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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur für ein Fahrzeug, auf eine adaptive Energieabsorptionsstruktur für ein Fahrzeug, sowie auf ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur für ein Fahrzeug.
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Seit der Einführung der Fahrgastzelle hat sich die Fahrzeugsicherheit deutlich weiterentwickelt. Durch die aktive und passive Sicherheit konnten die Anzahl der Getöteten deutlich reduziert werden. Crashboxen liefern einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der passiven Sicherheit, reduzieren allerdings auch die Reparaturkosten bei einem Niedriggeschwindigkeitscrash.
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Die
EP 1 792 786 A2 beschreibt eine Crashbox, welche ein gehäuseartiges Deformationsprofil als Faltkonstruktion aus Metallblech und eine längsträgerseitige Flanschplatte aufweist
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur, eine verbesserte adaptive Energieabsorptionsstruktur, sowie ein verbessertes Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Bei einer adaptiven Frontstruktur wird vor- bzw. während der Kollision die Steifigkeit der Crashboxen angepasst, so dass beispielsweise eine höhere oder niedrigere Energieaufnahme der Frontstruktur stattfindet. Dies bedeutet eine weiche Frontstruktur bei Intrusion eines Fußgängers oder aber auch eine härtere Frontstruktur bei Intrusion eines Fahrzeugs.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei einer Verstellung einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur durch eine einseitig wirkende Kraft, ein Federelement die Kraft als Gegenkraft zur Rückstellung der Energieabsorptionsstruktur speichern kann. Das Federelement kann die gespeicherte Gegenkraft sehr schnell bereitstellen. Dadurch kann eine Betätigungseinrichtung für die Energieabsorptionsstruktur einfacher und günstiger ausgeführt werden. Zusätzlich kann die Gegenkraft unabhängig von einer energieintensiven externen Betätigung von dem Federelement bereitgestellt werden, um die Energieabsorptionsstruktur autark rückzustellen. Dies ermöglicht eine schnelle, robuste und kostengünstige Lösung zur Adaption einer Crashstruktur.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur für ein Fahrzeug, wobei die Energieabsorptionsstruktur ein Gehäuse, zumindest eine Ausrückmatrize zum Deformieren eines in einer Wirkrichtung durch die Ausrückmatrize geführten Deformationselements, und ein in der Wirkrichtung bewegliches Sperrelement zum Abstützen der Ausrückmatrize gegenüber dem Gehäuse aufweist, und wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen einer Kraft auf das Sperrelement, um das Sperrelement in der Wirkrichtung zwischen einer ersten Position und zumindest einer zweiten Position zu bewegen, wobei das Sperrelement zum Einstellen der Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur ausgebildet ist, um in der ersten Position die Ausrückmatrize so abzustützen, dass das Deformationselement mit einer ersten Deformation deformierbar ist, und in der zweiten Position die Ausrückmatrize so abzustützen, dass das Deformationselement mit einer zweiten Deformation deformierbar ist und
ein Federelement, das zwischen dem Sperrelement und dem Gehäuse in der Wirkrichtung angeordnet ist, um der Kraft mit einer Gegenkraft entgegen zu wirken.
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Mittels der Vorrichtung kann die Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur eingestellt werden. Über die Steifigkeit kann wiederum eingestellt werden, wie viel Bewegungsenergie durch die Energieabsorptionsstruktur absorbiert werden kann. Bewegungsenergie wird dabei durch eine Verformung oder Deformation des Deformationselements absorbiert. Ein Grad der Deformation ist somit ein Maß für die Steifigkeit. Das Deformationselement, beispielsweise ein Rohr wird bei einem Aufprallereignis durch die Matrize bewegt, wodurch das Deformationselement deformiert wird. Die Matrize kann beispielsweise eine trichterförmige Verengung eines Durchlassquerschnitts für das Deformationselement sein. Die Matrize kann beispielsweise als Ausrückmatrize gestaltet sein, so dass die Matrize von einem Sperrelement, beispielsweise einem Ring, abgestützt werden kann, um die erforderlichen Deformationskräfte auf das Deformationselement übertragen zu können. Das Sperrelement, oder ein entsprechender Sperrkörper, können zumindest zwei Positionen einnehmen. In der ersten Position kann das Sperrelement die Matrize abstützen. In der zweiten Position stützt das Sperrelement die Matrize nicht ab, so dass die Matrize während der Deformation durch das Deformationselement weggedrückt werden kann. Dadurch kann die Matrize an zumindest einer Sollbruchstelle zerbrechen und senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Deformationselements ausrücken. Somit kann die erste Deformation eine stärkere Verformung des Deformationselements als die zweite Deformation bewirken. Befindet sich der Sperrelement in der zweiten Position weist die Energieabsorptionsstruktur daher eine geringere Steifigkeit auf, als wenn sich der Sperrelement in der ersten Position befindet. Um das Sperrelement zu bewegen kann über die Übertragungseinrichtung eine Kraft auf das Sperrelement übertragen werden. Beispielsweise kann das Sperrelement durch die Übertragungseinrichtung weggedrückt oder angezogen werden. In entgegengesetzter Richtung kann das Sperrelement von einem Federelement wegedrückt oder angezogen werden. Das Federelement kann somit der Übertragungseinrichtung entgegenwirken. Beispielsweise kann das Federelement keine Gegenkraft auf das Sperrelement ausüben, wenn sich das Sperrelement in der ersten Position befindet. Dagegen kann das Federelement eine Gegenkraft auf das Sperrelement ausüben, wenn sich das Sperrelement in der zweiten Position befindet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung einen Aktuator aufweisen, der gegenüber dem Gehäuse abgestützt sein kann. Der Aktuator kann ausgebildet sein, um die Kraft bereitzustellen. Beispielsweise kann der Aktuator ein elektrischer Aktuator, wie ein Elektromotor sein. Der Aktuator kann selbsthemmend ausgeführt sein. Dadurch kann der Aktuator einen eingestellten Zustand halten, solange keine anderslautende Information an den Aktuator übermittelt wird. Der Aktuator kann an einem Abtrieb kraftschlüssig mit der Übertragungseinrichtung verbunden sein. Durch den Aktuator kann die erforderliche Bewegungsenergie zum Bewegen des Sperrelements bereitgestellt werden und somit die Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur eingestellt werden.
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Dabei kann der Aktuator eine schaltbare Rücklaufsperre aufweisen. Der Aktuator kann ausgebildet sein, um in einem ersten Zustand der Rücklaufsperre die Kraft bereitzustellen, und in einem zweiten Zustand der Rücklaufsperre die Kraft nicht bereitzustellen. Unter einer schaltbaren Rücklaufsperre kann eine einseitig blockierbare Einrichtung verstanden werden, die eine Bewegung in einer Antriebsrichtung ermöglicht und eine Bewegung entgegen der Antriebsrichtung unterbindet, wobei die Bewegung entgegen der Antriebsrichtung ansprechend auf ein Signal oder eine Betätigung freigegeben werden kann. Beispielsweise kann eine schaltbare Rücklaufsperre ein schaltbarer Klemmrollenfreilauf oder ein schaltbarer Klemmkörperfreilauf sein. Dabei kann die Rücklaufsperre den Aktuator selbsthemmend machen. Zusätzlich oder unabhängig davon kann der Aktuator eine schaltbare Kupplung aufweisen, die in einer ersten Stellung einen Antriebsteil des Aktuators an den Abtrieb kuppelt, und in einer zweiten Stellung den Antriebsteil von dem Abtrieb abkuppelt. Durch die Rücklaufsperre und/oder die Kupplung kann die Übertragungseinrichtung kraftlos geschalten werden, um das Sperrelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen. Weiterhin kann eine Kupplung eine, einer Bewegung entgegen gerichtete Trägheit des Antriebsteils von dem Übertragungselement entkoppeln, um die Bewegung schneller ausführen zu können.
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Ferner kann die Vorrichtung einen Sekundäraktuator aufweisen. Der Sekundäraktuator kann ausgebildet sein, um in einem ersten Schaltzustand das Sperrelement an einer Bewegung zu hindern, und in einem zweiten Schaltzustand die Bewegung des Sperrelements freizugeben. Unter einem Sekundäraktuator kann eine Einrichtung zum Halten oder Freigeben des Sperrelements verstanden werden. Beispielsweise kann ein Sekundäraktuator ein Verriegelungselement sein, das in dem ersten Schaltzustand das Sperrelement an der Bewegung hindert, und in dem zweiten Schaltzustand die Bewegung ermöglicht. Ebenso kann der Sekundäraktuator das Federelement blockieren oder freigeben. Durch den Sekundäraktuator kann die Übertragungseinrichtung entlastet werden, wenn das Sperrelement an der Bewegung gehindert wird. Dadurch kann eine verbesserte Haltbarkeit der Übertragungseinrichtung erreicht werden, und das Sperrelement kann schneller zwischen den Positionen bewegt werden, wenn der Sekundäraktuator den zweiten Schaltzustand einnimmt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Mehrzahl von Übertragungseinrichtungen und zusätzlich oder alternativ einer Mehrzahl von Federelementen aufweisen. Dabei können zumindest die Federelemente gleichmäßig über einen Umfang der Ausrückmatrize verteilt sein. Durch eine Mehrzahl von Federelementen kann das Sperrelement gleichmäßig über eine Gesamtausdehnung des Sperrelements von der Gegenkraft gestützt werden. Durch eine Mehrzahl von Übertragungseinrichtungen kann die Kraft gleichmäßig auf das Sperrelement verteilt werden. Wenn die Vorrichtung gleich viele Federelemente, wie Übertragungseinrichtungen aufweist, können asymmetrische Belastungen am Sperrelement vermieden werden. Dadurch kann ein Verkanten des Sperrelements verhindert werden, und eine hohe Betriebssicherheit erreicht werden.
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Ferner kann das Sperrelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position und zumindest einer weiteren Position beweglich sein, wobei das Sperrelement ausgebildet ist, um in der weiteren Position die Ausrückmatrize so abzustützen, dass das Deformationselement mit einer weiteren Deformation deformierbar ist. Unter einer weiteren Position kann eine Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position verstanden werden. Das Sperrelement kann durch die von der Übertragungseinrichtung übertragene Kraft in die weitere Position bewegt werden. Unter einer weiteren Deformation kann eine Deformation verstanden werden, die geringer als bei der ersten Deformation und starker als bei der zweiten Deformation ausfällt. Durch die Einstellmöglichkeit zumindest einer weiteren Deformationsstärke kann die Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur besser an die tatsächliche Aufprallenergie angepasst werden.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Sperrkörper zumindest einen Wälzpunkt aufweisen. Die Übertragungseinrichtung kann eine Bahnkurve zum Abstützen des Wälzpunkts aufweisen, wobei die Bahnkurve einen ersten Extrempunkt aufweist, der ausgebildet ist, um den Wälzpunkt in der ersten Position abzustützen, und die Bahnkurve einen zweiten Extrempunkt aufweist, der ausgebildet ist, um den Wälzpunkt in der zweiten Position abzustützen. Dabei kann die Übertragungseinrichtung ausgebildet sein, um eine Relativbewegung zum Wälzpunkt auszuführen, um eine einseitig wirkende Druckkraft auf das Sperrelement auszuüben. Unter einem Wälzpunkt kann ein Anlagepunkt oder ein Kontaktpunkt zwischen dem Sperrkörper und der Übertragungseinrichtung verstanden werden. Über den Wälzpunkt kann die Kraft zum Bewegen auf das Sperrelement übertragen werden. Der Wälzpunkt kann als Wälzkörper ausgeführt sein. Der Wälzkörper kann eine Einrichtung zum Verringern der Reibung, wie beispielsweise eine Beschichtung oder eine Rolle aufweisen. Eine Bahnkurve kann mit dem Wälzpunkt ein Kurvengetriebe ausbilden, indem der Wälzpunkt von dem Federelement auf die Bahnkurve gedrückt wird und die Bahnkurve relativ zum Wälzpunkt bewegt werden kann. Durch Erhebungen der Bahnkurve kann der Wälzpunkt senkrecht zu einer Bewegungsrichtung der Übertragungseinrichtung oder Bahnkurve ausgelenkt werden. Ebenso kann die Bahnkurve in mehrere Nocken oder Exzenter geteilt sein. Die Relativbewegung kann senkrecht zur Wirkrichtung oder drehend um die Wirkrichtung erfolgen. Dadurch kann der Sperrkörper besonders einfach in Wirkrichtung bewegt werden und die Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur eingestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Bahnkurve zumindest eine Flachstelle aufweisen, die ausgebildet ist, den Wälzpunkt in der weiteren Position abzustützen. Unter einer Flachstelle kann ein Bereich der Bahnkurve verstanden werden, der während eines Teils der Relativbewegung keine Verschiebung des Wälzpunkts in Wirkrichtung bewirkt. Dadurch kann die Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur in festgelegten Stufen eingestellt werden. Weiterhin kann der Wälzpunkt ohne Haltekraft des Übertragungselements auf der Flachstelle aufliegen und die eingestellte Steifigkeit eingestellt halten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Übertragungseinrichtung ein Seil zum Übertragen einer einseitig wirkenden Zugkraft sein. Der Aktuator kann eine Aufwickeleinrichtung zum Aufwickeln des Seils aufweisen. Unter einem Seil kann ein Übertragungsmittel für eine Zugkraft entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Seils verstanden werden. Beispielsweise kann das Seil auch ein Kabel oder eine Schnur sein. Eine Aufwickeleinrichtung kann eine Einrichtung zum aufrollen des Seils sein. Beispielsweise kann die Aufwickeleinrichtung eine Trommel oder eine Spindel sein. Über ein Seil kann die Zugkraft von einem entfernten Aktuator auf das Sperrelement übertragen werden. Das Seil kann auch über Umlenkpunkte, wie Umlenkrollen in der Haupterstreckungsrichtung abgelenkt werden. Mehrere Seile können gemeinsam auf einer Aufwickeleinrichtung aufgewickelt werden, um die Kraft auf mehrere Seile zu übertragen. Durch das Seil kann die Kraft auch von einem entfernt angeordneten Aktuator auf das Sperrelement übertragen werden.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine adaptive Energieabsorptionsstruktur, mit folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse;
zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Ausrückmatrize zum Deformieren eines Deformationselements wenn das Deformationselement in einer Wirkrichtung durch die Ausrückmatrize geführt wird;
einem in der Wirkrichtung beweglichen Sperrelement zum Abstützen der Ausrückmatrize gegenüber dem Gehäuse; und
eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß dem erfindungsgemäßen Ansatz.
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Die adaptive Energieabsorptionsstruktur kann beispielsweise als Crashbox für ein Fahrzeug eingesetzt werden. Im verbauten Zustand kann die Wirkrichtung einer Aufprallrichtung des Fahrzeugs auf ein Hindernis entsprechen. Beispielsweise kann die Wirkrichtung parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sein.
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Ferner kann die adaptive Energieabsorptionsstruktur auch beispielsweise im mittleren bzw. hinteren Bereich der Fahrzeugfrontstruktur eingebaut werden. In diesem Fall weist ein Teil des Längsträgers unterschiedliche Kraftniveaus auf.
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Des Weiteren umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur für ein Fahrzeug, wobei die Energieabsorptionsstruktur ein Gehäuse, zumindest eine Ausrückmatrize zum Deformieren eines in einer Wirkrichtung durch die Ausrückmatrize geführten Deformationselements, und ein in der Wirkrichtung bewegliches Sperrelement zum Abstützen der Ausrückmatrize gegenüber dem Gehäuse aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Übertragen einer Kraft auf das Sperrelement, um das Sperrelement in der Wirkrichtung zwischen einer ersten Position und zumindest einer zweiten Position zu bewegen, wobei das Sperrelement zum Einstellen der Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur ausgebildet ist, um in der ersten Position die Ausrückmatrize so abzustützen, dass das Deformationselement mit einer ersten Deformation deformierbar ist, und das Sperrelement in der zweiten Position die Ausrückmatrize so abzustützen, dass das Deformationselement mit einer zweiten Deformation deformierbar ist; und
Bereitstellen einer Gegenkraft durch ein zwischen dem Sperrelement und dem Gehäuse in Wirkrichtung angeordnetes Federelement, um der Kraft entgegenzuwirken.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einem verriegelten Sekundäraktuator;
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4 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einem entriegelten Sekundäraktuator,
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5 eine Darstellung einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur in einer Einstellung hoher Steifigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Darstellung einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur in einer Einstellung niedriger Steifigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 eine Darstellung einer Ausrückmatrize mit Sollbruchstellen zur Verwendung in einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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8 eine Darstellung einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur mit einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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9 eine Schnittdarstellung einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur mit einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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10 ein Ausschnitt aus einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Bahnkurvenverstellung;
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11 ein Ausschnitt aus einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Bahnkurvenverstellung mit einer weiteren Position;
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12 eine angedeutet räumliche Darstellung einer Bahnkurvenverstellung aus einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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13 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Exzenterverstellung; und
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14 eine weitere Darstellung der Vorrichtung zum Einstellen der Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Exzenterverstellung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur mit einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Energieabsorptionsstruktur weist ein Gehäuse 100 und ein Deformationselement 102 auf. Das Deformationselement 102 wird bei einem Aufprall, dessen Energie durch die Energieabsorptionsstruktur absorbiert werden soll, in einer Wirkrichtung, die parallel zu einer Längsachse des Deformationselements 102 verläuft, relativ zu dem Gehäuse bewegt. Innerhalb des Gehäuses 100 ist eine Matrize 104 angeordnet, die ausgebildet ist, um das Deformationselement 102 bei der Bewegung in Wirkrichtung zu deformieren. Die Matrize 104 wird durch ein Sperrelement 106 gegenüber dem Gehäuse 100 abgestützt. Das Sperrelement 106 ist beweglich angeordnet und kann durch die Vorrichtung zum Einstellen der Steifigkeit zwischen unterschiedlichen Positionen hin und her bewegt werden. Je nach Position wird die Matrize unterschiedlich stark durch das Sperrelement 106 abgestützt und kann demnach das Deformationselement 102 unterschiedlich stark deformieren. Zum Bewegen des Sperrelements 106 weist die Vorrichtung zum Einstellen der Steifigkeit eine Übertragungseinrichtung 108 und ein Federelement 110 auf. Die Übertragungseinrichtung 108 ist ausgebildet, um eine Kraft zur Bewegung des Sperrelements 106 auf das Sperrelement 106 zu übertragen. Das Federelement 110 ist ausgebildet, um eine der durch die Übertragungseinrichtung 108 ausgeübten Kraft entgegengesetzte Kraft auf das Sperrelement 106 auszuüben. Durch das Federelement 110 kann das Sperrelement 106 vorgespannt werden. Wird das Sperrelement 106 in einer solchen vorgespannten Position gehalten, so kann das Sperrelement anschließend, beispielsweise ansprechend auf einen erkannten oder prognostizierten Aufprall, durch die Federkraft des Federelements schnell in eine andere Position bewegt werden.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt 202 des Übertragens einer Kraft auf ein Sperrelement der adaptiven Energieabsorptionsstruktur auf. Weiterhin weist das Verfahren einen Schritt 204 des Bereitstellens einer Gegenkraft durch ein Federelement auf. Im Schritt 202 des Übertragens wird das Sperrelement von der Kraft bewegt und somit in seiner Position verändert. Je nach Position stützt das Sperrelement eine Ausrückmatrize der adaptiven Energieabsorptionsstruktur unterschiedlich stark ab, so dass die Ausrückmatrize ein durch die Ausrückmatrize geführtes Deformationselement unterschiedlich stark deformieren kann.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die adaptive Energieabsorptionsstruktur weist ein Gehäuse 100 auf, das als Abstützung dient. Ferner weist die Energieabsorptionsstruktur ein Sperrelement 106 auf, das hier als Platte ausgeführt ist. Zwischen dem Gehäuse 100 und dem Sperrelement 106 ist eine Feder 110 angeordnet. Ebenso am Gehäuse 100 angeordnet ist ein Aktuator 308, hier ein E-Motor. Der Aktuator betätigt eine Aufwickeleinrichtung 310, hier eine Spindel. Ein Ende eines Seils 312 oder eines Kabels ist auf der Aufwickeleinrichtung 310 aufgewickelt. Das andere Ende des Seils 312 ist mit dem Sperrelement 106 verbunden. Das Seil 312 überträgt eine Zugkraft zur Bewegung des Sperrelements 106 von dem Aktuator 308 auf das Sperrelement 106. Dadurch wird das Sperrelement 106 zu dem Gehäuse 100 hin bewegt und die Feder 110 zwischen dem Gehäuse 100 und dem Sperrelement 106 zusammengedrückt. In dieser, in 3 gezeigten Position wird das Sperrelement 106 von einem Sekundäraktuator 314 mechanisch blockiert. Der Sekundäraktuator dient als Auslösevorrichtung für die Energieabsorptionsstruktur, um die Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur zu verändern. Zu dem in 3 gezeigten Zeitpunkt t0 ist die Auslösevorrichtung vierriegelt.
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4 zeigt den in 3 gezeigten Ausschnitt einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur zu einem späteren Zeitpunkt t1, in dem die Auslösevorrichtung 314 entriegelt ist. Es ist also ein Zustand nach einer Auslösung des Sekundäraktuators 314 dargestellt. Der Sekundäraktuator 314 hat die Blockade des Sperrelements 106 aufgehoben, indem der Sekundäraktuator 314, wie durch einen Pfeil gekennzeichnet quer zu einer Bewegungsrichtung des Sperrelements 106 von dem Sperrelement 106 wegbewegt wurde. Durch die in der Feder 110 gespeicherte Energie wurde das Sperrelement 106 um einen vorbestimmten Weg 316 x(t) von dem Gehäuse 100 weg bewegt. Dabei ist das Seil 312 etwas von der Aufwickeleinrichtung 310 abgewickelt worden. Dazu kann der Aktuator 308 entweder abgekuppelt worden sein oder der Aktuator 308 hat das Abwickeln aktiv oder passiv mitgeführt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird aufbauend auf dem Federprinzip eine schnelle Aktuatorvorrichtung benutzt.
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Die Aktuatorvorrichtung besteht dabei aus einer Feder 110, die auf ein mechanisches Bauteil 106 der adaptiven Energieabsorptionsstruktur wirkt und somit die Steifigkeitsänderung realisiert. Diese Feder 110 wird je nach Art auf Zug oder Druck vorgespannt und speichert somit die Energie, die notwendig ist, um die Steifigkeitsanderung zu realisieren.
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Ferner ist ein Aktuator 308, z. B. ein Elektromotor vorgesehen, der die Reversibilität garantiert. Die Feder 110 wird von dem Aktuator 308 vorgespannt. Geschieht eine Fehlauslösung, also eine unerwünschte Verstellung der Steifigkeit, so kann der Aktuator 308 die Feder 110 und somit auch das mechanische Adaptionselement 106 wieder in die Ursprungsposition zurückbringen.
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Weiterhin ist eine Auslösevorrichtung 314 vorgesehen, die die vorgespannte Feder 110 entriegelt und somit die Adaption zulässt. Die Auslösevorrichtung 314 kann separat ausgebildet werden, z. B. als Sekundäraktuator für eine mechanische Blockierung der Feder, die dann entfernt wird. Alternativ kann eine Auslöseeinrichtung direkt im Aktuator 308 integriert sein, z. B. in Form einer Getriebeentriegelung im Elektromotor, oder eine Drehrichtung des E-Motors für die Vorspannung und die andere Drehrichtung für die Entriegelung.
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Auch wenn zusätzlich zu der Feder 110 ein Aktuator 308 benötigt wird, um die Reversibilität zu gewährleisten, entstehen geringe Kosten. Die Feder 110 ist ein Standardteil, das in allen Variationen in Großserie hergestellt wird und somit günstig ist. Die Anforderungen an den Aktuator 308 hinsichtlich der Dynamik sind gering. Für das Zurückschalten bzw. das Zurückspannen der Feder 110 stehen mehrere hundert Millisekunden bis wenige Sekunden zur Verfügung. Dadurch kann z. B. ein Elektromotor klein dimensioniert werden und nur wenig Leistung benötigen. Elektromotoren sind kostengünstig und werden in großen Stückzahlen hergestellt.
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Bei diesem Aktuatorkonzept nach dem Federprinzip zur Änderung der Steifigkeit für adaptive Crashstrukturen ist die Reversibilität als einer der Hauptvorteile anzusehen. Der Auslösealgorithmus kann sehr empfindlich gestaltet werden um eine schnelle Einstellentscheidung zu bewirken. Ein Risiko eventueller Fehlauslösungen kann durch die Reversibilität in Kauf genommen werden. Mit Fehlauslösung ist hier eine unerwünschte Verstellung des Aktuators bezeichnet, die beispielsweise durch ein Schlagloch in der Straße, oder eine leichte Kollision mit einer Mülltonne oder einem Garagentor ausgelöst werden kann. Da das System reversibel ist, stellt sich der Aktuator nach der Fehlauslösung wieder in seine Ursprungsposition zurück. Der Fahrer merkt davon nichts. Das Federprinzip lässt sich auf verschiedene mechanische Wirkprinzipien, wie Schälen, Abschaben, Schneiden, Verjüngungen, Aufweiten, oder Umstülpen anwenden, also bei allen Crashboxen bei denen ein mechanisches Teil zur Adaption der Steifigkeit benötigt wird. Einfachheitshalber wird hier eine adaptive Crashbox auf Verjüngungsbasis als Basis beschrieben.
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5 zeigt eine Darstellung einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur in einer Einstellung hoher Steifigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 zeigt eine Darstellung der adaptiven Energieabsorptionsstruktur in einer Einstellung niedriger Steifigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 7 zeigt eine Darstellung einer Ausrückmatrize mit Sollbruchstellen zur Verwendung in einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ein Deformationselement 102, hier ein Rohr mit einer stumpfkegeligen Verjüngung an einem unteren Ende, ist in einem Kragen eines Gehäuses einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur geführt. In Verlängerung des Kragens ist innerhalb des Gehäuses eine feststehende Matrize 504 angeordnet, die das Deformationselement 102 im Fall eines Aufpralls mit einer niedrigen plastischen Deformation deformiert, wenn das Deformationselement 102 in einer Aufprallrichtung durch die feststehende Matrize 504 geschoben wird. Anschließend an die feststehende Matrize 504 ist im Gehäuse eine zerbrechbare Ausrückmatrize 104 angeordnet. Wenn bei einem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit ein Sperrelement 106, hier ein Ring von einer Feder 110 gehalten wird und die Ausrückmatrize 104 am Zerbrechen gehindert wird, so deformieren die feststehende Matrize 504 und die Ausrückmatrize 104 das Deformationselement 102 mit einer hohen plastischen Deformation, wenn das Deformationselement 102 durch die feststehende Matrize 504 und die abgestützte Ausrückmatrize 104 geschoben wird. Diese Einstellung ist in 5 dargestellt. Wenn ein Aktuator 308 eine Kraft auf das Sperrelement 106 ausübt, wie in 6 dargestellt, so wird das Sperrelement 106 entgegen der Federkraft der Feder 110 in eine Position gedrückt, in der das Sperrelement 106 die Matrize 104 nicht mehr abstützt. In dieser Position kann die Ausrückmatrize 104 zerbrechen, wenn das Deformationselement 102 in die Energieabsorptionsstruktur gedrückt wird. Damit wirkt ausschließlich die feststehende Matrize 504. Um das Sperrelement 106 nach einer vorsorglichen Einstellung der Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur wieder in die Ausgangslage zu versetzen, wird eine Kraft zum Vorspannen der Feder 110 durch ein hier nicht dargestelltes Übertragungselement vom Aktuator 308 auf das Sperrelement 106 übertragen, um es erneut hinter die Ausrückmatrize 104 zu bewegen.
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Die 5 und 6 zeigen das Grundprinzip der Adaption der Steifigkeit. Ein Ring als Sperrelement 106 oder Sperrring ist wie in 5 per Voreinstellung so eingestellt, dass die Crashbox immer auf die höchstmögliche Steifigkeit eingestellt ist. Die in 7 dargestellte Ausrückmatrize 104, die mit Sollbruchstellen versehen ist, kann nicht brechen, da sie vom Sperrring 106 festgehalten wird. Im Falle eines Niedriggeschwindigkeitscrashs wird, wie in 6 dargestellt, der Ring 106 sehr früh wegbewegt, so dass die Ausrückmatrize 104 keine Unterstützung durch den Sperrring 106 mehr hat, was zum Brechen des Bauteils 104 führt. In diesem Fall ist nur die feste Matrize aktiv. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Adaption der Steifigkeit mit der Ringposition zusammen hängt. Der Aktuator 308 gewährleistet die korrekte Ringposition bzw. Ringbewegung.
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Eine weitere mögliche Umsetzung des hier vorgestellten Ansatzes auf eine auf Verjüngung basierende adaptive Crashstruktur zeigen die 8 und 9.
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8 zeigt eine Darstellung einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur mit einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 zeigt eine Schnittdarstellung der adaptiven Energieabsorptionsstruktur mit der Vorrichtung zum Einstellen der Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur aus 8.
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Die in 8 gezeigte Vorspannung der adaptiven Crashstruktur wird mit einer Verriegelungseinheit gehalten. Diese kann beispielsweise als Klemmrollenfreilauf realisiert werden. Dazu ist ein Sperrring 106 über vier Kabel 312 mit einem Aktuator 308 verbunden. Der Aktuator 308 weist eine Aufwickeleinrichtung 310 in Form einer Spindel für die Kabel 312 auf. Die Kabel 312 sind an dem Sperrring 106 an vier gleichmäßig über den Sperrring 106 verteilten Punkten befestigt. Die Kabel 312 können eine Kraft zum Bewegen des Sperrrings 106 vom Aktuator 308 auf den Sperrring 106 übertragen, wenn die Aufwickeleinrichtung 310 in einer Drehrichtung 902 gedreht wird. Vier Druckfedern 110 sind an den vier Befestigungspunkten der Kabel 312 zwischen einem Gehäuse 100 der Crashstruktur und dem Sperring 106 angeordnet. Die Druckfedern 110 werden durch die über die Kabel übertragene Kraft komprimiert und vorbelastet. Die Federn 110 wirken entgegen der Kraft, die von den Kabeln 312 übertragen wird. In den Federn 110 ist im gespannten Zustand Federenergie gespeichert, die im Fall einer Steifigkeitsänderung zur Bewegung des Sperrrings 106 verwendet wird. Die Federn 110 sind in diesem Ausführungsbeispiel in gespannter Position dargestellt und stützen in diesem Ausführungsbeispiel eine Ausrückmatrize 104 der Energieabsorptionsstruktur in einer „steifen” Einstellung. Ebenso kann der Ring 106 in der gespannten Position die Energieabsorptionsstruktur in einer „weichen” Eistellung stützen, was für eine Anwendung des hier vorgestellten Ansatzes keinen Unterschied macht. In der „weichen Einstellung wirkt lediglich eine feste Matrize 504 und deformiert ein Deformationselement 102.
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Die 10, 11 und 12 zeigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, bei denen die Vorspannung der Federn 110 über eine Bahnkurve ausgeführt wird. 10 zeigt einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Bahnkurvenverstellung. 11 zeigt einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Bahnkurvenverstellung mit einer weiteren Position. 12 zeigt eine angedeutet räumliche Darstellung einer Bahnkurvenverstellung aus einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ein in den 10, 11 und 12 gezeigter Ring 1002 mit Zahnrad wird von einem Elektromotor entweder direkt oder über ein Getriebe gedreht. Der Ring 1002 weist eine Bahnkurve 1004 auf. Auf dem Ring 1002 liegt ein weiterer, gegen Verdrehung gesicherter Ring 1006 mit Bolzen oder Rollen 1008 auf, die auf der Bahnkurve 1004 aufliegen. Der weitere Ring 1006 wird durch eine oder mehrere Federn 110 angedrückt, so dass der Ring 1006 bei einer Verdrehung des ersten Rings 1002 translatorisch bewegt wird. Gleichzeitig mit der Anhebung des verdrehgesicherten Rings 1006 spannen sich die Feder/n 110 zwischen dem Sperrelement 1006 und dem Gehäuse 100. In einer oberen Lage weist die Bahn 1004 eine Mulde auf, so dass der Motor nach Spannen der Federn 110 keine Last mehr halten muss und stromlos bleiben kann. So wird in dieser Position die Ausrückmatrize abgestützt. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Stellung des Sperrelements 1006 eine „harte” Einstellung. Soll die adaptive Crashstruktur weich geschaltet werden, so dreht der Motor den ersten Ring 1002 etwas weiter, so dass die vorgespannte/n Feder/n 110 den weiteren verdrehgesicherten Ring 1006 zurück in Richtung Ausgangslage schieben. Diese Bewegung wird durch die Federkraft gewährleistet und kann durch den Motor unterstützt werden um zusätzlich an Dynamik zu gewinnen. Die Verstellung der adaptiven Crashstruktur in Richtung „weich” kann auch stufenweise durch weitere Mulden in der Bahnkurve 1004, wie in 11 dargestellt, realisiert werden, so dass Zwischenstufen der Steifigkeit dieser adaptiven Crashstruktur eingestellt werden können. Die Baugruppe mit den Ringen kann konzentrisch zur adaptiven Crashstruktur angeordnet oder als mehrere identische Baugruppen am Umfang der Crashstruktur verteilt vorliegen. Bei letzterer Anordnung kann diese durch einen gemeinsamen Motor über ein Verteilergetriebe oder durch mehrere Motoren angetrieben werden
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Die 13 und 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gemäß dem eine Vorspannung der Federn 110 mittels mehrerer Exzenter 1302 durchgeführt wird. Die Einstellung kann ebenso über einen einzigen Exzenter erfolgen. Der Exzenter kann so ausgebildet sein, dass eine Art Rastfunktion bei zwischen dem Ring 106 und dem Gehäuse 100 vorgespannter Feder 110 entsteht, die ermöglicht, dass das System zwei stabile Zustände für die hohe und die niedrige Steifigkeit der adaptiven Crashstruktur annehmen kann.
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Ein wesentlicher Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass beide Positionen des Rings 106 stromlos beibehalten werden können. Das heißt, dass sowohl der harte als auch der weiche Zustand der adaptiven Crashbox ohne elektrischen Strom gehalten werden können. Das bedeutet, dass wenn ein Fahrzeug geparkt ist, also im Zustand Zündung aus und ohne oder mit Insassen, der Fahrzeughersteller frei entscheiden kann, ob seine adaptive Crashbox auf „hart” gestellt werden soll. Dadurch können bei Niedriggeschwindigkeitscrashs eventuell hohe Reparaturkosten entstehen. Ebenso kann die adaptive Energieabsorptionsstruktur auf „weich” gestellt werden, was eventuell ein hohes Verletzungsrisiko für Insassen bergen kann.
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Zur Triggerung der Aktivierung können alle bekannten Sensorprinzipien eingesetzt werden, die in der Lage sind einen Crash zu erkennen. Es eignen sich vorausschauende Sensoren wie Radar, Licht und Ultraschall, aber auch Sensoren wie Beschleunigungs-, Druck oder Temperatursensoren sind hierfür geeignet. Aus Kostengründen und Performancegründen sind Crashsensoren wie Beschleunigungs- und/oder Drucksensoren sehr geeignet.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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