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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung einer über einen Aktor betätigbaren Crashbox.
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Stand der Technik
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In der
EP 1 792 786 A2 wird eine Crashbox in einem Fahrzeug beschrieben, die als Energieabsorber zum Einsatz kommt und bei einer Kollision des Fahrzeugs auftretende Energie in Verformungsarbeit umwandeln soll. Auf diese Weise soll dazu beigetragen werden, dass die Fahrzeugstruktur bei einem Aufprall zumindest bei geringerer Geschwindigkeit keine oder nur geringe Beschädigungen davonträgt. Die Crashbox, die zwischen dem Stoßfängerquerträger und einem Fahrzeuglängsträger angeordnet ist, weist ein gehäuseartiges Deformationsprofil mit zwei ineinandergreifenden Schalenbauteilen auf, die bei einer Kollision gegen den Widerstand von Schweißpunkten aufeinander zubewegt werden.
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Bei der in der
EP 1 792 786 A2 dargestellten Crashbox handelt es sich um eine passive Konstruktion, die auf dem gleichen Prinzip passiver Sicherheit beruht wie die seit langem als Knautschzone bekannte Verformung von Karosserieteilen.
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Die
DE 10 2005 021 725 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einer Verlagerungseinrichtung, die zwischen einer Grundstellung und einer Kollisionsstellung verlagerbar ist. Das Fahrzeug ist mit einer Sensoreinrichtung versehen, mittels der eine bevorstehende oder bereits erfolgte Kollision des Fahrzeugs erfassbar ist. In einem Kennfeld einer Steuereinrichtung ist eine Mehrzahl von Kollisionsalgorithmen abgelegt, die in Abhängigkeit von erfassten Kollisionsparametern selektiv aktivierbar sind und die Verstellbewegung der Verlagerungseinrichtung zwischen Grundstellung und Kollisionsstellung beeinflussen.
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Die
DE 198 18 586 C1 zeigt eine Schutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Annäherungssensorik zum Erfassen eines unmittelbar bevorstehenden Zusammentreffens des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis sowie ein Insassenschutzsystem mit einer Airbag-Einheit. Außerdem gehört zu der Schutzvorrichtung im Bereich der Außenkontur der Karosserie ein Masseerkennungssensor, der als Druckdifferenzsensor ausgebildet ist. Mithilfe des Masseerkennungssensors wird die Masse des auftreffenden Hindernisses bestimmt und kann erforderlichenfalls das Insassenschutzsystem aktiviert werden.
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Die
DE 101 00 880 A1 offenbart ein Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug, wobei mit Precrash-Sensoren ein Aufprall mit einem Aufprallobjekt frühzeitig erkannt wird und in Abhängigkeit der Sensorsignale eine Knautschzonenverlängerung in Aufprallrichtung ausgefahren wird. Anhand der Precrash-Sensorsignale wird eine effektive Masse des Aufprallobjekts zur adaptiven Zündung von Rückhaltemitteln bestimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit im Fahrzeug bei Unfällen zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei Fahrzeugen anwendbar, die mit einer aktiven, über einen Aktor betätigbaren Crashbox ausgestattet sind, wobei über den Aktor insbesondere die Steifigkeit der Crashbox veränderlich einstellbar ist. Bei dem Aktor handelt es sich um ein Stellglied, beispielsweise um ein hydraulisches oder elektromagnetisches Stellglied, das auf mindestens ein Bauteil der Crashbox wirkt bzw. selbst ein Bauteil der Crashbox bildet und bei dessen Betätigung zumindest ein Teil der Crashbox gegenüber einem weiteren Crashboxteil oder der Fahrzeugkarosserie verstellt wird. In Betracht kommen grundsätzlich alle Aktuatoren, mit denen die Geometrie oder eine sonstige Kenngröße der Crashbox beeinflusst werden kann. Die Crashbox selbst ist zweckmäßigerweise mittelbar oder unmittelbar mit dem Fahrzeuglängsträger des Fahrzeugs verbunden. Vorstellbar sind auch Crashboxen, die ihre Materialeigenschaft durch Anlegen einer Stellgröße, beispielsweise einer Spannung verändern können. Hierzu zählen beispielsweise Formgedächtnislegierungen. Dadurch wird das Deformationsverhalten beeinflusst, was schließlich zu einer veränderten Steifigkeit führt. Darüber hinaus kommen auch Crashboxen in Betracht, die mit einem Medium gefüllt sind, dessen Eigenschaften oder deren Ausströmverhalten gegenüber einem Ausgangszustand verändert werden kann. Beispiele hierfür sind rheologische Flüssigkeiten.
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Grundsätzlich ist es möglich, entweder nur eine Crashbox oder mehrere Crashboxen im Fahrzeug vorzusehen. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, im Fahrzeugfrontbereich zwei Crashboxen mit jeweils einem Aktor im linken und rechten Fahrzeugvorderteil vorzusehen, wobei die Aktoren der Crashboxen separat voneinander einstellbar sind. Auch im Fahrzeugheck- oder -seitenbereich können eine oder mehrere Crashboxen angeordnet sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Sensorsignale ausgewertet, die auf einen Unfall schließen lassen und zur Erzeugung von den Aktor einstellenden Stellsignalen herangezogen werden können. Über die den Unfall kennzeichnenden Sensorsignale wird entweder ein unmittelbar bevorstehender Unfall festgestellt oder ein entsprechendes Signal erzeugt, nachdem bereits ein Unfall stattgefunden hat. Grundsätzlich möglich ist auch die Berücksichtigung beider Situationen, also sowohl die Sensorsignale, aus denen auf den bevorstehenden Unfall geschlossen werden kann als auch Sensorsignale, die erst nach dem Eintreten des Unfalls erzeugt werden.
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Als Unfalltyp werden insbesondere Kollisionen des Fahrzeugs mit Drittfahrzeugen oder Gegenständen im Fahrweg des Fahrzeugs berücksichtigt. Grundsätzlich kommen aber auch sonstige Unfalltypen in Betracht, beispielsweise ein Überschlag des Fahrzeugs ohne Beteiligung eines Drittfahrzeugs.
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Die Sensorsignale, die ausgewertet unter Einstellung des mindestens einen Aktors zugrunde gelegt werden, stammen vorzugsweise aus einer fahrzeugeigenen Sensorik, bei der es sich um eine Umfeldsensorik, beispielsweise auf der Grundlage von Radar-, Lidar- oder optischen Sensoren handelt und/oder eine Inertialsensorik, über die Fahrzeugzustands- bzw. Kenngrößen im Fahrzeug ermittelt werden können, insbesondere rotatorische und/oder translatorische Zustandsgrößen zur Längs-, Quer- und/oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs.
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Die Informationen zur Kennzeichnung eines Unfalls können grundsätzlich aber auch dem Fahrzeug von außen zugeführt werden, beispielsweise von einem Drittfahrzeug, welches mit bordeigener Sensorik seinerseits einen herannahenden Unfall feststellt und dies über eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationsverbindung mitteilt.
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Es werden zumindest zwei unterschiedliche Fahrzeugzustands- bzw. Kenngrößen, welche aus Sensordaten ermittelt bzw. berechnet werden, berücksichtigt und der Einstellung des mindestens einen Aktors zugrunde gelegt. Vorzugsweise handelt es sich bei den beiden Zustandsgrößen um eine translatorische Größe und eine rotatorische Größe, die zueinander in Bezug gesetzt werden, woraus eine Bewertungsgröße ermittelt wird, deren Höhe maßgebend ist für die Einstellung des Aktors. Indem eine translatorische und eine rotatorische Zustandsgröße berücksichtigt wird, kann über das Verhältnis dieser beiden Größen zueinander eine Aussage über entsprechende translatorische und rotatorische Bewegungsanteile des Fahrzeugs nach dem Eintreten des Unfalles getroffen werden. Dementsprechend können als Reaktion Maßnahmen zur Erhöhung oder Absenkung der Steifigkeit der Crashbox getroffen werden.
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Zweckmäßigerweise werden mindestens zwei betrachtete Zustandsgrößen zu einer gemeinsamen Funktion zusammengefasst, aus der die Bewertungsgröße bestimmt wird. Grundsätzlich möglich ist es aber auch, die Zustandsgrößen jeweils für sich getrennt zu betrachten und mit zugeordneten Schwellenwerten zu vergleichen, wobei bei Über- bzw. Unterschreiten der Schwellenwerte entsprechende Maßnahmen zur Einstellung der Crashbox getroffen werden.
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Vorteilhafterweise gehören im Falle einer translatorischen und einer rotatorischen Zustandsgröße, die für die Einstellung des Aktors betrachtet werden, diese Zustandsgrößen zu den Kategorien Längsdynamik und Querdynamik. In Betracht kommt beispielweise die Fahrzeuglängsbeschleunigung als längsdynamische und translatorische Zustandsgröße sowie die Gierrate des Fahrzeugs als rotatorische und zugleich querdynamische Zustandsgröße. Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Betrag der Längsbeschleunigung zu berücksichtigen, was den Vorteil hat, dass sowohl ruckartige Beschleunigungen, so wie diese im Fall eines Heckaufpralls auf das Fahrzeug auftreten, als auch ruckartige Verzögerungen, die bei einer Kollision des Fahrzeugs im Frontbereich auftreten, berücksichtigt werden können. Die Fahrzeuglängsbeschleunigung bzw. der Betrag hiervon und die Gierrate werden in Verhältnis zueinander gesetzt, wobei die resultierende Verhältnisgröße die gesuchte Bewertungsgröße darstellt, die der Einstellung mindestens einen Aktors mindestens einer Crashbox zugrunde gelegt wird. Des Weiteren ist es zweckmäßig, das Integral des Verhältnisses aus dem Betrag der Längsbeschleunigung und der Gierrate zu bilden und als Bewertungsgröße heranzuziehen.
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Der Aktor der Crashbox kann sowohl vor einer Kollision betätigt werden, was insbesondere im Falle einer Umfeldsensorik und der daraus gewonnen Umfeldsignale möglich bzw. zweckmäßig ist, wobei gegebenenfalls die Information über den bevorstehenden Unfall, wie oben dargestellt, auch von außen dem Fahrzeug zugeführt werden kann, beispielsweise von Drittfahrzeugen. Darüber hinaus ist die Einstellung des Aktors der Crashbox auch unmittelbar nach dem Eintreten eines Unfalls möglich. Gegebenenfalls kommt auch während des Unfallverlaufes eine erstmalige oder erneute bzw. fortlaufende Einstellung des Aktors der Crashbox in Betracht, beispielsweise um weitere Folgen des Unfalls wie zum Beispiel eine zusätzliche Kollision zu verringern.
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Die Fahrzeugzustands- bzw. Kenngrößen, die über eine fahrzeugeigene Sensorik ermittelt werden bzw. aus derartigen Sensorsignalen berechnet werden, umfasst beispielsweise die Airbag-Sensorik, mit der die translatorischen Beschleunigungen Längs-, Quer- und Vertikalrichtung ermittelbar sind. In Betracht kommt auch zusätzlich oder alternativ eine ESP-Sensorik (Elektronisches Stabilitätsprogramm), mit der translatorische Beschleunigungen, die Raddrehzahlen und die Gierrate ermittelbar sind. Gegebenenfalls kommt auch eine Kombination verschiedener Sensoriken in Betracht, insbesondere dergestalt, dass zumindest die Fahrzeuglängsbeschleunigung und die Gierrate mithilfe der Sensorik ermittelbar sind. Alternativ ist es auch denkbar, translatorische Beschleunigungen und die Rollrate (Drehung um die Längsachse) zu verwenden, so dass diese beispielsweise bei einem Überrollvorgang erfasst werden kann.
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Das Verfahren zur Einstellung des Aktors der Crashbox läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das gegebenenfalls Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems ist oder aber mit einem oder mehreren Fahrerassistenzsystemen wie zum Beispiel ESP kommuniziert.
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Mit dem beschriebenen Verfahren kann zum einen flexibel auf die jeweilige Unfallart reagiert werden, so dass beispielsweise bei einer Frontalkollision mit einer 100%-Überdeckung die adaptiven Crashboxen anders angesteuert werden als bei einer Frontalkollision mit einer 40%-Überdeckung. Bei der Anpassung der Crashbox wird insbesondere deren Steifigkeit verändert.
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Die Verwendung adaptiver Crashboxen ermöglicht zusätzliche konstruktive Freiheiten im Fahrzeug, da kleiner und leichter bauende Strukturen im Fahrzeug bei gleicher Verminderung der Unfallschwere verwendet werden können.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine aktive Crashbox in einem Fahrzeug, die über einen Aktor zu verstellen ist,
- 2 ein Blockschaltbild zur Einstellung der Crashbox in Abhängigkeit von der Fahrzeuglängsbeschleunigung und der Gierrate.
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1 zeigt eine Crashbox 1, die eine adaptive Karosseriestruktur bildet und fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Die Crashbox 1 ist als aktive Einrichtung ausgeführt, sie weist einen Aktor auf, über den Elemente der Crashbox verstellt werden können. Im Ausführungsbeispiel besitzt die Crashbox 1 zwei karosseriefeste, parallel zueinander angeordnete Rohre 2, in denen teleskopartig ausfahrbare Rohre 3 aufgenommen sind, welche mithilfe eines Aktors translatorisch in den Rohren 2 zu verstellen sind. Bei diesem Aktor handelt es sich beispielsweise um ein hydraulisches Stellelement. Gegebenenfalls bilden die karosseriefesten Rohre 2 und das jeweils darin aufgenommene Rohr 3 je einen hydraulischen Stellzylinder.
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An den freien Stirnseiten der ausfahrbaren Rohre 3 ist ein Querträger 4 befestigt, der die gleiche translatorische Verschiebebewegung wie die Rohre 3 ausführt. Die Crashbox 1 befindet sich beispielsweise im Fahrzeugfrontbereich. Mit dem Verstellen der Rohre 3 wird eine wesentliche Systemeigenschaft der Crashbox verändert, insbesondere die Steifigkeit variiert.
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Es kann zweckmäßig sein, im Fahrzeug mehrere derartige Crashboxen einzubauen, beispielsweise zwei Crashboxen im linken und rechten Fahrzeugfrontbereich oder gegebenenfalls auch eine oder mehrere Crashboxen im Heck- oder Seitenbereich des Fahrzeugs. Jede Crashbox ist separat von den anderen einzustellen.
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Im Blockschaltbild gemäß
2 ist ein Verfahrensablauf zur Einstellung der aktiven Crashboxen dargestellt. Zunächst werden in einem ersten Schritt in Blöcken
10 und
11 mittels einer Inertialsensorik im Fahrzeug die Fahrzeuglängsbeschleunigung
ax und die Gierrate
ωz ermittelt. Die im Block
10 festgestellte Längsbeschleunigung
ax wird in einem nachfolgenden Block
12 einer Betragsbildung unterzogen, der Betrag der Längsbeschleunigung
ax wird anschließend einem Block
13 zugeführt, in den auch die Gierrate
ωz als Eingangsgröße eingeht. Im Block
13 wird das Verhältnis
gebildet, wobei mit k(t) eine Bewertungsgröße bezeichnet ist, die das Verhältnis von translatorischer zu rotatorischer Bewegung des Fahrzeugs angibt. Größere Werte der Bewertungsgröße k entsprechen einem höheren Anteil an translatorischer Bewegung, kleinere Werte der Bewertungsgröße k dementsprechend einem höheren rotatorischen Anteil. Da der Betrag der Längsbeschleunigung
ax in die Ermittlung der Bewertungsgröße k eingeht, werden sowohl translatorische Beschleunigungen als auch Verzögerungen berücksichtigt.
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Die Ermittlung der Längsbeschleunigung ax und der Gierrate ωz erfolgt mithilfe einer Inertialsensorik im Fahrzeug mit dem Eintreten eines Unfalls mit dem Ziel, über eine Ansteuerung der aktiven Crashboxen im Fahrzeug die Unfallschwere zu verringern. Hierbei steht der Selbst- bzw. Eigenschutz des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuginsassen im Vordergrund. Darüber hinaus wird aber auch der Partnerschutz berücksichtigt, also die Eigenschaft des Fahrzeugs, den Unfallgegner soweit möglich zu schützen. Insbesondere bei Fahrzeugkollisionen können auf diese Weise die Insassen des gegnerischen Fahrzeugs besser geschützt werden. Man erreicht auf diese Weise ein hohes Maß an Selbstschutz bei zugleich niedrigerer Aggressivität gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern, so dass das Gesamtrisiko in der Fahrzeugflotte minimiert wird.
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Die im Block 13 ermittelte Bewertungsgröße k kann in einer alternativen Ausführung auch aus dem Verhältnis des Betrags der Längsbeschleunigung ax und des Betrags der Gierrate ωz gebildet werden. Gemäß einer weiteren Ausführung wird die Bewertungsgröße k aus dem Verhältnis der Ableitung der Längsbeschleunigung ax zur Ableitung der Gierrate ωz ermittelt.
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Das Verhältnis des Betrags der Längsbeschleunigung ax zur Gierrate ωz , das im Block 13 berechnet worden ist, wird anschließend im Block 14 einer Integration unterzogen. Das Resultat der Integration wird im Block 15 mit einem Schwellenwert verglichen, der dem Block 15 aus einem zugeordneten Block 16 zugeführt wird. Die integrierte Bewertungsgröße bzw. das Ergebnis des Vergleichs aus dem Block 15 mit dem Schwellenwert wird anschließend als Eingangsgröße einem Block 17 zugeführt, der eine Logikeinheit repräsentiert, in der eine Klassifizierung der tatsächlichen Fahrzeugbewegung, aufgeteilt nach translatorischen und rotatorischen Anteilen durchgeführt wird. Die Klassifizierung ist symbolisch in einem der Logikeinheit 17 nachgeordneten Block 20 dargestellt. Die Ergebnisse der Klassifizierung gehen als Eingangsgröße in einen weiteren Block 18 ein, welcher ebenfalls eine Logikeinheit repräsentiert, in der Stellsignale zur Ansteuerung der adaptiven Crashbox gemäß Block 21 erzeugt werden.
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Der Logikeinheit im Block 18 fließen neben den Ergebnissen mit den Rotations- und Translationsanteilen aus dem Block 17 auch noch Eingangsgrößen aus einem Block 19 mit einer Speichereinheit zu, in der beispielsweise Fahrzeugzustandsgrößen aus einem vorangegangenen Berechnungsschritt abgespeichert sind. Darüber hinaus werden der Logikeinheit im Block 18 als Eingangsgrößen die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx die in einem Block 22 durch Integration der Fahrzeuglängsbeschleunigung ax ermittelt wird, sowie der Gierwinkel φ, der in einem Block 23 durch Integration der gemessenen Gierrate ωz aus dem Block 11 ermittelt wird. Aus der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx kann auf einen Abbau bzw. Aufbau der Geschwindigkeit geschlossen werden, was eine zusätzliche Information darstellt, die bei der Ansteuerung der adaptiven Crashbox berücksichtigt werden kann. Beispielsweise wird im Falle einer Frontalkollision in der Regel die Fahrzeuggeschwindigkeit abgebaut, so dass die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit ein negatives Vorzeichen trägt. Der Gierwinkel φ beschreibt den Winkel, der durch die Rotation aufgebaut wird. Aus dem Vorzeichen des Gierwinkels φ kann auf eine Links- bzw. Rechtsdrehung des Fahrzeugs geschlossen werden, was insbesondere für eine unterschiedliche Steifigkeitsanpassung der linken und rechten Tragstruktur im Fahrzeug relevant ist.
