DE102011077518A1

DE102011077518A1 - Vorrichtung, Verfahren und Steuergerät zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie

Info

Publication number: DE102011077518A1
Application number: DE201110077518
Authority: DE
Inventors: Stephan Loosen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Steuergerät zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie. Die Vorrichtung ist in ihren Energieabbaueigenschaften einstellbar, wobei sie über mindestens zwei gegeneinander beweglichen Elemente und mindestens ein Kollisionsenergie repräsentierendes Signal verfügt und die Energieabbaueigenschaften abhängig von dem Signal eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bzw. ein Steuergerät zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Stand der Technik
Aus EP 1792786 A2 ist eine Crashbox mit einem gehäuseartigen Deformationsprofil mit einer längsträgerseitigen Flanschplatte bekannt, das als Faltkonstruktion aus Metallblech ausgebildet ist. Das Deformationsprofil besteht aus zwei Schalenbauteilen, wobei an jedem Schalenbauteil ein Flanschplattenabschnitt angeformt ist. Die Schalenbauteile werde aus Ausgangsplatinen aus Metallblech gefaltet, anschließend zusammengesetzt und mittels Widerstandsschweißpunkten aneinandergefügt. Eine Crashbox dieser Art weist nur ein definiertes Steifigkeitsniveau auf.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Steuergerät haben gegenüber dem aus dem Stand der Technik Bekannten den Vorteil, dass erfindungsgemäß durch die bauliche Ausgestaltung der Vorrichtung bzw. der Anpassung des Verfahrens bzw. der Ausgestaltung des Steuergeräts nachdem kollisionsbedingt ein Kontakt stattgefunden hat, keine Kraft auf den im Lastpfad angeordneten Aktuator wirkt, was für eine Ansteuerung der Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie erforderlich ist.
Vorliegend bedeutet der adaptive Abbau von Kollisionsenergie, dass abhängig von der Energie die durch eine Kollision auf ein Fahrzeug wirkt eine Ansteuerung der Vorrichtung zum adaptiven Abbau der Kollisionsenergie erfolgt, die an die zu erwartende Menge abzubauender Kollisionsenergie angepasst ist.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, eine Vorrichtung zu schaffen, die über mindestens zwei gegeneinander bewegliche Elemente verfügt. Des Weiteren sollen basierend auf einem Kollisionsenergie repräsentierenden Signal die Energieabbaueigenschaften der Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie eingestellt werden.
Der Energieabbau erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass beispielsweise ein Rohr infolge einer Kollision durch mindestens eine Matrize in Kollisionsrichtung getrieben wird. Die mindestens eine Matrize ist dabei so gestaltet, dass sie eine Öffnung aufweist durch die das Rohr getrieben werden kann. Zumindest der Austrittsdurchmesser der Öffnung ist dabei kleiner als der Außendurchmesser des Rohrs. Dadurch kommt es infolge der Kollision zu einer Verjüngung des durch die Matrize getriebenen Rohres. Die dazu notwendige Verformungsenergie dient dazu Kollisionsenergie abzubauen.
Anstelle eines Rohres mit einer im Wesentlichen runden Außengeometrie kann selbstverständlich auch ein zur Deformation vorgesehenes Bauteil mit einer ovalen oder einer polygoner Außengeometrie verwendet werden.
Die Innengeometrie der Öffnung der mindestens einen Matrize folgt dabei im Wesentlichen der Außengeometrie des Rohres bzw. des zur Deformation vorgesehenen Bauteils, das infolge einer Kollision durch die Matrizen getrieben wird.
Es ist allerdings auch vorstellbar, dass sich die Innengeometrie der Öffnung der mindestens einen Matrize und die Außengeometrie des Rohres, das durch die Matrize hindurchgetrieben wird, unterscheiden. Erfindungsgemäß ist es lediglich notwendig, dass das Rohr bzw. das Bauteil infolge der Kollision durch diese Matrize hindurchgetrieben wird und dass dabei ein Abbau von Kollisionsenergie geschieht
Der Abbau von Kollisionsenergie muss dabei nicht ausschließlich durch eine Verjüngung des Rohres bzw. des Bauteils erfolgen. Jede andere dauerhafte, plastische Verformung des Rohres bzw. des Bauteils kommt für den Abbau von Kollisionsenergie in Frage. Darunter zählen unter anderem, Scherung, Biegung, Brechung, Schneidung oder Schabung.
Der Grad des Energieabbaus durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich als Energieabbaueigenschaft der Vorrichtung bezeichnen. Diese Energieabbaueigenschaft soll erfindungsgemäß einstellbar sein. Die Einstellung der Energieabbaueigenschaften erfolgt dadurch, dass mindestens eine der Matrizen der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie infolge des Eindringens des Rohres bzw. des Bauteils brechen kann. Dafür kann die Matrize aus einem entsprechenden Material gestaltet sein oder aber entsprechende Sollbruchstellen aufweisen. Bricht eine solche Matrize, dann leistet sie keinen Beitrag mehr zum Abbau der Kollisionsenergie, das heißt, dass sich die Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung verringern. Um das Brechen einer solchen Matrize zu verhindern, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Aktuator auf, der z.B. durch Abstützen der brechbaren Matrize ein Brechen dieser verhindert. Wird die brechbare Matrize abgestützt, dann bricht sie infolge des Eindringens des Rohres bzw. des Bauteils nicht und leistet einen Beitrag zum Abbau der Kollisionsenergie. Die Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht sich dadurch.
Unter den Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist primär die Steifigkeit der Vorrichtung im Lastpfad der Kollision zu verstehen. Hohe Energieabbaueigenschaften entsprechen dabei einer hohen Steifigkeit; niedrige Energieabbaueigenschaften entsprechen dabei einer niedrigen Steifigkeit.
Durch die, in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen, sind Weiterbildungen bzw. vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen, Vorrichtungen bzw. Verfahren zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie angegeben.
Es ist besonders vorteilhaft, dass die zwei gegeneinander beweglichen Elemente einen räumlich begrenzten Bewegungsraum aufweisen. Dieser räumlich begrenzte Bewegungsraum wird ausgenutzt um die Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie in ihren Energieabbaueigenschaften einzustellen. Der Abbau der Kollisionsenergie erfolgt erst, wenn der Bewegungsraum der gegeneinander beweglichen Elemente aufgebraucht ist. Die Zeit, die verstreicht, bis der Bewegungsraum der gegeneinander beweglichen Elemente aufgebraucht ist, kann genutzt werden, um die zu erwartende Menge an abzubauender Kollisionsenergie zu bestimmen. Die zu erwartende Menge an abzubauender Kollisionsenergie kann durch unterschiedliche Sensoren, die in oder an der Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie angebracht sind oder durch Sensoren, die an anderen Bauteilen des Fahrzeugs angebracht sind, erfasst werden.
Die gegeneinander beweglichen Elemente werden infolge einer Kollision durch die übertragene Kollisionsenergie gegeneinander bewegt. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich auf die zu erwartende Menge an abzubauender Kollisionsenergie zu schließen. Z.B. dadurch, dass ein Sensor so an die Elemente angebracht wird, dass er die zu erwartende Kollisionsenergie messen kann.
In vorteilhafter Weise sind die Energieabbaueigenschaften der Vorrichtung zum adaptiven Abbau der Kollisionsenergie zeitlich begrenzt eingestellt. Die zeitlich begrenzte Einstellbarkeit der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterstützt eine reversible Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Standardzustand sind die Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung so eingestellt, dass eine größtmögliche Menge an Kollisionsenergie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung abgebaut werden kann. Sollte durch das die Kollisionsenergie repräsentierende Signal festgestellt werden, dass es sinnvoller ist die Energieabbaueigenschaften so einzustellen, dass weniger als die größtmögliche Menge an Kollisionsenergie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung abgebaut werden soll, so werden abhängig von dem die Kollisionsenergie repräsentierenden Signal die Energieabbaueigenschaften eingestellt.
Die Energieabbaueigenschaften so einzustellen, kann in solchen Situationen als sinnvoll erachtet werden, in denen durch ein Einstellen der Energieabbaueigenschaften andere Teile der Fahrzeugstruktur vor den Auswirkungen der Kollision geschützt werden können.
Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Kollisionsenergie nicht so groß ist, dass die durch sie hervorgerufenen Deformationen des Fahrzeugs bzw. von Teilen des Fahrzeugs über die Deformation der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der eben beschriebenen Einstellung hinausgehen würde.
Die Einstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der eben beschriebenen Art hat zur Folge, dass Strukturen und Bauteile, die im Kollisionspfad nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen, nicht durch die Kollision in Mitleidenschaft gezogen werden, wodurch hohe Reparaturaufwände vermieden werden.
In einer reversiblen, aber auch in einer irreversiblen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich eine einmal eingestellte Energieabbaueigenschaft wieder rückgängig machen. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn infolge des die Kollisionsenergie repräsentierenden Signals eine Ansteuerentscheidung getroffen wurde, danach aber keine Kollision erfolgt ist. Da die Einstellung der Energieabbaueigenschaft der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der weniger Kollisionsenergie abgebaut wird als in der Standardeinstellung, für den bzw. die Insassen eines Fahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein erhöhtes Sicherheitsrisiko bergen kann, ist es wichtig, dass diese Einstellung nur die maximal notwendige Zeit vorliegt. Ein solches Risiko läge beispielsweise vor, wenn nach einem Einstellen der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf eine Einstellung, in der weniger Kollisionsenergie abgebaut wird als in der Standardeinstellung, eine Kollision mit einem hohen Maß an Kollisionsenergie erfolgt. Daher wird in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, die Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur zeitlich begrenzt einzustellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt die zeitlich begrenzte Einstellung der Energieabbaueigenschaften von dem räumlich begrenzten Bewegungsraum der gegeneinander beweglichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung ab. Dadurch, dass die Standardeinstellung der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorsieht die größtmögliche Menge an Kollisionsenergie abzubauen, sieht jede andere Einstellung der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, weniger Kollisionsenergie abzubauen. Da aber nur bei Kollisionen bis zu einer maximal zu erwartenden Menge an abzubauender Kollisionsenergie eine Einstellung auf eine Nicht-Standardeinstellung der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen soll, ist es klar, dass die Zeit, die nach Eintritt einer Kollision zur Verfügung steht, um die erfindungsgemäße Vorrichtung kraftfrei zu schalten, durch den räumlich begrenzten Bewegungsraum der gegeneinander beweglichen Elemente abhängt. Somit ist die maximale Haltedauer einer bestimmten Einstellung der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeitlich begrenzt und zwar abhängig von dem räumlich begrenzten Bewegungsraum der gegeneinander beweglichen Elemente.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Aktuator auf, der so gestaltet ist, dass er dazu geeignet ist, die Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzustellen. Denkbar ist dabei, dass der Aktuator einen Ring so um die brechbaren Matrizen legen kann, dass der Ring die mindestens eine brechbare Matrize abstützt, um höhere Energieabbaueigenschaften zu bewirken und den Ring so von der mindestens einen brechbaren Matrizen entfernen kann, um niedrigere Energieabbaueigenschaften zu bewirken. Die Bewegung des Rings kann dabei pyrotechnisch, hydraulisch, elektrisch, pneumatisch oder mechanisch geschehen. Denkbar ist auch die mindestens eine brechbare Matrize nicht durch einen Ring, sondern durch ein anderes geeignetes Element abzustützen.
Zeichnungen
Es zeigen die Figuren:
1: Schnittbild der Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie in Ruhestellung (Steifigkeit hoch)
2: Schnittbild der Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie in aktuierter Stellung
3: Schnittbild der Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie im Kollisionsfall, aktuiert (Steifigkeit weich)
4: Schaffung eines Leerwegs zur Sensierung und Aktuierung
5: Eine Zeitleiste, bei der die Kollisionsgeschwindigkeit der Kollisionsgrenzgeschwindigkeit entspricht.
6: Eine Zeitleiste, bei der die Kollisionsgeschwindigkeit kleiner ist als die Kollisionsgrenzgeschwindigkeit
7: Eine Zeitleiste, bei der die Kollisionsgeschwindigkeit größer ist als die Kollisionsgrenzgeschwindigkeit
Ausführungsform
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie wird im Folgenden mit Hilfe der Figuren beschrieben.
Den 1, 2 und 3 kann die grundsätzliche Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie entnommen werden. 1 zeigt dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung in Ruhestellung. Ruhestellung bedeutet dabei eine Stellung bzw. einen Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der bzw. in dem keine Kraft auf die erfindungsgemäße Vorrichtung einwirkt. Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie funktioniert folgendermaßen. Bei einer Kollision wirkt eine Kollisionskraft annähernd in die in 1 angezeigte Kollisionsrichtung CD auf ein Rohr T oder ein anderes zur Verformung vorgehaltenes Bauteil. Das Rohr T bzw. das zur Verformung vorgesehene Bauteil liegt an seiner, der Kollision entfernten, Seite an zumindest einer sogenannten Matrize (FP, BP) an. Die Matrize (FP, BP) besteht aus einem sehr festen Material und weist eine Öffnung auf, deren Austrittsdurchmesser bezogen auf die Kollisionsrichtung CD kleiner ist, als der Außendurchmesser des Rohres T bzw. des Bauteils. In der vorgestellten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest zwei Matrizen FP, BP auf. Liegen mehrere Matrizen vor, so werden deren Austrittsdurchmesser mit größer werdendem Abstand von dem Rohr bzw. dem Bauteil immer kleiner. Wird nun das Rohr T bzw. das Bauteil durch die Kollisionsenergie in Richtung der Matrizen bewegt bzw. durch die Matrizen hindurchgetrieben, so findet eine Verformung des Rohrs T bzw. Bauteils in Form einer Verjüngung statt. Dadurch dass mehrere Matrizen FP, BP mit immer kleiner werdendem Austrittsdurchmessern hintereinander liegen, erfolgt eine immer stärkere Verformung bzw. Verjüngung des Rohres T bzw. des Bauteils.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht allerdings vor, dass lediglich eine erste Matrize FP immer zur Verjüngung des Rohres herangezogen wird. Alle nachfolgenden Matrizen können adaptiv, also der Kollision angepasst, zur Verjüngung des Rohres T bzw. des zur Verformung vorgesehen Bauteils herangezogen werden. Das geschieht dadurch, dass die anderen Matrizen BP Sollbruchstellen aufweisen, die dafür sorgen, dass die Matrizen BP an diesen Sollbruchstellen brechen, wenn sie nicht radial gegen die Kollisionskraft abgestützt werden. Bricht eine solche brechbare Matrize BP, so kann sie nicht mehr dazu verwendet werden, das Rohr T im Kollisionsfall zu verjüngen. Es findet also kein Abbau von Kollisionsenergie durch eine solche Matrize BP statt.
Das Rohr T bzw. das zur Deformation vorgesehene Bauteil zu verjüngen ist nur eine Methode, um Kollisionsenergie abzubauen. Das vorgestellte Prinzip der Verjüngung durch die Matrizen lässt sich auch auf andere dauerhafte, plastische Verformungen anwenden. So könnte das Rohr T bzw. das zur Deformation vorgesehene Bauteil auch geschert, gebogen, gebrochen, geschnitten oder geschabt werden.
Die Abstützung der brechbaren Matrizen BP kann beispielsweise durch einen bewegbaren Ring R geschehen. Es gibt aber noch weitere Möglichkeiten die Matrizen radial gegen die Kollisionsenergie abzustützen.
1 zeigt dabei wie die brechbare Matrize BP durch einen Ring R radial gegen die Kollisionskraft abgestützt wird. In dieser Stellung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie die höchst mögliche Steifigkeit auf, das heißt die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die größtmögliche Menge an Kollisionsenergie abbauen.
2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in aktuierter Stellung. Das bedeutet, der Ring R, der die brechbare Matrize BP radial gegen die Kollisionskraft abstützt, ist entfernt worden bzw. befindet sich in einer aktuierten Stellung. Dadurch weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein niedrigeres Steifigkeitsniveau auf, das heißt im Vergleich zur Ruhestellung wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie weniger Kollisionsenergie abgebaut.
3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie im Kollisionsfall und in aktuierter Stellung. In dem abgebildeten Stadium ist das Rohr T bzw. das Bauteil, das zur Verformung vorgesehen ist, bereits zu einem Teil in den Aktuatorbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingedrungen. Dadurch, dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in aktuierter Stellung befindet, wird die brechbare Matrize BP nicht durch den Ring R abgestützt. Infolge des Eindringens des Rohres T durch die Kollisionsenergie bricht Matrize und kann nicht bei der Verformung des eindringenden Rohres T genutzt werden. Die gebrochene Matrize BP leistet so keinen Beitrag mehr zum Abbau von Kollisionsenergie.
4 zeigt den Kern der vorliegenden Erfindung. Abgebildet ist dort das Rohr T2 bzw. das Bauteil, das zur Verformung vorgesehen ist sowie ein weiteres Bauteil T1. Das eine Bauteil T2, also das Rohr, und das weitere Bauteil T1 sind dabei gegeneinander bewegliche Elemente. Das weitere Bauteil T1 ist so gegenüber dem einen Bauteil T2 angebracht, dass zwischen dem einen Bauteil T2 und dem weiteren Bauteil T1 eine Beabstandung S_leer vorliegt. Diese Beabstandung S_leer bildet einen räumlich begrenzten Bewegungsspielraum. Das weitere Bauteil T1 befindet sich an der Kollision zugewandten Seite, wohingegen sich das eine Bauteil T2 an der Kollision abgewandten Seite befindet. Es ist aber auch durchaus denkbar, dass das Bauteil T2 an der Kollision zugewandten Seite angebracht ist und das Bauteil T1 an der Kollision abgewandten Seite. Erfindungswesentlich ist, dass die zwei Bauteile T1, T2 gegeneinander beweglich sind und dass sie dadurch einen räumlich begrenzten Bewegungsspielraum S_leer aufweisen. Im Kollisionsfall wird zunächst das Bauteil T1 in das Bauteil T2 geschoben. Diese Bewegung läuft im Wesentlichen kraftfrei ab. Diese kraftfreie Bewegung gewährleistet dem Gesamtsystem und damit auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie einen Zeitvorteil, der dazu genutzt werden kann, die Signale, die nach dem Kontaktzeitpunkt t_0, durch verschiedenste Sensoriken, die in einem Fahrzeug angebracht sind, erfasst werden, zu verarbeiten. Die Signale bzw. die Verarbeitung der Signale wird dazu herangezogen, um abzuschätzen, welche Menge an Kollisionsenergie anzubauen sein wird. Abhängig von dieser Abschätzung werden dann die Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie eingestellt. Erst nachdem der räumlich begrenzte Bewegungsraum S_leer zwischen dem Bauteil T1 und dem Bauteil T2 aufgebraucht ist, findet ein Abbau der Kollisionsenergie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung statt.
In den 5, 6 und 7 sind Zeitleisten abgebildet, die bestimmte Zusammenhänge zwischen der aktuellen Kollisionsgeschwindigkeit und einer Kollisionsgrenzgeschwindigkeit verdeutlichen. Der räumlich begrenzte Bewegungsraum S_leer, der durch das Bauteil T1 und das Bauteil T2 gebildet wird, kann dazu genutzt werden, um die den Aktuator C der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu aktiveren ohne dass er durch das eindringende Rohr T bzw. Bauteil belastet wird. Der Bewegungsraum erlaubt, dass für eine bestimmte Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash eine bestimmte, von diesem Bewegungsspielraum S_leer abhängige Zeit bis zur Einleitung der Aktuierung bzw. der vollständig ausgeführten im Wesentlichen nicht belastete Aktuierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verfügung steht. Durch den Bewegungsraum wird sichergestellt, dass der Aktuator unbelastet geschaltet werden kann. Unbelastet heißt in diesem Zusammenhang, ohne dass Kollisionsenergie auf den Aktuator einwirkt. Das Einwirkung von Kollisionsenergie auf den Aktuator kann dazu führen, dass eine Aktuierung nicht mehr vollständig möglich ist, da durch die Einwirkung von Kollisionsenergie eine Verkantung des Rohres T bzw. des Bauteils, das zur Verformung vorgesehen ist, auftreten kann. Des Weiteren wird durch die Aktuierung die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herabgesetzt. Eine geringere Steifigkeit bedeutet aber gleichzeitig ein höheres Verletzungsrisiko für die Insassen, falls es sich um eine Kollision mit einer großen Menge an abzubauender Kollisionsenergie handelt. Daher ist es nur möglich die Steifigkeit herabzusetzen, wenn eine Kollision vorliegt, die in einem Geschwindigkeitsband liegt, das als ungefährlich für die Insassen eingestuft ist. Aufschlüsse über dieses Geschwindigkeitsband gibt z.B. der sogenannte Allianz Zentrum für Technik Crash Test (AZT Crash Test). Nach diesem Crash Test sollen beispielsweise bei Kollisionen mit maximal 16 km/h an Fahrzeugen lediglich sogenannte Reparaturcrashs stattfinden. Reparaturcrash sind dabei Kollisionen solcher Art, dass lediglich Teile der Karosserie eines Fahrzeugs ausgetauscht werden müssen, ohne dass die tragende Struktur eines Fahrzeugs zu Schaden kommt. Bei solchen Kollisionen entstehen weniger kostenintensive Schäden an einem Fahrzeug. Daher soll die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie nur in solchen Fällen herabgesetzt werden.
Die anhand solcher Crashtests festgelegte Kollisionsgrenzgeschwindigkeit v_Grenz bildet daher ein Maß für den räumlich begrenzten Bewegungsspielraum S_leer zwischen den gegeneinander beweglichen Bauteilen T1 und T2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 5 wird auf einer Zeitleiste der Fall dargestellt, der vorliegt, wenn die aktuelle Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash der Kollisionsgrenzgeschwindigkeit V_Grenz entspricht. Dabei zeigt der Zeitpunkt t₀ den Kontaktzeitpunkt an. Der Zeitpunkt t₀ ist dabei der Zeitpunkt an dem der tatsächliche Kontakt des Fahrzeugs mit dem Kollisionsgegner bzw. -gegenstand stattfindet. Die Kenntnis über den tatsächlichen Zeitpunkt t₀ ist aber für das erfindungsgemäße Verfahren irrelevant.
Der Zeitpunkt t(S1) zeigt den Zeitpunkt an, an dem die Signale der im Fahrzeug verbauten Sensorik einen ersten Schwellenwert S1 überschreiten. Ebenso ist der Zeitpunkt t(S2) wichtig, an dem von diesen Signalen eine zweite Schwelle S2 überschritten wird. Die erste Schwelle S1 gibt dabei an, dass nun eine Erschütterung bzw. eine physikalische Einwirkung auf das Fahrzeug vorliegt, die einer Erschütterung bzw. einer Einwirkung durch eine für die erfindungsgemäße Vorrichtung relevante Kollision gleichkommt. Dieser Schwellwert S1 wird auch Rauschschwelle genannt. Erschütterung bzw. Einwirkungen, die zu Signalen führen, die die Schwelle S1 nicht überschreiten, rühren von möglichen Kollisionen her, die durch andere Teile der Fahrzeugkaroserie abgefangen werden müssen, z.B. durch Pralldämpfer. Erschütterungen bzw. Einwirkungen, die zu Signalen führen, die die Schwelle S1 überschreiten, aber innerhalb einer der vorgegeben Zeit Δt_Fire nicht die Schwelle S2, rühren von möglichen Kollisionen her, bei denen ein Einstellen der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung als sinnvoll und für die Insassen als unbedenklich erachtet werden. Erschütterungen bzw. Einwirkungen, die zu Signalen führen, die innerhalb einer der vorgegebenen Zeit Δt_Fire nach Überschreiten der Schwelle S1 die Schwelle S2 auch überschreiten, rühren von Kollisionen her, bei denen ein Einstellen der Energieabbaueigenschaften als nicht sinnvoll erachtet werden. Des Weiteren werden auf der Zeitleiste in 5 noch zwei Zeitspannen bzw. Zeiten angezeigt. Die erste Zeitspanne Δt_Fire und die zweite Zeitspanne Δt_Schalt. Die erste Zeitspanne, Δt_Fire, gibt dabei die Zeit an, innerhalb der nach Überschreiten der Schwelle S1 die Schwelle S2 nicht überschritten werden darf, damit ein Einstellen der Energieabbaueigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie als sinnvoll erachtet werden kann. Die zweite Zeitspanne, die angegeben ist, ist Δt_Schalt. Diese konstante Zeitspanne ist die Zeitspanne, die notwendig ist, um, im Fall einer Aktuierung, das heißt einer Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, diese Ansteuerung bzw. Aktuierung vollständig auszuführen. Der räumlich begrenzte Bewegungsraum S_leer zwischen dem Bauteil T1 und dem Bauteil T2 sollte demnach so ausgelegt sein, dass bei einer Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash, die der Kollisionsgrenzgeschwindigkeit V_Grenz entspricht, nach dem Überschreiten der Schwelle S1 und dem Erreichen der Schwelle S2 nach der Zeitspanne Δt_Fire noch die Zeitspanne Δt_Schalt zur Verfügung steht, um die erfindungsgemäße Vorrichtung anzusteuern bzw. um die Aktuierung vollständig auszuführen.
In 6 wird die Situation auf einem Zeitstrahl dargestellt, die vorliegt, wenn die Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash kleiner ist als die Kollisionsgrenzgeschwindigkeit. V_Grenz. Auch in diesem Fall ist der tatsächliche Kontaktzeitpunkt, das heißt t₀, irrelevant. Im Vergleich zum Überschreiten der Schwelle S1 in einer Situation wie in 5 dargestellt, liegt der Zeitpunkt des Überschreitens der Schwelle S1 bei einer geringeren Geschwindigkeit als der Kollisionsgrenzgeschwindigkeit V_Grenz nach dem Zeitpunkt T(S1) des Überschreitens der Schwelle S1 in einer Situation wie in 5 dargestellt. Wenn die Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash kleiner ist als die Kollisionsgrenzgeschwindigkeit V_Grenz, dann wird die Schwelle S2 auch erst nach der Zeitspanne Δt_Fire überschritten werden. Das heißt, zum Zeitpunkt t_Fire ist die Schwelle S2 noch nicht überschritten worden. Es kann auch durchaus sein, dass in einer solchen Situation die Schwelle S2 nie überschritten wird. Das bedeutet für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. für das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass eine Aktuierung stattfinden soll.
Da es bei einer geringeren Kollisionsgeschwindigkeit länger dauert bis der räumlich begrenzte Bewegungsspielraum S_leer zwischen dem Bauteil T1 und dem Bauteil T2 überwunden ist, muss die Aktuierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine gewisse Zeit lang gehalten werden. In 6 wird das durch die Zeitspanne Δt_Halte dargestellt. Im Gegensatz zu den Zeiträumen Δt_Fire und Δt_Schalt ist der Zeitraum Δt_Halte nicht konstant, sondern abhängig von der Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash.
Die Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash, kann durch die Verarbeitung der die Kollisionsenergie repräsentierende Signale erfasst bzw. abgeschätzt werden.
In 7 wird die Situation dargestellt, in der die Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash größer ist als die Kollisionsgrenzgeschwindigkeit V_Grenz. In diesem Fall wird der Schwellwert S1 wesentlich früher überschritten als in einer Situation, in der die Kollisionsgeschwindigkeit V_Crash der Kollisionsgrenzgeschwindigkeit V_Grenz entspricht. Der zweite Schwellwert S2 wird dabei dann vor Ablauf der Zeitspanne Δt_Fire überschritten. Das bedeutet für das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung der Vorrichtung, dass das Ansteuern der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht sinnvoll ist bzw. nicht durchgeführt werden soll. Das heißt, nach Überschreiten des Schwellwerts S2 vor dem Ablauf der Zeitspanne Δt_Fire findet kein Ansteuern der erfindungsgemäßen Vorrichtung statt.
In 8 wird ein schematisch ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie ACS dargestellt.. In der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung im vorderen Teil des Fahrzeugs dargestellt. Durch die gestrichelte Andeutung soll dargestellt werden, dass es genauso möglich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ACS im hinteren Teil des Fahrzeugs unterzubringen. Genauso ist es möglich die erfindungsgemäße Vorrichtung an einer anderen geeigneten Stelle des Fahrzeugs unterzubringen. Wichtig an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass sie im Energiepfad einer Kollision angebracht ist und dort durch ihre einstellbaren Energieabbaueigenschaften adaptiv auf eine vorliegende Kollision reagieren kann. So dass das optimale Verhältnis zwischen Schutz der Insassen und Reparaturkosten für das Fahrzeug erreicht wird.
Außerdem ist in 8 ein Sensor KS zum Erfassen eines Kollisionsenergie repräsentierenden Signals dargestellt. In der Zeichnung sitzt der Sensor KS an der Fahrzeugfront. Genauso kann der Sensor KS an einer anderen geeigneten Stelle im Fahrzeug untergebracht werden. Meist findet sich ein solcher Sensor KS integriert auf einer Vorrichtung zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln wie einem Airbag oder Gurtstraffern. Heutzutage wird ein solches Kollisionsenergie repräsentierendes Signals nicht von einem einzigen Sensor KS erzeugt, sondern von mehreren Sensoren bzw. Sensorverbünden. Ebenso ist es denkbar, dass der Sensor KS oder einer der Sensoren eines Sensorverbundes an oder in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie ACS angebracht ist. Ein vorteilhafter Ort für die Anbringung eines solchen Sensors KS wäre zum Beispiel das Bauteil T1. Dadurch, dass dieses Bauteil T1 in Folge einer Kollision durch die Kollisionsenergie kraftfrei in das Bauteil T2 geschoben wird, dann durch die Bewegung dieses Bauteils T1 auf die zu erwartende, abzubauenden Kollisionsenergie geschlossen werden. Der entsprechende Sensor KS kann dann ein die Kollisionsenergie repräsentierendes Signal erzeugen und abgeben.
Ebenso wird in 8 ein Steuergerät SG dargestellt. Dieses Steuergerät empfängt das die Kollisionsenergie repräsentierende Signal und entscheidet aufgrund dieses Signals und ggf. weiterer Signale z.B. der Umfeldsensorik, der Innenraumsensorik, der Insassensensorik ob und in welcher Weise die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie ACS angesteuert werden soll. Um die erfindungsgemäße Vorrichtung ACS anzusteuern erzeugt das Steuergerät SG ein entsprechendes Ansteuersignal und sendet dieses Signal an die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. an den Aktuator der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In 8 wird das Steuergerät SG als zentral im Fahrzeug angebracht dargestellt. Genauso ist es möglich das Steuergerät SG an einer anderen geeigneten Stelle im Fahrzeug unterzubringen. Es ist auch denkbar, dass das Steuergerät direkt an oder in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angebracht ist.
Der Sensor KS bzw. die Sensorverbünde zum Erfassen und Erzeugen eines die Kollisionsenergie repräsentierenden Signals, das Steuergerät SG und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie sind im Fahrzeug auf geeignete Weise miteinander verbunden. So kann z.B. ein Bus-System, wie ein CAN-Bus oder ein Flex-Ray Bus, das im Fahrzeug untergebracht ist, entsprechend mit dem Sensor KS bzw. den Sensorverbünden, dem Steuergerät SG und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ACS verbunden sein. Ebenso ist es denkbar, das der Sensor KS und das Steuergerät SG und das Steuergerät SG und die erfindungsgemäße Vorrichtung ACS mit einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung, wie z.B. mit einer Verbindung nach dem PSI5 Standard, miteinander verbunden sein.
In 9 wird das Verfahren zur Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ACS dargestellt.
In einem Schritt 901 wird ein die Kollisionsenergie repräsentierendes Signal erfasst. Das Signal wurde von einem Sensor KS bzw. Sensorverbund erzeugt. Anhand dieses Signals kann entschieden werden ob und in welcher Art die erfindungsgemäße Vorrichtung ACS angesteuert werden soll.
In einem Schritt 902 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung ACS angesteuert und ihre Energieabbaueigenschaften EA werden entsprechendem dem erfassten Signal eingestellt. Je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können verschiedene diskrete oder kontinuierliche Stufen der Energieabbaueigenschaften EA der erfindungsgemäßen Vorrichtung ACS eingestellt werden.
Abhängig von der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ACS und dem die Kollisionsenergie repräsentierenden Signal werden in einem Schritt 903 die Energieabbaueigenschaften EA der erfindungsgemäßen Vorrichtung ACS wiederum eingestellt. In einer reversiblen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ACS werden die Energieabbaueigenschaften zeitlich begrenzt (Δt_Halte) eingestellt. Die zeitlich begrenzte (Δt_Halte) Einstellung der Energieabbaueigenschaften EA begründen sich dadurch, dass durch eine Herabsetzung der Energieabbaueigenschaften EA im Falle einer starken Kollision eine nicht optimaler Schutz der Insassen vorhanden ist. Werden die Energieabbaueigenschaften EA herabgesetzt, dann ist es vorteilhaft diese nach einer zeitlich begrenzten Dauer wieder heraufzusetzen um einen optimalen Schutz für die Insassen zu gewährleisten. Diese Wiederheraufsetzung der Energieabbaueigenschaften EA der erfindungsgemäßen Vorrichtung ACS nach einer zeitlich begrenzten Dauer wird in Schritt 903 dargestellt. Da diese Funktionalität eine optionale Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wird sie gestrichelt dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1792786 A2 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

PSI5 Standard [0051]

Claims

Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie (ACS), die in ihren Energieabbaueigenschaften (EA) einstellbar ist mit – mindestens zwei gegeneinander beweglichen Elementen (T1, T2) und – mindestens einem Kollisionsenergie repräsentierenden Signal (KS) dadurch gekennzeichnet, dass – die Energieabbaueigenschaften (EA) abhängig von dem Signal (KS) eingestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – die mindestens zwei gegeneinander beweglichen Elemente (T1, T2) einen räumlich begrenzten Bewegungsraum (S_leer) aufweisen und – der Abbau der Kollisionsenergie erst erfolgt, wenn der Bewegungsspielraum (S_leer) aufgebraucht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zwei gegeneinander beweglichen Elemente (T1, T2) aufgrund der Kollision gegeneinander bewegen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabbaueigenschaften (EA) zeitlich begrenzt (Δt_Halte) eingestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich begrenzte (Δt_Halte) Einstellung der Energieabbaueigenschaften (EA) von dem räumlich begrenzten Bewegungsraum (S_leer) abhängig ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Aktuator (C) aufweist, der so ausgestaltet ist, dass er die Energieabbaueigenschaften (EA) einstellt.
Verfahren zum Ansteuern einer in ihren Energieabbaueigenschaften einstellbaren Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie (ACS) mit den Schritten: – Erfassen (901) eines die Kollisionsenergie repräsentierenden Signals (KS) – Einstellen (902) der Energieabbaueigenschaften (EA) der Vorrichtung
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung (903) der Energieabbaueigenschaften (EA) der Vorrichtung zeitlich begrenzt (Δt_Halte) erfolgt.
Steuergerät (SG) für eine in ihren Energieabbaueigenschaften (EA) einstellbaren Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie (ACS) mit – Mitteln zum Erfassen eines die Kollisionsenergie repräsentierenden Signals (KS) – Mitteln zum Erzeugen (902) eines Signals zum Einstellen der Energieabbaueigenschaften (EA) der Vorrichtung zum adaptiven Abbau von Kollisionsenergie.
Steuergerät (SG) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Erfassen (903) einer begrenzten Zeitspanne (Δt_Halte) umfasst.
Steuergerät (SG) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Teil einer Vorrichtung zur Ansteuerung von Insassenschutz- bzw. Rückhaltemitteln für ein Fahrzeug ist.