DE102009042781A1

DE102009042781A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Körperschallschwingung im Falle eines Zusammenstosses eines Kollisionsobjekts mit einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009042781A1
Application number: DE200910042781
Authority: DE
Inventors: Michael Feser; Thomas Brandmeier; Mario Geigenfeind; Paul Spannaus; Johannes Köstner; Thorsten Dr. Andres
Original assignee: HOCHSCHULE fur ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN FH INGOLSTADT; Benteler Automobiltechnik GmbH; Continental Automotive GmbH
Current assignee: HOCHSCHULE fur ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN FH INGOLSTADT; Benteler Automobiltechnik GmbH; Continental Automotive GmbH
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Körperschallschwingung im Falle eines Zusammenstoßes eines Kollisionsobjekts mit einem Fahrzeug vorgestellt. Dazu sind ein mechanisch schwingfähiges Element (1a, 1b) sowie eine Mehrzahl von mechanischen Anregungselementen (2a, 2b) so zueinander angeordnet, dass durch einen Aufprall die Anregungselemente (2a, 2b) oder alternativ das schwingungsfähige Element (1) in Aufprallrichtung relativ zueinander mechanisch verschoben werden und die Anregungselemente (2, 2a, 2b) jeweils eine mechanische Anregung des schwingfähigen Elements (1) bewirken. Die Abfolge von Anregungen führt damit zu einer signifikanten und messbaren Körperschallschwingung, die für die Schwere und Geschwindigkeit des Aufpralls signifikant ist. Besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist die zumindest bei kleineren Aufprallereignissen gegebene Reversibilität des schwingungsfähigen Elements und damit Wiederverwendbarkeit der Vorrichtung. Vorzugsweise sind an einem Fahrzeug zumindest zwei Vorrichtungen mit unterschiedlicher Charakteristik angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Körperschallschwingung im Falle eines Zusammenstosses eines Kollisionsobjekts mit einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei der Erkennung von Unfallsituationen von Personenkraftwägen stellt die Körperschallmessung eine neue Technologie dar. Das Airbagsteuergerät wertet die in einem Crash entstehenden Struktur- bzw. Körperschallschwingungen aus und ermöglicht eine schnelle, zielgerichtete Auslösung der Rückhaltemittel wie dem gesamten Airbagsystem.
Die Entstehung der auswertbaren Körperschallschwingungen hängt stark von der Konstruktion des Fahrzeugvorderwagens ab. Jedes neue, mit der Körperschall-Technologie auszustattende Fahrzeug muss in Hinblick auf Körperschallentstehung sowie -übertragung untersucht werden. Dies liegt hauptsächlich an der fehlenden Standardisierung der Stoßfängersysteme. Jeder Fahrzeughersteller entwickelt für jedes neue Fahrzeug separate Typschaden- und Stoßfängerelemente. Deren Konstruktion die Krafteinleitung und damit die Körperschallanregung des Fahrzeugs im Crashfall stark beeinflusst.
Aus der DE 10245740 ist eine Vorrichtung zur Aufprallerkennung mittels Körperschall zu entnehmen, bei der ein nicht näher bestimmter Detektor im Falle eines Aufpralls Körperschallschwingungen im Fahrzeug erzeugt und an einen Schwingungssensor leitet.
Darüber hinaus ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 020 186 eine Vorrichtung zur Detektion der Charakteristik eines Aufpralls zu entnehmen, bei der durch die Deformation eines Karosseriebauteils oder eine Mehrzahl an Körperschall erzeugenden Elemente ebenfalls eine für den Aufprall signifikante Körperschallschwingung erzeugt wird.
Nachteilig an diesen Anordnungen ist jedoch, dass die bei der Körperschallerzeugung deformierten Elemente dabei zerstört und folglich die Vorrichtung ersetzt beziehungsweise ausgetauscht werden muss.
Aufgabe der nun vorliegenden Erfindung ist es, eine geeignete Weiterbildung für eine möglichst wiederholbar einsetzbare Vorrichtung vorzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind unter Ansprüchen zu entnehmen.
So weist die Vorrichtung zumindest ein mechanisch schwingfähiges Element auf. Im Gegensatz zu den bisher bei einem Aufprall zerstörten Einzelelemente weist dieses mechanisch schwingfähige Element den besonderen Vorteil auf, dass es auf die Anregungen durch die mechanischen Anregungselementen nachgiebig, das heißt also reversibel und elastisch reagiert und daher für eine Mehrzahl von Aufprallereignissen verwendbar ist. Das schwingfähige Element ist daher in etwa mit der Nadel eines Schallplattenspielers vergleichbar, welche durch die Erhebungen der Schallplatte zu Schwingungen angeregt wird.
Wie die Erhebungen der Schallplatte so bildet im vorliegenden Fall eine Mehrzahl von mechanischen Anregungselementen die Einzelimpulse, die zu der gewünschten Körperschallschwingung führen.
Dazu sind das schwingfähige Element und die mechanischen Anregungselemente so zueinander angeordnet, dass durch einen Aufprall die Anregungselemente oder das schwingungsfähige Element in Aufprallrichtung relativ zueinander mechanisch verschoben werden und die Anregungselemente jeweils eine mechanische Schwingungsanregung des schwingfähigen Elements bewirken. Die Relativbewegung zwischen schwingungsfähigem Element und der Mehrzahl von Anregungselementen entspricht dabei in Analogie zum Schallplattenspieler der Drehung der Schallplatte.
Für die Erfindung ist es dabei unerheblich, ob das schwingungsfähige Element oder aber die Mehrzahl von Anregungselementen mit dem Prallfänger des Fahrzeugs verbunden und relativ zum anderen Teil bewegt und verschoben wird.
Die Anregungselemente bewirken jeweils eine mechanische Schwingungsanregung des schwingfähigen Elements, indem die Anregungselementen und das schwingungsfähige Element bei dieser Relativbewegung ineinandergreifen und jedes Anregungselement einen Impuls auf das schwingungsfähige Element ausübt.
Die Höhe des schwingungsfähigen Elements sowie der Anregungselemente ist dabei so bemessen, dass ein hinreichendes Untermaß gegenüber dem Abstand zwischen schwingungsfähigem Element und den Anregungselementen besteht.
Die Mehrzahl von Anregungselementen oder das mechanisch schwingfähige Element sind mechanisch starr mit einem Prallfänger am Fahrzeug derart gekoppelt, dass bei einem Aufprall eines Kollisionsobjekts auf den Prallfänger über diese starre Kopplung die Anregungselemente oder das schwingfähige Element in Aufprallrichtung verschoben werden.
Das schwingungsfähige Element weist dabei vorzugsweise eine Eigenresonanzfrequenz auf, welche oberhalb der bei einem Aufprall zu erwartenden Frequenz der durch die Abfolge der Anregungselemente bewirkenden Körperschallschwingungen ist. Die durch die Auslenkung des schwingungsfähigen Elements bewirkte Schwingung ist daher ein hochfrequenter Impuls und entsteht erst durch die Abfolge der Anregungen durch die Mehrzahl von Anregungselementen die für den Aufprall signifikante Körperschallschwingung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Anregungselemente als Ausformung der Außenhaut eines Typ-Schadenelements eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit dem Prallfänger verbunden und führt die Bewegung des Prallfängers während der Deformation des Fussgängerschutzelements zu einer Aktivierung der Körperschallschwingungen. So kann bereits die Deformation des Fußgängerschutz-Elements für die Erzeugung der Körperschallschwingung genutzt werden. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Aufprall sehr frühzeitig erkannt werden kann, andererseits aber auch die besonders gleichmäßige Deformation des Fußgängerschutzelementes im Vergleich zu den doch eher sich stoßweise deformierenden Schadenselementen des Fahrzeugs ausgelöst werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei schwingungsfähigen Elementen mit Anregungselementen mit unterscheidbar unterschiedlicher Anregungsfrequenz
2 Skizzen verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten der Integration der Vorrichtung in beziehungsweise an Schadenselemente eines Fahrzeugs
Die 1 zeigt ein schwingungsfähiges Element 1a, welches mit dem Prallfänger 3 mechanisch starr gekoppelt ist und so bei Aufprall eines Kollisionsobjektes auf den Prallfänger 3 mechanisch über die Anregungselemente 2A hinweg verschoben wird. Dabei führt jedes der Anregungselementen 2A zu einer Auslenkung des schwingungsfähigen Elements 1a und damit zu einem Einzelimpuls, welches sich mit den anderen Impulsen durch die anderen Anregungselemente überlagert und so zu der skizzierten Körperschallschwingung führt. Selbstverständlich führt diese mechanische Anregung zu mehreren Schwingungen verteilt über das Spektrum, jedoch wird durch den Abstand d2a ein bestimmter Sinusschwingungsanteil definiert, die er für die Geschwindigkeit des Aufpralls signifikant ist und vom Sensor erfasst und ausgewertet wird.
Wie in der Skizze in 1 gezeigt, ist die Höhe des schwingungsfähigen Elements dabei größer als der Abstand zu den Anregungselementen, so dass bei der Verschiebung in Aufprallrichtung jedes Anregungselement jeweils zu einer Biegung des schwingungsfähigen Elements führt, wie dies ebenfalls skizzenhaft angedeutet ist. Für die Erfindung ist dabei unerheblich, ob nun das schwingungsfähige Element oder aber die Anregungselemente mit dem Prallfänger starr verbunden sind.
1 zeigt darüber hinaus, ein weiteres schwingungsfähiges Element 1b, welches während des Aufpralls von anderen Anregungselementen 2b angeregt wird, wobei der Abstand dieser Anregungselemente 2b von den Anregungselementen 1b abweicht, so dass die ins schwingungsfähige Element 1b eingeprägte Körperschallschwingung auch deutlich von der in das Element 1A eingeprägten unterscheidbar ist.
Werden mehrere, das heißt zumindest 2 schwingungsfähige Elemente bei einem Aufprall gemeinsam durch unterschiedliche Anregungselemente mit unterschiedlicher Frequenz angeregt, bietet sich die besondere Möglichkeit, die dabei entstehenden unterscheidbaren Körperschallschwingungen relativ zueinander zu bewerten und so in besonders einfacher Weise Rückschlüsse auf die Schwere und Geschwindigkeit des Aufpralls zu gewinnen.
Nachfolgend sollen noch einige Ausführungsbeispielen eines besonders einfachen und kostengünstigen Aufbaus dieser Vorrichtung näher erläutert werden. Dazu sind in 2 mehrere Beispiele von typischen Schadenselementen in Fahrzeugen gezeigt. Schadenselemente sind dabei typischerweise für bestimmte Unfallsituationen vorgesehene zu deformierende Elemente, welches sich im Fahrzeug kostengünstig austauschen lassen.
In der rechten Spalte sind dabei jeweils Ausgestaltungen gezeigt, die ein zusätzliches deformierbares Dämpfungselement 4 enthalten. Dieses Dämpfungslement kann vorzugsweise reversibel, beispielsweise als mit einem Elastomer ausgebildet sein und als Fußgängerschutzelement wirken. Das schwingungsfähige Element 1 ist dabei mechanisch mit dem Prallfänger 3 so gekoppelt, dass bereits bei der Verformung des Dämpfungselements 4 das schwingungsfähige Element 1 mit den Anregungselementen 2 in Verbindung tritt und die auszuwertende Körperschallschwingung erzeugt. Die Anregungselemente können dabei vorzugsweise in die Außenhaut des Schadenelementes integriert sein, also beispielsweise durch Einbuchtungen oder Ausformungen dieser Außenhaut gebildet werden. Dabei können bereits typischerweise im Schadenelement vorgesehene Ausformungen benutzt werden, die das schwingungsfähige Element 1 berühren und reversibel verformen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10245740 [0004]
DE 102008020186 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer Körperschallschwingung im Falle eines Zusammenstosses eines Kollisionsobjekts mit einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein mechanisch schwingfähiges Element (1, 1a, 1b) sowie b) eine Mehrzahl von mechanischen Anregungselementen (2, 2a, 2b) so zueinander angeordnet sind, c) dass durch einen Aufprall die Anregungselemente (2, 2a, 2b) oder das schwingungsfähige Element (1) in Aufprallrichtung relativ zueinander mechanisch verschoben werden und d) die Anregungselemente (2, 2a, 2b) jeweils eine mechanische Anregung des schwingfähigen Elements (1) bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Anregungselementen (2, 2a, 2b) oder das mechanisch schwingfähige Element (1) mechanisch starr mit einem Prallfänger (3) am Fahrzeug derart gekoppelt sind, dass bei einem Aufprall eines Kollisionsobjekts auf den Prallfänger (3) über diese starre Kopplung die Anregungselemente (2, 2a, 2b) oder das schwingfähige Element (1) in Aufprallrichtung verschoben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsfähige Element (1) eine Eigenresonanzfrequenz aufweist, welche oberhalb der bei einem Aufprall zu erwartenden Frequenz der durch die Abfolge der Anregungselemente (2, 2a, 2b) bewirkenden Körperschallschwingungen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungselemente als Ausformung der Außenhaut eines Typ-Schadenelements eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit dem Prallfänger (3) verbunden ist und die Bewegung des Prallfängers während der Deformation eines Dämpfungselements (4) zu einer Aktivierung der Körperschallschwingungen führt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Fahrzeug mit einem Prallfänger zumindest zwei Vorrichtungen verbunden sind, wobei die Vorrichtungen voneinander abweichende Schwingungscharakteristiken, insbesondere unterschiedliche Abstände der Anregungselemente untereinander aufweisen.