorzunehmen, ist eine Relativbewegung des Stempels
und der Körperschall
erzeugenden Elemente zueinander notwendig. Es liegt dabei im Belieben
des Fachmannes, ob der Stempel auf die Körperschall erzeugenden Elemente
während
einer Deformation zubewegt wird, oder umgekehrt.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung sind die Schall erzeugenden Elemente
durch kammartig angeordnete Vorsprünge, z. B. Zinken oder umgeformtes
Material der Signalerzeugungseinrichtung, gebildet, welche durch
die Deformation relativ zu dem Stempel oder einem Widerhaken bewegbar und
durch den Eingriff mit dem Stempel oder dem Widerhaken auslenkbar
und/oder zu einer Schwingung anregbar sind. Hierbei können die
Vorsprünge
durch den durch die Deformation bewegten Stempel oder Widerhaken
deformiert werden. Alternativ können
die Vorsprünge
durch die Deformation relativ zu einem ortsfest gelagerten Stempel
oder Widerhaken bewegt und dabei ausgelenkt bzw. zu der Schwingung angeregt
werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Stempel an dem
Typschadenelement verschieblich gelagert und liegt mit einem ersten
Ende an dem Biegequerträger
an oder ist mit diesem verbunden, so dass durch eine Deformation
des Biegequerträgers
in Richtung des Typschadenelements eine Bewegung des Stempels relativ
zu dem Typschadenelement unter Aktivierung der Körperschall erzeugenden Elemente
resultiert. Eine derart ausgestaltete erfindungsgemäße Vorrichtung
weist den Vorteil auf, dass die Signalerzeugungseinrichtung platzsparend
und kompakt in dem Kraftfahrzeug vorgesehen werden kann. Insbe sondere
werden sämtliche
zur Erzeugung der Schallimpulsfolge notwendigen Komponenten im Inneren
des Biegequerträgers und
des Typschadenelements angeordnet.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung ist die Signalerzeugungseinrichtung durch
ein Typschadenelement und/oder einen mit dem Typschadenelement verbundenen
Biegequerträger
eines Stoßfängers ausgebildet.
Die Signalerzeugungseinrichtung stellt damit kein zusätzliches
Bauteil dar, sondern ist konstruktiv in bereits vorhandene Komponenten
eines Kraftfahrzeugs integriert.
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Gemäß einer
konkreten Ausgestaltung umfassen das Typschadenelement und/oder
der Biegequerträger
eine Wabenstruktur, welche abschnittsweise unterschiedlich große Waben
aufweist, wobei die Waben durch deren Verformung oder Bruch aktivierbar
sind und durch deren Aktivierung eine von der Geschwindigkeit des
Aufpralls abhängige
Schallimpulsfolge erzeugbar ist, welche von der abschnittsweisen
Größe der Waben
abhängig
ist. Die Wabenstruktur kann beispielsweise durch einen Aluminiumschaum
gebildet sein, dessen Porendichte und damit Wabengröße während des
Herstellungsvorgangs auf einfach Weise gesteuert werden kann. Neben
ihrer Fähigkeit,
große
Mengen an Energie absorbieren zu können, erzeugen die bei einer
Deformation verformten Waben charakteristische Schallimpulse, welche in
erfindungsgemäßer Weise
erfasst und ausgewertet werden können.
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Alternativ
umfassen das Typschadenelement und/oder der Biegequerträger eine
Laminatstruktur, welche durch Delamination aufgrund einer einwirkenden äußeren Kraft
aktivierbar ist, wobei bei der Aktivierung ein von der Deformation
der Geschwindigkeit abhängiger
akustischer Impuls oder ein Körperschallimpuls
erzeugbar ist. Eine Schallimpulsfolge bei der Deformation des Typschadenelements
und/oder des Biegequerträgers
lässt sich
dadurch erzeugen, dass diese beiden strukturellen Komponenten des
Kraftfahrzeugs eine Laminatstruktur mit abschnittsweise unterschiedlicher
Dichte der Glasfasern aufweisen, welche bei der Delamination Schallimpulse
unterschiedlicher Frequenz erzeugen. Unter einer Laminatstruktur
wird insbesondere ein Faserverbundwerkstoff, z. B. aus CFK (kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe),
verstanden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anordnung der Körperschall
erzeugenden Elemente oder die Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung
auf der linken und der rechten Seite des Kraftfahrzeugs unterschiedlich. Hierdurch
lässt sich,
wie eingangs bereits erläutert, eine
Unterscheidung der Aufprallseite sowie eine Winkelerkennung realisieren.
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Neben
der Detektion der Aufprallseite ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung,
die Relativgeschwindigkeit der Kollisionspartner zu ermitteln. Bei
entsprechender konstruktiver Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung
lassen sich ebenso die Masse des aufprallenden Objekts sowie die
Steifigkeit des aufprallenden Objekts ermitteln. Im letzteren Fall
wird die Signalerzeugungseinrichtung derart in das Kraftfahrzeug
integriert, dass diese erst ab einer bestimmten Mindeststeifigkeit
und/oder Masse aktiviert wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend näher
anhand verschiedener Ausführungsbeispiele
in den Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion
der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug, und
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2 bis 11 verschiedene
Ausführungsbeispiele
einer in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
angeordneten Signalerzeugungseinrichtung.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls auf ein Kraftfahrzeug.
Dargestellt sind in ei ner Draufsicht ein Biegequerträger 3 eines
Stoßfängers, welcher
bezüglich einer
Fahrzeuglängsachse 8 symmetrisch
angeordnet ist und beispielsweise die Front eines Kraftfahrzeugs
ausbildet. Der Biegequerträger 3 ist
in bekannter Weise an seinen beiden äußeren gegenüberliegenden Enden über ein
linkes und rechtes Typschadenelement 4, 5 (auch
Crash-Boxen genannt) mit einem jeweiligen linken und rechten Fahrzeuglängsträger 6, 7 der
Fahrzeugkarosserie mechanisch verbunden. Bekanntermaßen dienen
die Typschadenelemente 4, 5 dazu, bei einem Aufprall
des Kraftfahrzeugs auf ein Objekt einen Teil der Aufprallenergie aufzunehmen,
wobei sich die Typschadenelemente 4, 5 verformen.
Die Typschadenelemente 4, 5 können mit dem Biegequerträger verschraubt,
verschweißt
oder mittels einer Steckverbindung verbunden sein.
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In
jedem der Typschadenelemente 4, 5 ist erfindungsgemäß eine Signalerzeugungseinrichtung 1 bzw. 2 vorgesehen.
Die im Detail weiter unten beschriebene Signalerzeugungseinrichtung 1, 2 dient zur
Erzeugung einer definierten und von der Geschwindigkeit des Aufpralls
abhängigen
Schallimpulsfolge, insbesondere einer Körperschallimpulsfolge, infolge
einer Deformation des Biegequerträgers bzw. des jeweiligen Typschadenelements 4, 5.
Die Schallimpulsfolge ist durch eine durch die Deformation bewirkte
mechanische Betätigung
der Signalerzeugungseinrichtung erzeugt. Die von den Signalerzeugungseinrichtungen 1, 2 erzeugten
Schallimpulsfolgen werden durch eine Sensorik 9 aufgenommen. Die
Sensorik 9 kann hierzu einen oder mehrere Körperschallsensoren
oder Sensoren zur Detektion von Frequenzen in hörbarem Bereich umfassen. Mit
der Sensorik 9 ist eine Auswerteeinheit 10 gekoppelt, welche
zur Auswertung der von der Sensorik 9 gelieferten Signale
dient, um die erwünschten
Informationen über
die Charakteristik des Aufpralls zu ermitteln und gegebenenfalls
ein in der Figur nicht dargestelltes Personenschutzsystem anzusteuern.
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In
einer von dem Ausführungsbeispiel
der 1 abweichenden Variante können die Signalerzeugungseinrichtungen 1, 2 auch
in oder an anderen Karosseriebauteilen des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
Beispielsweise können
eine oder mehrere der Signalerzeugungseinrichtungen 1, 2 im
Bereich des Biegequerträgers 3 und/oder
des Fahrzeuglängsträgers 6, 7 vorgesehen
sein. Prinzipiell ist es zweckmäßig, die
erfindungsgemäße Signalerzeugungseinrichtung
derart in dem Kraftfahrzeug anzuordnen, dass eine durch einen Aufprall
verursachte Deformation möglichst
verzögerungsfrei
zur Erzeugung der Schallimpulsfolge führt.
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Die 2 bis 11 zeigen
unterschiedliche Ausführungsformen
einer Signalerzeugungseinrichtung 1, wie diese in der in 1 gezeigten
und beschriebenen Anordnung zum Einsatz kommen kann.
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2 zeigt
eine Seitenansicht einer ersten Variante der erfindungsgemäß an dem
Biegequerträger 4 angeordneten
Signalerzeugungseinrichtung 1. Auf der Oberseite des Biegequerträgers 4 ist
eine Anzahl an Schall erzeugenden Elementen 11 vorgesehen.
Diese Körperschall
erzeugenden Elemente 11 können beispielsweise durch Bolzen,
Schrauben oder Stifte gebildet sein. Bevorzugt bestehen diese aus
einem harten, spröden
Material. Ein Stempel 12 ist über zwei Lager 16, 17 an
der Oberseite des Biegequerträgers 3 gelagert.
Der Stempel 12 umfasst eine Welle 13, welche von
den Lagern 16, 17 geführt wird. An dem von den Körperschall
erzeugenden Elementen 11 abgewandten Ende ist die Welle 13 mit
einer Prallplatte 14 versehen. Eine entsprechende, optionale
Prallplatte 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel auch an dem
dem Körperschall
erzeugenden Element 11 zugewandten Ende angeordnet.
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Wirkt
auf den Stoßfänger eine
durch eine Deformation hervorgerufene Kraft F ein, so wird der Stempel 12 in
Pfeilrichtung in Richtung der Körperschall
erzeugenden Elemente 11 verschoben, wobei diese aufgrund
ihres Materials und ihrer starren Befestigung an dem Typschadenelement 4 zerstört werden.
Bei der Zerstörung
eines jeden Elements 11, z. B. durch Brechen, wird ein
Schallimpuls erzeugt, welcher durch die Sensorik 9 detektierbar
ist. Die Körperschallleitung
erfolgt über
den Übertragungsweg, Typschadenelement 4,
Fahrzeuglängsträger 6 hin
zu der Sensorik 9, welche beispielsweise auf dem Fahrzeuglängsträger 6 oder
einem zentral angeordneten Kraftfahrzeugtunnel angeordnet ist.
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Durch
die zeitlich nacheinander auftretende Zerstörung der Köperschall erzeugenden Elemente 11 werden
aufeinander folgende Schallimpulse erzeugt, so dass sich eine Schallimpulsfolge
ergibt, welche mit der Geschwindigkeit des Aufpralls korrespondiert.
Bei einer äquidistanten
Anordnung der Körperschall
erzeugenden Elemente 11 ist die Frequenz der Schallimpulse
proportional zur Geschwindigkeit des Aufpralls.
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Durch
die relative Beabstandung zweier benachbarter Körperschall erzeugender Elemente 11 kann
eine Codierung bereitgestellt werden, wie sie beispielsweise in
der Radartechnik bei den bekannten Barker-Codes verwendet wird.
Die Schallimpulsfolge lässt
sich auf einfache Weise von dem Crash-Rauschen unterscheiden, welches
aus der Deformation des Biegequerträgers 3, des Typschadenelements 4 und
gegebenenfalls des Fahrzeuglängsträgers 6 resultiert.
Anhand der Schallimpulsfolge kann eine sichere Bestimmung der Differenzgeschwindigkeit
der beiden Kollisionspartner erfolgen.
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Werden
die Körperschall
erzeugenden Elemente 11 in der Signalerzeugungseinrichtung 1 des linken
Typschadenelements auf andere Weise angeordnet als in der in dem
rechten Typschadenelement vorgesehenen Signalerzeugungseinheit 2,
so kann eine einfache Unterscheidung erfolgen, ob der Aufprall auf
der linken oder rechten Seite des Kraftfahrzeugs erfolgt. Darüber hinaus
lässt sich
eine Winkelerkennung realisieren.
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3 zeigt
eine Ausführungsvariante,
bei der die Körperschall
erzeugenden Elemente 11 im Inneren des Typschadenelements 4 angeordnet
sind. Dabei sind die Körperschall
erzeugenden Elemente 11 lediglich einseitig an der Oberseite
des Typschadenelements 4 befestigt. Der Stempel 12 ist
mit seiner von den Körperschall
erzeugenden Elementen 11 abgewandten Seite an dem Biegequerträger 3 befestigt
oder liegt an diesem an. Ferner ist der Stempel 12 über ein
Lager 16 an dem Biegequerträger 3 bzw. dem Typschadenelement 4 verschiebbar
gelagert. Eine weitere diesbezügliche
Variante ist in 9 dargestellt, welche sich lediglich
dadurch unterscheidet, dass die Körperschall erzeugenden Elemente 11 an beiden
gegenüberliegenden
Seitenflächen
des Typschadenelements 4 eingespannt bzw. befestigt sind. 9 zeigt
die Anordnung der Signalerzeugungseinrichtung 1 in der
oberen Bildhälfte
einmal in einer Seitenansicht und in der unteren Bildhälfte in
einer Draufsicht. Bei den in 3 und 9 dargestellten Varianten
erfolgt eine Relativbewegung des Stempels 12 in Richtung
der Körperschall
erzeugenden Elemente 11 durch eine Verformung des Biegequerträgers 3 und/oder
des Typschadenelements 4.
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Eine
schnellere Detektion des Aufpralls eines Objekts auf das Kraftfahrzeug
ist mit der in 4 gezeigten Anordnung möglich, bei
der das den Körperschall
erzeugenden Elementen 11 abgewandte Ende des Stempels 12 aus
dem Biegequerträger 3 hinausragt
und beispielsweise unmittelbar an der Außenhaut eines nicht dargestellten
Stoßfängers anliegt.
Bereits bei einer geringfügigen
Deformation des Stoßfängers wird
der Stempel 12 aufgrund der an seiner Prallplatte 14 angreifenden
Kraft F in Richtung des Typschadenelements 4 verschoben,
wobei in der bereits beschriebenen Weise ein Abscheren oder Brechen
der hintereinander angeordneten Körperschall erzeugenden Elemente 11 erfolgt.
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Die
Körperschall
erzeugenden Elemente 11 können, wenn diese wie in den
vorangegangenen erläuterten
Ausführungsbeispielen
als Bolzen oder dergleichen ausgeführt sind, durch eine Verschweißung mit
den gegenüber
liegenden Seiten des Typschadenelements 4 verbunden sein
(6). Alternativ ist es möglich, zylinderförmige Vorsprünge durch
ein Tiefziehwerkzeug 50 in das Typschadenelement 4 einzubringen
(7). Die Aktivierung des Körperschall erzeugenden Elements 11,
welches durch einen Hohlzylinder gebildet ist, erfolgt dann nicht durch
ein Brechen oder Abscheren, sondern durch eine Verformung, wobei
bei dieser ein charakteristischer Signalimpuls abgegeben wird.
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Ein
alternativ ausgestaltetes Körperschall
erzeugendes Element ist in 5 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsvariante
werden zur Ausbildung eines Körperschall
erzeugenden Elements 11 Stanzränder 31, 32, 33 in
eine Hauptfläche
z. B. des Typschadenelements 4 eingebracht, welche in etwa
topfförmig
zueinander angeordnet sind. Über
ein Umformwerkzeug wird ein Materialabschnitt 30 nach Art einer
Lasche z. B. nach innen verbogen. In entsprechender Weise kann eine
Anzahl an derartigen Materialabschnitten 30 hintereinander
angeordnet werden, welche durch einen in 5 nicht
gezeigten Stempel bei einer Deformation des Kraftfahrzeugs die jeweiligen
Materialabschnitte 30 verformt werden, wobei wiederum jeweils
die erwünschten
Schallimpulse erzeugt werden. Von Vorteil ist bei dieser Ausführungsvariante
die einfache und kostengünstige Herstellbarkeit.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsvariante,
bei der auf einen Stempel zur Zerstörung der Körperschall erzeugenden Elemente 11 in
Form von Bolzen, Schrauben oder Stiften, verzichtet werden kann. Die
Funktion des relativ zu den Körperschall
erzeugenden Elementen 11 beweglichen Stempels übernimmt
eine Wand des Biegequerträgers 3.
Wie aus der Querschnittsdarstellung der 8 gut ersichtlich ist,
weist ein Biegequerträger 3 ein
U-förmiges
Profil auf, wobei das Typschadenelement 4 mit dem Abschnitt
verbunden ist, der die parallel verlaufenden Schenkel miteinander
verbindet.
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10 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem zur Erzeugung der Schallimpulsfolge eine Kammstruktur 20 mit
einer Anzahl an definiert hintereinander angeordneter Vorsprünge 21 vorgesehen
ist. Bei einer Deformation erfolgt eine Relativbewegung zu einem
ortsfesten Widerhaken 22, wodurch eine Anregung der Kammstruktur
zum Schwingen erfolgt. Die Kammstruktur 20 ist über Loslager 23, 24 mit
einem anderen Karos seriebauteil verbunden. Mit dem Bezugszeichen 26 ist
die Bewegungsrichtung der Kammstruktur 20 im Falle eines
Aufpralls auf das Fahrzeug gekennzeichnet. Es ist ohne Weiteres
ersichtlich, dass zur Erzeugung der Schallimpulsfolge auch die Kammstruktur 20 ortsfest
an einem Karosseriebauteil angeordnet werden kann, während der
Widerhaken 22 durch die Deformation relativ zu der Kammstruktur 20 bewegt
wird.
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In
dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Signalerzeugungseinrichtung 1 durch das Typschadenelement 4 selbst
ausgebildet. Dabei ist das Typschadenelement 4 mit einer
Wabenstruktur versehen, welche abschnittsweise unterschiedlich große Waben
aufweist. Die Waben sind durch Verformung oder Bruch aktivierbar,
wobei bei deren Aktivierung ein von der Geschwindigkeit des Aufpralls
abhängige
Schallimpulsfolge erzeugt wird, welche von der abschnittsweisen
Größe der Waben
abhängig
ist. Die Wabenstruktur kann beispielsweise durch einen Aluminiumschaum
gebildet sein, dessen Porendichte und damit Wabengröße auf einfache
Weise einstellbar ist.
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In
einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die Wabenstruktur
zumindest abschnittsweise auch in dem Biegequerträger 3 und/oder
in dem Fahrzeuglängsträger 6 vorgesehen
sein. Alternativ kann die Wabenstruktur auch ausschließlich zumindest
abschnittsweise in dem Biegequerträger 3 und/oder auf
dem Fahrzeuglängsträger 6 vorgesehen
sein.
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In
einer weiteren, figürlich
nicht näher
dargestellten Ausführungsform
können
der Biegequerträger 3 und/oder
das Typschadenelement 4 aus einem Laminat, z. B. einem
Faserverbundwerkstoff, gebildet sein. Als Laminat kommt beispielsweise
ein kohlenstoffverstärkter
Verbundwerkstoff (CFK) in Betracht. Die charakteristischen Strukturschwingungen,
d. h. die Schallimpulsfolge wird durch Delamination des Laminats
erzeugt.
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Das
der Erfindung zu Grunde liegende Prinzip besteht darin, in die Struktur
des Kraftfahrzeugs Körperschall
erzeugende Elemente zu integrieren, welche in der frühen Phase
eines Aufpralls abhängig von
der Geschwindigkeit des Aufpralls aktiviert werden. Diese Signalerzeugungselemente
erzeugen bei deren Verformung bzw. Zerstörung definierbare (Körper)Schallsignale.
Aufgrund der definierten Anordnung bzw. Beabstandung der Körperschall
erzeugenden Elemente zueinander kann eine detektierbare Schallimpulsfolge
im Falle eines Aufpralls erzeugt werden. Bei äquidistanter Anordnung ist
die Impulsfolge proportional zur Geschwindigkeit des Aufpralls.
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Durch
die Anordnung der Körperschall
erzeugenden Elemente relativ zueinander kann eine Codierung vorgesehen
werden. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Signalerzeugungseinrichtung
auf der linken und rechten Karosserieseite des Kraftfahrzeugs, können eine
Erkennung der Aufprallseite und sogar eine Winkelerkennung erfolgen.
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Durch
die Unterdrückung
der Erzeugung der Schallimpulsfolge lässt sich auch eine einfache
Ausblendung des Lastfalles „AZT-Erkennung” vorsehen.
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Von
besonderem Vorteil ist der Umstand, dass der Entwicklungs- und Kalibrieraufwand
für Personenschutzsysteme,
insbesondere Airbags, durch gezielte Ausgestaltung der Farzeugkonstruktion
bzw. geringe Anzahl von Karosseriebauelementen nachhaltig vereinfacht
bzw. reduziert wird. Gleichzeitig wird die Robustheit der Sensorik
eines Personenschutzsystems erhöht,
da gezielt erzeugte Schallimpulsfolgen detektiert und ausgewertet
werden.