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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie und auf ein Verfahren zum Eistellen einer Steifigkeit einer derartigen Vorrichtung, die beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden können.
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Zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei Kollisionen werden häufig Crashstrukturen bzw. Aufprallstrukturen eingesetzt. Diese ersetzen Strukturen im Vorderwagen oder im Heck eines Fahrzeugs und können nach einem Unfall ausgetauscht werden.
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Die
EP 1 792 786 A2 zeigt eine Crashbox zur Eingliederung zwischen einem Stoßfängerquerträger und einem Fahrzeuglängsträger eines Kraftfahrzeugs. Die Crashbox weist ein gehäuseartiges Deformationsprofil als Faltkonstruktion aus Metallblech und eine längsträgerseitige Flanschplatte auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit sowie ein Verfahren zum Einstellen der Steifigkeit einer solchen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Eine adaptive Crashstruktur kann auf Basis eines Verjüngungsabsorbers arbeiten. Durch eine Zu- und Abschaltung von Matrizenplatten kann der Verjüngungsdurchmesser variiert und somit die Steifigkeit der Crashstruktur angepasst werden. Alternativ kann ein Verjüngungsabsorber auch so realisiert sein, dass z. B. durch eine Verschiebung eines Halteelements wie beispielsweise eines Ringes eine brechbar ausgelegte Matrize durch eine Aufprallkraft auf das Fahrzeug gebrochen werden kann, um so zwischen der hohen und der niedrigen Steifigkeit umzuschalten.
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Realisierbar ist ferner eine adaptive Crashstruktur, in der eine Abstützung der brechbaren Matrize hydraulisch implementiert ist. Ein Ventil regelt dabei die Härte der Crashstruktur. Dazu wird durch das Ventil die Möglichkeit des Abflusses aus einem mit Flüssigkeit gefüllten Stützvolumen hinter der Ausrückmatrize verändert. Ist das Ventil geschlossen, dann kann keine Flüssigkeit aus dem Stützvolumen entweichen und die Crashstruktur ist in der Stellung „hart”. Ist das Ventil geöffnet, dann kann die Flüssigkeit aus dem Stützvolumen austreten. Dies geschieht, sobald durch eine beginnende Verformung des Verjüngungsrohrs die Ausrückmatrizen brechen und dabei die Flüssigkeit aus dem Stützvolumen verdrängen. Anschließend ist die Crash-Struktur in der Stellung „weich”.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei Verwendung einer Flüssigkeit zur Abstützung einer ausrückbaren Matrize in einer crashadaptiven Struktur eine besonders robuste und wartungsarme Möglichkeit zum Einstellen einer Steifigkeit einer derartigen Struktur gegeben ist. In einer Weiterführung des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich besondere Vorteile aus einer Koppelung der crashadaptiven Struktur mit einem Hydraulikaggregat, z. B. einer ABS- oder ESP-Hydraulik, eines Fahrzeugs und der Verwendung der Hydraulikflüssigkeit des Aggregats als die die ausrückbare Matrize abstützende Flüssigkeit.
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Entsprechend kann mit dem ESP-Hydraulikaggregat die Steifigkeit der adaptiven Crashstruktur angepasst werden. Dabei kann die Steifigkeitsanpassung entweder vor oder unmittelbar nach Kollisionsbeginn stattfinden. ESP-Hydraulikaggregate sind häufig serienmäßig in Fahrzeugen verbaut und können mit geringfügigen Erweiterungen als Aktuator zum Einstellen der Steifigkeit der crashadaptiven Struktur eingesetzt werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung des ESP-Aggregats für die Aktuierung ist, dass viele moderne Sicherheitsfunktionen das ESP mit einbeziehen; davon profitiert die adaptive Crashstruktur. Das in das Fahrzeug integrierte ESP ist mit einem ACC (Adaptive Cruise Control) und/oder mit einem Videosensor des Fahrzeugs verbunden. Bekannt ist ebenfalls eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Airbag- und dem ESP-Steuergerät des Fahrzeugs; darauf basieren viele CAPS-Funktionen (CAPS = Combine Active and Passive Safety). Daraus ergibt sich eine Vielzahl an Funktionen, die es erlauben, die Steifigkeit der adaptiven Crashstruktur im Vorfeld einzustellen.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie mit einem Gehäuse zum Aufnehmen und Deformieren eines Deformationselements, wenn das Deformationselement in einer durch die Aufprallenergie bedingten Vorschubrichtung bewegt wird, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
eine innerhalb des Gehäuses angeordnete ausrückbare Matrize zum Aufnehmen und Deformieren des Deformationselements;
eine innerhalb des Gehäuses angeordnete mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllbare Kammer mit einem veränderbaren Volumen, wobei die Kammer ausgebildet ist, um bei einem ersten durch die Hydraulikflüssigkeit aufgebauten hydraulischen Druck eine Abstützung der ausrückbaren Matrize gegenüber einer in einer Querrichtung zu der Vorschubrichtung wirkenden Radialkraft des Deformationselements zu bewirken und bei einem zweiten durch die Hydraulikflüssigkeit aufgebauten hydraulischen Druck eine Freigabe der ausrückbaren Matrize für eine Bewegung zum Ausrücken durch die Radialkraft zu bewirken; und
eine mit der Kammer verbundene Durchgangsöffnung in dem Gehäuse zum Einstellen des ersten oder zweiten Füllungszustands der Kammer, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
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Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Verjüngungsabsorber handeln. Die Vorrichtung kann in einem Fahrzeug zur Absorption der durch eine Kollision des Fahrzeugs z. B. mit einem weiteren Fahrzeug oder einem stationären Objekt hervorgerufenen und auf das Fahrzeug und seine Insassen wirkenden Aufprallenergie eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann in einem Frontbereich oder in einem Heck des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Das Gehäuse kann z. B. eine Öffnung aufweisen, über die in einer Ruhestellung der Vorrichtung ein Endbereich des Deformationselements zumindest teilweise in das Gehäuse aufgenommen ist, und eine gegenüberliegende weitere Öffnung aufweisen, über die das Deformationselement nach einem Verformungsprozess aufgrund einer Kollision des Fahrzeugs aus dem Gehäuse austreten kann. Das Gehäuse kann beispielsweise aus einer ersten und zweiten Gehäusehälfte zusammengesetzt sein, wobei die erste Gehäusehälfte die Öffnung zum Aufnehmen des Deformationselements und die zweite Gehäusehälfte die weitere Öffnung für den Austritt des Deformationselements aus dem Gehäuse aufweisen kann. Das Gehäuse kann das Deformationselement oder Teile desselben bei der Bewegung des Deformationselements durch das Gehäuse vollumfänglich umschließen. Für die Unterbringung der ausrückbaren Matrize und der Kammer im Inneren des Gehäuses kann das Gehäuse eine Auswölbung aufweisen.
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Das Deformationselement kann als ein längliches Bauteil in Form eines z. B. runden oder eckigen Rohres ausgebildet sein. Ansprechend auf die Kollision kann das Deformationselement in der Vorschubrichtung entlang seiner Längsachse durch das Gehäuse bewegt und dabei durch die ausrückbare Matrize aufgenommen und deformiert werden, um die Aufprallenergie zu absorbieren. Die Deformation des Deformationselements kann in Form einer Verjüngung, also in einer Reduzierung eines Querschnitts, des Deformationselements durch die ausrückbare Matrize vonstattengehen.
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Die ausrückbare Matrize kann einstückig in Form eines runden oder eckigen Rahmens ausgebildet sein, dessen lichtes Innenmaß zumindest teilweise geringer als ein Querschnitt des Deformationselements vor Eintritt in einen Deformationsabschnitt der ausrückbare Matrize ist. Die ausrückbare Matrize kann einstückig gebildet sein oder aus mehreren nicht miteinander oder über Sollbruchstellen verbundenen Einzelteilen bestehen. Die Innenseite bzw. die Innenseiten der ausrückbaren Matrize können beispielsweise schräg verlaufen, so dass die ausrückbare Matrize eine Art Trichter bildet, der zu der Verjüngung des Deformationselements führt, während sich dieses aufgrund der Kollision an der Innenseite bzw. den Innenseiten der ausrückbaren Matrize entlang bewegt. Die ausrückbare Matrize kann so in dem Gehäuse angeordnet sein, dass in einem nicht ausgerückten Zustand eine Außenwand der ausrückbaren Matrize von einer Innenwand des Gehäuses beabstandet ist und durch die Kammer direkt oder indirekt gegenüber der Innenwand abgestützt wird. Durch eine Entfernung bzw. Verringerung der so gegebenen Abstützung kann die ausrückbare Matrize in ihrer Position verändert werden. Insbesondere kann die ausrückbare Matrize dann durch die Radialkraft des eindringenden Deformationselements zu der Innenwand des Gehäuses gedrückt und eventuell gebrochen werden. Entsprechend findet keine Verjüngung des Deformationselements durch die ausrückbare Matrize statt. Somit kann bei gegebener Abstützung der ausrückbaren Matrize eine hohe Steifigkeit der Vorrichtung vorliegen und bei fehlender Abstützung der ausrückbaren Matrize eine niedrige Steifigkeit der Vorrichtung vorliegen.
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Die Kammer kann beispielsweise eine Ringform aufweisen, wobei eine Außenwand der Kammer durch die Innenwand des Gehäuses gebildet sein kann. Die Veränderbarkeit des Volumens der Kammer kann dadurch realisiert werden, dass z. B. eine Innenwand oder ein Boden der Kammer durch ein Element der Vorrichtung gebildet wird, das verschiebbar in dem Gehäuse angeordnet ist. Dieses Element kann ansprechend auf ein Zuführen von Hydraulikflüssigkeit zu der Kammer oder ein Abführen von Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer und folglich einer Veränderung des herrschenden hydraulischen Drucks innerhalb des Gehäuses bewegt werden. Entsprechend kann das Volumen der Kammer vergrößert oder verkleinert werden, so dass entweder der erste oder der zweite hydraulische Druck in der Vorrichtung bestehen kann. Abhängig von der Funktionalität der Vorrichtung kann der erste hydraulische Druck, der die Abstützung der ausrückbaren Matrize gewährleistet, bei einem kleinen oder einem großen Volumen der Kammer vorliegen. Die Abstützung der ausrückbaren Matrize kann mittelbar oder unmittelbar durch die Kammer erfolgen. Abhängig von der konkreten Ausführungsform der Vorrichtung kann die Kammer in der ersten oder in der zweiten Gehäusehälfte angeordnet sein.
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Die Durchgangsöffnung kann abhängig von der Position der Kammer innerhalb des Gehäuses in der ersten oder der zweiten Gehäusehälfte angeordnet sein. Über die Durchgangsöffnung kann Hydraulikflüssigkeit in die Kammer eingeleitet werden oder aus der Kammer ausgeleitet werden, um so ein Volumen der Kammer zu verändern. Unter dem Einstellen der Steifigkeit kann z. B. eine Absenkung von der hohen auf die niedrige Steifigkeit der Vorrichtung verstanden werden. Dies kann erreicht werden, indem das Volumen der Kammer so verändert wird, dass die Abstützung der ausrückbaren Matrize nicht mehr gegeben ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in einer Grundeinstellung der Vorrichtung der erste hydraulische Druck in der Kammer bestehen. Entsprechend kann die Vorrichtung in der Grundeinstellung die hohe Steifigkeit aufweisen. So kann vorteilhafterweise ein größtmöglicher Insassenschutz gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung ferner eine zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschiebbare Abstützeinrichtung aufweisen. Die Abstützeinrichtung kann zwischen der ausrückbaren Matrize und dem Gehäuse angeordnet und ausgebildet sein, um ansprechend auf den ersten hydraulischen Druck in der ersten Position angeordnet zu sein und ansprechend auf den zweiten hydraulischen Druck in der zweiten Position angeordnet zu sein. Die Abstützeinrichtung kann beispielsweise als ein die ausrückbare Matrize umgebender Ring oder Sperrring ausgebildet sein. So kann vorteilhafterweise in der ersten Position der Abstützeinrichtung eine nach allen Seiten gleichmäßige Abstützung der ausrückbaren Matrize gewährleistet werden, so dass eine Deformation des Deformationselements bei hoher eingestellter Steifigkeit der Vorrichtung optimal und mit einem Maximum an Energieabsorption ablaufen kann. Der Ring kann eine geringe Dicke aufweisen und in der ersten Position mit einem etwa gleich dicken Fortsatz der ausrückbaren Matrize in einer Ebene liegend und diesen umgebend in dem Gehäuse angeordnet sein. Die Abstützeinrichtung kann aus einem Material gebildet sein, das eine ausreichende Festigkeit aufweist, um in der ersten Position die ausrückbare Matrize so gegenüber der Radialkraft des sich entlang der Innenseite(n) der ausrückbaren Matrize bewegenden Deformationselements abzustützen, dass das Deformationselement durch die ausrückbare Matrize verjüngt werden kann. Für die zweite Position kann die Abstützeinrichtung ansprechend auf die Druckänderung vom ersten auf den zweiten hydraulischen Druck so weit relativ zu der ausrückbaren Matrize bewegt werden, dass sie diese für eine Bewegung zum Ausrücken freigibt. Die für einen Wechsel zwischen der ersten und der zweiten Position erforderliche Volumenänderung der Kammer kann geringfügig sein. Dies bietet den Vorteil, dass die ausrückbare Matrize auf einfache und insbesondere schnelle Weise zum Ausrücken freigegeben werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz eines langsameren und damit kostengünstigeren Aktuators zur Auslösung der Volumenänderung.
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Beispielsweise kann die Abstützeinrichtung in der Vorschubrichtung zwischen der ersten Position und der zweiten Position verschiebbar sein. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer besonders kurzen Verstellzeit für ein Umschalten zwischen der hohen und der niedrigen Steifigkeit der Vorrichtung, da bereits eine geringe Volumenänderung der Kammer das Umschalten ermöglichen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung eine weitere innerhalb des Gehäuses angeordnete Kammer mit einem veränderbaren Volumen aufweisen. Die weitere Kammer kann über eine weitere Durchgangsöffnung in dem Gehäuse mit der Hydraulikflüssigkeit befüllbar sein. Entsprechend kann die Abstützeinrichtung zwischen der Kammer und der weiteren Kammer angeordnet sein. Beispielsweise können die Kammer und die weitere Kammer in je einer Gehäusehälfte des Gehäuses angeordnet sein. Vorteilhafterweise können bei dieser Ausführungsform Anforderung an eine Fluiddichtigkeit der Vorrichtung geringer ausfallen, wodurch Herstellungskosten und -zeit eingespart werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Außenwand der Kammer und/oder der weiteren Kammer eine fluiddichte Membran aufweist. Beispielsweise kann ein Inneres der Kammer mit der fluiddichten Membran ausgekleidet sein. Die fluiddichte Membran kann ferner dehnbar sein, um an die Volumenänderung der Kammer anpassbar zu sein. So kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Reversibilität der Vorrichtung gewährleistet werden, da im Falle einer Fehlauslösung ohne weiteres das Kammervolumen der Grundeinstellung der Vorrichtung wieder hergestellt werden kann.
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Ferner kann ein Bereich zwischen der ausrückbaren Matrize und dem Gehäuse fluiddicht sein. So kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass keine Hydraulikflüssigkeit zwischen die ausrückbare Matrize und das Deformationselement gelangen und die Funktionalität der Vorrichtung beeinträchtigen kann.
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Ferner kann die Vorrichtung eine nicht-ausrückbare Matrize zum Aufnehmen und Deformieren des Deformationselements aufweisen, wobei insbesondere ein Bereich zwischen der ausrückbaren Matrize und der nicht-ausrückbaren Matrize fluiddicht ist. Die nicht-ausrückbare Matrize kann der ausrückbaren Matrize in dem Gehäuse in der Vorschubrichtung vorgelagert angeordnet sein. Die nicht-ausrückbare oder feste Matrize kann durch den Aufprall unzerstörbar, also aus einem robusteren Material als das Deformationselement gebildet sein, so dass der sich bei dem Aufprall in das Gehäuse bewegende Abschnitt des Deformationselements beim Eindringen in diese Matrize verjüngt werden kann. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bereits eine Verjüngung des Deformationselementes eingeleitet wird, so dass nicht die erste Deformation des Deformationselementes an der ausrückbaren Matrize erfolgt. Ferner kann auf diese Weise ebenfalls vorteilhaft gewährleistet werden, dass keine Hydraulikflüssigkeit zwischen die ausrückbare Matrize und das Deformationselement gelangen und die Funktionalität der Vorrichtung beeinträchtigen kann.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein System zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei das System die folgenden Merkmale aufweist:
eine Vorrichtung gemäß einer der im Vorhergehenden erläuterten Ausführungsformen; und
ein Hydraulikaggregat, das mit der Durchgangsöffnung und/oder der weiteren Durchgangsöffnung der Vorrichtung derart gekoppelt ist, dass ein Fluss der Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Hydraulikaggregat und der Vorrichtung gewährleistet ist.
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Beispielsweise kann es sich bei dem Hydraulikaggregat um ein ESP-Hydraulikaggregat (ESP = Elektronisches Stabilitätsprogramm) handeln, das in einem Fahrzeug, das die oben genannte Vorrichtung aufweist, ebenfalls verbaut ist. Das ESP-Hydraulikaggregat kann als ein Fahrerassistenzsystem dienen und beispielsweise eine automatische Bremsfunktion bereitstellen und/oder mit einem Airbag-Steuergerät des Fahrzeugs gekoppelt sein. Entsprechend kann es sich bei der in dem System verwendeten Hydraulikflüssigkeit um eine Bremsflüssigkeit des Hydraulikaggregats handeln. Das Hydraulikaggregat kann z. B. über eine oder mehrere Leitungen mit der Vorrichtung gekoppelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das System ein zwischen dem Hydraulikaggregat und der Durchgangsöffnung angeordnetes Ventil und/oder ein zwischen dem Hydraulikaggregat und der weiteren Durchgangsöffnung angeordnetes weiteres Ventil zum Einstellen des ersten hydraulischen Drucks oder des zweiten hydraulischen Drucks in der Kammer und/oder der weiteren Kammer aufweisen. Bei dem Ventil bzw. den Ventilen kann es sich um ein stromlos geschlossenes Ventil bzw. Ventile handeln. Eine Verwendung von Ventilen bietet den Vorteil, dass ein erwünschtes Volumen in der oder den Kammern besonders schnell und exakt hergestellt und z. B. auch bei Erschütterungen des Fahrzeugs ohne weiteres aufrecht erhalten werden kann. Ein stromlos geschlossenes Ventil bietet den weiteren Vorteil, dass z. B. eine Einstellung der Vorrichtung auf die hohe Steifigkeit auch stromlos gehalten werden kann.
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Ferner kann das System eine weitere Hydraulikflüssigkeit und eine Medientrenneinrichtung zur Trennung der Hydraulikflüssigkeit und der weiteren Hydraulikflüssigkeit aufweisen. Dabei kann die Hydraulikflüssigkeit mit dem Hydraulikaggregat gekoppelt sein und die weitere Hydraulikflüssigkeit mit der Vorrichtung gekoppelt sein. Die weitere Hydraulikflüssigkeit kann ausgebildet ist, um durch die Hydraulikflüssigkeit bewegt zu werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass keine Bremsflüssigkeit für die Funktionalität der Vorrichtung verwendet werden braucht. So kann die Fahrsicherheit vorteilhaft erhöht werden, da die Bremsflüssigkeit vollständig in Bremshydraulikkreisen verbleibt.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung gemäß einer der vorangegangenen Ausführungsformen und/oder eines System gemäß einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Empfangen eines Signals mit einer Information über die Aufprallenergie;
Vergleichen eines Wertes des Signals mit einem Schwellwert; und
Einstellen des ersten hydraulischen Drucks oder des zweiten hydraulischen Drucks in der Kammer und/oder der weiteren Kammer, um die Steifigkeit der Vorrichtung auf ein geringeres oder höheres Niveau einzustellen, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass der Wert ein vorbestimmtes Verhältnis zu dem Schwellwert aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Schritt des Einstellens der erste hydraulische Druck oder der zweite hydraulische Druck in der Kammer und/oder der weiteren Kammer eingestellt werden, indem mittels einer Kolbenbewegung eines Hydraulikaggregats ein Druck auf die Hydraulikflüssigkeit ausgeübt wird. Dies bietet den Vorteil einer besonders einfach und kostengünstig umzusetzenden Möglichkeit zur Veränderung des hydraulischen Drucks.
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Das Verfahren kann beispielsweise in einem Steuergerät durchführt werden, das mit der im Vorhergehenden erläuterten Vorrichtung verbunden sein kann. Bei dem Steuergerät kann es sich beispielsweise um das Steuergerät eines ESP-Hydraulikaggregats eines Fahrzeugs handeln. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen der im Vorhergehenden erläuterten erfindungsgemäßen Vorrichtung durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter dem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Beispielsweise kann das Steuergerät die Information über die Aufprallenergie von einem Sensor, z. B. einem Beschleunigungssensor, des Fahrzeugs empfangen, der die Schwere, Position und Richtung eines sich ereignenden Aufpralls auf das Fahrzeug erfasst. Der Schritt des Vergleichens der Aufprallenergie mit dem Schwellwert kann in dem Steuergerät mittels eines geeigneten Algorithmus durchgeführt werden. Aus einem Unterschreiten bzw. Überschreiten des Schwellwerts kann auf eine Schwere der Kollision geschlossen werden. Sollte der Vergleich ergeben, dass sich eine Kollision geringer Schwere ereignet, steht eine Herabsetzung der Steifigkeit der Vorrichtung zu Gebote. Entsprechend kann z. B. über einen Fahrzeugbus ein Aktivierungssignal z. B. an ein Ventil des ESP-Aggregats bereitgestellt werden, so dass dieses geöffnet wird, um den hydraulischen Druck in der Vorrichtung abhängig von der Funktionalität der Vorrichtung zu erhöhen oder abzusenken. Ergibt hingegen der Schritt des Vergleichens, dass die Schwere der Kollision groß ist, so kann eine Bereitstellung des Aktivierungssignals unterdrückt werden, so dass die Abstützeinrichtung in der ersten Position verbleibt und die Vorrichtung auf die hohe Steifigkeit eingestellt bleibt, um ein hohes Maß an Aufprallenergie absorbieren zu können.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird. Unter einer Datenverarbeitungsanlage kann auch ein Steuergerät in einem Fahrzeug verstanden werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schnittbild einer adaptiven Crashstruktur in Ruhestellung;
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2 ein Schnittbild einer adaptiven Crashstruktur mit einem hydraulischen Ring;
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3 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Hydraulikaggregat eines Fahrzeugs;
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4 einen Schnitt durch eine adaptive Crashstruktur in Ruhestellung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5A einen Schnitt durch eine adaptive Crashstruktur in Ruhestellung, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5B einen Schnitt durch die adaptive Crashstruktur aus 5A in aktuierter Stellung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine perspektivische Darstellung einer ausrückbaren Matrize gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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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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Eine adaptive Crashstruktur kann auf unterschiedlichen Prinzipien basieren. So ist beispielsweise eine adaptive Energieaufnahme einer Crashstruktur durch das Entfernen von Versteifungsrippen durch Schneidearbeit oder durch eine adaptive Energieaufnahme einer Crashstruktur durch Verjüngung umsetzbar. Zum Einstellen der Steifigkeit kann eine schnelle und genaue Aktuatorik vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein integrierter Drucksensor oder ein Wirbelstromaktuator vorgesehen sein. Realisierbar ist auch eine stufenlose adaptive Crashstruktur mit achsparalleler Verschiebung des Rings.
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1 zeigt ein mögliches ”Trockenkonzept”, also ein nicht-hydraulisches Konzept für eine adaptive Aufprallstruktur. Gezeigt ist ein Längsschnitt durch einen einstellbaren Aufprallabsorber 100, wie er beispielsweise in einen Vorderwagen eines Fahrzeugs installiert sein kann. Der adaptive Aufprallabsorber 100 umfasst ein Deformationselement 110, das hier als ein Rohr ausgebildet ist, sowie ein Gehäuse 120, in dem eine nicht-ausrückbare Matrize 130 und eine ausrückbare Matrize 140 angeordnet sind. In 1 ist eine Ruhestellung des Systems 100 dargestellt. Hier ist ein innerhalb des Gehäuses verschiebbarer Ring 150 zwischen der ausrückbaren Matrize 140 und einer Wand des Gehäuses 120 angeordnet, so dass die ausrückbare Matrize 140 abgestützt ist. Bei dieser Grundeinstellung des Systems 100 ist die Spule 160 nicht bestromt. Die Grundeinstellung liegt beim normalen Fahrbetrieb oder beim Stillstand des Fahrzeugs vor. In der Grundeinstellung kann ein mit einem Boden des Rings 150 verbundenes Federelement 170 eine Kraft auf den Ring 150 ausüben und den Ring 150 auf Höhe der brechbaren Matrize 140 halten, so dass der Ring 150 die Matrize 140 abstützen kann. Im Falle einer Kollision des Fahrzeugs wird in der in 1 dargestellten Grundeinstellung des Aufprallabsorbers 100 das Rohr 110 in einer mithilfe eines Pfeils dargestellten Vorschubrichtung 180 entlang seiner mittels einer Punkt-Strich-Linie gekennzeichneten Längserstreckung in die nicht-ausrückbare Matrize 130 und in die ausrückbare 140 Matrize geschoben und dabei stark verjüngt. Somit befindet sich der Aufprallabsorber 100 in der anhand der 1 erläuterten Ruhestellung in der Stellung „hart”, ist also auf eine hohe oder maximale Steifigkeit eingestellt und kann ein hohes Maß an Aufprallenergie absorbieren bzw. abbauen.
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Bei einer – in 1 nicht gezeigten – Aktuierung der Vorrichtung 100 wird der Ring (oder Sperrring) 150 ansprechend auf einen Stromfluss durch die Spule 160 gegen die Feder 170 nach unten verschoben. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 110 ebenfalls in die nicht-ausrückbare Matrize 130 und in die ausrückbare 140 Matrize ein. Da der Ring 150 die ausrückbare Matrize nicht abstützt, kann diese infolge der Aufprägung einer Radialkraft durch das Rohr 110 – beispielsweise an vorgesehenen Sollbruchstellen – brechen und ausrücken. Der Verjüngungsgrad des Rohrs 110 ist somit verglichen mit der Grundeinstellung geringer und somit befindet sich die Vorrichtung 100 hier in der Stellung „weich”.
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2 zeigt ein Schnittbild einer adaptiven Crashstruktur mit einem hydraulischen Ring. Hier wird für den in der Darstellung in 1 gezeigten Ring als Element, welches sowohl verschoben wird als auch die Abstützung der ausrückbaren Matrize darstellt, eine Alternative in Form eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Hohlraums vorgestellt. Mit diesem Konzept kann eine Abstützung von Verjüngungsmatrizen einer Crashstruktur mittels hydraulischen Druckaufbaus realisiert werden.
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Gezeigt ist in einer Längsschnittdarstellung eine Vorrichtung 200 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie. Die Vorrichtung 200 ist als eine adaptive Crashstruktur realisiert. Der Grundaufbau der Vorrichtung 200 entspricht dem Aufbau des anhand der 1 erläuterten Aufprallabsorbers und umfasst das Deformationselement 110 sowie das Gehäuse 120. Das Deformationselement 110 ist wiederum als ein Rohr ausgeführt. Der Rohrquerschnitt ist rund skizziert. Es sind ebenso andere Querschnitte, beispielsweise rechteckig, viereckig, oval, usw., möglich. Das Gehäuse 120 der adaptiven Crashstruktur 200 ist aus einer ersten Gehäusehälfte 222 und einer zweiten Gehäusehälfte 224 zusammengesetzt, wobei eine Wand der ersten Gehäusehälfte 222 in einem oberen Abschnitt an dem Deformationselement 110 anliegt und sich in einem unteren Abschnitt nach außen wölbt. Eine Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 setzt auf Höhe der Wölbung an und ist in einem Endbereich wieder in Richtung des Deformationselements 110 zurückgesetzt. Gemäß der Darstellung in 2 weist die Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 an gegenüberliegenden Positionen auf gleicher Höhe je eine Durchgangsöffnung auf, in der je ein Ventil 230 angeordnet ist. Alternativ kann die Vorrichtung 200 auch lediglich eine Durchgangsöffnung und ein Ventil 230 aufweisen. In einer durch die Wölbungen der ersten Gehäusehälfte 222 und zweiten Gehäusehälfte 224 gebildeten Hohlraum zwischen Gehäusewand und Deformationselement 110 ist in einem oberen Bereich die nicht-ausrückbare Matrize 130 und in einem unteren Bereich die an die nicht-ausrückbare Matrize 130 angrenzende ausrückbare Matrize 140 angeordnet. In der in 2 gezeigten Darstellung befindet sich der untere Bereich in Bezug auf die Vorschubrichtung 180 des Deformationselements 110 hinter dem oberen Bereich.
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Wie 2 zeigt, ist die nicht-ausrückbare Matrize 130 mit einer Außenwand an eine Innenwand des Gehäuses 120 angrenzend angeordnet und verbreitert sich an einer Innenseite in einen Bereich des Gehäuses 120 hinein, in den das Deformationselement 110 im Falle eines Aufpralls auf das Fahrzeug und damit die Vorrichtung 200 geschoben wird. Durch die erste Gehäusehälfte 222 wird die nicht-ausrückbare Matrize 130 in Position gehalten, so dass sie durch das Deformationselement 110 nicht verschoben werden kann. Die ausrückbare Matrize 140 ist so in der zweiten Gehäusehälfte 224 angeordnet, dass zwischen einer Außenseite der ausrückbaren Matrize 140 und der Innenwand der Gehäusehälfte 224 eine Kammer 240 gebildet wird, die gemäß dem hier vorgestellten Ansatz mit einer Flüssigkeit 250, z. B. einer Hydraulikflüssigkeit, gefüllt ist. Analog zu der nicht-ausrückbaren Matrize 130 weist auch die ausrückbare Matrize 140 einen sich in Bewegungsrichtung des Deformationselements 110, hier nach unten, verbreiternden Querschnitt auf, wobei die ausrückbare Matrize 140 so an die nicht-ausrückbare Matrize 130 angrenzend angeordnet ist, dass sich die jeweiligen Innenseiten stufenlos zu einer geneigten Fläche verbinden, an der das Deformationselement 110 im Fall eines Aufpralls entlang gleitet und dabei verjüngt wird. Die Bewegung des Deformationselements 110 erfolgt somit relativ zu den Matrizen 130, 140. Die in der Wand des Gehäuses 120 auf Höhe der ausrückbaren Matrize 140 angeordneten Ventile 230 sind so mit der Kammer 240 verbunden, dass bei einer Öffnung der Ventile 230 durch diese ein Teil oder eine Gesamtmenge der Flüssigkeit 250 aus der Kammer 240 entweichen kann.
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Bei der in 2 gezeigten Vorrichtung 200 sind die nicht-ausrückbare Matrize 130 und die ausrückbare Matrize 140 ringförmig ausgeführt. Entsprechend ist auch die Kammer 240 als ein die ausrückbare Matrize 140 ringförmig umlaufender mit der Flüssigkeit 250 gefüllter Kanal ausgeformt. Bei der Vorrichtung 200 weist die ausrückbare Matrize 140 an der Außenseite eine umlaufende Gummiabdichtung 260 auf. Wird ausgehend von dem in 2 gezeigten Zustand Flüssigkeit 250 aus der Kammer 240 abgelassen, so kann die ausrückbare Matrize 140 durch das sich bewegenden Deformationselement 110 in Richtung der Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 gedrückt werden. Dabei kann die ausrückbare Matrize 140 entlang der Gleitflächen der nicht-ausrückbaren Matrize 130 und des Gehäuses 224 bewegt werden. Durch die Bewegung der ausrückbaren Matrize 140 vergrößert sich der Abstand zwischen gegenüberliegenden Bereichen der ausrückbare Matrize 140, wodurch das Deformationselement 110 bei einer weiteren Bewegung entlang der ausrückbaren Matrize 140 weniger stark deformiert wird. Durch Ablassen von Flüssigkeit 250 aus der Kammer 240 kann ein Innendurchmesser der ausrückbaren Matrize 140 stufenlos eingestellt, insbesondere vergrößert, und somit ein Grad der Deformation des Deformationselements 110 eingestellt werden. Die ausrückbare Matrize 140 kann so weit zurückgedrückt werden, dass durch die ausrückbare Matrize 140 keine über die durch die nicht-ausrückbare Matrize 130 bewirkte Deformation hinausgehende Deformation bewirkt wird. Eine Bewegung der ausrückbaren Matrize 140 in Richtung der Wand des Gehäuseteils 224 kann durch Schließen der Ventile 230 gestoppt werden. Sind die Ventile 230 geschlossen, so wird eine von dem Deformationselement 110 auf die ausrückbare Matrize 140 wirkende Kraft über die Flüssigkeit 250 in der Kammer 240 auf die Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 übertragen. Durch die Flüssigkeit 250 kann die Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 die ausrückbare Matrize 140 gegenüber dem Deformationselement 110 abstützen.
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Gemäß dem hierin vorgestellten Ansatz kann eine adaptive Crashstruktur der Art, wie sie in 2 beschrieben ist, vorteilhaft in Verbindung mit einem Hydraulikaggregat, beispielsweise einem ABS- oder ESP-Hydraulikaggregat, das in einem Fahrzeug installiert ist, eingesetzt werden. Das ESP-Hydraulikaggregat kann hier als Aktuator zum Einstellen einer Steifigkeit der adaptiven Crashstruktur verwendet werden.
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3 zeigt entsprechend in einer Prinzipdarstellung ein adaptives System 300 zur Aufnahme von Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind eine Draufsicht auf eine Vorderwagenstruktur eines Fahrzeugs 305 und – in stark vereinfachter Darstellung – ein ESP-Hydraulikaggregat 310 des Fahrzeugs 305. Bei dem Fahrzeug 305 ist in beide vorderen Längsträger je eine adaptive Crashstruktur 315 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung integriert. Das ESP-Hydraulikaggregat 310 verfügt grundsätzlich über sechs hydraulische Anschlüsse, nämlich vier Anschlüsse 320 für die Bremsung jedes Rades, also des linken und rechten Vorderrades sowie des linken und rechten Hinterrades, sowie zwei Anschlüsse 330 für beide Teile eines Tandem-Hauptbremszylinders (THZ) des Fahrzeugs 305. Für die Umsetzung des hier vorgeschlagenen Ansatzes sind zwei weitere Anschlüsse 340 am ESP-Hydraulikaggregat 310 vorgesehen. Ein erster Anschluss 340 verbindet das ESP-Hydraulikaggregat 310 mit der links im Fahrzeug 305 angeordneten adaptiven Crashstruktur 315, und ein zweiter Anschluss 340 verbindet das ESP-Hydraulikaggregat 310 mit der rechts im Fahrzeug 305 angeordneten adaptiven Crashstruktur 315. Die Anschlüsse 340 können als von einer Hydraulikflüssigkeit des ESP-Hydraulikaggregats 310 durchflossene Leitungen ausgeführt sein und werden für die Aktuierung der adaptiven Crashstrukturen 315 verwendet.
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Ein wesentlicher Vorteil eines ESP-Aggregats 310 für die Aktuierung ist, dass viele moderne Sicherheitsfunktionen das ESP mit einbeziehen; davon profitiert die adaptive Crashstruktur 315. Das ESP 310 ist – wenn vorhanden – mit einem Abstandsregeltempomat bzw. ACC (Adaptive Cruise Control) und/oder mit einem Videosensor des Fahrzeugs 305 verbunden. Bekannt ist ebenfalls eine bidirektionale Kommunikation zwischen einem Airbag-Steuergerät des Fahrzeugs 305 und dem ESP-Steuergerät 310; darauf basieren viele CAPS-Funktionen (CAPS = Combine Active and Passive Safety). Daraus ergibt sich eine Vielzahl an Funktionen, die es erlauben, die Steifigkeit der adaptiven Crashstruktur 315 im Vorfeld einzustellen. Ein konkretes Beispiel kann mit automatischen Bremsfunktionen dargestellt werden. Solche Systeme erkennen einen Aufprall und warnen den Fahrer immer stärker, bevor eine autonome (Voll-)Bremsung durchgeführt wird, wenn der Fahrer nicht reagiert. Erkennt das System, dass ein Aufprall nicht vermieden werden kann, sondern dessen Schwere lediglich vermindert werden kann, könnte die adaptive Crashstruktur 315 auf die Stellung „weich” geschaltet werden, um die Reparaturkosten zu minimieren.
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Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Fahrzeug 305 auch mit einer Videokamera und mit einer Funktion ”Side Crash Warning” („Seitenaufprallalarm”) ausgestattet sein. Entsprechend kann erkannt werden, ob das Fahrzeug 305 mit einem festen Objekt, mit einem großen schweren oder einem kleinen leichten Fahrzeug kollidiert oder auf die Seite eines Fremdfahrzeuges aufprallt. Ist letzteres der Fall, kann die Steifigkeit der adaptiven Crashstruktur 315 herabgesetzt sein, um Seitenverletzungen des anderen Fahrteilnehmers gering zu halten.
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Innerhalb des Gehäuses der adaptiven Crashstruktur 315 kann die Unterstützung der ausrückbaren Matrize unterschiedlich erfolgen. Anhand von in den nachfolgenden 4, 5A und 5B erläuterten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sollen zwei Prinzipien der Ansteuerung einer adaptiven Crashstruktur mittels eines ESP-Hydraulikaggregats verständlich gemacht werden.
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4 zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel der adaptiven Crashstruktur 315 in Ruhestellung. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 315 wird ein Prinzip umgesetzt, bei dem ein hydraulischer Druck einen aktiven Gegendruck auf die ausrückbare Matrize ausübt. Der Aufbau der Vorrichtung 315 entspricht dem der in 2 gezeigten Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass hier auf die Ventile verzichtet wurde. Die adaptive Crashstruktur 315 weist stattdessen eine Durchgangsöffnung 410 auf, die hier über einen anhand von 3 erläuterten Anschluss 340 mit dem ESP-Aggregat 310 des Fahrzeugs 305 verbunden ist. Bei dem Anschluss 340 kann es sich beispielsweise eine Bremsleitung handeln. Bei der Flüssigkeit 250 handelt es sich hier um Hydraulikflüssigkeit des Hydraulik-Aggregats 310, z. B. Bremsflüssigkeit. Die Funktionalität der adaptiven Crashstruktur 315 entspricht der anhand von 2 erläuterten. Auf einen Sperrring zur Abstützung der ausrückbaren Matrize 140 wie er beispielsweise bei dem anhand der 1 erläuterten Aufprallabsorber erforderlich ist, kann hier also verzichtet werden, da die Abstützung der brechbaren bzw. ausrückbaren Matrize 140 durch den Gegendruck der Hydraulikflüssigkeit 250 realisiert wird.
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Wie die Darstellung in 4 deutlich macht, findet eine effektive Abstützung der ausrückbaren Matrize 140 dadurch statt, dass ein in das ESP-Hydraulikaggregat integriertes Ventil (in 4 nicht gezeigt) dafür sorgt, dass die in der Kammer 240 eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit 250 nicht in Richtung des ESP-Aggregats abfließen kann. Entsprechend ist die adaptive Crashstruktur 315 hier in der Stellung „hart”. Für die Stellung „weich” wird das im ESP platzierte Ventil geöffnet, so dass die Flüssigkeit 250 zurückfließen kann.
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Wie bereits anhand von 2 erläutert, weist auch die in 4 gezeigte adaptive Crashstruktur 315 die zylindrische Gummiabdichtung 260 auf. Ihre Verwendung ist vorteilhaft für die Abdichtung bzw. Isolierung der ausrückbaren Matrize 140 gegenüber der Hydraulikflüssigkeit 250. Die Gummiabdichtung 260 gewährleistet, dass der Verjüngungsvorgang des Deformationselements 110 – auch bei einem Brechen von eventuellen Sollbruchstellen der ausrückbaren Matrize 140 – nicht von äußeren Einflüssen gestört wird.
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Da bei der in 4 gezeigten Vorrichtung 315 kein Ring bzw. Sperrring benötigt wird, kann der Bauraum der adaptiven Crashstruktur 315 kleiner ausfallen, was die Herstellungskosten verringert. Ein weiterer Vorteil des hier gezeigten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 315 ist, dass der Verjüngungsgrad und somit die Steifigkeit stufenlos eingestellt werden können.
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Anhand der nachfolgenden 5A und 5B soll ein anderes Prinzip des hier vorgeschlagenen Ansatzes vorgestellt werden. Hier bewegt der aus dem ESP-Aggregat stammende hydraulische Druck einen Sperrring gegen eine Feder.
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5A zeigt entsprechend in einer Längsschnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der adaptiven Crashstruktur 315 in Ruhestellung. Die hiermit vorgestellte Funktionalität ist der anhand der 1 erläuterten ähnlich. Das Federelement 170, der Sperrring 150, die nicht-ausrückbare Matrize 130 und die ausrückbare Matrize 140 sind genauso vorhanden. Die Spule wird hier durch die Kammer 240 ersetzt, der hier die Funktion zukommt, bei einer Aktuierung der Vorrichtung 315 den Sperrring bzw. die Abstützeinrichtung 150 durch eine Volumenänderung durch Druckbeaufschlagung entgegen der Kraft der Feder 170 so weit aus ihrer Position zu bewegen, dass die ausrückbare Matrize 140 ausrücken kann. Entsprechend ist die Kammer 240 hier nicht wie in 4 in der zweiten Gehäusehälfte 224, sondern in der ersten Gehäusehälfte 222 zwischen der nicht-ausrückbaren Matrize 130 und einer Innenwand der ersten Gehäusehälfte 222 an die Abstützeinrichtung 150 angrenzend angeordnet. Um eine gute Dichtheit gewährleisten zu können, ist oberhalb des Rings 150 eine Dichtmembran 500 vorgesehen, innerhalb der sich die Hydraulikflüssigkeit 250 ausbreiten kann. Ein Bereich 510 unterhalb der Abstützeinrichtung 150 ist mit Luft gefüllt.
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5B zeigt in einer weiteren Längsschnittdarstellung die adaptive Crashstruktur 315 aus 5A in aktuierter Stellung. Hier ist die Stellung dargestellt in der sich der Sperrring bzw. die Abstützeinrichtung 150 befindet, wenn vom ESP-Hydroaggregat 310 Druck beaufschlagt wurde. Über die Druckbeaufschlagung von dem ESP-Aggregat 310, beispielsweise mittels einer Kolbenbewegung, wurde die in ihrem Volumen veränderbare Kammer 240 mit einem Druck beaufschlagt, der ausreichend war, um die Abstützeinrichtung 150 entgegen der Kraft des Federelements 170 zu bewegen. Die Abstützeinrichtung 150 wurde hier in der Vorschubrichtung so weit zu einem Boden der zweiten Gehäusehälfte 224 hin bewegt, dass sie die ausrückbare Matrize 140 nicht mehr gegenüber einer durch das Deformationselement 110 aufgeprägten Radialkraft abstützt.
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Die Luft, die sich unterhalb des Rings 150 in dem Bereich 510 befindet, ist komprimierbar; daher ist die Bewegung des Rings 150 nicht oder kaum beeinträchtigt. Der Sperrring 150 stützt die brechbare Matrize 140 nicht mehr ab, diese kann somit brechen, wenn das Rohr 110 eindringt. Dies ist demnach die weiche Einstellung der adaptiven Crashstruktur 315. Falls es bei einer Kollision zu einer Beschädigung der fluiddichten Membran 500 kommen sollte, ist das kein gravierendes Problem da die adaptive Crashbox 315 ohnehin verformt wird und in der Folge ausgetauscht wird. Kommt es zu keiner Kollision, weil es sich z. B. um eine Fehlauslösung handelte, drückt die Feder 170 den Ring 150 wieder in die ursprüngliche Stellung bzw. erste Position zurück, und die Flüssigkeit 250 wandert wieder zum ESP-Aggregat 310 zurück. Das System 315 ist somit reversibel und ermöglicht sehr vorteilhaft die definierte Umschaltung zwischen den Stellungen „hart” und „weich”.
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Eine weitere, in den Figuren nicht gezeigte, Alternative besteht darin, den Raum 510 unterhalb des Sperrrings 150 ebenso mit Flüssigkeit 250 vorzubefüllen. Der Vorteil dabei wäre die etwas geringere Anforderung an die Dichtigkeit des Systems 315. Dafür müsste jeweils eine zusätzliche Leitung 340 vom ESP 310 verlegt werden. Da sich eine Flüssigkeit bekanntlich nahezu nicht komprimieren lässt, muss sie über diese zusätzliche Leitung 340 zurückgeführt werden. Das ESP 310 hätte dann nicht acht Anschlüsse, wie in 3 gezeigt, sondern zehn, da pro Crashstruktur 315 zwei Leitungen 340 benötigt werden. Um eine stufenlose Einstellung der Steifigkeit des hier gezeigten Ausführungsbeispiels der Crashstruktur 315 zu realisieren, könnte die Form des Rings 150 und der brechbaren Matrize 140 anders gestaltet werden.
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Das Ventil des ESP-Aggregats 310 kann als ein stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt sein. In diesem Fall kann die Defaultstellung bzw. Ruhestellung, also die „harte” Einstellung der adaptiven Crashstruktur 315, wie sie anhand der 5A und 5B erläutert ist, auch stromlos gehalten werden.
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6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel der ausrückbaren Matrize 140 als Ring, wie sie in den anhand der 2, 4, 5A und 5B erläuterten Crashstrukturen zum Einsatz kommt. Das in der Darstellung gezeigte Ausführungsbeispiel der Ausrückmatrize 140 weist drei Sollbruchstellen auf, die die Ausrückmatrize 140 in drei gleich große Segmente unterteilen. Wird die auf die Ausrückmatrize 140 wirkende abstützende Kraft verringert, beispielsweise weil Hydraulikflüssigkeit aus der sie abstützenden Kammer 240 abgelassen wird, so kann die Ausrückmatrize 140 entlang der Sollbruchstellen brechen. Die einzelnen Segmente der Ausrückmatrize 140 können anschließend radial nach außen verschoben werden, wodurch sich der Innendurchmesser der Ausrückmatrize 140 vergrößert. Ein Entweichen der Flüssigkeit zwischen den einzelnen Segmenten der Ausrückmatrize 140 kann durch eine geeignete Abdichtung erreicht werden, die die Ausrückmatrize 140 umgibt.
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Das hierin vorgestellte erfinderische Konzept kann außer dem anhand der vorstehenden Figuren gezeigten Verjüngungsprinzip auch noch anderen mechanischen Wirkprinzipien, wie Schneiden, Aufweiten, Umstülpen, Eindellen, usw. zugeordnet werden.
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Da das ESP-Hydraulikaggregat 310 mit Bremsflüssigkeit arbeitet, ist möglicherweise pro Hydraulikkreis der Crashstruktur 315 ein zusätzlicher Medientrenner einzusetzen, so dass die in der Crashstruktur verwendete Hydraulikflüssigkeit 250 keine Bremsflüssigkeit sein muss.
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Neben dem ESP-Hydraulikaggregat 310 sind auch andere Aktoren zur Druckerzeugung möglich. Beispielsweise könnte auch ein Plunger, also eine Zylinder-Kolben-Einheit, eingesetzt werden. Diese Zylinder-Kolben-Einheit könnte direkt mit der gleichen Flüssigkeit wie die Crashstruktur arbeiten, so dass auf den Einsatz von Medientrennern verzichtet werden kann. Ebenso könnte diese Zylinder-Kolben-Einheit gleichzeitig andere Verbraucher bedienen; entweder derart, dass jeder Verbraucher einen separaten Versorgungskanal aufweist, oder mit dem gleichen Versorgungskanal, welcher in einem Multiplex-Betrieb zeitlich zwischen den unterschiedlichen Verbrauchern, umgeschaltet wird, z. B. mittels Ventilen.
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Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die in den vorstehenden Figuren gezeigten dimensionalen Verhältnisse der einzelnen Elemente zueinander nicht maßstabsgetreu.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens 700 zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung 315, wie sie beispielsweise anhand der Ausführungsbeispiele aus 4 und 5A, 5B beschrieben ist.
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In einem ersten Schritt 710 wird eine Information über eine Aufprallenergie empfangen, beispielsweise in Form eines Aufprallschweresignals, das z. B. von einem Beschleunigungssensor eines Fahrzeugs bereitgestellt wird, in den die oben genannte Vorrichtung installiert ist. In einem nachfolgenden Schritt 720 wird das Aufprallschweresignal mit einem geeigneten Algorithmus analysiert. Dabei kann eine Aufprallschwere bestimmt werden. Zur Bestimmung der Aufprallschwere können ein oder mehrere Vergleiche oder andere Verknüpfungen durchgeführt werden. Abhängig von der Aufprallschwere kann die Steifigkeit der Vorrichtung beibehalten oder verändert werden. Ergibt der Schritt 720, dass die die Steifigkeit verändert werden soll, so fährt das Verfahren mit einem Schritt 730 fort, in dem ein Aktivierungssignal für eine Veränderung des hydraulischen Drucks in der Vorrichtung bereitgestellt wird. Durch das Aktivierungssignal kann beispielsweise eine entsprechende Bewegung eines Kolbens des ESP-Hydraulikaggregats ausgelöst werden, der einen Druck auf die Hydraulikflüssigkeit ausübt, um diese je nach Funktionalität der Vorrichtung aus der oder in die Kammer zu bewegen und so die Steifigkeit der Vorrichtung zu reduzieren. Ergibt hingegen der Schritt 720, dass die ermittelte Aufprallschwere den Aufprallschwereschwellwert nicht unterschreitet, fährt das Verfahren mit einem Schritt 740 fort, in dem das Bereitstellen des Aktivierungssignals zur Druckveränderung unterdrückt wird. Entsprechend verbleibt eine Abstützeinrichtung in der ersten Position, und die Vorrichtung bleibt somit auf die hohe Steifigkeit eingestellt. Die Schritte 710 und 720 können gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 700 in einem Steuergerät des ESP-Hydraulikaggregats durchgeführt werden.
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Die anhand der im Vorhergehenden gezeigten Figuren erläuterten Strukturen können ebenso für das Fahrzeugheck verwendet werden, auch wenn hierin ein Einsatz im Vorderwagen betrachtet wurde. Eine gemäß dem hier vorgestellten Ansatz hergestellte adaptive Crashstruktur ist an der Fahrzeugkarosserie befestigt.
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Die spezielle hydraulische Ausführung der adaptiven Crashstruktur ist anhand der Hydraulikkomponenten leicht nachweisbar.
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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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