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Die Erfindung betrifft eine Insassenschutzvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind Insassenschutzvorrichtungen bekannt, bei welchen nach einer Auslösung eine zunächst zusammengefaltete Umhüllung entfaltet und expandiert wird. Die Expansion erfolgt durch Befüllung mit einem Gas, das pyrotechnisch erzeugt und/oder einem Druckbehälter entnommen wird.
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Derartige, aus dem Stand der Technik bekannte Insassenschutzvorrichtungen sind so ausgebildet, dass die expandierte Umhüllung zwischen einem Insassen des Fahrzeugs und vom Innenraum des Fahrzeugs zugänglichen Bauteilen, beispielsweise einer Windschutzscheibe oder einem Armaturenbrett und/oder Teilen der Karosserie, angeordnet ist.
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Die Auslösung solcher bekannten Insassenschutzvorrichtungen erfolgt unmittelbar nach der Kollision mit einem Objekt aus der Fahrzeugumgebung, im Folgenden Impaktor genannt. Diese bekannten Insassenschutzvorrichtungen sind dazu bestimmt, die kinetische Energie des Körpers eines Fahrzeuginsassen bei einem Aufprall eines Impaktors mindestens teilweise aufzunehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Insassenschutzvorrichtung für ein Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer Insassenschutzvorrichtung für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch mindestens einen Aufprallsensor und mindestens eine Aufprallschutzeinheit, weist erfindungsgemäß die mindestens eine Aufprallschutzeinheit eine faltbare Umhüllung auf, welche vor einem Aufprall zumindest in Aufprallrichtung nach außen expandierbar ist.
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In vorteilhafter Weise vergrößert die vorgeschlagene Erfindung im Falle einer Kollision die Knautschzone des Fahrzeugs. Damit wird bewirkt, dass ein größerer Teil der Aufprallenergie durch Verformung außerhalb des Fahrzeuginnenraums abgeführt wird. Dies verringert die Belastung der Fahrzeuginsassen sowie die Wahrscheinlichkeit und Schwere von Verletzungen bei einem Aufprall.
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Die Erfindung ist ferner in vorteilhafter Weise dazu geeignet, die Wirkung eines Aufpralls auf den Impaktor, beispielsweise einen Fußgänger, Radfahrer oder Insassen eines anderen, kollidierenden Fahrzeugs, abzuschwächen und mindert damit das Verletzungsrisiko bei einem Unfall mit dem Fahrzeug beteiligter Verkehrsteilnehmer.
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Der mindestens eine Aufprallsensor weist einen nach außen ausgerichteten Messbereich, beispielsweise in der Art einer Strahlungskeule, auf. Für ein Objekt innerhalb dieses ausgerichteten Messbereichs kann die Entfernung und optional die Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug ermittelt werden.
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Aus einem Wert oder mehreren, in bekannten zeitlichen Abständen aufeinanderfolgenden Werten für die Entfernung und optional die Relativgeschwindigkeit des Objekts zum Fahrzeug kann eine wahrscheinliche Kollision des Fahrzeugs mit dem Objekt vorhergesagt werden.
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Es ist möglich, Messungen weiterer Aufprallsensoren mit anderen Messbereichen und/oder zusätzlich Fahr- und Steuerparameter des Fahrzeugs, beispielsweise Fahrtrichtung, Geschwindigkeit oder Status des Bremssystems, zur genaueren Vorhersage einer Kollision zu verwenden. Es ist ferner möglich, den Ort und die Charakteristik einer Kollision mit dem Objekt genauer zu bestimmen. Beispielsweise ist es möglich, zwischen einem Frontalaufprall und dem Auffahren eines nachfolgenden Fahrzeugs zu unterscheiden.
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Die mindestens eine Aufprallschutzeinheit ist so ausgebildet, dass die zunächst zusammengefaltete Umhüllung nach außen und somit weg vom Fahrzeuginneren expandiert und demzufolge in expandiertem Zustand außerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist. Beispielsweise kann die Aufprallschutzeinheit in die Außenverkleidung des Fahrzeugs integriert sein und eine nach außen absprengbare Abdeckung aufweisen. Bei einer Auslösung kann die Abdeckung nach außen weggesprengt werden, beispielsweise durch den Expansionsdruck der faltbaren Umhüllung oder durch zusätzliche pyrotechnische Sprengmittel.
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Bei einer Auslösung wird die faltbare Umhüllung mit einem Expansionsmittel befüllt und dehnt sich außerhalb des Fahrzeugs aus. Das Expansionsmittel ist so ausgebildet, dass die expandierte faltbare Umhüllung bei einer Kollision zumindest teilweise die kinetische Energie des Fahrzeugs und/oder des Impaktors aufnehmen kann.
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Beispielsweise kann das Expansionsmittel eine Suspension von Maisstärke, Kartoffelstärke oder Getreidestärke in Wasser sein, welche Eigenschaften eines dilatanten, nicht-newtonschen Fluids aufweist. Scherkräfte innerhalb eines so ausgebildeten Expansionsmittels, wie sie beispielsweise beim Aufprall eines Impaktors wirken, bewirken eine Vergrößerung der Zähigkeit der Suspension. Somit bewirkt die mit einem solchen Expansionsmittel gefüllte faltbare Umhüllung einen vergrößerten mechanischen Widerstand und damit eine Abbremsung eines auftreffenden Impaktors. Die Expansion der Aufprallschutzeinheit erfolgt unmittelbar vor einer Kollision mit einem Impaktor. Beispielsweise können die Messwerte eines oder mehrerer Aufprallsensoren von einem Steuergerät erfasst und ausgewertet werden, welche eine oder mehrere Aufprallschutzeinheiten auslöst.
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In vorteilhafter Weise vergrößert die vorgeschlagene Erfindung im Falle einer Kollision die Knautschzone des Fahrzeugs. Damit wird bewirkt, dass ein größerer Teil der Aufprallenergie durch Verformung außerhalb des Fahrzeuginnenraums abgeführt wird. Dies verringert die Belastung der Fahrzeuginsassen sowie die Wahrscheinlichkeit und Schwere von Verletzungen bei einem Aufprall.
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Die Erfindung ist ferner in vorteilhafter Weise dazu geeignet, die Wirkung eines Aufpralls auf den Impaktor, beispielsweise einen Fußgänger, Radfahrer oder Insassen eines anderen, kollidierenden Fahrzeugs, abzuschwächen und mindert damit das Verletzungsrisiko an einem Unfall mit dem Fahrzeug beteiligter Verkehrsteilnehmer.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch die Frontansicht auf ein Fahrzeug mit Insassenschutzvorrichtung,
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2 schematisch eine Insassenschutzvorrichtung mit expandierter Aufprallschutzeinheit unmittelbar vor einer Kollision,
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3 schematisch eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit einer seitlich angeordneten Insassenschutzvorrichtung und
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4 schematisch eine Frontansicht auf ein Fahrzeug mit seitlich angeordneter expandierter Insassenschutzvorrichtung unmittelbar vor einer Kollision.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt beispielhaft eine in die Fahrzeugfront eines Fahrzeugs 1, beispielsweise im Bereich der vorderen Stoßstange, eingebaute Aufprallschutzeinheit 2. Die Aufprallschutzeinheit 2 umfasst eine faltbare Umhüllung 2.1. Die faltbare Umhüllung 2.1, im Folgenden als Umhüllung 2.1 bezeichnet, ist in 1 im zusammengefalteten Zustand gezeigt. Sie kann mit einer lösbaren, beispielsweise absprengbaren Verkleidung abgedeckt sein.
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Das Expansionsmittel zur Expansion der Umhüllung 2.1 befindet sich in einem Druckbehälter 3 mit Expansionsmittel. Der Druckbehälter 3 mit Expansionsmittel kann auch in der Aufprallschutzeinheit 2 integriert sein. Andernfalls ist er mit dieser über eine Druckleitung 3.1 verbunden, über welche das Expansionsmittel nach dem Auslösen zur Aufprallschutzeinheit 2 geleitet wird.
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Ebenfalls im Bereich der Fahrzeugfront ist ein Aufprallsensor 4 angeordnet, der einen in der Fahrtrichtung R gerichteten nicht dargestellten Messbereich erfasst. Der Aufprallsensor 4 umfasst beispielsweise einen Radarsender und einen Radarempfänger. Durch Auswertung der Radarsignale, die von im Messbereich befindlichen Objekten reflektiert werden, kann die Entfernung und optional zusätzlich die Geschwindigkeit dieser Objekte relativ zum Fahrzeug 1 ermittelt werden.
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Von einer Steuereinheit 5, welche über Signal- und Steuerleitungen 5.1 beispielsweise mit dem Aufprallsensor 4 und der Aufprallschutzeinheit 2 verbunden ist, werden ermittelte Entfernungs- und optional Geschwindigkeitswerte von Objekten im Messbereich des Aufprallsensors 4 ausgewertet.
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Die Steuereinheit 5 kann zusätzlich mit weiteren Sensoren, beispielsweise zur Geschwindigkeitsmessung oder zur Lenkwinkelmessung, oder anderen Steuereinheiten, beispielsweise für das Bremssystem, verbunden sein. Die Steuereinheit 5 bewirkt die Auslösung der Insassenschutzvorrichtung durch fortlaufenden Vergleich der Gesamtheit der erfassten Messwerte mit vorgegebenen Kriterien.
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Eine Auslösung wird über eine Signal- und Steuerleitung 5.1 an die Aufprallschutzeinheit 2 übertragen. Diese bewirkt, beispielsweise durch Öffnen eines Ventils der Druckleitung 3.1 oder alternativ durch Zünden eines nicht dargestellten pyrotechnischen Gasgenerators, eine Befüllung und Expansion der Umhüllung 2.1 mit dem Expansionsmittel.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Expansionsmittel Polyurethan-Schaum verwendet, welcher komprimiert im Druckbehälter 3 vorgehalten wird. Der Polyurethan-Schaum strömt durch Wirkung des Kompressionsdrucks aus dem Druckbehälter 3 über die Druckleitung 3.1 in die Umhüllung 2.1 und bewirkt deren Expansion. Zudem kann bei der Expansion ein Oxidationsmittel beigemischt werden, welches die Aushärtung des Polyurethan-Schaums beschleunigt.
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Nach dem Ausströmen härtet der Polyurethan-Schaum sofort aus und bewirkt somit eine mechanische Festigkeit, die zur Aufnahme wenigstens eines Teils der Aufprallenergie geeignet ist. In vorteilhafter Weise wird damit die Knautschzone des Fahrzeugs 1 vergrößert und die Belastung der Insassen des Fahrzeugs 1 bei einem Aufprall herabgesetzt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein unter Druck stehendes nicht-newtonsches Fluid, beispielsweise eine Suspension oder Lösung von Maisstärke, Kartoffelstärke oder Getreidestärke, als Expansionsmittel verwendet. Beim Auslösen strömt die Flüssigkeit über die Druckleitung 3.1 in die Umhüllung 2.1 und härtet unter explosionsartigem Aufschäumen unmittelbar aus. In vorteilhafter Weise wird dabei von der veränderlichen Viskosität eines nicht-newtonschen Fluids Gebrauch gemacht, wobei das Fluid im Zustand geringer Zähigkeit schnell in die Umhüllung 2.1 transportiert wird, und dort im Zustand hoher Zähigkeit die Aufnahme der Aufprallenergie bewirkt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein unter Druck stehendes Maisstärke-Wasserdampf-Gemisch als Expansionsmittel verwendet, welches direkt in die Aufprallschutzeinheit 2 integriert ist. Beim Auslösen kommt es zu einer starken Entspannung des Dampfes in der Stärkelösung. Dies führt zu einem Aufschäumen der Stärkelösung und lässt die Stärkelösung sofort aushärten.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Expansionsmittel eine nicht-newtonsche Schaumlösung, beispielsweise eine Mischung aus einer Stärkelösung und einem Mehrbereichs- oder Proteinschaummittel, verwendet. In Abhängigkeit von der Kollisionsschwere kann durch Zumischen des Schaummittels in einer entsprechenden Verschäumungszahl ein Schwer-, Mittel- oder Leichtschaum in die Umhüllung 2.1 gefüllt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Expansionsmittel komprimierte Luft verwendet. Vorzugsweise ist hierbei die Umhüllung 2.1 so ausgebildet, dass sie die hierin expandierte Luft dicht umschließt. Die Luft entweicht hierbei erst bei einer Beschädigung der Umhüllung 2.1. Somit dient die mit Luft befüllte Umhüllung 2.1 im Kollisionsfall als Luftkissen und stellt einen optimalen Schutz während der gesamten Kollision sicher.
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2 zeigt schematisch eine mögliche Anordnung der expandierten Umhüllung 2.1 zu einem Zeitpunkt zwischen der Auslösung der Aufprallschutzeinheit 2 und einer Kollision. In der dargestellten Situation befindet sich ein kollidierendes Fahrzeug 6 in Fahrtrichtung R vor dem Fahrzeug 1. Der Aufprallsensor 4 ist so in der Fahrzeugfront des Fahrzeugs 1 angeordnet, dass sich das kollidierende Fahrzeug 6 wenige Sekunden bis Millisekunden vor der Kollision in seinem Messbereich befindet.
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Anhand der vom Aufprallsensor 4 gelieferten Messdaten und optional anhand zusätzlicher Fahr- und Steuerparameter des Fahrzeugs 1 löst die Steuereinheit 4 die Aufprallschutzeinheit 2 aus, was in der oben beschriebenen Weise die Entfaltung und Expansion der Umhüllung 2.1 bewirkt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Aufprallschutzeinheiten 2 an verschiedenen, für die Sicherheit der Insassen des Fahrzeugs 1 kritischen Stellen angeordnet. Beispielsweise kann eine Aufprallschutzeinheit 2 zum Schutz bei Auffahrunfällen im Heckbereich des Fahrzeugs, beispielsweise im Bereich der hinteren Stoßstange, angeordnet sein. Ebenso ist eine seitliche Anordnung von Aufprallschutzeinheiten 2, beispielsweise im Bereich einer B-Säule oder eines Schwellers, möglich.
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3 zeigt schematisch eine Seitenansicht auf das Fahrzeug 1 mit einer seitlich im Bereich eines Schwellers angeordneten Aufprallschutzeinheit 2 mit einer faltbaren Umhüllung 2.1. Hierbei ist die faltbare Umhüllung 2.1 so ausgebildet und angeordnet, dass sie in expandiertem Zustand mindestens einen unteren Bereich der vorderen und hinteren Fahrzeugtür abdeckt. Der Aufprallsensor 4 erfasst einen seitlich vom Fahrzeug 1 gelegenen Bereich. Somit ist es möglich, die faltbare Umhüllung 2.1 zum Schutz vor einem seitlichen Zusammenstoß zu expandieren. 4 zeigt schematisch die Lage der expandierten Umhüllung 2.1 unmittelbar vor einem Zusammenstoß mit einem kollidierenden Fahrzeug 6.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Aufprallsensoren 4 so angeordnet, dass die jeweiligen Messbereiche einen möglichst großen Teil der Fahrzeugumgebung abdecken. Somit können Kollisionen mit Objekten erkannt werden, die sich dem Fahrzeug 1 aus verschiedenen Richtungen, beispielsweise von hinten oder seitlich, nähern. Dies dehnt in vorteilhafter Weise die Schutzwirkung der Insassenschutzvorrichtung auf Kollisionen aus, die nicht vom Fahrzeug 1 verursacht werden.
