DE102011081775A1

DE102011081775A1 - Aufprallenergieabsorptionseinheit, Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung und Verfahren zur Erkennung einer Aufprallstärke

Info

Publication number: DE102011081775A1
Application number: DE201110081775
Authority: DE
Inventors: Heiko Freienstein; Stephan Loosen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine an einem Fahrzeugträger (140) befestigbare Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) mit einem Aufnahmerohr (200) und einem in das Aufnahmerohr (200) einschiebbaren Kraftaufnahmeelement (500), wobei die Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) ausgebildet ist, um während einer Bewegung des Kraftaufnahmeelements (500) in das Aufnahmerohr (200) eine geringere oder keine Aufprallenergie zu absorbieren als bei einer Kraftwirkung auf die Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) bei einem vollständig in dem Aufnahmerohr (200) aufgenommenen Kraftaufnahmeelement (500), wobei die Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) einen Sensor (600, 1100) aufweist, der ausgebildet ist, um eine physikalische Größe, insbesondere eine Beschleunigung oder einen Druck, zu sensieren, die durch eine Bewegung des Kraftaufnahmeelementes (500) in das Aufnahmerohr (500) verursacht ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufprallenergieabsorptionseinheit, eine Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Erkennung einer Aufprallstärke gemäß den Hauptansprüchen.
Zunehmend werden in der Automobiltechnik Aufprallabsorptionsvorrichtungen verwendet, um eine Aufprallenergie eines Objektes auf ein Fahrzeug abzufangen. Eine solche Aufprallabsorptionsvorrichtung (auch als „Crashbox“ bezeichnet) ist in der Schrift EP 1 792 786 A2 offenbart. Dort wird eine Crashbox zur Eingliederung zwischen dem Stoßfängerquerträger und einem Fahrzeuglängsträger eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welche ein gehäuseartiges Deformationsprofil als Faltkonstruktion aus Metallblech und eine längsträgerseitige Flanschplatte aufweist, und die als besonderes Merkmal eine Flanschplatte als Bestandteil der Faltkonstruktion aufweist.
Ferner sind in der DE 197 45 656 C2 und der EP 909 681 B1 noch weitere Möglichkeiten beschrieben, in der eine darin vorgestellte Verjüngung vor Elementen zur Energieaufnahme vorgeschlagen wird.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Aufprallenergieabsorptionseinheit, eine Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung, ein Verfahren zur Erkennung einer Aufprallstärke sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung schafft eine an einem Fahrzeugträger befestigbare Aufprallenergieabsorptionseinheit mit einem Aufnahmerohr und einem in das Aufnahmerohr einschiebbaren Kraftaufnahmeelement, wobei die Aufprallenergieabsorptionseinheit ausgebildet ist, um während einer Bewegung des Kraftaufnahmeelements in das Aufnahmerohr eine geringere oder keine Aufprallenergie zu absorbieren als bei einer Kraftwirkung auf die Aufprallenergieabsorptionseinheit bei einem vollständig in dem Aufnahmerohr aufgenommenen Kraftaufnahmeelement. Die Aufprallenergieabsorptionseinheit weist einen Sensor auf, der ausgebildet ist, um eine physikalische Größe, insbesondere eine Beschleunigung oder einen Druck, zu sensieren, die durch eine Bewegung des Kraftaufnahmeelementes in das Aufnahmerohr verursacht ist.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung mit folgenden Merkmalen:

– einer vorstehend beschriebenen Aufprallenergieabsorptionseinheit; und
– einer Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um aus einem Signal des Sensors eine Information über eine Stärke eines Aufpralls eines Objektes auf das Fahrzeug zu erkennen.

Auch schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Aufprallstärke, wobei eine vorstehend beschriebene Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung verwendet wird und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Einlesen eines Signals des Sensors; und
– Verarbeiten des Signals, um unter Verwendung einer Information aus dem Signal die Aufprallstärke eines Aufpralls eines Objektes auf ein Fahrzeug oder eines Fahrzeugs auf ein Objekt zu erkennen.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung oder Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung oder einer Auswerteeinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung oder die Auswerteeinheit 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 oder Auswerteeinheit 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.
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 Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Unter einem Aufnahmerohr kann ein mechanisches Element verstanden werden, das einen Hohlraum aufweist, in den ein anderes mechanisches Element eingebracht werden kann. Unter einem Kraftaufnahmeelement kann ein mechanisches Element verstanden werden, auf welches bei einem Aufprall eines Objektes auf ein Fahrzeug oder des Fahrzeugs auf ein Objekt eine Kraft zuerst wirkt, bevor sie auf das Aufnahmerohr wirkt. Auf diese Weise wird zuerst das Kraftaufnahmeelement relativ zum Aufnahmerohr bewegt, so dass es sich in das Aufnahmerohr hinein schiebt. Bei einer solchen Bewegung des Kraftaufnahmeelements in das Aufnahmerohr hinein wird eine geringere Aufprallenergie absorbiert, als bei einer Deformation der Aufprallenergieabsorptionseinheit, bei der das Kraftaufnahmeelement bereits in das Aufnahmerohr eingeschoben ist. Unter dem Sensor ist ein Messwertaufnehmer zu verstehen, der eine physikalische Größe, insbesondere eine Beschleunigung oder einen Druck aufzeichnet und ein entsprechendes Signal bereit stellt. Diese physikalische Größe repräsentiert dabei insbesondere eine Bewegung des Kraftaufnahmeelements in das Aufnahmerohr.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Vorsehen des in ein Aufnahmerohr leicht einschiebbaren Kraftaufnahmeelements eine Möglichkeit geschaffen wird, eine physikalische Größe bei der Bewegung des Kraftaufnahmeelements in das Aufnahmerohr zu bestimmen, ohne dass bereits diese physikalische Größe durch eine Energieabsorption verfälscht wird. Zugleich kann diese physikalische Größe im Falle des Aufpralls des Objekts auf das Fahrzeug oder des Fahrzeugs auf ein Objekt frühzeitig ermittelt werden, so dass sie als Basis für die rechtzeitige Einstellung einer Steifigkeit der Aufprallenergieabsorptionseinheit gut verwendbar ist. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei der Bewegung des Kraftaufnahmeelements in das Aufnahmerohr lediglich eine sehr geringe oder gar keine Aufprallenergie absorbiert wird, so dass über den Bewegungsweg des Kraftaufnahmeelements in das Aufnahmerohr die Möglichkeit einer nahezu unverfälschten Messung der physikalischen Größe möglich ist.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil einer frühzeitigen Bestimmung der physikalischen Größe, aus der eine Stärke des Aufpralls des Objekts auf das Fahrzeug oder des Fahrzeugs auf ein Objekt erkennbar ist. Gegenüber dem Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung damit die Möglichkeit einer frühzeitigen Anpassung von Strukturen zur Aufprallenergieabsorption, um eine möglichst optimale Aktivierung von Komponenten eines Personenschutzmittels im Fahrzeug durchführen zu können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Aufnahmerohr und/oder das Kraftaufnahmeelement ausgebildet sind, um eine Bewegung des Kraftaufnahmeelementes nur innerhalb einer vordefinierten maximalen Strecke zu ermöglichen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die vordefinierte maximale Strecke beispielsweise eine Zeit gemessen werden kann, die verstreicht, bis das Kraftaufnahmeelement diese Strecke überwunden hat. Auf diese Weise kann sehr einfach die Geschwindigkeit und daraus eine Beschleunigung bestimmt werden, mit der ein Objekt auf das Fahrzeug aufprallt bzw. das Fahrzeug auf ein Objekt, woraus sich wiederum eine Aufprallstärke bestimmen lässt. Zugleich wird sichergestellt, dass die Aufprallenergieabsorptionseinheit eine Bewegung des Kraftaufnahmeelements innerhalb der vordefinierten Strecke ermöglicht, ohne dass in der Aufprallenergieabsorptionseinheit Energie absorbiert wird.
Von Vorteil ist es ferner, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Sensor an dem Kraftaufnahmeelement befestigt ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den besonderen Vorteil, dass ein Sensor, der an dem beweglichen Kraftaufnahmeelement befestigt ist, während der Bewegung des Kraftaufnahmeelements in das Aufnahmerohr die physikalische Größe nahezu störungsfrei messen kann.
Um eine besonders robuste Messung der physikalischen Größe zu ermöglichen, die auch eine Zerstörung oder Beschädigung des Sensors nahezu ausschließt oder zumindest die Wahrscheinlichkeit einer solchen Zerstörung oder Beschädigung des Sensors deutlich reduziert, kann ferner ein Dämpfungselement vorgesehen sein, das zwischen dem Kraftaufnahmeelement und dem Sensor angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft für einen Schutz des Sensors gegen Beschädigungen ist es, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Dämpfungselement ein Elastomermaterial und/oder ein Gelmaterial aufweist, das ausgebildet ist, um bei einer Beaufschlagung mit einem Druck oder einer Kraft eine reversible Verformung auszuführen.
Um eine Abstimmung oder Kalibrierung des Sensors einerseits zu erleichtern und andererseits eine weitere Schutzmaßnahme gegen eine Beschädigung oder Zerstörung des Sensors zu realisieren, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner ein Masseelement vorgesehen sein, über das der Sensor mit dem Kraftaufnahmeelement verbunden ist, wobei das Masseelement eine Masse aufweist, die in einer vordefinierten Beziehung zu einer Masse des Sensors steht, insbesondere wobei die Masse des Masseelementes zumindest die doppelte Masse, günstigerweise zumindest die fünffache Masse des Sensors aufweist.
Um einen besonders guten Schutz des Sensors gegen Zerstörung oder Beschädigung bei einem Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug zu ermöglichen kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Kraftaufnahmeelement einen Teilabschnitt mit einer Ausnehmung aufweisen, wobei der Teilabschnitt ausgebildet ist, um bei einer Bewegung des Kraftaufnahmeelementes in das Aufnahmerohr bewegt zu werden, wobei zumindest der Sensor in der Ausnehmung angeordnet ist.
Eine besonders einfache Herstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lässt sich dadurch umsetzen, dass der Sensor an einem Halterungselement angeordnet ist, das an einem dem Aufnahmerohr gegenüberliegenden Ende des Kraftaufnahmeelementes befestigt ist, insbesondere das über das Kraftaufnahmeelement gesteckt ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Anbringen des Sensors an ein vorbereitetes Kraftaufnahmeelement durch das Aufsetzen der vorbereiteten Kappe, die den Sensor enthält. Auf diese Weise kann eine aufwändige Montage des Sensors in dem Kraftaufnahmeelement, insbesondere in einem Hohlraum des Kraftaufnahmeelementes vermieden werden.
Um eine Führung des Kraftaufnahmeelementes bei einer Bewegung in das Aufnahmerohr hinein sicherzustellen kann gemäß einer günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Kraftaufnahmeelement einen sich verjüngenden Abschnitt aufweisen, der in einem sich verjüngenden Abschnitt des Aufnahmerohres angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Bewegung des Kraftaufnahmeelementes in das Aufnahmerohr hinein durch die sich verjüngenden Abschnitte an dem Kraftaufnahmeelement und dem Aufnahmerohr geführt.
Um ein Herausrutschen eines bereits in das Aufnahmerohr eingesteckten Kraftaufnahmeelementes aus dem Aufnahmerohr zu verhindern kann das Kraftaufnahmeelement an einem in dem Aufnahmerohr angeordneten Ende ein Rückhalteelement aufweisen, das ausgebildet ist, um ein Herausrutschen des Kraftaufnahmeelementes aus dem Aufnahmerohr zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in dem Aufnahmerohr ein Pufferbereich mit einer fluiddichten Abdichtung vorgesehen sein, wobei das Kraftaufnahmeelement ausgebildet ist, um bei einer Bewegung in das Aufnahmerohr in den Pufferbereich geschoben zu werden, insbesondere wobei ein Drucksensor in dem Pufferbereich vorgesehen ist, um einen Druck in dem Pufferbereich (beispielsweise als physikalische Größe) zu erfassen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders robusten Erkennung der physikalischen Größe.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs, in dem ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur bzw. einer Aufprallenergieabsorptionseinheit in Ruhestellung bei einer Einstellung mit hoher Steifigkeit;
3 ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur in aktuierter Stellung
4 ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur im Kollisionsfall in aktuiertem Zustand mit weich eingestellter Steifigkeit
5 eine Prinzipdarstellung eines für die Sensorik relevanten Teils der adaptiven Crashstruktur
6 eine Darstellung einer Sensoranbindung an dem Kraftaufnahmeelement
7A–B Schnittdarstellungen von reversiblen Pralldämpfern;
8 eine Schnittdarstellung einer reversiblen Vorrichtung zur Verbesserung der Signalqualität in einem Ausführungsbeispiel als mechanischer Tiefpasses;
9 eine Übersichtsdarstellung von Komponenten eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zur Verdeutlichung von Einbaupositionen eines Beschleunigungssensors;
11 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zur Verdeutlichung einer Einbauposition für einen Drucksensor (am Kraftaufnahmeelement oder am Aufnahmerohr, gegebenenfalls mit Abschluss);
12 eine Schnittdarstellung einer Möglichkeit zur Montage des Kraftaufnahmeelementes mit dem Aufnahmerohr;
13 eine Darstellung von Diagrammen von Signalverläufen eines Drucksensors und eines Beschleunigungssensors;
14 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
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.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100, für welches ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das Fahrzeug 100 umfasst in einem vorderen Bereich einen Querträger 110 der, von einer der Aufprallabsorptionseinheiten 120 jeweils an einem Längsträger 130 des Fahrzeugs 100 befestigt ist. Um nun eine optimale Auslösung von Personenschutzmitteln 140 (wie beispielsweise einen Frontairbag) für einen Fahrzeuginsassen 150 sicherzustellen, sollte möglichst frühzeitig ein Signal über eine Stärke eines Aufpralls eines Objektes 160 auf das Fahrzeug 100 bzw. des Fahrzeugs 100 auf ein Objekt 160 vorliegen. Ein solches Signal kann durch einen Sensor bereitgestellt werden, wie er in einem Ausführungsbeispiel einer Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 nachfolgend näher beschrieben ist. Dabei kann der Sensor ein Signal über eine Sensorsignalleitung 170 an eine Auswerteeinheit 180 übermitteln, wobei das Sensorsignal eine Information über eine physikalische Größe, beispielsweise eine Beschleunigung einer Komponente der Aufprallabsorptionseinheit 120 oder einen Druck in einer Komponente der Aufprallabsorptionseinheit 120, repräsentiert. Ansprechend auf das Sensorsignal kann die Auswerteeinheit 180 dann ein entsprechendes Personenschutzmittel 140 aktivieren. Zugleich kann die Auswerteeinheit 180 auch über eine weitere Signalleitung 190 zu jeder der Aufprallenergieabsorptionseinheiten 120 eine Veränderung der Steifigkeit der betreffenden Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 hervorrufen, um eine weiter verbesserte Schutzwirkung zu erhalten.
Durch die adaptiven Crashstrukturen, wie sie durch die Aufprallenergieabsorptionseinheiten 120 in 1 dargestellt sind, sollen Teile der bestehenden Vorderwagenstrukturen in Kraftfahrzeugen ersetzt werden. Derartige Aufprallenergieabsorptionsstrukturen oder -einheiten 120 können aber ebenso im Fahrzeugheck oder an anderen Stellen eines Fahrzeugs oder auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden. Die beispielshaft dargestellte Struktur 120 soll die herkömmliche Crashbox und den vorderen Teil der Längsträger 130 ersetzen. Daher sollten auch die Funktionalitäten der beiden Bauteile hinsichtlich der Aufprallenergieabsorption abgebildet und somit günstigerweise zumindest zwei Steifigkeiten einstellbar sein. Die Grundeinstellung der Aufprallenergieabsorptionsstruktur ist eine Einstellung auf eine höhere Steifigkeit, die der des vorderen Längsträgers entspricht. Die zweite Einstellung der Aufprallenergieabsorptionsstruktur 120, d.h. diejenige, auf die umgeschaltet wird, weist eine Steifigkeit auf, die der herkömmlichen Crashbox entspricht.
Aus den Prinzipdarstellungen der 2 bis 4 kann die Funktionsweise einer Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 mit einer einstellbaren Steifigkeit entnommen werden. 2 zeigt die Ruhestellung der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120. Hierbei ist ein bei einer Energieabsorption zu deformierendes Deformationselement 200 in ein Gehäuse 210 eingesteckt. Eine feststehende Matrize 220 stelle eine Mindestdeformation bei einer Bewegung des Deformationselementes 200 sicher, wenn das Deformationselement 200 durch die Kraftwirkung 230 im Falle eines Aufpralls eines Objektes auf das Fahrzeug oder des Fahrzeugs auf ein Objekt bewegt wird. Bei einer Kollision wird das Rohr 200 somit in die feste Matrize 220 und in eine der festen Matrize in Bewegungsrichtung nachgelagerte ausrückbare Matrize 240 geschoben und dabei stark verjüngt. Tritt nun ein Aufprall mit einer geringen Stärke auf, sollte weniger Aufprallenergie absorbiert werden, als die die Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 maximal zu absorbieren vermag. Insofern kann die Steifigkeit der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 herabgesetzt werden, was durch eine entsprechende Ansteuerung mittels eines Signals aus der Auswerteeinheit 180 erfolgen kann. Bei einer Aktuierung, d.h. bei einer Ausgabe eines entsprechenden Signals an einen Aktuator in der Aufprall- energieabsorptionseinheit 120 wie beispielsweise einer Spule 250 wird durch magnetische Induktion eine Abstoßungskraft auf einen Ring 260 ausgeübt, so dass sich der Ring 260 gegen die Kraft einer Feder 270 verschoben wird. Eine derartige Auslenkung des Ringes 260 nach einer Aktuierung der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 ist in der 3 dargestellt. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 200 ebenfalls in die feste Matrize 220 und in die ausrückbare Matrize 240 ein. Da der Ring 260 die ausrückbare Matrize 240 nicht abstützt, kann diese infolge der Aufprägung der Radialkraft durch das Rohr 200 brechen und ausrücken. Der Verjüngungsgrad des Rohrs 200 ist somit verglichen mit der Grundeinstellung geringer. 4 zeigt den Fall einer Deformation des Deformationselementes 200 (d.h. des Rohrs) bei einer Einstellung der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 in geringer Steifigkeit, wobei deutlich zu erkennen ist, dass die ausrückbare Matrize 240 ausgerückt ist.
Belastet das Rohr 200 die brechbare Matrize 240, bevor der Ring 260 verschoben wurde, wird durch eine Aufweitung der ausrückbaren Matrize 240 Kraft auf den Ring 260 geleitet, wodurch ein Verschieben nicht mehr möglich ist. Daher ist es im Falle eines Schaltwunsches wichtig, dass die Aktuierung abgeschlossen ist, bevor die Crashkraft 230 über das Rohr 200 auf den Aktuator 250, genauer gesagt die ausrückbare Matrize 240, eingeleitet wird.
Um dies zu gewährleisten ist neben einem schnellen Algorithmus, der möglichst frühzeitig und möglichst auch über die Dauer des Aufpralls eine Information über die Stärke eines Aufpralls eines Objektes auf das Fahrzeug oder des Fahrzeugs auf ein Objekt liefert, konstruktiv vorzusehen, dass während des Treffens einer Schaltentscheidung keine Belastung des Aktuators 250 bzw. der ausrückbaren Matrize 240 erfolgt. Auch sollten möglichst eindeutige Informationen aus dem erhaltenen Signal bezüglich der Aufprallstärke gewonnen werden können.
Wichtig ist aus diesem Grund eine möglichst optimale Ausgestaltung der Sensoranbindung innerhalb von bzw. an (adaptiven) Crashstrukturen. Durch die vorteilhafte Anbindung an weitere Komponenten der Aufprallenergieabsorptionseinheit ist der Sensor vom direkten Impuls, d.h. der Impulseinwirkung der Kollision, entkoppelt, wodurch sich Vorteile hinsichtlich der Signalqualität ergeben. Gegenüber dem Bekannten wird erreicht, dass der auf die Crashstruktur, d.h. die Aufprallabsorptionseinheit, und damit auch auf eine darin oder daran installierte Be- schleunigungssensorik wirkender Impuls gedämpft wird. Das Signal erreicht dadurch eine Qualität, die eine Charakterisierung der Kollisionsschwere bzw. -art erlaubt. Weiterhin wird die für den Sensor zulässige Belastung durch die Erfindung eingehalten, so dass der Sensor bei einem Aufprall funktionstüchtig bleibt und im Verlaufe der Kollision weiter Signale liefern kann, die von anderen Sicherheitssystemen verwertet werden können.
5 zeigt die Bauteile der adaptiven Crashstruktur, d.h. der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120, die für die Sensierung der Kollisionsschwere relevant sind. Zu sehen ist ein Rohr 200 (das vorstehend auch als Deformationselement bezeichnet wurde), welches — wie es in den 2 bis 4 dargestellt wurde — zur Energieabsorption in einem Gehäuse 210 verjüngt wird. Auch andere Geometrien oder Energieabsorptionsprinzipien als Deformationselement 200 sind vorstellbar. Da die Aktuatorik 250 mit dem beispielhaft verwendeten verstellbaren Ring 260 nicht durch eine Übertragung von Längskräften über das Deformationselement 200 belastet werden sollte, bevor der gewünschte Verjüngungsgrad durch die Matrizen 220 und 230 eingestellt ist, ist ein Kraftaufnahmeelement 500 vorgesehen, welches durch eine Kraftwirkung eines auf die Aufprallabsorptionseinheit 120 aufprallenden (in der 5 nicht dargestellten) Objektes sich gegen eine geringe Kraft relativ zum Deformationselement 200 bewegen kann. Dieses Kraftaufnahmeelement, das als erste Komponente der Aufprallabsorptionseinheit 120 die Wirkung der Kraft durch das aufprallende Objekt erfährt, ist beispielhaft in der 5 dargestellt. Die Relativbewegung des Deformationselementes 200 in Bezug zum Kraftaufnahmeelement 500 (oder umgekehrt) wird genutzt, um die Kollisionsschwere zu ermitteln und darauf aufbauend eine Schaltentscheidung zu treffen. Durch die Relativbewegung bei geringer Gegenkraft wird erreicht, dass die über das Deformationselement 200 auf den Aktuator 250 bzw. den Ring 260 übertragene Kraft zu gering ist, um den Schaltvorgang (d.h. die Bewegung des Ringes 260 durch den Aktuator 250) zu behindern. Erst wenn durch die Kollisionskraft das Deformationselement 200 relativ zum Kraftaufnahmeelement 500 bewegt und der dabei zur Verfügung stehende maximale Relativweg s_rel aufgebraucht ist, wird schließlich Kraft als Radialkraft auf den Aktuator 250 bzw. den Ring 260 geleitet, so dass ein Schalten oder Bewegen des Ringes 260 dann nicht mehr möglich ist.
Da vor diesem Zeitpunkt eine Entscheidung über die Ansteuerung der Bewegung des Ringes 260 getroffen werden sollte sowie der Ring 260 selbst auch bewegt werden sollte, soll die Sensorik auch möglichst früh im Kraftpfad angebracht werden. Dies erfolgt vorteilhafterweise am Kraftaufnahmeelement 500, da aufgrund der Verbindung geringer Steifigkeit zwischen dem Deformationselement 200 und dem Kraftaufnahmeelement 500 das Deformationselement 200 sowie weitere Bauteile in Kraftwirkungsrichtung dahinter bei einer Kollision keine nennenswerte Beschleunigung (bzw. Verzögerung) erfahren, bevor der Relativweg s_rel durch das Kraftaufnahmeelement 500 durchschritten ist.
Das Kraftaufnahmeelement 500 wird hingegen in Abhängigkeit der Kollision sehr stark beschleunigt bzw. verzögert, da die Masse der dem Kraftaufnahmeelement 500 angelagerten Bauteile relativ klein ist und das Kraftaufnahmeelement 500 somit stark auf eine äußere Krafteinwirkung reagiert. Die vorliegende Struktur unter Verwendung des Deformationselementes 200 mit einem darin einschiebbaren Kraftaufnahmeelement 500 dämpft diese abrupte Bewegungsänderung des Kraftaufnahmeelementes 500 nur minimal. Die abrupte Bewegungsänderung des Kraftaufnahmeelementes 500 würde für eine Erfassung einer Beschleunigung als physikalischer Größe wesentliche Nachteile haben, da dies in einer ausgeprägten Beschleunigungsspitze resultieren würde. Signalcharakteristiken eines derartigen Signals, das bei einer abrupten Bewegungsänderung des Kraftaufnahmeelements 500 erfasst würde, gehen in Signalrauschen und geringfügigen Schwingungen unter. Zudem wäre die Steigung der Beschleunigungsspitze nahezu unendlich und die Dauer des Anstiegs äußerst kurz, was die Abtastung erheblich erschwert. Die Auswertung des Signals würde somit keine zuverlässige Klassifizierung der Kollisionsschwere erlauben, die für eine Aktuierungsentscheidung benötigt wird. Die Höhe der Beschleunigungsspitze würde dabei gegebenenfalls die Grenzwerte des Sensors überschreiten, so dass dieser dadurch mechanisch zerstört würde oder zumindest das Signal nichtlinear verzerrt wird (diese Eigenschaft ist auch als „Clipping“ bekannt). Für den weiteren Kollisionsverlauf würden in diesem Fall bei Zerstörung somit fortlaufend keine Daten zur Verfügung stehen, die von anderen Sicherheitssystemen herangezogen werden könnten.
Um diesem Problem Abhilfe zu leisten, wird hier vorgeschlagen, dass ein Beschleunigungssensor 600 beispielsweise mittels eines reversiblen Dämpfers 610 an dem Kraftaufnahmeelement 500 angebunden wird, so dass die Bewegung des Sensors von der abrupten Bewegungsänderung des Kraftaufnahmeelementes 500 entkoppelt wird. 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels von Elementen der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120, bei der der Sensor 600 in dem Kraftaufnahmeelement 500 angeordnet ist. Dabei ist der Sensor 600 durch eine Montage an dem Kraftaufnahmeelement 500 dennoch an ein Bauteil angebunden, dessen Bewegungsänderung nach einem Aufprall eine gute Klassifizierung der Kollisionsschwere zulässt.
Durch die Dämpfung der Änderung des Bewegungszustands des Sensors 600 gegenüber dem Kraftaufnahmeelement 500 wird erreicht, dass durch den Sensor 600 ein Sensorsignal ausgegeben wird, dessen Verlauf eine Information zur Bestimmung der Kollisionsschwere zulässt. Die Auswertung des Sensorsignals erfolgt in einem Steuergerät 180, welches nach Ermittlung der Kollisionsschwere beispielsweise eine Ansteuerung für die adaptiven Crashstrukturen bzw. die Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 und/oder andere Systeme/Schutzmittel 140 vornimmt.
Um eine weitere Dämpfung der Krafteinwirkung durch einen Aufprall eines Objektes auf das Fahrzeug oder des Fahrzeugs auf ein Objekt zu ermöglichen, sollte der Sensor 600 über einen Dämpfungsmechanismus 610 sowie eine Halterung 620 an dem Kraftaufnahmeelement 500 angekoppelt werden. Die Verwendung eines solchen Dämpfungsmechanismus 610 bietet den Vorteil, dass eine derart ausgestaltete Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 beliebig oft mit Kraft beaufschlagbar ist, sich eigenständig zurückstellt und dabei voll reversibel ist. Dies ist in Hinblick auf die reversible Ausgestaltung von adaptiven Crashstrukturen 120 von Vorteil. Zudem ergibt sich dadurch eine Toleranz gegenüber geringen Verschiebungen des Kraftaufnahmeelementes 500 gegenüber dem Deformationselement 200 bei kleinen Kollisionen wie Parkremplern, die gegebenenfalls eine kleine Verschiebung der Bauteile gegeneinander zur Folge haben, aber keinen auslöserelevanten Fall darstellen. Die 7A und 7B zeigen das Prinzip solcher Dämpfungsstrukturen für Pralldämpfer. In der 7A ist eine Querschnittansicht durch ein Dämpfungselement 610 dargestellt, das einen Körper aus einem Elastomer-Material mit einer Verdickung in einem Mittelbereich aufweist. Die Stauchung des Elastomer-Materials des Dämpfungselementes 610 bildet sich nach der Belastung zurück, so dass die an dem Elastomer-Material angekoppelten Bauteile wieder in Ausgangsstellung zueinander geraten. In An- lehnung daran wird auch die Verwendung eines Elastomer- bzw. Gelkissens entsprechend der Schnittdarstellung aus 7B vorgeschlagen, welches ähnliche Eigenschaften wie ein solches Elastomer-Material aufweist. Durch eine Vorspannung, ähnlich wie bei reversiblen Pralldämpfern, kann auch dort die Rückstellung erreicht werden.
Der Sensor 600 wird an einem solchen Dämpfer oder Dämpfungselement 610 angebracht. Dies kann gegebenenfalls eine zusätzliche Montage einer kleinen Masse, d.h. eines Masseelementes 630 erfordern, da das Sensorgewicht unter Umständen nicht ausreicht, um eine Deformation des Dämpfers 610 zu bewirken, bzw. durch eine zusätzliche Masse ein Schwingverhalten eingestellt werden kann. Die Masse des Masseelements 630 kann somit zusätzlich zur Eigenschaft des Dämpfers 610 als Parameter zur Abstimmung des Schwingungsverhaltens genutzt werden. Das Masseelement 630 ist ebenfalls in 6 dargestellt.
Eine alternative Realisierungsform des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in der Schnittdarstellung aus 8 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 600 über ein Masseelement 630 sowie ein Dämpfungselement 610 und ein Masseelement 630 an einer Kappe 800 befestigt. Diese Kappe 800 wird an dem Kraftaufnahmeelement 500 befestigt, und zwar derart, dass der Sensor 600 in einen inneren Hohlraum in dem Kraftaufnahmeelement 500 hineinragt. Diese Kappe 800 wird somit dem Kraftaufnahmeelement 500 der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 aufgesetzt, und bewirkt somit einen verbesserten Signalverlauf des Signals des Sensors 600.
Ferner bietet ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine konstruktive Lösung, die es erlaubt die Crashschwere unter Einwirkung der Crashkraft zu detektieren, ohne dass die Crashkraft in den gesamten Lastpfad der Karosserie eingeleitet wird. Dies ist bei Verwendung von adaptiven Crashstrukturen wie einer Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 meist erforderlich, da der Aktuator zur Anpassung der Steifigkeit der Crashstruktur bis zum vollendeten Schaltvorgang, d.h. der Anpassung der Steifigkeit, nicht belastet werden darf. Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Bereitstellung einer technischen Lösung vorgeschlagen, die es erlaubt die Crashschwere anhand einer Bauteilbewegung im Lastpfad zu sensieren, ohne dass die Crashkraft den Aktuator belastet und blockiert.
Vorteile dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sind insbesondere darin zu erkennen, dass neben dieser Funktion der Konstruktion zusätzlich eine Verbindung des Querträgers an die Adaptive Crashstruktur hergestellt werden kann — inklusive einer Querkraftaufnahme —, eine Abschleppfunktion integrierbar ist, die Qualität der Crashsignale eine schnelle Unterscheidbarkeit von Kollisionsgeschwindigkeiten erlaubt und eine Bandbreite an Fällen, die zu einer Fehlauslösung führen könnten, ausgeschlossen wird.
Durch die adaptiven Crashstrukture wie beispielsweise die Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 aus 1, sollen Teile der bestehenden Vorderwagenstrukturen in Kraftfahrzeugen ersetzt werden. Das hier näher beschriebene weitere Ausführungsbeispiel soll die Crashbox und den vorderen Teil der Längsträger ersetzen. Daher sollten auch beide Funktionalitäten (d.h. die Erkennung einer physikalischen Größe wie auch die Anpassbarkeit der Steifigkeit) abgebildet und somit zumindest zwei oder mehr Steifigkeiten einstellbar sein. Die Grundeinstellung der Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 ist die höhere Steifigkeit, die der des vorderen Längsträgers entspricht. Die zweite Einstellung, d.h. diejenige, auf die umgeschaltet wird, weist eine Steifigkeit auf, die der herkömmlichen Crashbox entspricht. Es sind jedoch auch beliebige andere Steifigkeitsniveaus möglich, das nachfolgend vorgestellte Verfahren ist ebenso mit einer solchen Aufprallenergieabsorptionseinheit anwendbar. Die Entscheidung, ob ein Umschalten bzw. Anpassen der Steifigkeit stattfindet oder nicht, und auf welche Steifigkeitsstufe umgeschaltet wird, fällt anhand einer Information über die Unfallschwere, die es zu sensieren bzw. zu erkennen gilt. Ein wichtiger Aspekt dieses weiteren Ausführungsbeispiels ist ein Umschalten von „hart“ auf „weich“ bei einer Geschwindigkeit von ≤ 16km/h. Der in der Beschreibung vorgestellte Ansatz ist jedoch nicht auf diese Grenzgeschwindigkeit beschränkt, sondern kann auf beliebige Grenzgeschwindigkeiten übertragen werden. Ebenso ist eine Unterscheidung für weitere Steifigkeitseinstellungen (die ein Aktuator vornimmt) möglich. Darüber hinaus kann das vorgestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung auch im Fahrzeugheck oder an sonstigen Stellen im Fahrzeug oder auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden.
Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in den vorderen Teil der Crashstruktur (beispielsweise in einem Hohlprofil derselben), ein zweites Profil eindringt. 9 zeigt eine Skizze der für die Sensierung relevanten Bauteile einer Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 an einer Fahrzeugseite. Die eingezeichnete Crashkraft 230 wirkt entgegen der Fahrzeuglängsrichtung (Frontalaufprall) auf die Crashstruktur 120. Die Kraft 230 wird in das Kraftaufnahmeelement 500 eingeleitet, welches bei einer ausreichend großen Crashkraft 230 in das Deformationselement bzw. das Aufnahmerohr 200 eindringen kann. Das Aufnahmerohr 200 kann z.B. ein Rohr oder ein anderes Profil sein, welches zur Energieabsorption in einem Gehäuse 210 entsprechend den Darstellungen aus den 2 bis 4 verjüngt wird; aber auch andere Energieabsorptionsprinzipien sind möglich. Dieses Aufnahmerohr 200 kann aber auch ein Bauteil sein, welches nicht zur Energieabsorption verwendet wird. Das Aufnahmerohr 200 kann nach rechts hin länger sein und auch eine andere als die dargestellte Kontur aufweisen. Ebenfalls sind das Energieabsorptionsprinzip sowie die Schalteinheit nicht abgebildet. An dem Kraftaufnahmeelement 500 schließt links der Querträger 110 an, bzw. ein Adapter für den Querträger 110, wie es in der Übersichtsdarstellung aus 1 abgebildet ist.
Das Kraftaufnahmeelement 500 weist an einem rechten Ende eine Verjüngung auf, die in eine Verjüngung eines Innendurchmessers des Aufnahmerohres 200 an dessen linken Ende eingeschoben ist. Damit das Kraftaufnahmeelement 500 gegen das Aufnahmerohr 200 verschoben werden kann, sollte eine ausreichend große Crashkraft 230 wirken. Gegenwärtig sollen Fahrzeuge Kollisionen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 8 km/h ohne Beschädigung einer herkömmlichen Crashbox überstehen. Somit sollte bei einer solchen Kollision kein Energieabsorptionselement des Längslastpfades irreversibel deformiert sein. Übertragen auf die adaptive Crashstruktur 120 bedeutet dies, dass erst bei einer Kollision mit einer Geschwindigkeit von mehr als ca. 8 km/h auf die „weichere“ Struktur bzw. Einstellung umgeschaltet werden sollte. Demnach ist auch erst eine Sensierung von Kollisionsgeschwindigkeiten von mehr als 8 km/h erforderlich. Daraus wird abgeleitet, dass die Mindestkraft, welche erforderlich ist um das Kraftaufnahmeelement 500 gegen das Aufnahmerohr 200 zu verschieben, so groß sein soll, wie die Kraft, die bei einem Aufprall mit einer Geschwindigkeit von 8 km/h wirkt (die Geschwindigkeit von 8 km/h kann auch anders gewählt werden).
Damit sich die das Kraftaufnahmeelement 500 und das Aufnahmerohr erst ab dieser (Schwellwert-) Kraft gegeneinander verschieben können, wird eine konstruktive Lösung vorgeschlagen, die in 9 dargestellt ist. Ein Keil 900 aus einem sich verjüngenden Abschnitt des Kraftaufnahmeelementes 500 wird gegen ein sich verjüngendes Profil 910 gedrückt, wobei ein komplettes Durchschieben, was dann die eigentliche, zur Sensierung verwendete Relativbewegung der beiden Bauteile 200 und 500 ermöglicht, eben genau die erwähnte Mindestkraft erfordert. Die Geometrie (die aus der Zeichnung nicht zwingend maßstabsgetreu zu entnehmen ist) und die Werkstoffeigenschaften des Keils 900 und des sich verjüngenden Profils 910 des Aufnahmerohres 200 sind so zu wählen, dass dies sichergestellt ist. Würde das Kraftaufnahmeelement 500 schon bei kleineren Kräften gegen das Aufnahmerohr 200 verschoben werden können, wäre nach einer solchen leichten Kollision jeweils eine Reparatur erforderlich, wenn das Kraftaufnahmeelement 500 in das Aufnahmerohr 200 vollständig eingeschoben ist und aufgrund eines in 9 sichtbaren Widerhakens 920 nicht mehr heraus bewegt werden kann. Und das obwohl ansonsten keine Beschädigung am Fahrzeug vorliegt. Dies würde gegenüber dem Stand der Technik einen erheblichen Nachteil darstellen. Um ein Herausfallen des Keils 900 bzw. des Kraftaufnahmeelementes 500 aus dem Aufnahmerohr zu verhindern, kann ein Rückhalteelement 930 am Kraftaufnahmeelement 500 vorgesehen sein, das im eingesteckten Zustand des Kraftaufnahmeelements 500 in dem Aufnahmerohr 200 in einem Inneren des Aufnahmerohres 200 angeordnet ist. Dabei ist das Rückhalteelement 930 auf einer Seite des Abschnitts mit dem sich verjüngenden Profil 910 angeordnet, die einer Öffnung des Aufnahmerohres 200 zum Kraftaufnahmeelement 500 hin gegenüberliegt.
Gemäß dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können verschiedenartige Sensoriken eingesetzt werden, um anhand der Relativbewegung der beiden Bauteile aus 9 die Kollisionsschwere zu detektieren. So können beispielsweise ein oder mehrere Beschleunigungssensoren 600 eingesetzt werden, um eine solche Sensorik zu realisieren. Pro Fahrzeugseite ist beispielsweise ein Sensor 100 erforderlich. Die Montage kann an verschiedenen Positionen erfolgen, wie es in der 10 dargestellt. Vorteilhafterweise wird der Sensor 600 so montiert, dass er bei einem Anschlag der Bauteile 500 und 200 aneinander weder zerstört oder seine Einbauposition verändert wird. In diesem Falle kann der Sensor 600 im weiteren Kollisionsverlauf Daten liefern, die für die Auslösung anderer Rückhaltemittel 140 (z.B. Airbags) herangezogen werden können.
Ferner ist auch die Verwendung von Drucksensoren 1100 möglich. Diese können, wie dies in der Ansicht aus 11 dargestellt ist, an verschiedenen Positionen im Inneren des Aufnahmerohres 200 oder an einer Wand des Kraftaufnahmeelementes 500 im Innen des Aufnahmerohres 200 montiert werden. Von Vorteil kann sein, wenn ein abgeschlossenes Volumen 1110 komprimiert wird. Dieses abgeschlossene Volumen 1110 kann durch eine Abtrennung 1120 realisiert werden, die einen Innenbereich des Aufnahmerohres 200 von einer Umgebung abtrennt. Die Abtrennung kann fluiddicht gestaltet sein, aber zumindest derart quasiabgeschlossen, dass eine Volumnenänderung gemssen werden kann. Die Abtrennung und Ausbildung des abgetrennten Volumens 1110 ist beispielhaft in der 11 abgebildet. Die rechte Kante bzw. die obere bzw. untere Seite des Rückhalteelementes 930 des Kraftaufnahmeelementes 500 kann aus demselben Grunde bis an das Aufnahmerohr 200 heranreichen (ausgefüllte Fläche), so dass das Rückhalteelement 930 eine Art Dichtung 1130 bildet so dass über diesen Bereich keine Luft entweichen kann. Ein weiches Dichtungsmaterial ist für eine solche Dichtung 1130 denkbar, zumindest im Bereich der in 11 dargestellten ausgefüllten Fläche, damit die Bauteile 200 und 500 bei einer Schrägbelastung nicht verkanten. Über die an dem Aufnahmerohr 200 anliegende Kante 930 (d.h. das Rückhalteelement 930) von dem Kraftaufnahmeelement 500 (längs der ausgefüllten Fläche) kann aber auch eine Führung erreicht werden. Hierzu sollte das Rückhalteelement 930 eine ausreichende Breite, d.h. einen ausreichend großen Dichtungsbereich 1130 aufweisen, damit eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Rückhalteelement 930 und dem Aufnahmerohr 200 eine sichere Führung des Kraftaufnahmeelementes 500 in dem Aufnahmerohr 200 sichergestellt ist. In diesem Falle wäre ein härteres Material vorteilhafter. Ebenso ist es denkbar, dass die Führung nicht nur für eine Längsbewegung genutzt wird, sondern dass auch Seitenkräfte, die über den Stoßfänger eingeleitet werden, über das Aufnahmerohr 200 abgeleitet werden und die Führung somit Stabilität in Querrichtung bietet. Das Kraftaufnahmeelement 500 kann demnach aus einem einzigen Material, aber auch aus einer Kombination verschiedener Materialien gefertigt werden. Kombinationen können z.B. aus Metall, Kunststoffen und speziell aus Elastomeren bzw. gummiartigen, dichtungsähnlichen Materialien bestehen.
Auch die Verwendung von anderweitiger Sensorik 600 bzw. 1100 ist bei Einsatz des hier vorgestellten konstruktiven Ansatzes zur möglichst frühzeitigen Sensierung einer physikalischen Größe möglich, z.B. Kontaktschalter oder wegmessende Sensorik.
Die rechte Kante des Kraftaufnahmeelementes 500 stellt, wie in den 9 bis 11 zu erkennen ist, eine Art Widerhaken als Rückhalteelement 930 dar. Dieser verhindert, dass das das Kraftaufnahmeelement 500 in den 9 bis 11 nach links, bzw. im Fahrzeug 100 nach vorne heraus aus dem Aufnahmerohr 200 herausfallen bzw. gezogen werden kann. Dies stellt einen weiteren Vorteil dar, da durch die Kombination aus Keil 910 und Widerhaken 930 eine Längsverbindung des Stoßfängers mit der Crashstruktur 120 hergestellt werden kann, wobei gleichzeitig aber auch eine Relativbewegung der Bauteile 200 und 500 zueinander möglich ist. Sofern man zwischen den Widerhaken 930 an dem Kraftaufnahmeelement 500 und die Anlagefläche an dem Aufnahmerohr 200 ein federndes oder dämpfendes Element 1200 integriert, wie dies beispielsweise aus der Darstellung aus 12 zu erkennen ist, können die beiden Bauteile 200 und 500 unter Spannung montiert werden. Eine einfache, aber nicht exklusive Lösung für die Montage stellt eine Verschraubung dar (die jedoch in der 12 nicht dargestellt ist), wenn das Kraftaufnahmeelement 500 zweigeteilt ist. In diesem Fall liegt eine Trennstelle 1210 vor, an der ein erster Teil mit dem Keil 910 mit einem zweiten Teil, der das Rückhalteelement 930 aufweist, verbunden oder verschraubt werden kann. Über die Vorspannung in Verbindung mit einem Dämpfungselement können Vibrationen und damit verbundene Komfortbeeinträchtigungen unterbunden werden (Klappern).
Der Widerhaken 930 bietet zudem den Vorteil, dass eine Abschleppfunktion für das Fahrzeug 100 auch durch die Aufprallenergieabsorptionseinheit 120 integrierbar ist. Über den Abschlepphaken wird im Falle eines Abschleppens über die dargestellten Bauteile 200 und 500 eine Zugkraft auf den Längsträger 140 übertragen. Aufgrund der Keilform 910 der Schnittstelle würde das Kraftaufnahmeelement 500, sofern dies der Widerhaken 930 nicht verhindern würde, aus dem Aufnahmerohr 200 herausgezogen werden. Mit dem hier dargestellten Ansatz ist somit eine Beweglichkeit der Bauteile 200 und 500 für die Sensierung einer phy- sikalischen Größe sichergestellt, und zudem die Funktionalität des Abschleppens ermöglicht.
Die Geometrie und die Werkstoffauswahl sollten entsprechend der gewünschten Losbrechkraft gewählt werden. So können beispielsweise der Winkel des Keils 910, die Länge des Keils 910 so ausgewählt werden und die Materialien des Kraftaufnahmeelements 500 im Bereich des Keils 910 so kombiniert werden, dass das gewünschte Verhalten erzielt wird.
Idealerweise liegt die Losbrechkraftoberhalb der eines Stoßfängerschaums, bzw. oberhalb der, der neben dem Stoßfängerschaum deformierten Elemente vor der adaptiven Crashstruktur im Falle eines Aufpralls. Aus Versuchen ist ersichtlich, dass die Signalanstiege sanft verlaufen, wenn der Widerstand gegen die Relativbewegung der Bauteile (z.B. durch den dargestellten Keil) gering ist im Verhältnis zur Steifigkeit der vor der Struktur und damit dem Kraftaufnahmeelement 500 liegenden Elemente. Dann beginnt eine Relativbewegung der Bauteile 200 und 500, bevor der Stoßfängerschaum vollständig komprimiert ist. Dies führt zu einem sanften Signalanstieg. Setzt die Relativbewegung der Bauteile 200 und 500 dagegen erst nach der Komprimierung der vorliegenden Bauteile ein, ist ein abrupter Anstieg zu sehen. 13 zeigt dies in Form von Diagrammen beispielhaft für Beschleunigungssensoren (linke Darstellung aus 13) und Drucksensoren (rechte Darstellung aus 13), jeweils der Vergleich eines sanften Anstiegs (durchgezogene Linie) mit einem abrupten Anstieg (gestrichelte Linie). Nachteilhaft an einem sanften Anstieg ist, dass die Signale erst nach längerer Zeit unterschieden werden können. Zudem wird während der Zeit bis zur Unterscheidbarkeit ein Relativweg zurückgelegt, der konstruktiv vorgehalten werden muss und die Struktur 120 nachteilig verlängert. Das Kriterium, dass die Losbrechkraft bei einer unteren Geschwindigkeitsgrenze liegt, die eine Deformation der herkömmlichen Crashbox zur Folge hat, hat dabei Vorrang.
Die aufgezeigte konstruktive Lösung bietet den Vorteil, dass durch die Einstellung einer Losbrechkraft sichergestellt werden kann, dass zunächst die vor der adaptiven Crashstruktur liegenden Bauteile vollständig komprimiert werden, und deren Deformation nicht die Signale der verwendeten Sensoren verfälscht. Dies reduziert die notwendige Zeit zur Sensierung und spart zusätzlich Bauraum ein, der bis zur Unterscheidbarkeit der Sensorsignale für eine Relativbewegung zur Verfügung stehen müsste.
Die Obergrenze dieser Losbrechkraft stellt die Kraft dar, ab der in der adaptiven Crashstruktur eine Energieabsorption einsetzen kann. Läge die Losbrechkraft höher, so würde eine Belastung des Aktuators 250 bzw. 260 auftreten, bevor eine Sensierung einer physikalischen Größe stattgefunden hätte. Bei einer Belastung des Aktuators 250 bzw. 260 kann nicht mehr umgeschaltet werden, weshalb eine Sensierung unbedingt vorher geschehen sein sollte.
Ein Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes ist gegenüber Energieabsorptionselementen, die alternativ der Relativbewegung einen Eindringwiderstand entgegensetzen könnten, dass diese anderen Elemente stets eine gewisse Deformationslänge benötigen, um ein (relativ) konstantes Kraftniveau zu erlangen. Zudem kommt es mitunter dabei zu recht großen Überschwingern über dieses Zielniveau. Dieses Überschwingen stellt einen Nachteil dar, da dieser Einschwingvorgang entgegen dem Bestreben steht, eine äußerst kurze Sensierungszeit im Bereich weniger Millisekunden zu realisieren. Zudem treten bei den Deformationsvorgängen recht starke Schwingungen auf, die das Sensorsignal beeinflussen und die Signale verfälschen. Beispielsweise können bei einer Faltung eines Elementes oder Bleches sehr starke Schwindungen auftreten, da nach einer hohen Energieabsorption beim Umknicken des zu faltenden Bleches wieder ein sehr geringer Kraftaufwand beim weiteren Falten des Bleches zu verzeichnen ist. Auch bei einer Inversion eines Elementes, beispielsweise einer Umbiegung eines Rohres derart, dass eine zuvor innenliegenden Seite des Rohres nach der Inversion eine Außenwand des Rohres bildet, ist mit Schwingungen verbunden. Die hier vorgeschlagene Umsetzung hat dagegen eine Verschiebung des Kraftaufnahmeelementes 500 relativ zum Aufnahmerohr 200 zur Folge, die auf einem sehr konstanten Kraftniveau abläuft, wodurch eine gute Qualität der Sensorsignale begünstigt wird.
Da die Bewegung des Kraftaufnahmeelementes 500 relativ zu dem Aufnahmerohr 200 irreversibel ist, sofern der Keil 900 vollständig in das Aufnahmerohr 200 eingedrungen ist, ist neben der zu beachtenden Maximalkraft, die dem Eindringen entgegengesetzt wird, ebenso wichtig, dass die Kraft nicht zu niedrig ist.
Dies ist über die Ausgestaltung der Geometrie und der Werkstoffwahl zu realisieren.
Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes ist darin zu sehen, dass über die Sensorik 600 bzw. 1100 nur Fälle sensiert werden können, die im Wirkbereich der adaptiven Crashstruktur 120 liegen; Fälle unterhalb des Wirkbereichs jedoch nicht. So wird eine Reihe von Misuse-Situationen definitiv nicht zu veränderten Sensorsignalen führen, die gegebenenfalls einen ähnlichen Verlauf wie Use-Cases haben. Günstigstenfalls gibt es bei diesen Misuse-Situationen gar kein verändertes Sensorsignal.
Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes besteht darin, dass ein Fahrer, der die tatsächliche Schwere einer Kollision und die Erfordernis eines Werkstattbesuches nicht unbedingt sicher einschätzen kann, über ein Infosystem aufgefordert werden kann, sein Fahrzeug untersuchen zu lassen. Ermöglicht wird dies dadurch, dass die Sensorik nur in einem Kollisionsfall, der eine Reparatur an der Struktur erfordert, veränderte Signale liefern kann. Geschieht dies, kann die Meldung an den Fahrer erfolgen, bleiben die Signale unverändert ist nur eine Schönheitsreparatur erforderlich, die von außen für den Fahrer sichtbar ist und die er nach eigenem Ermessen veranlassen kann.
Neben der dargestellten Ausbildung des Kraftaufnahmeelementes 500 mit einem Abschnitt in Keilform 900 sind auch weitere Geometrien vorstellbar, so z.B. auch eine Kugel. Ebenso kann der Raum des Aufnahmerohres 200, in welches das Kraftaufnahmeelement 500 eindringt, mit einem Energieabsorptionselement versehen werden, um das Eindringen in einer gewünschten Weise beeinflussen zu können. Dies kann z.B. ein Schaum sein, aber auch Elemente die gefaltet werden, z.B. nach Art einer Crashbox. Auch Federn oder Dämpfer sind verwendbar.
Ferner ist in der 14 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren 1400 zur Erkennung einer Aufprallstärke dargestellt. Für das Verfahren 1400 wird eine vorstehend beschriebene Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung verwendet. Das Verfahren 1400 umfasst eine Schritt des Einlesens 1410 eines Signals des Sensors und einen Schritt des Verarbeitens 1420 des Signals, um unter Verwendung einer Information aus dem Signal die Aufprallstärke eines Aufpralls eines Objektes auf ein Fahrzeug oder eines Fahrzeugs auf ein Objekt zu erkennen.
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.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1792786 A2 [0002]
DE 19745656 C2 [0003]
EP 909681 B1 [0003]

Claims

Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) zur Befestigung an einem Fahrzeugträger (130), mit einem Aufnahmerohr (200) und einem in das Aufnahmerohr (200) einschiebbaren Kraftaufnahmeelement (500), wobei die Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) ausgebildet ist, um während einer Bewegung des Kraftaufnahmeelements (500) in das Aufnahmerohr (200) eine geringere oder keine Aufprallenergie zu absorbieren als bei einer Kraftwirkung auf die Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) bei einem vollständig in dem Aufnahmerohr (200) aufgenommenen Kraftaufnahmeelement(500), wobei die Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) einen Sensor (600, 1100) aufweist, der ausgebildet ist, um eine physikalische Größe, insbesondere eine Beschleunigung oder einen Druck, zu sensieren, die durch eine Bewegung des Kraftaufnahmeelementes (500) in das Aufnahmerohr (200) verursacht ist.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmerohr (200) und/oder das Kraftaufnahmeelement (500) ausgebildet ist, um eine Bewegung des Kraftaufnahmeelementes (500) nur innerhalb einer vordefinierten maximale Strecke (s_rel) zu ermöglichen.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Sensor (600, 1100) an dem Kraftaufnahmeelement (500) befestigt ist.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Dämpfungselement (610) vorgesehen ist, das zwischen dem Kraftaufnahmeelement (500) und dem Sensor (600, 1100) angeordnet ist.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (610) ein Elastomermaterial und/oder ein Gelmaterial aufweist, das ausgebildet ist, um bei einer Beaufschlagung mit einem Druck oder einer Kraft eine reversible Verformung auszuführen.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Masseelement (630) vorgesehen ist, über das der Sensor (600, 1100) mit dem Kraftaufnahmeelement (500) verbunden ist, wobei das Masseelement (630) eine Masse aufweist, die in einer vordefinierten Beziehung zu einer Masse des Sensors (600, 1100) steht, insbesondere wobei die Masse des Masseelementes (630) zumindest die doppelte Masse, günstigerweise zumindest die fünffache Masse des Sensors (600, 1100) aufweist.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftaufnahmeelement (500) einen Teilabschnitt mit einer Ausnehmung aufweist, wobei der Teilabschnitt ausgebildet ist, um bei einer Bewegung des Kraftaufnahmeelementes (500) in das Aufnahmerohr (200) bewegt zu werden, wobei zumindest der Sensor (600, 1100) in der Ausnehmung angeordnet ist.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (600, 1100) an einem Halterungselement (800) angeordnet ist, das an einem dem Aufnahmerohr (200) gegenüberliegenden Ende des Kraftaufnahmeelementes (500) befestigt ist, insbesondere das über das Kraftaufnahmeelement (500) gesteckt ist.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftaufnahmeelement (500) einen sich verjüngenden Abschnitt (900) aufweist, der in einem sich verjüngenden Abschnitt (910) des Aufnahmerohres (200) angeordnet ist.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftaufnahmeelement (500) an einem in dem Aufnahmerohr (200) angeordneten Ende ein Rückhalteelement (930) aufweist, das ausgebildet ist, um ein Herausrutschen des Kraftaufnahmeelementes (500) aus dem Aufnahmerohr (200) zu verhindern.
Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmerohr (200) ein Pufferbereich (1110) mit einer fluiddichten Abdichtung (1120) vorgesehen ist, wobei das Kraftaufnahmeelement (500) ausgebildet ist, um bei einer Bewegung in das Aufnahmerohr (200) in den Pufferbereich (1110) geschoben zu werden, insbesondere wobei ein Drucksensor (1100) in dem Pufferbereich (1110) vorgesehen ist, um einen Druck in dem Pufferbereich (1110) als physikalische Größe zu erfassen.
Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung (120, 180) mit folgenden Merkmalen: – einer Aufprallenergieabsorptionseinheit (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; und – einer Auswerteeinheit (180), die ausgebildet ist, um aus einem Signal des Sensors (600, 1100) eine Information über eine Stärke eines Aufpralls eines Objektes (160) auf das Fahrzeug (100) oder des Fahrzeugs (100) auf ein Objekt (160) zu erkennen.
Verfahren (1400) zur Erkennung einer Aufprallstärke eines Objektes (160) auf ein Fahrzeug (100) oder eines Fahrzeugs (100) auf ein Objekt (160), wobei eine Aufprallstärke-Erkennungsvorrichtung (120, 180) gemäß Anspruch 12 verwendet wird und wobei das Verfahren (1400) die folgenden Schritte aufweist: – Einlesen (1410) eines Signals des Sensors (600, 1100); und – Verarbeiten (1420) des Signals, um unter Verwendung einer Information aus dem Signal die Aufprallstärke eines Aufpralls eines Objektes (160) auf ein Fahrzeug (100) oder eines Fahrzeugs (100) auf ein Objekt (160) zu erkennen.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (1400) nach Anspruch 13, wenn das Programm auf einer Vorrichtung (180) ausgeführt wird.