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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer adaptiven Crashstruktur sowie eine zugehörige Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Crashenergie nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche, und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus der Offenlegungsschrift
EP 1 792 786 A2 ist eine Crashbox für ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein gehäuseartiges Deformationsprofil mit einer längsträgerseitigen Flanschplatte aufweist und als Faltkonstruktion aus Metallblech ausgebildet ist. Das Deformationsprofil besteht aus zwei Schalenbauteilen, wobei an jedem Schalenbauteil ein Flanschplattenabschnitt angeformt ist. Die Schalenbauteile werden aus Ausgangsplatinen aus Metallblech gefaltet, anschließend zusammengesetzt und mittels Widerstandsschweißpunkten aneinander gefügt. Die Crashbox nimmt im Crashfall durch die Deformation des Deformationsprofils Energie auf, wobei die Energieaufnahmefähigkeit der Crashbox jedoch nicht einstellbar ist, d. h. es erfolgt keine Adaption der Crashbox an einen Crashvorgang.
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Eine solche Adaption ist jedoch beispielsweise aus der Patentschrift
DE 197 45 656 C2 bekannt. In der Patentschrift DE 197 45 656 C2 wird ein Pralldämpfer für ein Kraftfahrzeug beschrieben, der ein bei einem Fahrzeugaufprall verformbares Deformationselement umfasst, in dessen Weg ein Sperrteil hineinragt, mit welchem aufgrund der Krafteinwirkung beim Aufprall eine plastische Verformung des Deformationselements unter Absorption von Aufprallenergie herbeigeführt wird, wobei der Verformungswiderstand des Deformationselements durch eine Steuerung in einer zusätzlichen Deformationsstufe erhöht werden kann. Vorgeschlagen wird, dass sich Schieber an einem Deformationselement senkrecht zur Kraftrichtung bewegen und Deformationselemente dadurch sperren, so dass durch die Kraftwirkung diese Deformationselemente Crashenergie durch plastische Verformung aufgrund der Sperrung abbauen. Durch eine parallele Anordnung oder durch einen Ineinanderbau von solchen Deformationselementen ist eine Adaption auf den Crashvorgang möglich. Als weiteres Beispiel wird vorgeschlagen, ein Deformationselement durch eine Verjüngung zum Abbau von Crashenergie zu benutzen. Dabei ist ein Element zur Verjüngung fixiert und ein weiteres kann durch einen Schieber frei gegeben werden, um die Verjüngung zu reduzieren. Hierbei weist der Schieber mindestens zwei Schaltstellungen auf, in denen es in den Verschiebeweg des Deformationskörpers hineinragt, wodurch der Deformationskörper durch die Krafteinwirkung beim Aufprall weniger oder mehr plastisch verformt wird. Die mindestens zwei Schaltstellungen können in Abhängigkeit von einem Precrash-Signal oder einem Aufprallsignal gesteuert werden, wobei das Precrash-Signal beispielsweise von einer Rundumsichtsensorik wie einer Radarsensorik zur Verfügung gestellt werden kann. Die Bewegung des Schiebers erfolgt dabei radial, d. h. senkrecht zur Kraftrichtung und damit zur Längsachse des Deformationselements, das üblicherweise als Zylinder mit einer vorgegebenen Wanddicke ausgeführt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer adaptiven Crashstruktur mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Recheneinheit crashrelevante Informationen von mindestens einer Sensoreinheit zur Unterscheidung von verschiedenen Fahrsituationen auswertet, wobei die Recheneinheit zur Fahrsituationserkennung Ortungsdaten und/oder Navigationsdaten und/oder eine mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Raddrehzahldaten und/oder Lenkwinkeldaten als crashrelevante Informationen auswertet, um einen aktuell befahrenen Straßentypus zu erkennen. Hierbei führt die Recheneinheit in Abhängigkeit von erkannten Fahrsituationen eine Plausibilisierung des mindestens einen Steuersignals zur Ansteuerung von mindestens einer Aktuatorik durch und/oder generiert mindestens ein Voreinstellsteuersignal, um eine Voreinstellung eines deformierbaren Deformationselements über die mindestens eine Aktuatorik vorzugeben. Die mindestens eine Aktuatorik stellt eine Energieaufnahmefähigkeit des mindestens einen im Crashfall deformierbaren Deformationselements der adaptiven Crashstruktur ausgehend von der Voreinstellung in Abhängigkeit von dem mindestens einen Steuersignal ein. Das mindestens eine Steuersignal zur Ansteuerung der mindestens einen Aktuatorik wird beispielsweise von einer Auswerte- und Steuereinheit durch Auswerten von crashrelevanten Informationen von der mindestens einen Sensoreinheit generiert und ausgegeben. Die Situationserkennung kann dabei in einem separaten Steuergerät oder im Airbagsteuergerät erfolgen. Ebenfalls ist es denkbar dass bereits im Fahrzeug vorhandene Algorithmen zur Situationserkennung oder andere Fahrsicherheitssysteme die crashrelevanten Informationen bzw. Informationen über die aktuelle Fahrsituation über ein Bus-System (CAN, LIN, usw.) übertragen und der Recheneinheit zur Voreinstellung der adaptiven Crashstruktur zur Verfügung stellen. Nachdem die Situation klassifiziert wurde, kann in einem weiteren Verfahrensschritt die Recheneinheit eine entsprechende Voreinstellung durchführen. Darüber hinaus wird dem eigentlichen Algorithmus zur Ansteuerung der adaptiven Crashstruktur ein Plausibilisierungssignal geliefert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer adaptiven Crashstruktur kann beispielsweise in einer Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Crashenergie eingesetzt werden, welche eine adaptiven Crashstruktur und mindestens eine Sensoreinheit zur Erfassung von crashrelevanten Informationen umfasst. Die adaptive Crashstruktur umfasst mindestens eine Crashbox mit mindestens einem im Crashfall deformierbaren Deformationselement, welches im Crashfall durch die Deformation Energie aufnimmt und dessen Energieaufnahmefähigkeit über mindestens eine Aktuatorik einstellbar ist, wobei die mindestens eine Aktuatorik die Energieaufnahmefähigkeit des mindestens einen Deformationselements ausgehend von einer Voreinstellung in Abhängigkeit von mindestens einem Steuersignal einstellt. Das mindestens eine Steuersignal zur Ansteuerung der mindestens einen Aktuatorik wird in Abhängigkeit von einem Auswerteergebnis beispielsweise von einer Auswerte- und Steuereinheit generiert und ausgegeben, welche die crashrelevanten Informationen von der mindestens einen Sensoreinheit empfängt und auswertet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer adaptiven Crashstruktur mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7 hat demgegenüber den Vorteil, dass die crashrelevanten Informationen zur Unterscheidung von verschiedenen Fahrsituationen ausgewertet werden, wobei zur Fahrsituationserkennung Ortungsdaten und/oder Navigationsdaten und/oder eine mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Raddrehzahldaten und/oder Lenkwinkeldaten als crashrelevante Informationen ausgewertet werden, um einen aktuell befahrenen Straßentypus zu erkennen, und wobei in Abhängigkeit von erkannten Fahrsituationen eine Plausibilisierung des mindestens einen Steuersignals zur Ansteuerung der mindestens einen Aktuatorik durchgeführt wird und/oder mindestens ein Voreinstellsteuersignal generiert wird, um die Voreinstellung des deformierbaren Deformationselements vorzugeben.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Schaltung, Vorrichtung, Verfahren, Datenverarbeitungsprogramm mit Programmcodemitteln und/oder als Computerprogrammprodukt realisiert werden. Entsprechend können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vollständig als Hardware und/oder als Software und/oder als Kombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten ausgeführt werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung als Computerprogrammprodukt auf einem computernutzbaren Speichermedium mit computerlesbarem Programmcode ausgeführt werden, wobei verschiedene computerlesbare Speichermedien wie Festplatten, CD-ROMs, optische oder magnetische Speicherelemente usw. benutzt werden können.
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Die erfindungsgemäße situationsadaptive Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit bzw. des Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur eröffnet ein wesentliches Sparpotenzial bei modernen Fahrzeugen in Bezug auf deren Gewicht bzw. auf eine entsprechende Gewichtsreduktion. Mit jedem in einem primären Einsparprozeß eingespartem Kilogramm Gewicht an primären Bauteilen des Fahrzeugs, z. B. Gewicht der Struktur, kann über sekundäre Maßnahmen, wie beispielsweise kleinerer Motor, Nebenaggregate usw., ein ähnlicher Gewichtsbetrag eingespart werden. In diesem Kontext spielt insbesondere eine Verkürzung der Fahrzeugstruktur im Frontbereich eine wichtige Rolle. Eine Längeneinsparung von z. B. 20 cm kann unter Umständen eine Gewichtseinsparung von 10 bis 50 kg bedeuten. Um eine solche Längenreduktion unter Beibehaltung des Sicherheitsniveaus umzusetzen, bieten sich insbesondere adaptive Frontstrukturen an. Deren Charakteristik liegt in einer crashsituationsadaptiven Anpassung der Steifigkeit. Um die typischen Fälle wie eine leichte Frontkollision im Sinne des Versicherungstests der Allianz Versicherung (AZT-Test), d. h. eines Parkremplers mit einer Geschwindigkeit von ca. 15 km/h, und eines Crashtests mit einer Geschwindigkeit von ca. 64 km/h abzudecken können entsprechende Algorithmen zur Anpassungen der Steifigkeiten eingesetzt werden, wobei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Algorithmen bei der Anpassung der Steifigkeiten in vorteilhafter Weise unterstützen. Ziel dieser Systeme ist es unter anderem auch während der Kollision mit Hilfe von im System integrierten vorausschauenden Sensoreinheiten eine Anpassung der vorderen Trägerstruktur durchzuführen. Die Anpassung der Steifigkeit basiert nun auf einer Regelung eben dieses Tragsystems bzw. einer adaptiven Crashbox.
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Viele bekannte Systeme werden ohne die Unterstützung einer Umfeldsensorik aktiviert, d. h. die Ansteuerung erfolgt bei Kontakt. Es liegt daher der Schluss nahe, dass es in sehr vielen Situationen unnötigerweise zu einer möglichen Auslösung des Systems kommen kann. Dadurch sind bei solchen Systemen erhöhte Anforderungen an eine Plausibilisierung erforderlich. Diese Plausibilisierung kann sowohl als reine Kontrolle ausgelegt sein oder aber als Voreinstellung des Systems in Abhängigkeit der erkannten Situation verstanden werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine solche situationsadaptive Plausibilisierung eines erzeugten Steuersignals bzw. eine situationsadaptive Voreinstellung des Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur, um bei Eintreten einer Crashsituation in vorteilhafter Weise eine deutliche Reduktion der Schaltzeit der Aktuatorik zu erreichen, da ein korrespondierender Aktuator unabhängig von der angeforderten Steifigkeit bei einer adaptiven Voreinstellung im Ernstfall einen kürzeren Stellweg ausführen muss.
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Unter dem Steuersignal wird eben das Signal verstanden, das die Aktuatorik veranlasst, ausgehend von der situationsadaptiven Voreinstellung die entsprechende Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit bzw. des Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur einzustellen. Dieses Steuersignal kann von außerhalb der Vorrichtung stammen, beispielsweise von einem Sicherheitssteuergerät, insbesondere einem Airbagsteuergerät. Das Steuersignal kann jedoch auch intern innerhalb der Vorrichtung, beispielsweise von der Recheneinheit oder einer entsprechenden Steuerschaltung erzeugt werden. Das Steuersignal kann dabei analog ausgeführt sein oder auch digital. Eine digitale Ausführung verlangt eine entsprechende Auswertung durch die Aktuatorik.
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Der adaptive Abbau der Crashenergie bedeutet, dass die Crashenergie, die durch den Aufprall entsteht, durch die Crashstruktur in angepasster Weise durch eine plastische Verformung zumindest teilweise aufgenommen wird. Unter plastischer Verformung ist eine reversible oder irreversible Verformung eines Deformationselements aus Metall, Kunststoff, verstärktem Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material zu verstehen. Die plastische Verformung kann beispielsweise durch Verjüngen, Falten, Biegen, Schälen, Abschaben usw. bewirkt werden. Unter einem Deformationselement wird dabei ein Energieabsorptionselement verstanden, das sich beispielsweise beim Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug irreversibel oder reversibel verformt. Durch die Verformung wird Energie aufgenommen, und auf diese Weise der Aufprall des Objektes auf das Fahrzeug (oder andersherum des Fahrzeugs auf das Objekt) abgedämpft. Das Deformationselement kann beispielsweise aus einer Blech-Faltkonstruktion bestehen, die sich bei einem Aufprall eines Fremdfahrzeugs oder eines Baums als Objekt verbiegt und dabei einen gewissen Teil der Aufprallenergie aufnimmt. Außerdem kann es sich bei dem Deformationselement beispielsweise um einen Zylinder aus Stahl handeln, dessen Energieaufnahmefähigkeit bzw. Kraftniveaus im Crashvorgang adaptiv eingestellt wird, wobei die Energieaufnahme bzw. der Abbau der Crashenergie durch eine plastische Verformung beispielsweise in Form einer Verjüngung des Deformationselements erreicht wird, wobei der Grad der Verjüngung des Deformationselements über die Aktuatorik einstellbar ist. Durch die Adaption können Kosten gespart werden. Der Insassenschutz sowie der Partnerschutz, d. h. der Schutz der Insassen des Unfallgegners werden dadurch verbessert.
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Neben Stahl können auch andere Materialien wie Kunststoffe oder Werkstoffverbunde oder ähnliches verwendet werden, aber auch andere Geometrien wie ein Konus, ein Zylinder mit einem elliptischen Querschnitt oder auch rechteckige oder quadratische Formen sind hier möglich. Ebenso sind Geometrien verwendbar, deren Wandstärken nicht über die Länge konstant sind, z. B. ein zylindrisches Rohr mit zunehmender Wandstärke. Das Deformationselement kann insbesondere hohl sein, z. B. ein einfaches Rohr, oder es kann in der Mitte bzw. in den Hohlräumen, wenn es sich um mehrere Hohlräume handelt, mit diversen Materialien angefüllt sein wie z. B. einem Aluminiumschaum. Dieser Aluminiumschaum bietet neben der höheren Robustheit gegen das Knicken den Vorteil, entweder eine höhere Energieabsorption gewährleisten zu können oder einen kleineren Rohrdurchmesser verwenden zu können. Eine weitere Alternative das Füllmaterial effektiv auszunutzen, ist eine geringere Wandstärke des Rohrs bzw. des Zylinders zu verwenden. Die Richtung, in der sich das Deformationselement verformt, ist üblicherweise die Crashrichtung. Bei einem Frontalaufprall ist dies in Richtung der Längsachse des Fahrzeugs, die üblicherweise auch als X-Richtung bezeichnet wird.
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Auf Basis einer Situationserkennung mittels Inertialsensorik, die eine Ermittlung der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht, und/oder unter Verwendung von Raddrehzahldaten bzw. Lenkwinkeldaten und/oder unter Verwendung von Navigation- bzw. Ortungsdaten, erfolgt eine Voreinstellung des Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur bzw. eine Plausibilisierung des erzeugten Steuersignals. Beispielsweise kann mit der Information „Autobahn” und „Frontkollision” in der Regel darauf geschlossen werden, dass das Heck eines anderen Fahrzeugs getroffen wurde. Da das Heck eines Fahrzeugs in der Regel sehr steif bzw. steifer ausgelegt wird als die Frontstruktur ist hier eine andere Steifigkeit zu erwarten. Die Information wo bzw. in welcher Situation sich das Fahrzeug gerade befindet, kann also dafür verwendet werden, eine Voreinstellung der Energieaufnahmefähigkeit bzw. des Kraftniveaus der adaptiven Frontstruktur durchzuführen. Denkbar wäre in einem ersten Schritt auch eine Vorplausibilisierung, die im Crashfall in vorteilhafter Weise zu einer schnelleren Reaktionszeit des Systems führen kann.
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Kern der Erfindung ist es die vorliegenden Informationen von bestehenden fahrzeugintegrierten Sensoren für die Fahrdynamik, wie beispielsweise Fahrzeugbeschleunigungen in lateraler-, longitudinaler und vertikaler Richtung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahlen, Dreh-, Wank- und Rollrate usw., und von einem Lenkwinkelsensor sowie von Sensoren für die Positionsbestimmung, wie beispielsweise GPS oder ein Nachfolgersystem, und von weiteren denkbaren Sensoren zur Fahrsituationserkennung einzusetzen und eine erkannte Fahrsituation zur Voreinstellung der adaptiven Crashstruktur vor einer Kollision zu nutzen. Damit ist es ein Ziel des erfindungsgemäßen Vorgehens eine möglichst genaue Vorbestimmung der Voreinstellung der adaptiven Crashstruktur zu ermitteln, welche in einer bestimmten Fahrsituation bzw. für eine bestimmte Fahrzeugposition am realistischsten ist. Realistisch bezieht sich dabei auf das für eine bestimmte Fahrsituation bzw. für eine bestimmte Fahrzeugposition wahrscheinlichste Kollisionsereignis bei einem Selbstunfall bzw. Fremdunfall.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass eine schnellere Entscheidungsmöglichkeit bezüglich des Kraftniveaus getroffen werden kann und damit eine Zeitersparnis im gesamten Einstellprozeß für die adaptive Crashstruktur erreichbar ist. Weiterhin kann in vorteilhafter Weise eine interne Sensorik der adaptiven Crashstruktur einfacher und damit kostengünstiger ausgestaltet werden. Dies betrifft beispielsweise einen integrierten 1-Chip Radarsensor. Ein weiterer Vorteil besteht in der Mehrfachnutzung bestehender Sensoren und damit verbunden der Antrieb diese Sensoren zu verbauen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können auf Basis der oben bezeichneten Eingangswerte bzw. Eingangsinformationen eine Basisunterscheidung zwischen einem Parkrempler (AZT-Crash Szenario) gegenüber einer Airbagauslösekollision mit einer Geschwindigkeit v > 30 km/h (Euro NCAP, US NCAP usw.) durchführen. Diese stellen die wesentlichsten Szenarios dar, da im ersten Fall (AZT-Crash) aufgrund der Reparaturfähigkeit des Fahrzeugs möglichst kleine Kraftniveaus eingestellt werden sollten, um so das heutige Kraftniveau einer Crashbox abzubilden. Dagegen ist im zweiten Fall in der einfachsten Ausführung ein möglichst hohes Kraftniveau notwendig, um die Kraftniveaucharakteristik eines heutigen Längsträgers bzw. eines heutigen Längsträgersystems abzubilden.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die Informationen aus einer fahrzeugintegrierten vorausschauenden Sensorik genutzt werden können, um zu erkennen bzw. rückzubestätigen, ob es sich beispielsweise vornehmlich um zu erwarteten Längsverkehr oder Querverkehr handelt. Ein möglicher Erweiterungspunkt für eine bessere Zuordnung der Gefahrenklasse und Unfalltypeneinschätzung wäre die Hinterlegung schon bekannter Unfallsituationen aus einer Unfalldatenbank. Diese Daten können beispielsweise von einer externen Quelle bezogen werden. Eine weitere Erweiterungsmöglichkeit besteht in der Einbindung von Informationen aus einer Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation und/oder einer Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation. Somit könnten auch Informationen von externen Verkehrsleitsystemen und/oder Informationen aus Mobilfunknetzen verwendet werden. Auch damit ist eine zusätzliche Abschätzung von zu erwartendem Längsverkehr bzw. Querverkehr möglich. Die Situationserkennung auf Basis von Navigationsdaten in Kombination mit der Fahrgeschwindigkeit und dem Fahrerverhalten liefert wesentliche Randbedingungen für die Einstellung des Kraftniveaus.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen, der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung bzw. des im unabhängigen Patentanspruch 7 angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Recheneinheit basierend auf den Ortungsdaten und/oder Navigationsdaten und/oder der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder den Raddrehzahldaten und/oder den Lenkwinkeldaten eine Autobahnfahrt und/oder eine Landstraßenfahrt und/oder Innenstadtfahrt und/oder Wohngebietfahrt und/oder Parkhausfahrt und/oder eine Geländefahrt unterscheidet. Zudem ist die Recheneinheit durch Auswerten von Informationen über das Fahrverhalten, welche beispielsweise über ein Fahrzeugbussystem bereitgestellt sind, in der Lage eine Parkplatzsuche und/oder eine Stausituation zu erkennen. In vorteilhafter Weise sind den verschiedenen Fahrsituationen unterschiedliche potentielle Kollisionsereignisse und/oder Gefahrenklassen und/oder Unfalltypen zugeordnet, so dass die Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur in Abhängigkeit von dem potentiellen Kollisionsereignis bzw. der zu erwartenden Gefahrensituation bzw. vom zu erwartenden Unfalltypus situationsadaptiv voreingestellt werden kann. Hierzu sind den unterschiedlichen potentiellen Kollisionsereignissen und/oder Gefahrenklassen und/oder Unfalltypen beispielsweise unterschiedliche Energieaufnahmefähigkeitsvoreinstellungen des mindestens einen im Crashfall deformierbaren Deformationselements zugeordnet.
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Bei der Autobahnfahrt wird auf Basis der Navigationsdaten der Straßentypus Autobahn erkannt. Somit können sich in der erkannten Fahrsituation vornehmlich Unfälle im Längsverkehr ergeben, typischerweise Abkommensunfälle oder Auffahrunfälle. Zusätzlich kann die mittlere Fahrgeschwindigkeit ermittelt und ausgewertet werden, so dass sich ein eindeutiger Hinweis darauf ergibt, dass auf dieser Art von Straße keine typischen Parkremplerunfälle mit Geschwindigkeiten unter 15 km/h auftreten, daher wird die Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur auf ein hohes Niveau voreingestellt.
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Entsprechende Situationsanpassungen können erfolgen, wenn beispielsweise eine Stausituation erkannt wird, da dann das Geschwindigkeitsniveau auf unter 15 km/h liegt.
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Bei der Landstraßenfahrt werden auf Basis der Navigationsdaten die Straßentypen Überlandstraße oder Bundesstraße oder Landstraße oder ähnliche Straßen vorzugsweise inklusive der zulässigen Höchstgeschwindigkeiten erkannt. Somit können sich in der erkannten Fahrsituation auch hier vornehmlich Unfälle im Längsverkehr ergeben, typischerweise Frontalkollisionen, Abkommensunfälle oder Auffahrunfälle, aber auch Kreuzungsunfälle an Ausfahrten. Zusätzlich kann die mittlere Fahrgeschwindigkeit ermittelt und ausgewertet werden, so dass sich ein deutlicher Hinweis darauf ergibt, dass auf dieser Art von Straße keine typischen Parkremplerunfälle mit Geschwindigkeiten unter 15 km/h auftreten, daher wird die Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur auch hier auf ein hohes Niveau voreingestellt. Ebenso denkbar ist die Auswertung von fahrdynamischen Daten, wie eine Gierung des Fahrzeugs und/oder das Lenkverhalten des Fahrers, beispielsweise über einen Lenkwinkelsensor.
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Bei der Innenstadtfahrt wird auf Basis der Navigationsdaten der Straßentypus Straße im Stadtbereich mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von ca. 50 bis 60 km/h erkannt. Somit können in der erkannten Fahrsituation sowohl Unfälle im Längsverkehr als auch im Querverkehr auftreten. Weiterhin kann bei erweiterten Navigationsinformationen bekannt sein, ob Parkmöglichkeiten vorhanden sind oder nicht. Zusätzlich kann die mittlere Fahrgeschwindigkeit inklusive des Fahrverhaltens, wie beispielsweise Blinkerbetätigung über den entsprechenden Steller usw., ermittelt werden und einen Hinweis darauf geben, ob ein Unfallszenario bei niedrigerer Geschwindigkeit zu erwarten ist, wenn beispielsweise ein Parkplatz gesucht wird und damit typische Parkremplerunfälle mit Geschwindigkeiten unter 15 km/h auftreten können. Daher wird hier die Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur auf ein mittleres bis niedrigstes Niveau voreingestellt.
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Die Wohngebietfahrt ist ein ähnlicher Fall wie die Innenstadtfahrt mit einem größeren Schwerpunkt auf Fußgängerkollisionen und Einparkunfälle. Auf Basis der Navigationsdaten können Wohngebietsstraßen mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von ca. 30 bis 50 km/h identifiziert werden. Daher wird hier die Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur auf das niedrigste Niveau voreingestellt.
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Bei einer durch Navigationsinformationen und/oder durch Auswerten des Fahrverhaltens und/oder durch einen Geschwindigkeitsvergleich zwischen der möglichen Fahrzeuggeschwindigkeit und der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit erkannten Parkplatzsuche wird die Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur ebenfalls auf das niedrigste Niveau voreingestellt.
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Ähnlich wie bei der Parkplatzsuche erfolgt bei dem durch Navigationsinformationen und Ortsidentifikation erkannten Parkhausverkehr die Voreinstellung der Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur ebenfalls auf das niedrigste Niveau.
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In weiteren Varianten kann eine Zwischenstufe für Low-Speed-Crashs im Geschwindigkeitsbereich von ca. 30 bis 40 km/h eingeführt werden. In diesem Geschwindigkeitsbereich ist typischerweise nicht die höchste Steifigkeitsstufe für die adaptive Crashstruktur erforderlich. Hintergrund ist, dass jede unnötige Steifigkeitserhöhung nicht zwangsläufig zu einem höherem Sicherheitsniveau für die Insassen führt. Damit bietet es sich an, mittels einer Steifigkeitsmodulation den resultierenden Puls optimal an den Insassen anzupassen. Eine zusätzliche Anpassung an Fußgängerkollisionen macht insofern keinen Sinn, da Trägheitseffekte der vor der adaptiven Struktur befindlichen Massen eine für den Fußgänger effiziente Nutzung nicht erlauben.
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Durch die sicherheitsrelevante Nutzung der Navigationsdaten sind aktualisierte Navigationsinformationen erforderlich. Das Vorliegen aktualisierter Informationen kann beispielsweise durch einen automatischen Abgleich derartiger Daten durch entsprechende Dienste sichergestellt werden. Sollten keine Daten vorhanden sein, kann die Detektion z. B. nur auf Basis der mittleren Fahrgeschwindigkeit und/oder anderer fahrdynamischer Größen und/oder des Lenkwinkels erfolgen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines adaptiven Crashboxsystems für ein Kraftfahrzeug.
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2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm mit einer detaillierten Darstellung des Ausführungsbeispiels des adaptiven Crashboxsystems für ein Kraftfahrzeug aus 1.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In Zeiten sich weltweit verknappender natürlicher Ressourcen, insbesondere fossiler Brennstoffe, steigt der Druck auf die Verbraucher ihre Fahrzeuge möglichst kostensparsam einzusetzen. Mit den steigenden Benzinpreisen verändert sich damit auch immer stärker das Kaufverhalten beim Fahrzeugkauf. Eine immer größere Rolle spielen Kleinfahrzeuge bzw. Fahrzeuge die auf einen niedrigen Verbrauch getrimmt werden. Entsprechend stellt sich auch die Automobilindustrie immer stärker auf diesen Trend zur Verminderung des Verbrauchs und damit des CO2-Ausstoßes ein. Nicht umsonst verbreiten sich in letzter Zeit Start/Stopp-Systeme immer stärker. Parallel dazu laufen weitergehende Forschungen zur Verminderung des Verbrauchs bzw. zur Rückgewinnung der eingesetzten Energie, wie z. B. aktuelle Forschungen an thermoelektrischen Generatoren (TEG). Über die oben genannten Maßnahmen hinaus besteht ein wesentliches Sparpotenzial heutiger Fahrzeuge in deren Gewicht bzw. einer entsprechenden. Gewichtsreduktion. Mit jedem in einem primären Einsparprozeß eingespartem Kilogramm Gewicht an primären Bauteilen des Fahrzeugs, z. B. Gewicht der Struktur, kann über sekundäre Maßnahmen, wie beispielsweise kleinerer Motor, Nebenaggregate usw., ein ähnlicher Gewichtsbetrag eingespart werden. In diesem Kontext spielt insbesondere eine Verkürzung der Fahrzeugstruktur im Frontbereich eine wichtige Rolle. Eine Längeneinsparung von z. B. 20 cm kann unter Umständen eine Gewichtseinsparung von 20 bis 50 kg bedeuten. Um eine solche Längenreduktion unter Beibehaltung des Sicherheitsniveaus umzusetzen, bieten sich insbesondere adaptive Frontstrukturen an. Deren Charakteristik liegt in einer crashsituationsadaptiven Anpassung der Steifigkeit.
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Im Zuge der Entwicklungen der passiven Sicherheit bei Kraftfahrzeugen steht zunächst der Selbstschutz im Vordergrund. Dies ist die Eigenschaft des Kraftfahrzeugs seine eigenen Insassen sowohl in Fahrzeug-Fahrzeug-Kollisionen als auch in Kollisionen mit anderen Objekten zu schützen. Hierfür werden unter anderem beispielsweise Crashboxen eingesetzt. Derartige Crashboxen für Kraftfahrzeuge sind auf dem Markt bekannt und üblicherweise zur Anordnung zwischen einem Stoßfängersystem und der Karosserie des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Durch die Crashbox soll im Crashfall bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs Energie absorbiert werden, um Teile des Kraftfahrzeugs und die Insassen des Kraftfahrzeugs zu schützen. In der Regel ist die Crashbox derart ausgestaltet, dass diese bei einem Aufprall mit sehr geringer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs nur reversibel verformt wird, so dass hierbei keinerlei Schäden am Kraftfahrzeug auftreten. Bei einem Aufprall mit geringfügig höherer Geschwindigkeit nimmt die Crashbox in vorteilhafter Weise so viel Energie auf, dass nur das Stoßfängersystem beschädigt wird, nicht jedoch die übrige Karosserie des Kraftfahrzeugs. Zunehmend rücken bei der Entwicklung von Crashboxen außer dem Insassenschutz jedoch noch Themen bezüglich Partnerschutz und Crashkompatibilität in den Vordergrund. Partnerschutz ist die Eigenschaft des Kraftfahrzeugs die Insassen des gegnerischen Fahrzeugs in einer Fahrzeug-Fahrzeug-Kollision zu schützen, also eine möglichst geringe Aggressivität zu haben.
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines adaptiven Crashboxsystems 1 für ein Kraftfahrzeug mit einer adaptiven Crashstruktur 5, einer Auswerte- und Steuereinheit 40 und zwei Sensorsystemen 50, 60.
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Wie aus der detaillierteren Darstellung gemäß 2 ersichtlich ist, umfasst eine Vorrichtung 40 zur Ansteuerung der adaptiven Crashstruktur 5 mindestens eine erste Schnittstelleneinheit 41, 42, über welche die Vorrichtung 40 mit mindestens einer Sensoreinheit 50, 60 zur Erfassung von crashrelevanten Informationen gekoppelt ist, und mindestens eine zweite Schnittstelleneinheit 43, über welche die Vorrichtung 40 mit mindestens einer Aktuatorik 30 gekoppelt ist. Die mindestens eine Aktuatorik 30 ist in der Lage, eine Energieaufnahmefähigkeit mindestens eines im Crashfall deformierbaren Deformationselements 14 der adaptiven Crashstruktur 5 ausgehend von einer Voreinstellung in Abhängigkeit von mindestens einem Steuersignal einzustellen.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die adaptive Crashstruktur 5 zwei Crashboxen 10, deren Steifigkeit durch eine Vorrichtung 20 zum adaptiven Abbau von Crashenergie einstellbar ist. Die Vorrichtungen 20 zum adaptiven Abbau von Crashenergie umfassen für jede Crashbox 10 ein deformierbares Deformationselement 14, eine Aktuatorik 30 und eine Verformungseinheit 24. Die Energieaufnahmefähigkeit bzw. das Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur 5 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Verjüngung der Deformationselemente 14 eingestellt. Die jeweilige Aktuatorik stellt die Verjüngung des jeweiligen Deformationselements 14 der korrespondierenden Crashbox 10 unter Verwendung von Verformungseinheiten 24 ein, welche die Deformationselemente 14 zum Abbau von Crashenergie im Crashfall plastisch verformen. Das dargestellte Crashboxsystem 1 ist im Fahrzeug zwischen einem nicht dargestellten Stoßfängersystem und der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung 40 eine Recheneinheit 44, welche crashrelevante Informationen von der mindestens einen Sensoreinheit 50, 60 empfängt und zur Unterscheidung von verschiedenen Fahrsituationen auswertet. Hierbei wertet die Recheneinheit 44 zur Fahrsituationserkennung Ortungsdaten und/oder Navigationsdaten und/oder eine mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Raddrehzahldaten und/oder Lenkwinkeldaten als crashrelevante Informationen aus, um einen aktuell befahrenen Straßentypus zu erkennen, wobei die Recheneinheit 44 in Abhängigkeit von erkannten Fahrsituationen eine Plausibilisierung des mindestens einen Steuersignals zur Ansteuerung der mindestens einen Aktuatorik 30 durchführt und/oder mindestens ein Voreinstellsteuersignal generiert, um die Voreinstellung des deformierbaren Deformationselements 14 vorzugeben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt die Recheneinheit 44 das Voreinstellsteuersignal über einen Voreinstellalgorithmus 45. Zudem wirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung 40 als Steuergerät für die Vorrichtung 20 zum adaptiven Abbau von Crashenergie und erzeugt über die Recheneinheit 44 und einen entsprechenden Ansteueralgorithmus 46 auch das Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoriken 30, um die Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit bzw. des Kraftniveaus der adaptiven Crashstruktur während eines Crash vorzunehmen.
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Basierend auf den Ortungsdaten und/oder Navigationsdaten 62, die von einem GPS oder einem anderen Ortungssystem und/oder einem Navigationssystem zur Verfügung gestellte werden, und/oder externen Daten 64, die beispielsweise über eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation, eine Fahrzeug-Infrastrukturkommunikation usw., zur Verfügung gestellt werden, und/oder von fahrdynamischen Daten 66, wie beispielsweise Fahrzeugbeschleunigungen in lateraler-, longitudinaler und vertikaler Richtung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahlen, Dreh-, Wank- und Rollrate, Lenkwinkel usw., die von anderen Fahrzeugsystemen, wie beispielsweise ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antischlupfregelung) usw., zur Verfügung gestellt werden, unterscheidet die Recheneinheit 44 eine Autobahnfahrt und/oder eine Landstraßenfahrt und/oder eine Innenstadtfahrt und/oder eine Wohngebietfahrt und/oder eine Parkhausfahrt und/oder eine Geländefahrt. Zusätzlich wertet die Recheneinheit 44 Daten 52 einer Inertialsensorik und/oder Daten 54 einer Umfeldsensorik und/oder Daten 56 einer in der adaptiven Crashstruktur 5 angeordneten internen Sensorik aus, die beispielsweise einen 1-Chip-Radarsensor umfasst, um das Steuersignal und/oder das Voreinstellsteuersignal zu erzeugen. Des Weiteren wertet die Recheneinheit 44 Informationen über das Fahrverhalten, welche über ein Fahrzeugbussystem bereitgestellt sind, aus, um eine Parkplatzsuche und/oder eine Stausituation zu erkennen. Zudem werden den verschiedenen Fahrsituationen unterschiedliche potentielle Kollisionsereignisse und/oder Gefahrenklassen und/oder Unfalltypen zugeordnet, denen wiederum unterschiedliche Energieaufnahmefähigkeitsvoreinstellungen des mindestens einen im Crashfall deformierbaren Deformationselements 14 zugeordnet sind.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer adaptiven Crashstruktur 5, welche mindestens eine Crashbox 10 mit mindestens einem im Crashfall deformierbaren Deformationselement 14 umfasst, welches im Crashfall durch die Deformation Energie aufnimmt und dessen Energieaufnahmefähigkeit über mindestens eine Aktuatorik 30 werden crashrelevante Informationen erfasst und ausgewertet. In einem weiteren Schritt wird mindestens ein Steuersignal zur Ansteuerung der mindestens einen Aktuatorik 30 in Abhängigkeit vom Auswerteergebnis generiert, wobei die Energieaufnahmefähigkeit des mindestens einen Deformationselements 14 ausgehend von einer Voreinstellung in Abhängigkeit, von dem mindestens einen Steuersignal eingestellt wird. Erfindungsgemäß werden die crashrelevanten Informationen zusätzlich zur Unterscheidung von verschiedenen Fahrsituationen ausgewertet, wobei zur Fahrsituationserkennung Ortungsdaten und/oder Navigationsdaten 62 und/oder eine mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Raddrehzahldaten und/oder Lenkwinkeldaten als crashrelevante Informationen ausgewertet werden, um einen aktuell befahrenen Straßentypus zu erkennen. In Abhängigkeit von erkannten Fahrsituationen wird dann eine Plausibilisierung des mindestens einen Steuersignals zur Ansteuerung der mindestens einen Aktuatorik 30 durchführt und/oder es wird mindestens ein Voreinstellsteuersignal generiert, um die Voreinstellung des deformierbaren Deformationselements 14 vorzugeben. Wie oben bereits ausgeführt ist, werden basierend auf den Ortungsdaten und/oder Navigationsdaten 62 und/oder der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Raddrehzahldaten und/oder Lenkwinkeldaten eine Autobahnfahrt und/oder eine Landstraßenfahrt und/oder eine Innenstadtfahrt und/oder eine Wohngebietfahrt und/oder eine Parkhausfahrt und/oder eine Geländefahrt unterschieden, wobei Informationen über das Fahrverhalten ausgewertet werden, um eine Parkplatzsuche und/oder eine Stausituation zu erkennen. Den verschiedenen Fahrsituationen können unterschiedliche potentielle Kollisionsereignisse und/oder Gefahrenklassen und/oder Unfalltypen zugeordnet werden, wobei den unterschiedlichen potentiellen Kollisionsereignissen und/oder Gefahrenklassen und/oder Unfalltypen unterschiedliche Energieaufnahmefähigkeitsvoreinstellungen des mindestens einen im Crashfall deformierbaren Deformationselements 14 zugeordnet werden können.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Schaltung, Vorrichtung, Verfahren, Datenverarbeitungsprogramm mit Programmcodemitteln und/oder als Computerprogrammprodukt realisiert werden. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung vollständig als Hardware und/oder als Software. und/oder als Kombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten ausgeführt werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung als Computerprogrammprodukt auf einem computernutzbaren Speichermedium mit computerlesbarem Programmcode ausgeführt werden, wobei verschiedene computerlesbare Speichermedien wie Festplatten, CD-ROMs, optische oder magnetische Speicherelemente usw. benutzt werden können.
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Die computernutzbaren oder computerlesbaren Medien können beispielsweise elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische Infrarot- oder Halbleitersysteme, Vorrichtungen, Geräte oder Verbreitungsmedien umfassen. Zudem können die computerlesbaren Medien eine elektrische Verbindung mit einer oder mehreren Leitungen, eine tragbare Computerdiskette, einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flashspeicher, eine optischen Leitung und eine tragbare CD-ROM umfassen. Das computernutzbare oder das computerlesbare Medium kann sogar Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein, auf welchem das Programm geschrieben ist, und von welchem es, beispielsweise durch einen optischen Abtastvorgang des Papiers oder des anderen Mediums elektrisch erfassbar ist, dann kompiliert, interpretiert oder falls erforderlich auf andere Weise verarbeitet und dann im Computerspeicher gespeichert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1792786 A2 [0002]
- DE 19745656 C2 [0003]
