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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Crashbox für ein Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Aus der
EP 1 792 786 A2 ist eine gattungsgemäße Crashbox für ein Kraftfahrzeug bekannt. Hierbei ist eine Crashbox zur Eingliederung zwischen einem Stoßfängerquerträger und einem Fahrzeuglängsträger des Kraftfahrzeugs vorgesehen, welche ein gehäuseartiges Deformationsprofil als Faltkonstruktion aus Metallblech und eine längsträgerseitige Flanschplatte aufweist, wobei die Flanschplatte als Bestandteil der Faltkonstruktion ausgebildet ist. Die Crashbox nimmt im Crashfall durch die Deformation des Deformationsprofils Energie auf, wobei die Energieaufnahmefähigkeit der Crashbox hierbei jedoch nicht einstellbar ist.
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Aus der
DE 10 2006 058 604 A1 ist eine Crashbox für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Crashbox umfasst zwei im Crashfall relativ zueinander bewegbare Crashboxteile, welche zwischen zwei Stützplatten angeordnet sind. Ein erstes Crashboxteil ist als zwischen zwei Stützplatten angeordnetes Deformationsprofil ausgebildet, welches von dem als Mantel ausgebildeten, zweiten Crashboxteil umgeben ist. Im Crashfall wird der Mantel im Bereich einer Stützplatte nach außen umgestülpt, so dass durch die außenseitige Umstülpung ein Teil der Crashenergie absorbiert wird. Darüber hinaus wird Verformungsarbeit im Bereich des Deformationsprofils geleistet, indem das Deformationsprofil sich faltenbildend verkürzt.
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Aus der
DE 100 14 469 A1 ist eine Crashbox in Form eines Pralldämpfers bekannt, der zwischen einem Längsträger und einem Querträger in einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Crashbox weist ein als Hohlkörper ausgestaltetes Deformationsprofil mit einer sich quer zu einer Längsachse erstreckenden Sicke auf, wobei das Deformationsprofil sich aus zwei Halbschalen zusammensetzt.
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Aus der
DE 20 2007 006 376 U1 ist eine Energieabsorptionsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die ein Fahrzeugteil und eine Zerspanungseinrichtung umfasst, wobei zum Absorbieren der Energie das Fahrzeugteil mittels der Zerspanungseinrichtung spanend bearbeitbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Crashbox mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Crashbox mindestens ein Schwächungswerkzeug umfasst, das zur Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles die Gesamtstruktur des mindestens einen Crashboxteiles schwächt, wodurch die Steifigkeit des Crashboxteiles reduziert wird. Indem die Steifigkeit der Crashbox adaptiv gestaltet ist, ist die Steifigkeit vor bzw. während des Crashs anpassbar, so dass die Energieaufnahmefähigkeit der Frontstruktur des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise einstellbar ist. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine Anpassung der Crashbox an Crashs mit unterschiedlichen Objekten möglich. Wird beispielsweise als Objekt ein Fußgänger erkannt, so kann das Schwächungswerkzeug eine größere Schwächung der Gesamtstruktur des Crashboxteiles vornehmen als bei einem Crash mit einem zweiten Fahrzeug. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Adaptivität die ein derartiges System besitzt, da das Prinzip auf unterschiedliche Crashboxformen angewendet werden kann. Die Energieaufnahmecharakteristik der Crashbox ist während eines Frontalcrashs gezielt veränderbar und kann je nach Crashtyp entsprechend eingestellt werden, indem beispielsweise bei einer Kollision gegen ein Leichtfahrzeug bzw. einen Fußgänger die Crashbox unter dem Stichwort Partnerschutz „weich” eingestellt ist und beispielsweise bei einer Kollision gegen ein schweres Fahrzeug die Crashbox unter dem Stichwort Selbstschutz „hart” eingestellt ist. Beide Eigenschaften, sowohl der Partnerschutz als auch der Selbstschutz werden in vorteilhafter Weise in der Crashkompatibilität vereinigt. Diese Kombination bezeichnet in besonders vorteilhafter Weise ein hohes Maß an Selbstschutz bei niedriger Aggressivität gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern, wobei eine Verbesserung der Kompatibilität nicht zu Lasten des Selbstschutzes des Fahrzeuges geht.
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In vorteilhafter Weise wird bei der erfindungsgemäßen Crashbox Energie durch zwei physikalische Wirkprinzipien absorbiert, nämlich zum einen durch Schneidearbeit und zum anderen durch plastische Deformation. Dies ermöglicht ein höheres Niveau der absorbierten Energie bei geringem Bauraumbedarf bzw. Baugröße der Crashbox bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung. Selbstverständlich kann die Adaptivität der Crashbox auch nur durch die Schneidarbeit realisiert werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Crashbox möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass eine Auswerte- und/oder Steuereinheit im Kraftfahrzeug zur adaptiven Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles Daten eines Sensorsystems auswertet, welche Informationen über Fahrzeugumgebung und/oder Crashschwere umfassen. Der wesentliche Vorteil liegt in einer beliebig einstellbaren und variablen Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles. Die Schwächung der Gesamtstruktur des Crashboxteiles kann in Abhängigkeit eines erkannten Objekts, der Kollisionsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zum Objekt und/oder des Crashtyps gezielt eingestellt werden. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine variable Anpassung der Energieabsorption durch die Crashbox eines Fahrzeugs und damit eine optimale Beeinflussung des Geschwindigkeitsabbaus des Kraftfahrzeugs zum besseren Schutz der Insassen und der Crashpartner möglich. Mittels dieses Prinzips ist es möglich eine voll variable und im Idealfall stufenlose Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles bzw. der Crashbox zu ermöglichen und diese insbesondere auch während der Fahrt kollisions-, insassen-, innenraum- und/oder fahrsituationsabhängig einzustellen.
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In Ausgestaltung der Erfindung ermittelt eine im Bereich des Crashboxteiles angeordnete Sensoreinheit die Geschwindigkeit, mit der sich das Crashboxteil im Crashfall verformt, und überträgt diese Information an die Auswerte- und/oder Steuereinheit, welche das mindestens eine Schwächungswerkzeug in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeit vorzugsweise über eine Aktuatoreinheit ansteuert. Hierbei wird die Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles gezielt eingestellt. Es wird eine rasche und genaue Einstellung des Schwächungswerkzeugs ermöglicht, wodurch die Steifigkeit des Crashboxteiles gezielt einstellbar ist. Hieraus erfolgt in vorteilhafter Weise eine optimale individuelle Anpassung der Crashbox an die Gegebenheiten während eines real auftretenden Crashs.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Schwächungswerkzeug außerhalb des Crashboxteiles angeordnet und wirkt auf eine Außenwand des Crashboxteiles und/oder in einem Hohlraum des Crashboxteiles angeordnet und wirkt nach außen auf eine Innenwand des Crashboxteiles. In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine variable Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles bzw. eine variable Schwächung der Gesamtstruktur des Crashboxteiles bereitgestellt, indem eine gezielte Zerstörung der Außenwand und/oder der Innenwand des Crashboxteiles stattfindet. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine prädiktive Kraftcharakteristik, die in das Crashboxteil eingeprägt werden kann. Dies bedeutet, dass je nach Crashschwere ein mehr oder weniger tiefes Eindringen des Schwächungswerkzeugs in das Crashboxteil erfolgen kann. Durch die Anordnung des Schwächungswerkzeugs innerhalb des Crashboxteiles ergibt sich eine bauraum- und kostensparende Ausführung der Crashbox, indem ohnehin vorhandener Bauraum vorzugsweise zur Aufnahme des Schwächungswerkzeugs sinnvoll genutzt wird.
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Um die Steifigkeit des Crashboxteils zu erhöhen, kann die Außenwand und/oder die Innenwand des Crashboxteiles mindestens eine Versteifungsgeometrie aufweisen. In vorteilhafter Weise kann durch die Gestalt der Rippen zum einen die Schneidarbeit, zum andern die Steifigkeit des deformierbaren Crashboxteiles beeinflusst werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Außenwand und/oder die Innenwand des Crashboxteiles im Crashfall durch das mindestens eine Schwächungswerkzeug mindestens teilweise mechanisch zerstört, um das Crashboxteil zu schwächen. Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige und einfache Realisierung der Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles, da eine Umsetzung der erfindungsgemäßen Crashbox mit einfachen Schwächungsprinzipien möglich ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das mindestens eine Schwächungswerkzeug mindestens ein Zerstörelement und die das Zerstörelement ansteuernde Aktuatoreinheit, wobei die Anzahl der eingesetzten Zerstörelemente in Abhängigkeit von der gewünschten Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles variabel ist. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise zusätzlich eine Anpassung des Schwächungswerkzeugs sowohl hinsichtlich Anzahl als auch Positionierung der Zerstörelemente an die Randbedingungen aus den Bauraumbeschränkungen möglich. Insbesondere ist auf Grund der Ansteuerung der Zerstörelemente durch die Aktuatoreinheit eine optimale Einstellung des Schwächungswerkzeugs hinsichtlich Positionierung und daraus resultierender Zerspankraft der Zerstörelemente möglich.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Zerstörelement als abscherend und/oder plastisch verformend wirkendes Element, vorzugsweise als Messerelement ausgebildet, dessen Schneidwinkel und/oder Eindringtiefe in Abhängigkeit von der gewünschten Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles über die Aktuatoreinheit variabel einstellbar ist. Hierbei wird das Crashboxteil gezielt durch das Messerelement innen und/oder außen zerstört bzw. geschwächt, dessen Schneidwinkel und/oder Eindringtiefe vorzugsweise variabel einstellbar ist.
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In vorteilhafter Weise ist das Schwächungswerkzeug vor und/oder während des Crashfalls aktivierbar. Im Crashfall ist hierdurch eine kontrollierte Einstellung der Steifigkeit des Crashboxteiles möglich. Bei einer größeren Schwächung der Gesamtstruktur und einer daraus resultierenden Reduktion der Steifigkeit des Crashboxteiles, kann die Crashbox bzw. das Crashboxteil stärker deformiert werden. Bei einer kleineren Schwächung der Gesamtstruktur und einer daraus resultierenden geringeren Reduktion der Steifigkeit des Crashboxteiles, kann die Crashbox bzw. das Crashboxteil weniger stark deformiert werden.
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Bevorzugt ist die Crashbox Bestandteil eines Stoßfängersystems. In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine adaptive Frontstruktur bereitgestellt, deren Energieaufnahmefähigkeit dem Crashfall anpassbar ist, indem die Steifigkeit des Crashboxteils adaptiv gestaltet ist. Die Steifigkeit des Crashboxteils der Crashbox wird vor bzw. während des Crashs angepasst, so dass eine höhere Energieaufnahmefähigkeit der Frontstruktur gewährleistet ist. In der Praxis bedeutet dies, dass beispielsweise eine weiche Frontstruktur bei Intrusion eines Fußgängers oder eine härtere Frontstruktur bei Intrusion eines Fahrzeugs einstellbar ist. In vorteilhafter Weise ist die Crashbox hierdurch sowohl im Bereich Partnerschutz, wie beispielsweise Fußgängerschutz, als auch im Bereich Selbstschutz einsetzbar.
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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 eine schematische Draufsicht auf ein Stoßfängersystem eines Kraftfahrzeugs mit zwei erfindungsgemäßen Crashboxen.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Crashbox mit einem Crashboxteil mit einem Schwächungswerkzeug zur Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles.
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3a bis 3c zeigen jeweils eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform des Crashboxteiles mit einer in einer Außenwand des Crashboxteiles angeordneten Versteifungsgeometrie.
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4a und 4b zeigen jeweils eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Zerstörelements des Schwächungswerkzeugs.
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5 zeigt ein Diagramm mit möglichen Kraftniveaus über dem Verlauf einer Deformation des Crashboxteiles einer erfindungsgemäßen adaptiven Crashbox.
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6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Crashboxsystems mit einer erfindungsgemäßen Crashbox.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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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In 1 ist ein Stoßfängersystem 38 eines Kraftfahrzeugs 12 dargestellt, das mit einer Karosserie 40 des Kraftfahrzeugs 12 verbunden ist. Die Karosserie 40 weist beispielsweise mehrere Längsträger 40a auf, mit denen das Stoßfängersystem 38 verbunden ist. Das Stoßfängersystem 38 weist einen Querträger 38a auf, der mit den Längsträgern 40a der Karosserie 40 verbunden ist. Im Crashfall werden bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs 12 die auftretenden Kräfte über den Querträger 38a des Stoßfängersystems 38 möglichst gleichmäßig über dessen Verbindungsstellen mit den Längsträgern 40a in die Karosserie 40 des Kraftfahrzeugs 12 eingeleitet.
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Die Verbindung des Querträgers 38a des Stoßfängersystems 38 mit den Längsträgern 40a der Karosserie 40 erfolgt, wie in 1 dargestellt, über ein Crashboxsystem 11 mit zwei Crashboxen 10, die einerseits am Querträger 38a des Stoßfängersystems 38 und andererseits am entsprechenden Längsträger 40a der Karosserie 40 befestigt sind. Hierbei weist die Karosserie 40 des Kraftfahrzeugs 12 vorzugsweise zwei Längsträger 40a auf, wobei jeweils in einem seitlichen Randbereich des Kraftfahrzeugs 12 ein Längsträger 40a angeordnet ist und wobei an jedem Längsträger 40a eine Crashbox 10 befestigt ist. In 1 ist beispielhaft ein Crashboxsystem 11 mit zwei Crashboxen 10 dargestellt, wobei jedoch auch Crashboxsysteme 11 mit nur einer Crashbox 10 oder mehr als zwei Crashboxen 10 vorstellbar sind.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Crashbox 10 für ein Kraftfahrzeug 12 in einer perspektivischen Darstellung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Crashbox 10 gemäß 1 Bestandteil eines Stoßfängersystems 38 eines Kraftfahrzeugs 12. Die Crashbox 10 umfasst ein im Crashfall deformierbares Crashboxteil 14, das entweder als Teil der Karosserie 40 oder als separates, fest mit der Karosserie 40 verbundenes Bauteil ausgeführt sein kann. Durch die Deformation d des Crashboxteiles 14 wird im Crashfall zumindest ein Teil der Crashenergie F durch die Verformungsarbeit absorbiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Crashboxteil 14 vorzugsweise rohrförmig bzw. hohl ausgebildet. Auch andere Geometrien wie beispielsweise Konus, Zylinder, Zylinder mit elliptischem Querschnitt oder rechteckige bzw. quadratische Formen sind denkbar.
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Um eine Crashbox 10 an die im Crashfall vorliegenden Gegebenheiten, wie beispielsweise Crashschwere und/oder Intrusionsgeschwindigkeit, anzupassen, weist die Crashbox 10 erfindungsgemäß mindestens ein Schwächungswerkzeug 16 auf, das zur Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles 14 die Gesamtstruktur des mindestens einen Crashboxteiles 14 schwächt, wodurch die Steifigkeit des Crashboxteiles 14 reduziert wird. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine Anpassung der Steifigkeit bzw. der Aufnahme der Crashenergie F der Crashbox 10 realisiert, indem zum einen eine Energieaufnahme durch Schwächungsarbeit und zum anderen eine Beeinflussung der Steifigkeit des Crashboxteiles 14 der Crashbox 10 durch Schwächung der Gesamtstruktur des Crashboxteiles 14 und damit ebenfalls eine Beeinflussung der Energieaufnahme erfolgt. Erwähnenswert hierbei ist, dass je nach Ausführung des Schwächungswerkzeugs 16 und der Eigenschaften des Crashboxteiles 14 mehr Energie durch die Beeinflussung der Steifigkeit des Crashboxteiles 14 der Crashbox 10 als durch die Energieaufnahme durch die Schwächungsarbeit absorbiert wird.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schwächungswerkzeug 16 außerhalb des Crashboxteiles 14 angeordnet und wirkt auf eine Außenwand 26 des Crashboxteiles 14. Alternativ hierzu kann das Schwächungswerkzeug 16 auch in einem Hohlraum 28 des Crashboxteiles 14 angeordnet sein und nach außen auf eine Innenwand 30 des Crashboxteiles 14 wirken. D. h. das Schwächungswerkzeug 16 ist in dieser alternativen Ausführung in das Crashboxteil 14 integriert. In vorteilhafter Weise wird die Außenwand 26 oder alternativ die Innenwand 30 des Crashboxteiles 14 im Crashfall mindestens teilweise mechanisch zerstört, um das Crashboxteil 14 zu schwächen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Schwächungswerkzeug 16 mindestens ein Zerstörelement 34, 34a, 34b und eine das Zerstörelement 34, 34a, 34b ansteuernde Aktuatoreinheit 24, wobei die Anzahl der eingesetzten Zerstörelemente 34, 34a, 34b in Abhängigkeit von der gewünschten Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles 14 variabel ist. Das Zerstörelement 34, 34a, 34b des Schwächungswerkzeugs 16 wird von der in 6 gezeigten Aktuatoreinheit 24 kontrolliert gesteuert.
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Die Aktuatoreinheit 24 ist verantwortlich für eine Änderung der Einstellung des Zerstörelementes 34, 34a, 34b, wobei die Anzahl der verwendeten Aktuatoreinheiten 24 und der eingesetzten Zerstörelemente 34, 34a, 34b an die unterschiedlichen Anforderungen anpassbar ist. Die Anzahl kann zum Beispiel je nach Dimensionierung oder Fahrzeuggröße unterschiedlich sein. Die Hauptanforderung an die Aktuatoreinheit 24 ist die Schnelligkeit. Das Zerstörelement 34, 34a, 34b ist vorzugsweise stufenlos ein- bzw. verstellbar, es ist aber ebenso eine Verstellung in mehreren Stufen denkbar, wenn dadurch an Schnelligkeit gewonnen wird. Durch die Aktuatoreinheit 24 kann sowohl der Schneidwinkel α als auch die Eindringtiefe t des Zerstörelementes 34, 34a, 34b verändert werden, wie in 4a und 4b dargestellt ist. Die Änderung des Schneidwinkels α oder/und der Eindringtiefe t der Zerstörelemente 34, 34a, 34b kann vor der Deformation d der Crashbox 10 erfolgen. Zudem ist es auch möglich die Steifigkeit der Crashbox 10 während des Crashs zu verändern.
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Die Aktuatoreinheit 24 kann beispielsweise an dem Querträger 38a des Stoßfängersystems 38 bzw. innerhalb des Crashboxteiles 14 auf der Seite des Querträgers 38a oder an dem Längsträger 40a der Karosserie 40 bzw. innerhalb des Crashboxteiles 14 auf der Seite des Längsträgers 40a des Kraftfahrzeugs 12 angebracht sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Zerstörelemente 34, 34a, 34b vorzugsweise als Messerelemente ausgebildet, deren Eindringtiefe t gemäß 4a und/oder Schneidwinkel α gemäß 4b in Abhängigkeit von der gewünschten Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles 14 über die Aktuatoreinheit 24 variabel einstellbar ist, wobei ein geringer Schneidwinkel α bedeutet, dass das Messerelement 34, 34a, 34b „flach” eingestellt ist und somit wenig Materialabtrag erfolgt. Durch den Einsatz von regelmäßig beabstandeten Zerstörelementen 34, 34a, 34b entfaltet das Schwächungswerkzeug 16 seine Wirkung symmetrisch und kann dadurch großflächig an dem Crashboxteil 14 angreifen.
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Das deformierbare Crashboxteil 14 dient zur Aufnahme von Crashenergie F, indem es sich plastisch und irreversibel verformt. Um die Steifigkeit des Crashboxteils 14 zu erhöhen, weist die Außenwand 26 und/oder die Innenwand 30 des Crashboxteiles 14 mindestens eine Versteifungsgeometrie 32, 32a, 32b, 32c auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Versteifungsgeometrie 32 um Rippen 32a, 32b, 32c in unterschiedlichen Formen. Die Rippen können beispielsweise die Gestalt von Längsrippen 32a gemäß 2 und 3a, Längsrippen 32b mit veränderbarem Querschnitt gemäß 3b und Rippen 32c, die sich kreuzen gemäß 3c aufweisen. Durch die Gestalt der Rippen 32a, 32b, 32c kann zum einen die Schneidarbeit, zum andern die Steifigkeit des deformierbaren Crashboxteiles 14 beeinflusst werden. Über die Werkstoffpaarung von Crashboxteil 14 und Messerelemente 34, 34a, 34b kann Einfluss auf die Qualität der Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles 14 genommen werden. Das Crashboxteil 14 ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgeführt, wobei auch andere Materialien denkbar sind. Auch ist die Ausführung des Crashboxteiles 14 als Werkstoffverbund denkbar. Mögliche Ausführungsformen wären beispielsweise 2-Komponenten-Bauteile aus Kunststoff mit einem so genannten „harten” Werkstoff für die Steifigkeit und einem so genannten „weichen” Werkstoff für die Schneidarbeit oder auch Metall-Kunststoff-Kombinationen. Auch mehrere konzentrisch angeordnete Zylinder beispielsweise aus unterschiedlichen Materialien können verwendet werden. Das Crashboxteil 14 kann anstatt lokaler Versteifungsrippen auch eine generell dickere Wandstärke besitzen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfachere und dadurch kostengünstigere Fertigung, aber auch eine einfachere Montage des Crashboxsystems.
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Die 3a bis 3c zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des Crashboxteiles 14. 3a zeigt ein als Rohr ausgeführtes Crashboxteil 14 mit einer Längsverrippung 32a. 3b zeigt ein als Rohr ausgeführtes Crashboxteil 14 mit einer Längsverrippung 32b, die einen sich verdickenden Querschnitt aufweist. 3c zeigt ein als Rohr ausgeführtes Crashboxteil 14 mit Längsrippen 32c, die sich kreuzen. Die Längsrippen 32c kreuzen sich hierbei diagonal, wodurch sich unterschiedliche Festigkeitseigenschaften des Crashboxteiles 14 ergeben. Beim Schneiden erzeugen die Messerelemente 34, 34a, 34b hierbei Kerben in den Rippen 32c.
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6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Crashboxsystems 11 eines Kraftfahrzeugs 12 mit einer erfindungsgemäßen Crashbox 10. Wie aus 6 ersichtlich ist, weist das Kraftfahrzeug 12 ein Sensorsystem 20, eine Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 und das Crashboxsystem 11 mit der mindestens einen Crashbox 10, dem Schwächungswerkzeug 16 und der Aktuatoreinheit 24 auf, wobei das Crashboxsystem 11 gemäß 1 zwischen dem Stoßfängersystem 38 und der Karosserie 40 des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet ist.
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Das Sensorsystem 20 sensiert Informationen über ein Fahrzeugumfeld, eine Crashschwere und/oder Fahrzeugdynamikgrößen. Eine im Bereich des Crashboxteiles 14 angeordnete Sensoreinheit 22 ermittelt die Geschwindigkeit, mit der sich das Crashboxteil 14 im Crashfall verformt, und überträgt die Information an die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18, welche das mindestens eine Schwächungswerkzeug 16 in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeit vorzugsweise über die Aktuatoreinheit 24 ansteuert. Die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 empfängt die erfassten Informationen vom Sensorsystem 20 und/oder von der Sensoreinheit 22 und wertet die empfangenen Informationen zur adaptiven Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles 14 aus, wobei die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 die ermittelte aktuelle Fahrsituation dahingehend auswertet, ob eine Aktivierung des Schwächungswerkzeugs 16 des Crashboxsystems 11 erforderlich ist oder nicht. Die empfangenen Informationen über Fahrdynamikgrößen in Verbindung mit den Informationen aus dem Fahrzeugumfeld und/oder dem Crashboxbereich ermöglichen der Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 eine vorausschauende Ansteuerung des Schwächungswerkzeugs 16. Zudem kann die Ansteuerung auch in Abhängigkeit von Informationen durchgeführt werden, welche das Fahrzeug über ein Kommunikationssystem von außerhalb, d. h. von anderen Verkehrsteilnehmern, Verkehrszentralen usw. erhält.
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Die Sensoreinheit 22 ist vorzugsweise als eine in die Crashbox 10 integrierte Geschwindigkeitsmessungseinrichtung ausgeführt, beispielsweise als eine Radareinheit. Neben den geringen Kosten bietet die Sensoreinheit 22 auch weitere Voraussetzungen um die Anforderungen bzgl. Genauigkeit und Schnelligkeit bei der Einstellung des Schwächungswerkzeugs 16 zu erfüllen. Dieser kleine Radarsensor 22 kann hoch genau, in einer Dimension, in diesem Fall axial, die Entfernung und auch die Entfernungsänderung, also die Geschwindigkeit mit einer sehr hohen Abtastrate bestimmen. Somit kann zu einem sehr frühen Zeitpunkt nach dem Crash die Geschwindigkeit ermittelt werden, mit der sich die Crashbox 10 am Anfang verformt. Wie bereits erwähnt, kann auch das vorzugsweise als Pre-Crash-Sensorik und/oder Kommunikationssystem ausgeführte Sensorsystem 20 den Input für die Einstellung der Crashbox 10 geben. Das Signal könnte daher auch von einer Mono- oder einer Stereovideosensorik, einem Radarsensor, einem Lidar-Sensor oder einem CV-Sensor (Closing Velocity Sensor) und/oder über ein Kommunikationssystem von außerhalb, d. h. von anderen Verkehrsteilnehmern, Verkehrszentralen usw. kommen. In vorteilhafter Weise könnten hierdurch derzeit in Frontstrukturen von Kraftfahrzeugen 12 eingesetzte, so genannte Upfrontsensoren entweder eingespart oder direkt in die Crashbox 10 integriert werden.
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Die Steuerung des Schwächungswerkzeugs 16 kann in Abhängigkeit eines Signals von der Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 erfolgen. Vorzugsweise wird die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 in Form eines Steuergeräts ausgeführt, das beispielsweise als Airbagsteuergerät ausgeführt ist, wobei auch andere Steuergeräte zur Ansteuerung denkbar sind. Vorzugsweise ist die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 als Teil des Airbagsteuergerätes ausgeführt, was einen Kostenvorteil nach sich zieht. Eine Ausführung der Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 als separates Steuergerät, würde in vorteilhafter Weise eine höhere Modularität ermöglichen. Eine derartige separate Intelligenz müsste jedoch derart platziert werden, dass diese bei einem Crash geschützt wäre. Die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 sieht, wie oben bereits ausgeführt ist, die Erfassung von Informationen vom Sensorsystem 20 und/oder der Sensoreinheit 22 vor, d. h. die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 des Kraftfahrzeugs 12 wertet zur adaptiven Ansteuerung des Schwächungswerkzeugs 16 Daten des Sensorsystems 20 und/oder der Sensoreinheit 22 aus, welche Informationen über Fahrzeugumgebung und/oder Crashschwere und/oder die Geschwindigkeit, mit der sich das Crashboxteil 14 im Crashfall verformt, umfassen. Durch einen Auswertealgorithmus wird ein entsprechendes Signal generiert, welches das Schwächungswerkzeug 16 in Abhängigkeit von den ermittelten Informationen über die Aktuatoreinheit 24 ansteuert. Vorzugsweise bietet die erfindungsgemäße Crashbox 10 die Möglichkeit, nicht nur vor dem Crash bzw. kurz danach, sondern auch während des gesamten Crashverlaufs rückkoppelnd auf das Schwächungswerkzeug 16 einzuwirken.
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Vor und während des Crashs bzw. der Kollision sensiert das Sensorsystem 20 Informationen über ein Fahrzeugumfeld, einen Aufprall und/oder Fahrzeugdynamikgrößen und sendet zur Ansteuerung des Schwächungswerkzeugs 16 der Crashbox 10 ein entsprechendes Steuersignal an die Aktuatoreinheit 24. Das Signal kann eine Spannung und/oder eine Information sein, derart, dass die Aktuatoreinheit 24 ein Stellsignal für die Zerstörelemente 34, 34a, 34b, 34c generiert, die mit dem über das Stellsignal vorgegebenen Schneidwinkel α und/oder mit der über das Stellsignal vorgegebenen Eindringtiefe t auf das Crashboxteil 14 wirkt.
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Vorzugsweise ist das Schwächungswerkzeug 16 vor und/oder während des Crashfalls aktivierbar. Wird durch das vorausschauende Sensorsystem 20 ein potentieller Aufprall erkannt, so aktiviert die Aktuatoreinheit 24 die Zerstörelemente 34, 34a, 34b, 34c des Schwächungswerkzeugs 16, wobei die Intensität der Schwächung der Gesamtstruktur des Crashboxteiles 14 bzw. der Schneidwinkel α und/oder die Eindringtiefe t der Zerstörelemente 34, 34a, 34b, 34c vorzugsweise in Abhängigkeit eines erkannten Objekts, der Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Geschwindigkeit, mit der sich das Crashboxteil 14 im Crashfall verformt, und/oder des Crashtyps gezielt von der Aktuatoreinheit 24 eingestellt werden kann. Die erfindungsgemäße adaptive Crashbox 10 ist derart ausgeführt, dass im Falle eines Fehlers immer auf die maximale Steifigkeit des Crashboxteiles 14 und somit auf den maximalen Selbstschutz zurückgegriffen werden kann. Die Ansteuerung des Schwächungswerkzeugs 16 ist unabhängig von eventuellen Fehldetektionen des vorausschauenden Sensorsystems 20, da die Zerstörelemente 34, 34a, 34b, 34c nach Ausbleiben eines Crashs nach einer definierten Zeit von der Aktuatoreinheit 24 wieder abgeschaltet werden. Vorzugsweise ist die Ansteuerung der Zerstörelemente 34, 34a, 34b, 34c während eines Crashvorgangs und insbesondere während eines Mehrfachcrashvorgangs gezielt regelbar und/oder konstant.
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Die Funktionsweise der adaptiven Crashbox 10 lässt sich mit folgenden Schritten beschreiben:
In einem ersten optionalen Schritt erkennt das Sensorsystem 20 vorzugsweise ein Precrashsensorsystem einen bevorstehenden Crash und kann in idealer Weise zwischen einem stehenden und einem fahrenden Objekt unterscheiden. Vorzugsweise kann das Sensorsystem 20 auch die Größe des stehenden oder fahrenden Objektes feststellen.
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In einem zweiten Schritt hat das Kraftfahrzeug 12 Kontakt mit dem Objekt bzw. Hindernis. Die Verformung der Fronstruktur im Bereich des Querträgers 38a beginnt. Der Querträger 38a verformt das Crashboxteil 14 der Crashbox 10. Am Anfang ist die Deformation d noch elastisch, wie aus 5 Kurvenabschnitt a ersichtlich ist. In einem dritten Schritt erfasst die vorzugsweise crashboxinterne Sensoreinheit 22 die Verformung d und deren Geschwindigkeit. In einem vierten Schritt beurteilt die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 die Stärke des Crashs und entscheidet über die erforderliche Steifigkeit bzw. Festigkeit der Crashbox 10, wobei die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 entweder als separates Steuergerät in der adaptiven Crashbox oder Teil eines Airbagsteuergeräts des Kraftfahrzeugs ausgeführt ist. In einem fünften Schritt gibt die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 ein entsprechendes Signal an die Aktuatoreinheit 24 aus, welche die Zerstörelemente 34, 34a, 34b des Schwächungswerkzeugs 16 in Abhängigkeit des Crashtyps verstellt oder nicht. In einem sechsten Schritt beginnt die plastische Verformung der Crashbox 10, wobei es hierzu unterschiedliche Fälle gibt.
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In einem ersten Fall registriert die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 einen schweren Crash. Es muss gemäß 5 Kurvenabschnitt b1 die gesamte Steifigkeit der Crashbox 10 ausgenützt werden. Die Zerstörelemente 34, 34a, 34b des Schwächungswerkzeugs 16 werden unter dem Stichwort Selbstschutz so eingestellt, dass soviel Energie wie möglich vernichtet wird. Die Deformation d geht deutlich über die Crashbox 10 hinaus. Im Längsträger 40a wird gemäß 5 Kurvenabschnitt c1 weitere Energie absorbiert.
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In einem zweiten Fall registriert die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 einen mittelschweren Crash. Hierbei kommt unter den Stichwörtern Crashkompatibilität, Partnerschutz und Selbstschutz nur ein Teil der Zerstörelemente 34, 34a, 34b zum Einsatz. Die Steifigkeit bzw. Festigkeit der Crashbox 10 wird gezielt und zugunsten des Unfallgegners reduziert, um die Energie so optimal wie möglich abzubauen. Es wird die Crashbox gemäß 5 Kurvenabschnitt b2 und ein Teil des Längsträgers 40a gemäß 5 Kurvenabschnitt c2 verformt.
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In einem dritten Fall registriert die Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 einen leichten Unfall. Die Zerstörelemente 34, 34a, 34b des Schwächungswerkzeugs 16 werden unter den Stichwörtern Reparaturcrash, d. h. 16 km/h gegen eine starre Barriere, und Fußgängerschutz so eingestellt, dass nur die Crashbox 10 verformt wird. Es wird gemäß 5 Kurvenabschnitt b3 nur die Crashbox 10 verformt, der Längsträger 40a bleibt intakt.
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Der in 5 dargestellte Kurvenverlauf unterteilt sich in die drei nachfolgend beschriebenen Segmente. Segment a stellt den Anfangsbereich der Crashbox 10 dar. Hierbei handelt es sich um einen elastischen Bereich. Diese Charakteristik ist unabhängig von den individuellen Crashboxeinstellungen immer gleich. Segment b zeigt unterschiedliche Steifigkeitseinstellungen der Crashbox 10, wobei auch andere Einstellungen als b1, b2, b3 möglich sind. Segment c stellt den Längsträger 40a dar, der je nach Crashschwere mehr oder weniger (oder gar nicht) verformt wird. Diese Charakteristik ist immer gleich.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemäße adaptive Crashbox ein so genanntes Trockensystem ist. Dies bedeutet, dass hier keinerlei Flüssigkeiten verwendet werden. Da es sich um ein Trockensystem handelt, können Elemente wie beispielsweise Hydraulikpumpen, Ventile für die Adaptivität, Hydraulikleitungen oder Hydraulikspeicher entfallen. Insbesondere entfallen Dichtigkeitsprobleme über die Fahrzeuglebensdauer und es sind keine Umweltaspekte bezüglich giftiger Flüssigkeiten zu beachten. Eine Trockenlösung ist somit nicht nur leichter, sondern auch bauraumsparender, kostengünstiger und umweltfreundlicher.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die adaptive Crashbox 10 insbesondere beim Offsetcrash eine optimale Lösung bietet. Die adaptive Crashbox 10 zeigt besonders im Offsetcrash ihre Vorteile gegenüber einer nicht adaptiven Lösung. Da das System mit einem Sensorsystem 20 und/oder einer Sensoreinheit 22, beispielsweise einer Radareinheit ausgestattet ist, kann differenziert werden, ob es sich um eine Kollision gegen eine Wand ohne Offset (z. B. USNCAP mit 56 km/h) oder ob es sich um eine Kollision mit Überlappung handelt (z. B. EuroNCAP mit 64 km/h, 40% Überlappung zur Barriere). Bei der Überlappung müssen der betroffene Längsträger 40a der Karosserie 40 und die Crashbox 10 fast die ganze Crashenergie F abbauen und somit sehr steif ausgeführt sein, wobei die adaptive Crashbox „steif” eingestellt wird. Kommen dagegen beide Längsträger 40a der Karosserie 40 und beide Crashboxen 10 des Crashboxsystems 11 zum Tragen, können die adaptive Crashboxen 10 „weicher” eingestellt werden, um mehr Energie über den Weg abzubauen ohne hohe Spitzenbelastungen hervorzurufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1792786 A2 [0002]
- DE 102006058604 A1 [0003]
- DE 10014469 A1 [0004]
- DE 202007006376 U1 [0005]
