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Die Erfindung betrifft einen Aufprallschutz für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Aufprallschutzes.
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Aus der
DE 44 07 129 C2 ist eine Vorrichtung zur Sicherstellung der Insassensicherheit, insbesondere des Beifahrers, in einem Kompaktfahrzeug mit relativ kurzer vorderer und hinterer Deformationslänge bekannt. Weiterhin ist in der genannten Patentschrift ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung beschrieben. Eine Sicherstellung der Insassensicherheit beruht auf einer Kombination der folgenden, teilweise für sich bekannten Merkmale:
- a) der Insasse weist selbst bei in vorderster Stellung sich befindendem Sitz einen großen Abbremsweg bis zur Armaturentafel und Spritzwand auf,
- b) der Insasse ist durch einen Automatik-Dreipunktgurt gehalten, dessen Beckengurtenden sitzfest und dessen Schultergurtende unter Zwischenschaltung eines Deformationsgliedes fahrzeugfest gehalten ist,
- c) das Schultergurtende wird bei dem vorbaubedingt frühen Fahrzeugbeschleunigungsanstieg durch einen Gurtstraffer eingezogen, durch den das Gurtband mit einer gerade noch erträglichen Vorspannkraft gegen den Körper des Insassen gepresst wird,
- d) der Schultergurtabschnitt wird durch eine lehnenseitige, Höhen verstellbare Öse geführt,
- e) der Sitzträger ist gegenüber der Karosserie so festgelegt, dass er sich ab einer vorbestimmten Belastung unter Energieabsorption entgegen der Stoßrichtung verschiebt und
- f) der Spritzwand ist fahrgastraumseitig eine die Füße des Insassen Energie absorbierend abstützende Fußauflage vorgeschaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufprallschutz für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Aufprallschutzes anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Aufprallschutz für ein Fahrzeug ist als ein bei einer erfassten, dem Fahrzeug bevorstehenden Kollision aktivierbares, eine Fahrzeugstruktur verlängerndes Energieabsorptionselement ausgebildet.
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Mittels des Energieabsorptionselementes ist die Fahrzeugstruktur verlängerbar, woraus in besonders vorteilhafter Weise eine Vergrößerung eines Deformationsbereiches, einer so genannten Knautschzone des Fahrzeuges resultiert. Dadurch ist es möglich, einen Insassenschutz im Innenraum des Fahrzeuges zu erhöhen.
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Insbesondere handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Kompaktfahrzeug, welches eine vergleichsweise geringe vordere und hintere Deformationslänge sowie ein geringes Fahrzeuggewicht aufweist, wobei mittels der Vorrichtung ein Insassenschutz eines solchen Fahrzeuges erhöht werden kann.
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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 eine erste Zeitachse mit zu einzelnen Zeitpunkten aktivierbaren Funktionen eines Fahrzeuges bei einer erfassten Frontalkollision,
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2 schematisch eine zweite Zeitachse mit zu einzelnen Zeitpunkten aktivierbaren Funktionen eines Fahrzeuges bei einer erfassten Seitenkollision und
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3 schematisch eine dritte Zeitachse mit zu einzelnen Zeitpunkten aktivierbaren Funktionen eines Fahrzeuges bei einer erfassten Heckkollision.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erste Zeitachse Z1 mit zu einzelnen Zeitpunkten t1 bis t6 aktivierbaren Maßnahmen (M1 bis M5) eines nicht gezeigten Fahrzeuges dargestellt.
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Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein Kompaktfahrzeug oder auch Kleinstfahrzeug, insbesondere um ein Elektrofahrzeug mit einem vergleichsweise geringen Fahrzeuggewicht und einer verhältnismäßig kurzen vorderen und hinteren Deformationslänge.
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Das Fahrzeug verfügt über eine Umfeldsensorik 1, welche im und am Fahrzeug angeordnete Erfassungseinheiten, wie beispielsweise radarbasierte Sensoren, Infrarotsensoren und/oder Kamerasysteme umfasst, wobei mittels der Umfeldsensorik 1 ein Umfeld des Fahrzeuges erfassbar ist.
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Mittels erfasster Signale der Umgebungssensorik 1 und einer Verarbeitung der erfassten Signale, insbesondere durch Fusion der Sensordaten S1 in Form der Signale in einer Steuereinheit 2, ist es möglich, anhand eines im Umfeld des Fahrzeuges detektieren Objektes zu ermitteln, ob es sich bei dem Objekt um ein für das Fahrzeug potentielles Kollisionsobjekt handelt. Zudem wird, sofern das Objekt als ein potentielles Kollisionsobjekt für das Fahrzeug ermittelt wird, eine Objektklassifikation beispielsweise in der Steuereinheit 2 durchgeführt und ein Kollisionszeitpunkt tk, also der Zeitpunkt, zu dem die Kollision unter den gegebenen Bedingungen mit hoher Wahrscheinlichkeit eintritt, ermittelt.
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Die Objektklassifikation wird mittels der in dem Fahrzeug angeordneten Steuereinheit 2 durchgeführt, wobei zur Unterscheidung und zur Zuordnung von erfassten Objekten in der Steuereinheit 2 Vorlagen hinterlegt sein können. Bevorzugt ist es durch die Objektklassifikation möglich, hinsichtlich des erfassten potentiellen Kollisionsobjektes zumindest zwischen Personen und Fahrzeugen unterscheiden zu können. Weiterhin kann zwischen stehenden und fahrenden Objekten sowie zwischen in Fahrtrichtung fahrenden und entgegen kommenden Fahrzeugen unterschieden werden.
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Mittels der Steuereinheit 2 wurde anhand der Sensordaten S1 ermittelt, dass dem Fahrzeug eine Frontalkollision bevorsteht, wobei ein Kollisionszeitpunkt tk prognostiziert wurde, so dass von der Steuereinheit 2 eine im Folgenden beschriebene Eskalationskaskade eingeleitet wird.
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Zu einem ersten Zeitpunkt t1, beispielsweise 3000 ms vor dem ermittelten Kollisionszeitpunkt tk wird als erste Maßnahme M1 der Eskalationskaskade eine Warnung im Innenraum des Fahrzeuges ausgegeben, wodurch der Fahrer des Fahrzeuges auf die bevorstehende Frontalkollision aufmerksam gemacht wird.
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In einem nächsten Schritt wird zu einem zweiten Zeitpunkt t2, z. B. 2000 ms vor dem Kollisionszeitpunkt tk mittels der Steuereinheit 2 eine Teilbremsung des Fahrzeuges als zweite Maßnahme M2 automatisch eingeleitet, wodurch es möglich sein kann, dass die bevorstehende Frontalkollision abgewendet wird. Wird die Frontalkollision abgewendet, wird dies mittels der Umfeldsensorik 1 erfasst, wobei die erfassten Signale der Steuereinheit 2 zugeführt werden, so dass weitere durch die Eskalationskaskade vorgegebene Maßnahmen M3 bis M5 nicht eingeleitet werden. Kann die bevorstehende Frontalkollision nicht abgewendet werden, erfolgt die Einleitung der weiteren Maßnahmen M3 bis M5.
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Handelt es sich bei dem erfassten potentiellen Kollisionsobjekt um ein entgegen kommendes Fahrzeug, wird in einem darauffolgenden Schritt zu einem dritten Zeitpunkt t3, 600 ms vor dem Kollisionszeitpunkt tk automatisch eine Notbremsung, d. h. eine Vollbremsung als dritte Maßnahme M3 eingeleitet, so dass das Fahrzeug in den Stillstand überführt wird.
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In der Annahme, dass es sich bei dem Kollisionsobjekt um ein Fahrzeug handelt, wird zu einem vierten Zeitpunkt t4 300 ms vor dem ermittelten Kollisionszeitpunkt tk als vierte Maßnahme M4 ein im Frontbereich angeordnetes Energieabsorptionselement als Aufprallschutz aktiviert, mittels welchem eine Fahrzeugstruktur im Frontbereich des Fahrzeuges verlängerbar ist.
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Das Energieabsorptionselement als Aufprallschutz und aktivierbare vierte Maßnahme M4 der Eskalationskaskade ist in einer möglichen Ausführungsform ein Airbag, wobei der nahtlos ausgebildet ist und mittels Drähten und/oder Carbonfäden verstärkt sein kann. Der Airbag als Energieabsorptionselement wird in einem oder mehreren Arbeitsprozessschritten, insbesondere einem Webprozess gefertigt, wobei die Drähte und/oder Carbonfäden in dem Webprozess in das Airbagmaterial eingebracht werden.
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Vorzugsweise weist das als Airbag ausgebildete Energieabsorptionselement in seinem vorderen, dem Fahrzeug abgewandten Bereich Verstärkungen auf, die bei einer schrägen Frontalkollision eine Lastverteilung der Kollisionsenergie bewirken.
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Der Airbag als Energieabsorptionselement wird als vierte Maßnahme M4 zu dem vierten Zeitpunkt t4 beispielsweise mit einem Gas beaufschlagt, wodurch sich der Airbag entfaltet, so dass die Fahrzeugstruktur mittels des Airbags im Frontbereich verlängert wird.
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Da es sich bei dem potentiellen Kollisionsobjekt, wie oben beschrieben, um ein Fahrzeug handelt, wird der Airbag als Energieabsorptionselement und vierte Maßnahme M4 derart mit dem Gas beaufschlagt, dass der Airbag vollständig mit dem Gas befüllt ist und dadurch vergleichsweise hart ausgebildet ist.
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Handelt es sich bei dem potentiellen Kollisionsobjekt um eine Person, insbesondere um einen Fußgänger, so wird der Airbag als Energieabsorptionselement zu einem fünften Zeitpunkt t5, insbesondere 200 ms vor dem Kollisionszeitpunkt tk als alternative vierte Maßnahme M4' ausgelöst und weniger stark mit dem Gas beaufschlagt, so dass der Airbag im Vergleich weicher ist.
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Ist das Energieabsorptionselement als Airbag ausgeführt, so kann in Abhängigkeit von der Objektklassifikation ein Innendruck des Airbags hinsichtlich einer einzustellenden Dämpfung variabel eingestellt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist das Energieabsorptionselement als Aufprallschutz als horizontal verschiebbare Verlängerung einer Frontstruktur des Fahrzeuges oder als horizontal verschiebbares Stoßfängerelement ausgebildet, welches bei erfasster dem Fahrzeug bevorstehender Frontalkollision zu dem vierten Zeitpunkt t4 oder dem fünften Zeitpunkt t5 als alternative vierte Maßnahme M4' aktivierbar, d. h. ausfahrbar ist. Beispielsweise ist das ausfahrbare, z. B. horizontal verschiebbare Stoßfängerelement als Energieabsorptionselement mittels hydraulisch und/oder pneumatisch betriebener Druckfedern oder mittels eines anderen Mechanismus ausfahrbar und verschiebbar.
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Bei ermittelter, dem Fahrzeug bevorstehender Frontalkollision mit einem Fahrzeug als Kollisionsobjekt wird das Energieabsorptionselement in Form des horizontal verschiebbaren Stoßfängerelementes als vierte Maßnahme zu dem vierten Zeitpunkt t4 ausgefahren, so dass dieses Stoßfängerelement als Aufprallschutz zu der Fahrzeugstruktur beabstandet ist und dieselbe somit verlängert ist.
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Handelt es sich bei dem Kollisionsobjekt um eine Person, so wird das Stoßfängerelement als alternative vierte Maßnahme M4 zu dem fünften Zeitpunkt t5, 200 ms vor dem Kollisionszeitpunkt tk ausgefahren, um die Fahrzeugstruktur zu verlängern.
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Bei dieser Ausführungsform des Energieabsorptionselementes ist ebenfalls vorgesehen, eine Dämpfung desselben in Abhängigkeit der Objektklassifikation des ermittelten potentiellen Kollisionsobjektes einzustellen.
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Die Aktivierung des Energieabsorptionselementes als vierte Maßnahme M4 erfolgt vor dem Kollisionszeitpunkt tk, so dass das Energieabsorptionselement zum Kollisionszeitpunkt tk in seiner Wirkstellung positioniert ist und das Fahrzeug dadurch vorbeschleunigt wird, um die vergleichsweise hohe, durch die Frontalkollision bedingte Beschleunigung des Fahrzeuges aufgrund seines relativ geringen Fahrzeuggewichtes zu reduzieren.
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Zum prognostizierten Kollisionszeitpunkt tk wird eine Beschleunigungssensorik 3 des Fahrzeuges aktiviert, wobei mittels erfasster Signale S2 der Beschleunigungssensorik 3 verifizierbar ist, ob die Kollision, d. h. die Frontalkollision tatsächlich eingetreten ist und um welche spezifische Art A Kollision es sich handelt, wobei in Abhängigkeit der erfassten Signale der Beschleunigungssensorik 3 hinsichtlich der Art A der Kollision entsprechende Insassenschutzmittel als fünfte Maßnahme M5 zu einem sechsten Zeitpunkt t6, 15 ms bis 40 ms nach dem Kollisionszeitpunkt tk angesteuert und ausgelöst werden.
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Als Insassenschutzmittel werden als fünfte Maßnahme M5 beispielsweise adaptive Gurtstraffer, Gurtkraftbegrenzer und/oder Airbags ausgelöst und in ihre Wirkstellung positioniert, so dass ein Insassenschutz in dem Fahrzeug in Abhängigkeit der mittels der Signale S2 der Beschleunigungssensorik 3 ermittelten Art A der Kollision im Wesentlichen sichergestellt werden kann.
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In 2 ist eine zweite Zeitachse Z2 dargestellt, wobei mittels Sensordaten S1 der Umfeldsensorik 1 eine dem Fahrzeug bevorstehende Seitenkollision in der Steuereinheit 2 ermittelt wurde. Anhand der erfassten Sensordaten S1 ist zudem ein Kollisionszeitpunkt tk prognostiziert, zu dem die Seitenkollision mit hoher Wahrscheinlichkeit eintritt. Bei der Seitenkollision kann es sich z. B. um einen Kreuzungsunfall mit einem weiteren Fahrzeug handeln.
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Als Eskalationskaskade wird zu einem ersten Zeitpunkt t1, beispielsweise 300 ms vor dem Kollisionszeitpunkt tk als Aufprallschutz ein seitlich an dem Fahrzeug angeordnetes Energieabsorptionselement als erste Maßnahme M1 aktiviert und in seine Wirkstellung positioniert. Das als Airbag ausgeführte Energieabsorptionselement verlängert eine seitliche Fahrzeugstruktur, wobei ein Innendruck des Airbags maximal ist, so dass der Airbag vergleichsweise hart ist.
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Ist das Energieabsorptionselement als horizontal verschiebbares Stoßfängerelement ausgebildet, so ist auch hier vorgesehen, die Dämpfung hinsichtlich des Fahrzeuges als klassifiziertes Kollisionsobjekt einzustellen.
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Annähernd 200 ms vor dem Kollisionszeitpunkt tk, zu einem zweiten Zeitpunkt t2 werden im Fahrzeug angeordnete Elemente als zweite Maßnahme M2 der Eskalationskaskade angesteuert, mittels derer der Fahrzeuginsasse in Abhängigkeit der ermittelten Kollision, also der Seitenkollision in seinem Fahrzeugsitz oder mit dem Fahrzeugsitz verlagert wird. Beispielsweise wird ein in einer einer Kollisionsseite zugewandten Sitzwange des Fahrzeugsitzes angeordnetes Kissen aufgeblasen, wodurch der Fahrzeuginsasse gezwungen ist, eine bestimmte Sitzposition einzunehmen. Der Fahrzeuginsasse ist mittels des Aufblasens des Kissens von der Kollisionsseite wegbewegbar oder wird vorbeschleunigt.
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Im Fall, dass zu dem ermittelten Kollisionszeitpunkt tk die Kollision eintritt, wird gleichzeitig die Beschleunigungssensorik 3 zur Ermittlung der Art A der Kollision zur Ansteuerung der Insassenschutzmittel aktiviert. Zudem wird der Fahrzeuginsasse insbesondere mittels seines Fahrzeugsitzes zum Kollisionszeitpunkt tk durch wirkende Kollisionskräfte als dritte Maßnahme M3 passiv vorbeschleunigt, um ein kollisionsbedingtes Verletzungsrisiko für den Fahrzeuginsassen wenigstens zu verringern.
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Nach 15 ms bis 30 ms nach dem Kollisionszeitpunkt tk, ab einem dritten Zeitpunkt t3, werden die im Fahrzeuginnenraum angeordneten Insassenschutzmittel als vierte Maßnahme M4 angesteuert und ausgelöst, so dass ein Insassenschutz erhöht werden kann.
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3 zeigt eine dritte Zeitachse Z3 mit zu einzelnen Zeitpunkten t1 bis t3 aktivierbaren Maßnahmen M1 bis M4 als Eskalationskaskade bei einer von einer Umfeldsensorik 1 erfassten und eingetretenen Heckkollision. Dabei wurde anhand der erfassten Sensordaten S1 der Erfassungseinheiten der Umfeldsensorik 1 ein Kollisionszeitpunkt tk der dem Fahrzeug bevorstehenden Heckkollision ermittelt.
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Zu einem ersten Zeitpunkt t1, 300 ms vor dem ermittelten Kollisionszeitpunkt tk wird ein im Heckbereich des Fahrzeuges angeordnetes Energieabsorptionselement als Aufprallschutz als erste Maßnahme M1 aktiviert, um eine Fahrzeugstruktur zu verlängern und somit einen Deformationsbereich, also eine Knautschzone für die bevorstehende Heckkollision zu generieren. Dadurch kann ein Beschleunigungsimpuls für das Fahrzeug, insbesondere das angestoßene Fahrzeug wesentlich reduziert werden.
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Mittels des aktivierten Energieabsorptionselementes als erste Maßnahme M1 kann ein Massenachteil, welcher aus einem Masseverhältnis zwischen dem gestoßenen und dem angestoßenen Fahrzeug resultiert, ausgeglichen werden. Die Fahrzeugbeschleunigung setzt somit früher ein und hält länger an, wodurch die auf das Fahrzeug wirkende Fahrzeugbeschleunigung wesentlich reduziert werden kann.
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Zu einem zweiten Zeitpunkt t2, welcher z. B. 100 ms zu dem ersten Zeitpunkt t1 beabstandet ist und z. B. 200 ms vor dem Kollisionszeitpunkt tk liegt, wird als zweite Maßnahme M2 der Eskalationskaskade eine Sitzlehne eines Fahrzeugsitzes oder allgemein ein Sitz aktiv verstellt. Durch die zweite Maßnahme M2 in Form der aktiven Verstellung wird der Fahrzeuginsasse in eine optimale Position zur Rückhaltung, beispielsweise mittels seines angelegten Sicherheitsgurtes positioniert.
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Zu einem dritten Zeitpunkt t3, 15 ms bis 30 ms nach dem Kollisionszeitpunkt tk, zu welchem die Beschleunigungssensorik 3 aktiviert wurde, erfolgt mittels des durch die Kollision bedingten auf das Fahrzeug wirkenden Impulses als dritte Maßnahme M3 eine passive Fahrzeugsitz- und Sitzlehnenverstellung. Durch die kollisionsbedingte Energie des Fahrzeuginsassen verschiebt sich sein Fahrzeugsitz, wobei der Oberkörper des Fahrzeuginsassen die kollisionsbedingte Energie in die Sitzlehne einleitet und somit eine Belastung des Fahrzeuginsassen reduziert werden kann.
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Nach Erfolgen der dritten Maßnahme M3 werden als vierte Maßnahme M4 in Abhängigkeit der anhand der erfassten Signals S2 der Beschleunigungssensorik 3 ermittelten Art A der Kollision, also der Heckkollision entsprechende Insassenschutzmittel im Fahrzeuginnenraum angesteuert und ausgelöst.
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Mittels der in Abhängigkeit von der ermittelten Art A der Kollision eingeleiteten Maßnahmen M1 bis M5 als Eskalationskaskade können Insassenbelastungen wesentlich reduziert werden, wobei ein Nachteil aufgrund des vergleichsweise geringen Fahrzeuggewichtes des Fahrzeuges mittels des aktivierbaren Energieabsorptionselementes als Aufprallschutz ausgeglichen werden kann.
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Ein vergleichbarer Insassenschutz wie bei Fahrzeugen mit einem höheren Fahrzeuggewicht kann mittels Einleitung der Maßnahmen M1 bis M5 erzielt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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