DE102011006973A1

DE102011006973A1 - Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen von Aufprallenergie

Info

Publication number: DE102011006973A1
Application number: DE201110006973
Authority: DE
Inventors: Thomas Friedrich; Urs Bauer; Harald Speer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (200) mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie auf ein Fahrzeug. Die Vorrichtung (200) umfasst ein Deformationselement (210), ein Gehäuse (222, 224) zum Aufnehmen zumindest eines Abschnitts des Deformationselements (210), eine Ausrückmatrize (250), die ausgebildet ist, um das Deformationselement (210) bei einer durch einen Aufprall hervorgerufenen Bewegung des Deformationselements (210) entlang einer Innenseite der Ausrückmatrize (250) zu deformieren, und die so in dem Gehäuse (222, 224) angeordnet ist, dass zwischen einer Außenseite der Ausrückmatrize (250) und dem Gehäuse (222, 224) ein Hohlraum (260) gebildet ist, der zum Abstützen der Ausrückmatrize (250) mit einer Flüssigkeit (270) befüllbar ist, und wenigstens ein mit dem Hohlraum (260) verbundenes Ventil (230) zum Regulieren einer Menge der Flüssigkeit (270) in dem Hohlraum (260), um die Steifigkeit der Vorrichtung (200) einzustellen.

Description

Stand der Technik
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.
Zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei Kollisionen kommen immer häufiger adaptive Crashstrukturen bzw. Aufprallstrukturen zum Einsatz. Eine entsprechende Struktur soll die herkömmliche Crashbox und den vorderen Teil der Längsträger ersetzen. Daher sollten auch beide Funktionalitäten abgebildet und somit zumindest zwei Steifigkeiten einstellbar sein.
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.
Offenbarung der Erfindung
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.
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 eines Ringes eine brechbar ausgelegte Matrize durch eine Aufprallkraft auf das Fahrzeug gebrochen werden kann, um so von der hohen auf die niedrige Steifigkeit umzuschalten.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei Verwendung einer Flüssigkeit anstelle eines verschiebbaren Rings zur Abstützung einer brechbaren Matrize in einer crashadaptiven Struktur eine stufenlose Einstellung einer Steifigkeit der crashadaptiven Struktur realisiert und zusätzlich Bauraum gespart werden kann.
Gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz wird zur Abstützung einer Matrize, durch welche zur Absorption von Kollisionsenergie ein Deformationselement deformiert wird, statt eines festen Gegenstands, wie beispielsweise eines Ringes, eine Flüssigkeit verwendet. Dabei wird ausgenutzt, dass sich Flüssigkeiten nur sehr wenig komprimieren lassen. Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz kann ein Ventil oder ein vergleichbares Bauteil dafür sorgen, dass die Matrize in einem ersten Schaltzustand abgestützt und in einem zweiten Schaltzustand nicht abgestützt wird. Im nicht abgestützten Zustand kann die Matrize durch das Deformationselement verschoben werden.
Im Gegensatz zu einer Abstützung einer Verjüngungsstufe eines Aktuators einer adaptiven Crashstruktur mit einem festen Gegenstand kann durch die Abstützung mit einer Flüssigkeit die benötigte Aktuierungsenergie reduziert werden, wodurch sich die Kosten der elektrischen und elektronischen Bauteile reduzieren können. Weiterhin können sich Bauraum-Vorteile ergeben.
Eine hydraulische Abstützung bietet den Vorteil der stufenlosen Einstellung des Verjüngungsgrades, d. h., der stufenlosen Einstellung des Kraftniveaus. Durch das Ventil kann gezielt Flüssigkeit entweichen und somit das Ausrücken von Segmenten der brechbaren Matrize stufenlos erfolgen. Ferner ist für eine gemäß diesem Ansatz gefertigte Vorrichtung nur ein geringer Einbauraum erforderlich. Da kein Platz für Ring und Spule z. B. einer herkömmlichen Vorrichtung vorgehalten werden muss, ist es für die hydraulische Abstützung vorteilhaft, wenn das Grundvolumen klein ist. Geringer Einbauraum bedeutet geringes Gewicht. Auch kann eine effektive Weiterleitung der abzustützenden Kraft an das Gehäuse eines derartigen Verjüngungsabsorbers realisiert werden, da sich eine vom Eidringen des Rohrs verursachte Radialkraft hier effektiv und flächig auf das Gehäuse auswirken kann. Zudem können die Herstellungskosten gesenkt werden, da die verwendeten Ventile aufgrund allgemein vielfältiger Einsatzmöglichkeiten ohnehin in sehr großer Stückzahl gefertigt werden. Im Falle einer Verwendung einer „biologisch abbaubaren” Flüssigkeit kann ferner auf einen Sammelbehälter verzichtet werden. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Energie, die benötigt wird, um eine Steifigkeitseinstellung im Crash bzw. in einer Kollision zu realisieren, sehr gering ist, es muss lediglich das oder die Ventile geöffnet werden. Sofern der verwendete Ventiltyp auch unter Druck geschaltet werden kann – was z. B. auf ein ESP-Ventil zutrifft – kann auch unter Last eine Steifigkeitsanpassung realisiert werden. Das heißt, dass die Steifigkeit während des Verjüngungsvorgangs herabgesetzt werden kann. Dies ist mit bekannten Konzepten nicht möglich, da sich z. B. ein Ring unter Last verkantet und nicht mehr bewegt werden kann.
Bei einem gemäß dem hier vorgestellten Ansatz konzipierten System sind sowohl eine Reversibilität des Systems, z. B. bei Fehlschaltungen, als auch bestehende Stellgeschwindigkeitsanforderungen gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
ein Deformationselement;
ein Gehäuse zum Aufnehmen zumindest eines Abschnitts des Deformationselements;
eine Ausrückmatrize, die ausgebildet ist, um das Deformationselement bei einer durch die Aufprallenergie hervorgerufenen Bewegung des Deformationselements entlang einer Innenseite der Ausrückmatrize zu deformieren, und die so in dem Gehäuse angeordnet ist, dass zwischen einer Außenseite der Ausrückmatrize und dem Gehäuse ein Hohlraum gebildet ist, der zum Abstützen der Ausrückmatrize mit einer Flüssigkeit befüllbar ist; und
wenigstens ein mit dem Hohlraum verbundenes Ventil zum Regulieren einer Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Verjüngungsabsorber handeln. Die Vorrichtung kann in einem Fahrzeug zur Absorption von Bewegungsenergie eingesetzt werden. Das Deformationselement kann als ein längliches Bauteil, z. B. als ein Rohr mit rundem oder eckigem Querschnitt, ausgebildet sein. Bei einem Aufprall des Fahrzeugs, z. B. auf ein weiteres Fahrzeug oder ein stationäres Objekt, kann das Deformationselement durch die Kraft des Aufpralls entlang seiner Längserstreckung bewegt und durch eine oder eine Mehrzahl von Matrizen getrieben werden, deren Öffnung zumindest teilweise kleiner als der Querschnitt des Deformationselements vor Eintritt in einen Deformationsabschnitt der Matrize ist. So kann das Deformationselement bei einer Bewegung relativ zu der oder den Matrizen verjüngt und die Bewegungsenergie des Aufpralls abgebaut werden. Folglich kann die bei einem Unfall auf die Fahrzeuginsassen wirkende Kraft verringert und damit einhergehend ein Verletzungsrisiko für die Insassen minimiert werden. Das Gehäuse kann z. B. in Richtung der Längserstreckung des Deformationselements hinter einem zu einem Fahrzeuginneren ausgerichteten Endbereich des Deformationselements angeordnet sein und eine Öffnung aufweisen, um bei einem Aufprall den sich zu dem Gehäuse bewegenden Endbereich des Deformationselements aufzunehmen. Auch kann das Gehäuse so angeordnet sein, dass sich der Endbereich des Deformationselements bereits vor dem Aufprall innerhalb des Gehäuses befindet. Das Gehäuse kann das Deformationselement teilumfänglich oder vollumfänglich umschließen. Beispielsweise können eine erste Matrize oder Primärmatrize und eine zweite Matrize in einer Ausbuchtung des Gehäuses in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des bei einem Aufprall in das Gehäuse einfahrenden Deformationselements hintereinander angeordnet sein, so dass das Deformationselement abhängig von der Kraft des Aufpralls durch die erste und eventuell die zweite Matrize getrieben und so verjüngt wird. Dabei kann die erste Matrize fest und 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. Die erste Matrize kann auch entfallen. Bei der zweiten Matrize kann es sich entsprechend um die Ausrückmatrize handeln. Die Ausrückmatrize kann in ihrer Position verändert werden. Insbesondere kann die Ausrückmatrize bei fehlender Abstützung durch die Flüssigkeit durch eine Radialkraft des eindringenden Deformationselements von dem Deformationselement weggedrückt, also zu dem Gehäuse hingedrückt werden. Um die Bewegung der Ausrückmatrize zu ermöglichen kann diese brechen. Die Brechbarkeit kann realisiert werden, indem die Ausrückmatrize z. B. Sollbruchstellen aufweist und/oder aus einem weniger robusten Material als die erste Matrize oder Primärmatrize gebildet ist. Die Ausrückmatrize kann einstückig in Form eines runden oder eckigen Rahmens ausgebildet sein oder aus mehreren nicht miteinander oder über Sollbruchstellen verbundenen Einzelteilen bestehen. Die Innenseite bzw. die Innenseiten der Ausrückmatrize können beispielsweise schräg verlaufen, so dass die Ausrückmatrize eine Art Trichter bildet, der zu der Verjüngung des Deformationselements führt, während sich dieses aufgrund der Aufprallkraft an der Innenseite der Ausrückmatrize entlang bewegt. Der Hohlraum kann beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten durch eine Wand des Gehäuses und die Außenseite der Ausrückmatrize, oben durch einen Boden der vor der Ausrückmatrize angeordneten Primärmatrize und unten durch einen Boden des Gehäuses begrenzt sein. Der Hohlraum kann beispielsweise fluiddicht ausgeführt sein. Der Hohlraum kann mit einem kleinen Volumen ausgebildet sein und so beispielsweise wesentlichen weniger Bauraum beanspruchen als ein System mit gleicher Funktionalität, bei dem anstelle der Flüssigkeit und dem Hohlraum z. B. zwei gegeneinander bewegbare starre Elemente eingesetzt werden. Bei der Flüssigkeit kann es sich um eine Hydraulikflüssigkeit, die sich durch eine geringe Kompressibilität auszeichnet, handeln. So kann eine Größe des Hohlraums noch vorteilhafter minimiert werden. Durch einen hydraulischen Druck der in dem Hohlraum enthaltenen Flüssigkeit kann eine Kraft auf die Ausrückmatrize ausgeübt werden, die z. B. bei voller Befüllung des Hohlraums gleich oder größer als eine Radialkraft des aufgrund eines Aufpralls ein das Gehäuse einfahrenden Deformationselements ist. Dadurch wird die Ausrückmatrize bei der Bewegung des Deformationselements in Position gehalten. Auf Höhe des Hohlraumes kann das Gehäuse eine Durchgangsöffnung zum Aufnehmen des Ventils aufweisen. Bei dem Ventil kann es sich z. B. um ein Kugelsitzventil oder ein Schieberventil handeln. Die Vorrichtung kann z. B. zwei an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnete Ventile aufweisen. Durch das Ventil oder die Ventile kann Flüssigkeit aus dem Hohlraum abgelassen werden, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen. So kann bei vollständig gefülltem Hohlraum eine höchste Steifigkeit vorliegen, die durch Ablassen von Flüssigkeitsmengen durch das Ventil oder die Ventile stufenlos reduziert werden kann, wobei eine geringste Steifigkeit dann eingestellt sein kann, wenn so viel Flüssigkeit aus dem Hohlraum abgelassen wurde, dass eine Abstützung der Ausrückmatrize gegenüber der Radialkraft des eindringenden Deformationselements nicht mehr gegeben ist und die Ausrückmatrize bei der Bewegung des Deformationselements entlang der Ausrückmatrize bricht und somit dem Deformationselement zumindest teilweise Ausweichen kann. Dadurch erfolgt keine oder nur einen geringere Verjüngung des Deformationselements.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Bereichen der Innenseite der Ausrückmatrize geringer sein als ein Außendurchmesser des Deformationselements im undeformierten Zustand. Indem ein Innendurchmesser der Ausrückmatrize kleiner als der Außendurchmesser des Deformationselements vor Eintritt des Deformationselements in die Ausrückmatrize ist, wird das Deformationselement bei einer Bewegung durch die Ausrückmatrize verformt, sofern die Ausrückmatrize in Position gehalten wird. Dabei kann sich der Abstand in Richtung der Bewegung des Deformationselements verringern. So kann die Ausrückmatrize einen ein- oder mehrteilen Trichter mit gleichmäßig aufeinander zulaufenden Innenwänden bilden. Auf diese Weise kann die Außenseite des Deformationselements umso stärker durch die Innenseite der Ausrückmatrize deformiert werden, je weiter das Deformationselement in die Ausrückmatrize eindringt. So kann auf sehr effiziente und einfache Weise mit wenig Material viel Bewegungsenergie des Aufpralls abgebaut werden.
Die gegenüberliegenden Bereiche der Innenseite der Ausrückmatrize können über eine Sollbruchstelle verbunden sein. So kann auf einfache Weise die Brechbarkeit der Ausrückmatrize bei fehlendem Gegendruck durch die Hydraulikflüssigkeit realisiert werden. Vorteilhafterweise kann so z. B. das gleiche Material für die Primärmatrize und die Ausrückmatrize verwendet werden, wobei die Primärmatrize ohne Sollbruchstellen und somit entsprechend robuster ausgeformt sein kann.
So kann die Ausrückmatrize ausgebildet sein, um infolge der Bewegung des Deformationselements bei einer ersten Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum zu brechen und bei einer zweiten Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum intakt zu bleiben. Dabei kann die erste Menge kleiner als die zweite Menge sein. Alternativ kann die Ausrückmatrize bei der zweiten Menge der Flüssigkeit ebenfalls brechen. Insbesondere kann die Ausrückmatrize infolge der Bewegung des Deformationselements bei der ersten Menge der Flüssigkeit eine erste Bewegung ausführen und bei der zweiten Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum eine zweite Bewegung ausführen. Dabei kann die erste Bewegung einen größeren Bewegungsumfang als die zweite Bewegung aufweisen. Beispielsweise kann sich die Ausrückmatrize oder Teile der Ausrückmatrize aufgrund der ersten Bewegung um eine größere Strecke von dem Deformationselement wegbewegen als aufgrund der zweiten Bewegung. Die Ausrückmatrize kann z. B. aufgrund einer Radialkraft des in die Ausrückmatrize einfahrenden Deformationselements brechen, wenn nicht mehr ausreichend Gegenkraft durch den hydraulischen Druck der Flüssigkeit in dem Hohlraum gegeben ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, weil so viel Flüssigkeit durch das Ventil aus dem Hohlraum abgelassen wurde, dass der hydraulische Druck der in dem Hohlraum verbliebenen Flüssigkeit geringer als der durch die Radialkraft des Deformationselements auf die Ausrückmatrize wirkende Druck ist. Als Folge bricht die Ausrückmatrize z. B. an vorgesehenen Sollbruchstellen. So kann durch die Verwendung einer Flüssigkeit als Stellglied, anstelle eines starren Bauteils, das sich verkanten und so die Funktion stören kann, auf einfache und wenig störanfällige Weise die Steifigkeit der Vorrichtung eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Ausrückmatrize ringförmig sein. Ringförmig kann rund, oval oder auch nur in sich geschlossen bedeuten. Dabei kann eine geometrische Form der Innenseite der Ausrückmatrize an eine geometrische Form der Außenseite des Deformationselements angepasst sein. In dieser Ausführungsform ist die Ausrückmatrize einfach zu fertigen und in dem Gehäuse der Vorrichtung zu platzieren. Ferner ist von allen Seiten ein gleichmäßiger Druck auf das Deformationselement für eine störungsfreie Funktionalität der Vorrichtung gewährleistet.
Die Außenseite der Ausrückmatrize kann eine Abdichtung aus einem Gummimaterial gegenüber dem Hohlraum aufweisen. So kann vorteilhafterweise gewährleistet werden, dass auch bei einem Brechen der Ausrückmatrize keine Flüssigkeit z. B. zwischen die Ausrückmatrize und das Deformationselement strömen und so die einwandfreie Funktionalität der Vorrichtung stören kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Ventil ein druckausgeglichenes Ventil sein. Dies bietet den Vorteil, dass ein Schalten des Ventils z. B. auch unter hohem Druck auf das Flüssigkeitsvolumen in dem Hohlraum durch die Radialkraft des eindringenden Deformationselements gewährleistet ist.
Auch kann das Ventil so ausbildet sein, dass ein durch die Flüssigkeit in dem Hohlraum aufgebauter hydraulischer Druck schießend auf das Ventil wirkt. So kann vorteilhafterweise auch bei einem eventuellen Ausfall der Energieversorgung der Vorrichtung die auf die hohe Steifigkeit eingestellte Grundeinstellung der Vorrichtung aufrecht erhalten und somit maximaler Schutz für die Insassen des Fahrzeugs gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung ferner eine Primärmatrize aufweisen. Diese kann der Ausrückmatrize in Bezug auf die Bewegung des Deformationselements vorgeschaltet und ausgebildet sein, um das Deformationselement bei einer durch einen Aufprall hervorgerufenen Bewegung entlang einer Innenseite der Primärmatrize zu deformieren. Die Primärmatrize kann wie die Ausrückmatrize eine Ringform aufweisen, deren Öffnung zu dem fahrzeugseitigen Endabschnitt des Deformationselements ausgerichtet ist. Die Primärmatrize kann aus einem härteren bzw. robusteren Material als das Deformationselement gebildet sein und an der Außen- und Oberseite an der Gehäuseinnenwand anliegen. Ferner kann entsprechend der Innenseite der Ausrückmatrize kann auch die Innenseite der Primärmatrize schräg verlaufend ausgebildet sein. So kann die Primärmatrize unabhängig von der Ausrückmatrize in jedem Fall eine Verjüngung des Deformationselements bewirken, wenn sich das Deformationselement durch die Primärmatrize hindurchbewegt. So kann vorteilhafterweise mittels der Primärmatrize auf einfache und sehr wenig störanfällige Weise eine Grundabsorption der Aufprallenergie erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung ein Deformationselement, ein Gehäuse zum Aufnehmen zumindest eines Abschnitts des Deformationselements, eine Ausrückmatrize, die ausgebildet ist, um das Deformationselement bei einer durch die Aufprallenergie hervorgerufenen Bewegung des Deformationselements entlang einer Innenseite der Ausrückmatrize zu deformieren, und die so in dem Gehäuse angeordnet ist, dass zwischen einer Außenseite der Ausrückmatrize und dem Gehäuse ein Hohlraum gebildet ist, der zum Abstützen der Ausrückmatrize mit einer Flüssigkeit befüllbar ist, und wenigstens ein mit dem Hohlraum verbundenes Ventil zum Regulieren einer Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen, aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Empfangen einer Information über die Aufprallenergie;
Vergleichen der Aufprallenergie mit einem Schwellwert; und
Bereitstellen eines Aktivierungssignals zum Öffnen des wenigstens einen Ventils der Vorrichtung, um zum Einstellen der Steifigkeit der Vorrichtung die Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum zu regulieren, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass die Aufprallenergie kleiner als der Schwellwert ist.
Das Verfahren kann beispielsweise in einem Steuergerät durchführt werden, das mit der im Vorhergehenden erläuterten Vorrichtung verbunden oder in diese integriert sein kann. 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.
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.
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. Bei einem Unterschreiten des Schwellwerts kann das Aktivierungssignal z. B. über einen Fahrzeugbus von dem Steuergerät an das Ventil bereitgestellt werden. Entsprechend kann Flüssigkeit durch das Ventil z. B. in einen Auffangbehälter ablaufen, bis die Steifigkeit der Vorrichtung auf das der Schwere des Aufpralls entsprechende Niveau herabgesetzt ist. Sobald die Steifigkeit auf einen für die Aufprallenergie geeigneten Wert eingestellt ist, kann das Ventil wieder geschlossen werden, um die Steifigkeit nicht weiter zu Verringern. Ergibt hingegen der Schritt des Vergleichens, dass die erfasste Aufprallenergie den Schwellwert überschreitet, so kann eine Bereitstellung des Aktivierungssignals unterdrückt werden, so dass der Hohlraum vollständig gefüllt bleibt und die Vorrichtung somit auf die höchste Steifigkeit und entsprechend ein höchstes Aufprallenergieabsorptionsniveau eingestellt ist. Um die Steifigkeit in mehreren Stufen oder nahezu stufenlos einstellen zu können, können mehrere Schwellwerte vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Bereitstellens des Aktivierungssignals während der Bewegung des Deformationselements entlang der Innenseite der Ausrückmatrize erfolgen. So kann die Sicherheit eines dieses Verfahren einsetzenden Insassenschutzsystems während des Unfallgeschehens vorteilhaft erhöht werden. Beispielsweise kann zu Beginn eines Aufpralls, wenn ein Grad der Aufprallschwere noch nicht zweifelsfrei bestimmt werden kann, zunächst die höchste Steifigkeit der Vorrichtung eingestellt bleiben. Steht zu einem späteren Zeitpunkt des Unfallgeschehens fest, dass nur eine geringe weitere Aufprallenergie vorliegt oder zu erwarten ist, kann die Steifigkeit mittels des Aktivierungssignals auf einen geeigneten Wert reduziert werden.
Somit kann das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Deaktivierungssignals zum Schließen des wenigstens einen Ventils der Vorrichtung nach dem Öffnen des Ventils aufweisen. Somit kann die Steifigkeit der Vorrichtung stufenlos eingestellt werden, wobei die Steifigkeit umso weiter herabgesetzt wird, je länger das Ventil geöffnet ist und je größer die Menge der austretenden Flüssigkeit ist.
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 einem, einem Computer entsprechenden Gerät ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1A ein Schnittbild einer adaptiven Crashstruktur in Ruhestellung;
1B ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur aus 1A in aktuierter Stellung;
1C ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur aus 1A im Kollisionsfall mit weicher Einstellung;
2 einen Schnitt durch eine adaptive Crashstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine perspektivische Darstellung einer Ausrückmatrize gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Schnittdarstellung eines Ventils für eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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.
Eine adaptive Crashstruktur kann auf unterschiedlichen Prinzipien basieren. So ist beispielsweise eine adaptive Energieaufnahme einer Crashstruktur durch das Erstfernen 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 Wirbelstromaktuator vorgesehen sein. Zum Einstellen einer Steifigkeit der adaptiven Crashstruktur können Sensorsignale ausgewertet werden. Entsprechende Sensorsignale können beispielsweise von einem in einer adaptiven Crashbox integriertem Drucksensor oder von Beschleunigungssensoren bereitgestellt werden. Ein Auslösen reversibler Crashstrukturen kann anhand der Erkennung einer Mindestschwere einer Kollision erfolgen.
Anhand der 1A, 1B und 1C wird eine Funktionsweise einer adaptiven Crashstruktur bzw. Aufprallstruktur zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei Kollisionen erläutert. Diese Strukturen sind konzipiert, um Teile bestehender Vorderwagenstrukturen in Kraftfahrzeugen zu ersetzen. In der Grundeinstellung ist die Struktur im Allgemeinen auf die höhere Steifigkeit eingestellt. Die zweite Einstellung, jene, auf die umgeschaltet wird, weist eine niedrigere Steifigkeit auf.
1A zeigt einen 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 feste Matrize 130 und eine brechbare Matrize 140 angeordnet sind. In 1A ist eine Ruhestellung des Systems 100 dargestellt. Hier ist ein innerhalb des Gehäuses verschiebbarer Ring 150 zwischen der brechbaren Matrize 140 und einer Wand des Gehäuses 120 angeordnet, so dass die brechbare 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. Bei einer Kollision des Fahrzeugs wird in der in 1A dargestellten Grundeinstellung des Aufprallabsorbers 100 das Rohr 110 in einer mithilfe eines Pfeils dargestellten Aufprallrichtung 180 entlang seiner mittels einer Punkt-Strich-Linie gekennzeichneten Längserstreckung in die feste Matrize 130 und in die brechbare 140 Matrize geschoben und dabei stark verjüngt. Somit ist der Aufprallabsorber 100 in der anhand der 1A erläuterten Ruhestellung auf eine hohe oder maximale Steifigkeit eingestellt und kann ein hohes Maß an Aufprallenergie absorbieren bzw. abbauen.
1B zeigt in einer weiteren Längsschnittdarstellung den einstellbaren Aufprallabsorber 100 in einer aktuierten Stellung. Bei der Aktuierung wird der Ring 150 verschoben. Die Aktuierung kann durch einen starken Spannungsimpuls durch die Spule 160 hervorgerufen werden. Dabei fließt ein Strom durch die Spule 160 und generiert ein Magnetfeld, welches in dem verschiebbaren Ring 150 Wirbelströme induziert. Es besteht somit ein durch die Spule 160 erzeugtes direktes Magnetfeld und ein indirektes Magnetfeld, das durch die Wirbelströme erzeugt wird und sich im Ring 150 befindet. Das direkte Magnetfeld und das indirekte Magnetfeld stoßen sich ab. Dies führt dazu, dass der verschiebbare Ring 150 weg, hier nach unten, bewegt wird. Somit stützt der Ring 150 die brechbare Matrize 140 nicht mehr gegen eine Radialkraft des bei einem Aufprall in die Matrize 140 einfahrenden Rohres 110 ab. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 110 ebenfalls in die feste Matrize 130 und in die brechbare 140 Matrize ein. Da der Ring 150 die brechbare Matrize nicht abstützt, kann diese infolge der Aufprägung einer Radialkraft durch das Rohr 110 – beispielsweise an vorgesehenen Sollbruchstellen – brechen und ausrücken.
Entsprechend zeigt 1C wiederum in einer Längsschnittdarstellung den Aufprallabsorber 100 im Kollisionsfall bei weicher Einstellung bzw. niedriger Steifigkeit des Absorbers 100, wie sie anhand der Darstellung in 2B erläutert ist. Hier wurde die brechbare Matrize 140 aufgrund der Radialkraft des sich in das Gehäuse 120 einschiebenden Rohres 110 gebrochen und zum Ausrücken gebracht. Der Verjüngungsgrad des Rohres bei bzw. nach der Kollision ist somit verglichen mit der anhand der 1A skizzierten Grundeinstellung geringer und es wurde entsprechend weniger Aufprallenergie absorbiert.
Anhand der Darstellungen in den 1A, 1B und 1C ist gut ersichtlich, dass es im Falle hoher Aufprallgeschwindigkeiten und somit hoher Kollisionsenergien vorteilhaft ist, frühzeitig ein hohes Energieabsorptionsniveau zu erreichen, weshalb die höhere Steifigkeit eingestellt sein sollte, wie sie anhand der Darstellung in 1A gezeigt ist. Im Falle geringer Kollisionsenergien ist eine niedrigere Steifigkeit erforderlich, damit die Struktur 100 durch die geringere eingeleitete Kraft verformt werden kann. Dieses Prinzip ist anhand der Darstellungen in den 1B und 1C verdeutlicht. Dadurch ergeben sich Vorteile bei der Insassenbelastung in Form einer in der Intensität geringeren, dafür aber längeren Belastung. Das in den Figuren gezeigte hohe und niedrige Niveau der Steifigkeit wird bei den gezeigten Ausführungsformen mithilfe eines Aktuators eingestellt.
Im Folgenden wird für den Ring als Element, welches sowohl verschoben wird als auch die Abstützung der brechbaren 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.
2 zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine Vorrichtung 200 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie sie beispielsweise in einen Vorderwagen eines Fahrzeugs installiert sein kann. Die Vorrichtung 200 ist als eine adaptive Crashstruktur realisiert. Der Grundaufbau der Vorrichtung 200 entspricht dem Aufbau des anhand der 1A, 1B und 1C erläuterten Aufprallabsorbers und umfasst ein Deformationselement 210 sowie ein Gehäuse 222, 224.
Das Deformationselement 210 ist als ein Rohr ausgeführt. Der Rohrquerschnitt ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung rund skizziert. Es sind ebenso andere Querschnitte, beispielsweise rechteckig, viereckig, oval, usw., möglich. Das Gehäuse ist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200 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 210 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 210 zurückgesetzt. Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel 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 einem durch die Wölbungen der ersten Gehäusehälfte 222 und zweiten Gehäusehälfte 224 gebildeten Hohlraum zwischen Gehäusewand und Deformationselement 210 ist in einem oberen Bereich eine Primärmatrize 240 und in einem unteren Bereich eine an die Primärmatrize 240 angrenzende Ausrückmatrize 250 angeordnet. In der in 2 gezeigten Darstellung befindet sich der untere Bereich in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Deformationselements 210 hinter dem oberen Bereich.
Die Primärmatrize ist mit einer Außenwand an eine Innenwand des Gehäuses 222, 224 angrenzend angeordnet und verbreitert sich an einer Innenseite in einen Bereich des Gehäuses 222, 224 hinein, in den das Deformationselement 210 im Falle eines Aufpralls auf das Fahrzeug und damit die Vorrichtung 200 geschoben wird. Durch die erste Gehäusehälfte 222 wird die Primärmatrize 240 in Position gehalten, so dass sie durch das Deformationselement 210 nicht verschoben werden kann. Die Ausrückmatrize 250 ist so in dem Gehäuse 222, 224 angeordnet, dass zwischen einer Außenseite der Ausrückmatrize 250 und der Innenwand des Gehäuses 222, 224 ein Hohlraum 260 gebildet wird, der gemäß dem hier vorgestellten Ansatz mit einer Flüssigkeit 270, z. B. einer Hydraulikflüssigkeit, gefüllt ist. Analog zu der Primärmatrize 240 weist auch die Ausrückmatrize 250 einen sich in Bewegungsrichtung des Deformationselements 210, hier nach unten, verbreiternden Querschnitt auf, wobei die Ausrückmatrize 250 so an die Primärmatrize 240 angrenzend angeordnet ist, dass sich die jeweiligen Innenseiten stufenlos zu einer geneigten Fläche verbinden, an der das Deformationselement 210 im Fall eines Aufpralls entlang gleitet und dabei verjüngt wird. Die Bewegung des Deformationselements 210 erfolgt somit relativ zu den Matrizen 240, 280. Die in der Wand des Gehäuses 222, 224 auf Höhe der Ausrückmatrize 250 angeordneten Ventile 230 sind so mit dem Hohlraum 260 verbunden, dass bei einer Öffnung der Ventile 230 durch diese ein Teil oder eine Gesamtmenge der Flüssigkeit 270 aus dem Hohlraum 260 entweichen kann. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200 sind die Primärmatrize 240 und die Ausrückmatrize 250 ringförmig ausgeführt. Entsprechend ist auch der Hohlraum 260 als ein die Ausrückmatrize 250 ringförmig umlaufender mit der Flüssigkeit 270 gefüllter Kanal ausgeformt. Bei dem in der Darstellung gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200 weist die Ausrückmatrize 250 an der Außenseite eine umlaufende Gummiabdichtung 280 auf. Wird ausgehend von dem in 2 gezeigten Zustand Flüssigkeit aus dem Hohlraum abgelassen, so kann die Ausrückmatrize 250 durch das sich bewegenden Deformationselement 210 in Richtung der Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 gedrückt werden. Dabei kann die Ausrückmatrize 250 entlang Gleitflächen der Primärmatrize 240 und des Gehäuses 224 bewegt werden. Durch die Bewegung der Ausrückmatrize 250 vergrößert sich der Abstand zwischen gegenüberliegenden Bereichen der Ausrückmatrize 250, wodurch das Deformationselement 210 bei einer weiteren Bewegung entlang der Ausrückmatrize 250 weniger stark deformiert wird. Durch Ablassen von Flüssigkeit aus dem Hohlraum kann ein Innendurchmesser der Ausrückmatrize 250 stufenlos eingestellt, insbesondere vergrößert, und somit ein Grad der Deformation des Deformationselements 210 eingestellt werden. Die Ausrückmatrize 250 kann soweit zurückgedrückt werden, dass durch die Ausrückmatrize 250 keine über die durch die Primärmatrize 240 bewirkte Deformation hinausgehende Deformation bewirkt wird. Eine Bewegung der Ausrückmatrize 250 in Richtung der Wand des Gehäuses 224 kann durch Schließen des Ventils 230 gestoppt werden. Ist das Ventil 230 geschlossen, so wird eine von dem Deformationselement 210 auf die Ausrückmatrize 250 wirkende Kraft über die Flüssigkeit in dem Hohlraum auf die Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 übertragen. Durch die Flüssigkeit kann die Wand der zweiten Gehäusehälfte 224 die Ausrückmatrize 250 gegenüber dem Deformationselement 210 abstützen.
Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die in der 2 gezeigten dimensionalen Verhältnisse der einzelnen Elemente zueinander nicht maßstabsgetreu.
3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die in der Vorrichtung aus 2 verwendete Ausführungsform der Ausrückmatrize 250 als Ring. Das in der Darstellung gezeigte Ausführungsbeispiel der Ausrückmatrize 250 weist drei Sollbruchstellen 310 auf, die die Ausrückmatrize 250 in drei gleich große Segmente unterteilen. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich eine der Sollbruchstellen 310 mit einem Bezugszeichen versehen.
Wird die auf die Ausrückmatrize 250 wirkende abstützende Kraft verringert, beispielsweise weil Flüssigkeit aus dem Hohlraum abgelassen wird, so kann die Ausrückmatrize 250 entlang der Sollbruchstellen brechen. Die einzelnen Segmente der Ausrückmatrize 250 können anschließend radial nach außen verschoben werden, wodurch sich der Innendurchmesser der Ausrückmatrize 250 vergrößert. Ein Entweichen der Flüssigkeit zwischen den einzelnen Segmenten der Ausrückmatrize 250 kann durch eine geeignete Abdichtung erreicht werden, die die Ausrückmatrize 250 umgibt.
Anhand der 2 und 3 wird im Folgenden die Funktionsweise der Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
In der Darstellung in 2 ist die Vorrichtung 200 in Ruhestellung des Aktuators dargestellt, d. h., die hohe Steifigkeit ist eingestellt. Bei einem in die Matrizen 240, 250 eindringenden Rohr 210 werden die Radialkräfte auf die brechbare Matrize 250 über die Flüssigkeit 270 an das Gehäuse 222, 224 abgeleitet, und das Rohr 210 wird stark verjüngt, wodurch das Energieabsorptionsniveau hoch liegt.
Vorteilhaft für die Abdichtung ist die Bereitstellung einer Isolierung der brechbaren Matrize 250 in Form der zylindrischen Gummiabdichtung 280. Somit kann der Verjüngungsvorgang, auch beim Brechen der Sollbruchstellen 310, nicht von äußeren Einflüssen gestört werden.
Eine Flüssigkeit kann nur sehr wenig und unter hohem Druck komprimiert werden. Dies ist durch folgende Gleichung beschrieben: κ = 1 / ν· Δν / Δp
Dabei gilt:

κ: = Kompressibilität der Flüssigkeit [Pa^–1] oder [m²/N]
v: = Grundvolumen
Δv: = Volumenänderung
Δp: = Druckänderung

Eine Haltekraft der eingesperrten Flüssigkeit 270 hält eine durch das Eindringen der Rohres 210 verursachte Radialkraft aus.
Aus der Gleichung ist ersichtlich, dass der Gegendruck Δp höher ist, wenn das Grundvolumen v kleiner ist. Dies kommt der hier vorgeschlagenen Erfindung zugute, weil die Anforderungen an Bauraum und/oder Gewicht – in der Form, dass der Bauraum möglichst klein und das Gewicht möglichst niedrig sein sollte – und die Anforderung an ein kleines Grundvolumen konvergieren.
Wird eine Kollisionsschwere erkannt, bei welcher ein niedriges Energieabsorptionsniveau erwünscht ist, öffnen sich die Ventile bzw. das Ventil 230 ganz oder nur teilweise. Beim Eindringen des Rohres 210 versagen die Sollbruchstellen 310 der als brechbare Matrize ausgeformten Ausrückmatrize 250, weil der Gegendruck der Flüssigkeit 270 fehlt. Die durch die Ausrückung der Matrizensegmente verursachte Volumenänderung „schiebt” die Flüssigkeit 270 durch das geöffnete Ventil 230. Die Segmente der brechbaren Matrize 250 sind nicht aktiv, d. h., dass sie das Rohr 210 nicht zusätzlich verjüngen. Somit ist das Energieabsorptionsniveau niedrig.
Eine Öffnungszeit bzw. in Abhängigkeit der Betriebsart eine Bestromungszeit des Ventils 230 beeinflusst eine Menge an Flüssigkeitsvolumen, die austritt, und somit den Gegendruck auf die brechbare Matrize 250. Eine stufenlose Verjüngungscharakteristik ist somit erzielbar.
Wenn die Kollision schnell sensiert wird, ist ein Schatten des Ventils 230 unter Last nicht nötig. Das Schalten des Ventils 230 erfolgt dann, solange noch gar kein nennenswerter Druck aufgebaut ist, da sich das Verjüngungsrohr 210 noch nicht bewegt und somit noch keine Kraft auf die Verjüngungsmatrize 250 wirkt.
Das Ventil bzw. die Ventile 230 sind derart anzuordnen, dass der hydraulische Druck auf das Ventil 230 schließend wirkt. Dadurch kann bei einem Ansteigen des hydraulischen Drucks der Druck das Ventil 230 nicht öffnen. Der Druck erzeugt somit eine Kraft in Schließrichtung des Ventils 230. Durch diese Anordnung eines stromlos geschlossenen Ventils 230 ist auch sichergestellt, dass bei Ausfall der Energieversorgung die Crash-Box 200 immer in der harten und damit für den Fahrer und eventuell weitere Fahrzeuginsassen sichereren Einstellung ist.
Die Ventile könnten beispielsweise als Kugelsitz- oder Schieberventile ausgeführt sein.
4 zeigt in einer Schnittdarstellung ein für die Funktionalität der anhand der 2 erläuterten Vorrichtung geeignetes Ausführungsbeispiel des Ventils 230. Das in 4 gezeigte Ventil ist so ausgeführt, dass es zum einen auch durch einen sehr hohen hydraulischen Druck nicht unbeabsichtigt geöffnet werden kann und zum anderen gleichzeitig unter dem hohen hydraulischen Druck geschaltet werden kann, wenn dies erforderlich ist. Ein links in der Darstellung in 4 gezeigter Pfeil kennzeichnet eine Strömungsrichtung 410 der Flüssigkeit aus dem Hohlraum bzw. Sperrraum der Sekundärmatrix der Vorrichtung aus 2 in ein erstes Kanalsegment 420 des Ventils 230. Ein zweites Kanalsegment 430 des Ventils 230 ist versetzt zu dem ersten Kanalsegment 420 angeordnet, so dass Flüssigkeit nur von dem ersten 420 in das zweite 430 Kanalsegment überführt werden kann, wenn das Ventil 230 geöffnet ist. Ein Pfeil rechts in der Darstellung in 4 kennzeichnet eine Strömungsrichtung 440 der Flüssigkeit von dem zweiten Kanalsegment 430 in eine Umgebung oder einen Behälter zum Auffangen der Flüssigkeit.
Wie bereits erläutert, könnte sich ein Öffnen des Ventils 230 unter Druck schwierig gestatten, wenn das Ventil 230 dann gegen einen hohen hydraulischen Druck im Sperrraum geöffnet werden muss. Um ein Schalten des Ventils 230 unter Last sicher zu stellen, könnten beispielsweise druckausgeglichene Ventile verwendet werden.
Wenn eine Kollision sensiert wird, bei welcher eine weiche Stellung der Crash-Box 200 benötigt wird, so wird das Ventil 230 wie oben beschrieben geöffnet. Das geöffnete Ventil 230 könnte in diesem Fall wie eine Drossel wirken und den hydraulischen Volumenfluss begrenzen. Dies könnte wiederum dazu führen, dass sich im Sperraum 260 während der Deformation des Verjüngungsrohrs 210 ein nicht unerheblicher hydraulischer Druck aufbaut. Es muss dabei dann sicher gestellt werden, dass die Druckdifferenz zwischen Sperraum 260 und Umgebung bzw. Behälter, in welchen die Flüssigkeit 270 entweichen kann, nicht dazu führt, dass das Ventil 230 z. B. entgegen einer Magnetkraft an dem Ventil 230 zugezogen wird. Dies muss durch entsprechende Auslegung verhindert werden.
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.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens 500 zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung, wie sie beispielsweise anhand des Ausführungsbeispiels aus 2 beschrieben ist. In einem ersten Schritt 510 wird ein Aufprallschweresignal empfangen, das beispielsweise von einem Beschleunigungssensor eines Fahrzeugs, in den die oben genannte Vorrichtung installiert ist, bereitgestellt wird. In einem nachfolgenden Schritt 520 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 520, dass die Steifigkeit verändert werden soll, so fahrt das Verfahren mit einem Schritt 530 fort, in dem ein Aktivierungssignal zum Öffnen des wenigstens einen Ventils der Vorrichtung bereitgestellt wird, um die Steifigkeit der Vorrichtung durch Ablassen von Flüssigkeit durch das Ventil zu reduzieren. Ergibt hingegen der Schritt 520, dass die ermittelte Aufprallschwere den Aufprallschwereschwellwert nicht unterschreitet, fährt das Verfahren mit Schritt 540 fort, in dem ein Bereitstellen des Aktivierungssignals zum Öffnen des wenigstens einen Ventils der Vorrichtung unterdrückt wird, so dass das Ventil geschlossen bleibt und keine Flüssigkeit entweichen kann. Entsprechen bleibt die Vorrichtung auf die hohe Steifigkeit eingestellt. Optional kann das Verfahren 500 einen auf den Schritt 530 folgenden Schritt 550 aufweisen, in dem nach einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Öffnen des Ventils durch das Bereitstellen des Aktivierungssignals ein Deaktivierungssignal zum Schließen des Ventils bereitgestellt wird, um die Vorrichtung mit einer Steifigkeit zu fixieren, die gemäß einer ermittelten Aufprallschwere einen optimalen Insassenschutz bietet.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1792786 A2 [0003]

Claims

Vorrichtung (200) mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: ein Deformationselement (210); ein Gehäuse (222, 224) zum Aufnehmen zumindest eines Abschnitts des Deformationselements; eine Ausrückmatrize (250), die ausgebildet ist, um das Deformationselement bei einer durch die Aufprallenergie hervorgerufenen Bewegung des Deformationselements entlang einer Innenseite der Ausrückmatrize zu deformieren, und die so in dem Gehäuse angeordnet ist, dass zwischen einer Außenseite der Ausrückmatrize und dem Gehäuse ein Hohlraum (260) gebildet ist, der zum Abstützen der Ausrückmatrize mit einer Flüssigkeit (270) befüllbar ist; und wenigstens ein mit dem Hohlraum verbundenes Ventil (230) zum Regulieren einer Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 1, bei der ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Bereichen der Innenseite der Ausrückmatrize (250) geringer ist als ein Außendurchmesser des Deformationselements (210) im undeformierten Zustand, wobei sich der Abstand in Richtung der Bewegung des Deformationselements verringert.
Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 2, bei der die gegenüberliegenden Bereiche der Innenseite der Ausrückmatrize (250) über eine Sollbruchstelle (310) verbunden sind.
Vorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Ausrückmatrize (250) ausgebildet ist, um infolge der Bewegung des Deformationselements (210) bei einer ersten Menge der Flüssigkeit (270) in dem Hohlraum (260) zu brechen und eine erste Bewegung auszuführen und infolge der Bewegung des Deformationselements (210) bei einer zweiten Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum eine zweite Bewegung auszuführen, wobei die erste Menge kleiner als die zweite Menge ist und die erste Bewegung einen größeren Bewegungsumfang als die zweite Bewegung aufweist.
Vorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Außenseite der Ausrückmatrize (250) eine Abdichtung (280) aus einem Gummimaterial gegenüber dem Hohlraum (260) aufweist.
Vorrichtung (200) einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Ventil (230) ein druckausgeglichenes Ventil ist.
Vorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Ventil (230) so ausbildet ist, dass ein durch die Flüssigkeit (270) in dem Hohlraum (260) aufgebauter hydraulischer Druck auf das Ventil schießend auf das Ventil wirkt.
Vorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, die ferner eine Primärmatrize (240) aufweist, die der Ausrückmatrize (250) in Bezug auf die Bewegung des Deformationselements (210) vorgeschaltet und ausgebildet ist, um das Deformationselement bei der Bewegung entlang einer Innenseite der Primärmatrize zu deformieren.
Verfahren (500) zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung (200) mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung ein Deformationselement (210), ein Gehäuse (222, 224) zum Aufnehmen zumindest eines Abschnitts des Deformationselements, eine Ausrückmatrize (250), die ausgebildet ist, um das Deformationselement bei einer durch die Aufprallenergie hervorgerufenen Bewegung des Deformationselements entlang einer Innenseite der Ausrückmatrize zu deformieren, und die so in dem Gehäuse angeordnet ist, dass zwischen einer Außenseite der Ausrückmatrize und dem Gehäuse ein Hohlraum (260) gebildet ist, der zum Abstützen der Ausrückmatrize mit einer Flüssigkeit (270) befüllbar ist, und wenigstens ein mit dem Hohlraum verbundenes Ventil (230) zum Regulieren einer Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen, aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Empfangen (510) einer Information über die Aufprallenergie; Vergleichen (520) der Aufprallenergie mit einem Schwellwert; und Bereitstellen (530) eines Aktivierungssignals zum Öffnen des wenigstens einen Ventils der Vorrichtung, um zum Einstellen der Steifigkeit der Vorrichtung die Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum zu regulieren, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass die Aufprallenergie kleiner als der Schwellwert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Schritt des Bereitstellens (530) des Aktivierungssignals während der Bewegung des Deformationselements (210) entlang der Innenseite der Ausrückmatrize (250) erfolgt.