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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Sicherheitseinrichtung, insbesondere Fußgängerschutzeinrichtung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Sicherheitseinrichtung nach dem Anspruch 9.
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Mit Hilfe einer solchen Fußgängerschutzeinrichtung wird bei einer Fußgängerkollision der in der Fahrtrichtung hintere Bereich der Fronthaube angehoben, um einen freien Deformationsweg zwischen der Fronthaube und der weitgehend steifen Unterstruktur des Fahrzeuges im Motorraum zu vergrößern.
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Aus der
EP 1 519 857 B1 ist ein gattungsgemäßes Fahrzeug mit einer Fußgängerschutzeinrichtung bekannt. Diese weist im Bereich eines frontseitigen Stoßfängers zumindest ein Sensorelement zur Erfassung einer Fußgängerkollision sowie zumindest einen Aktuator auf. Der Aktuator hebt bei einer Kollisionserfassung die Fronthaube von einer Betriebsposition in eine Aufprallposition an. Der Aktuator kann ein als Energiespeicher wirkendes Federelement sein, das mittels eines Haltebolzens vorgespannt ist. Die Fußgängerschutzeinrichtung weist zudem eine elektronische Steuereinheit auf, die bei einer Kollisionserfassung durch das Sensorelement ein Zündsignal zu einem Gasgenerator leitet, der den Haltebolzen pyrotechnisch entfernt, wodurch das Federelement die Fronthaube in ihre Aufprallposition anhebt.
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Eine derart gestaltete Fußgängerschutzeinrichtung ist bauteilaufwändig. Zudem müssen die mechanisch in das Sensorelement eingeleiteten Aufprallkräfte in elektrische Signale gewandelt und in der elektrischen Steuereinrichtung mit einem Algorithmus verarbeitet werden, um das Zündsignal zu generieren. Es ist daher ein erheblicher Aufwand an Sensorik sowie Signalverarbeitung erforderlich, um die Fußgängerschutzeinrichtung zu realisieren. Zudem ist die Fußgängerschutzeinrichtung irreversibel gestaltet, das heißt eine Rückstellung der Fronthaube von der angehobenen Aufprallposition in die Betriebsposition ist montagetechnisch aufwändig nur in einer Fahrzeugwerkstatt durchführbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einer Sicherheitseinrichtung, insbesondere Fußgängerschutzeinrichtung, bereitzustellen, bei der in einfacher sowie betriebssicherer Weise die Fronthaube in ihre Aufprallposition verstellbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im Stand der Technik eine Signalgenerierung und -übertragung bis zum Aktuator signaltechnisch aufwändig ist und nur durch eine Signalwandlung der mechanischen Aufprallkraft in ein elektrisches Signal und weiter in eine mechanische Betätigungskraft des Aktuators bewerkstelligbar ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zwischen dem Sensorelement und dem Aktuator eine mechanische Kraftübertragungseinheit geschaltet, mit der eine auf das Sensorelement ausgeübte Aufprallkraft unmittelbar in eine Betätigungskraft umgewandelt wird, mit der die Fronthaube in die Aufprallposition anhebbar ist.
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Die Kraftübertragungseinheit kann bevorzugt ohne jegliche, insbesondere elektrische, Fremdenergie arbeiten. In diesem Fall ist keine zusätzliche Bereitstellung von mechanischer Energie (beispielsweise mittels eines mechanisch vorgespannten Federelements) oder chemischer Energie (zum Beispiel die pyrotechnische Ladung in einem Gasgenerator) erforderlich. Gegebenenfalls kann jedoch zur Unterstützung der Funktionsweise zusätzlich auch eine externe Energiequelle genutzt werden, etwa ein Druckspeicher in einem Hydrauliksystem.
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Die Kraftübertragungseinheit kann eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Wirkverbindung zwischen dem Sensorelement und dem Aktuator bereitstellen. Bei einer hydraulischen oder pneumatischen Wirkverbindung kann das Sensorelement und der Aktuator über zumindest eine Fluidleitung in Strömungsverbindung sein, mit deren Hilfe im Kollisionsfall das Arbeitsfluid vom Sensorelement zum Aktuator verdrängbar ist.
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In diesem Fall sind sowohl das Sensorelement als auch der Aktuator Hydraulikkomponenten, die mit dem Arbeitsfluid beaufschlagbar sind und bevorzugt Bestandteil eines gemeinsamen Hydrauliksystems sein können. Analog dazu können der Aktuator und das Sensorelement auch als Pneumatikkomponenten ausgebildet sein und Bestandteil eines gemeinsamen Pneumatiksystems sein.
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Bei einer alternativen mechanischen Wirkverbindung kann das Sensorelement und der Aktuator beispielshaft über ein mechanisches Gestänge in Verbindung sein, die eine Kraftübertragung der Aufprallkraft zum Aktuator ermöglicht.
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Beispielhaft kann das Sensorelement eine fluidgefüllte Arbeitskammer aufweisen, die von einem elastischen Element, etwa einem Druckschlauch, begrenzt ist. Die Arbeitskammer kann über die Fluidleitung mit dem Aktuator in Strömungsverbindung sein. Sowohl der Aktuator, als auch die Arbeitskammer des Sensorelements können mit identischem Arbeitsfluid arbeiten. Bei einem aufprallbedingten Komprimieren des Sensorelements kann das Arbeitsfluid von der sensorseitigen Arbeitskammer direkt in den Aktuator verdrängt werden, um dort eine Betätigungskraft zum Anheben der Fronthaube zu erzeugen.
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Der Aktuator kann in einer einfachen Ausführungsvariante ebenfalls eine fluidgefüllte Arbeitskammer sein, die von einem elastisch nachgiebigen Elastomermaterial begrenzt ist. Bei einer vom Sensorelement generierten Druckbeaufschlagung kann die Aktuator-Arbeitskammer expandieren, und zwar unter Ausübung der oben erwähnten Betätigungskraft auf die Fronthaube. Besonders bevorzugt ist der Aktuator eine Zylinder-Kolben-Anordnung, in der die obige Aktuator-Arbeitskammer integriert ist. Der die Arbeitskammer begrenzende Kolben kann über eine Kolbenstange mit der Fronthaube in Verbindung sein.
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Bei der obigen Anordnung wird durch eine Kollision, etwa einer Fußgängerkollision, das fluidgefüllte elastische Sensorelement komprimiert, wodurch das Arbeitsfluid aus der Arbeitskammer des Sensorelementes über die Verbindungsleitung bis zum Aktuator verdrängt wird. Der Aktuator hebt dadurch die Fronthaube in ihre Aufprallposition an, und zwar entgegen ihrer Gewichtskraft. In zeitlicher Abfolge nach dem Aufprallzeitpunkt wird das Arbeitsfluid aufgrund der auf den Aktuator wirkenden Gewichtskraft der Fronthaube wieder zurück in die Sensorelement-Arbeitskammer verdrängt. Auf diese Weise wird in reversibler Weise die Fronthaube nach der Fußgängerkollision wieder selbsttätig, das heißt schwerkraftbedingt in ihre Betriebsposition rückgeführt.
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Im Hinblick auf eine auf den Crashverlauf abgestimmte Ansteuerung kann in der zwischen dem Sensorelement und dem Aktuator vorgesehenen Fluidleitung ein Ventilelement geschaltet sein. Das Ventilelement kann derart ausgelegt sein, dass bei einem Aufprall eine verzögerungsfreie Kraftübertragung zum Aktuator erfolgt, bei der die Fronthaube noch vor einem Fußgängeraufprall in die Aufprallposition angehoben wird. Im weiteren Zeitverlauf muss eine ausreichend lange Standzeit der Fronthaube in ihrer Aufprallposition gewährleistet sein. Entsprechend sind die Strömungsverhältnisse im Ventilelement derart ausgelegt, dass eine Rückströmung des Arbeitsfluids vom Aktuator zurück zum Sensorelement verhindert oder zumindest zeitlich verzögert wird.
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Bei der Auslegung des Fußgängerschutzsystems sind neben tatsächlichen Fußgänger-Kollisionen auch Misuse-Fälle zu berücksichtigen, bei denen im Vergleich zum Fußgängeraufprall geringere mechanische Kräfte auf das Sensorelement einwirken. In solchen Fällen wird am Aktuator nur eine geringe, mit den mechanischen Kräften korrelierende Betätigungskraft erzeugt, mit der die Fronthaube gegebenenfalls nur geringfügig angehoben wird, jedoch bei einer reversiblen Bauweise wieder selbsttätig in ihre ursprüngliche Betriebsposition zurückkehren kann.
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Um bei einem solchen Misuse-Fall ein Anheben der Fronthaube zu vermeiden, kann zusätzlich ein Verriegelungselement vorgesehen sein. Das Verriegelungselement kann in einem Verriegelungszustand die Fronthaube in ihrer Betriebsposition lösbar verriegeln. Bei einer Beaufschlagung der Fronthaube mit der oben erwähnten Betätigungskraft kann das Verriegelungselement die Fronthaube erst dann freigeben, wenn die auf die Fronthaube wirkende Betätigungskraft einen Grenzwert überschreitet.
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Das Verriegelungselement kann beispielhaft elastisch nachgiebig zwischen einer Freigabe- und einer Verriegelungsposition verstellbar sein. Überschreitet die auf die Fronthaube wirkende Betätigungskraft den vorgegebenen Grenzwert, so kann das Verriegelungselement unter Aufbau einer elastischen Rückstellkraft von der Fronthaube in ihre Freigabeposition gedrückt werden, in der die Fronthaube das Verriegelungselement überwindet und in die Aufprallposition angehoben wird. Das Verriegelungselement kann zudem auch bei einer Rückstellung in die Betriebsposition selbsttätig in seine Freigabestellung gedrückt werden, um eine einfache Rückstellung der Fronthaube zu ermöglichen.
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Die Fronthaube kann zudem an ihrem von der Frontseite beabstandeten rückwärtigen Bereich über eine Scharnierlagerung an der Fahrzeug-Karosserie angelenkt sein, um die Fronthaube in gängiger Praxis im Normalbetrieb hochzuklappen. Gegebenenfalls kann der Aktuator unmittelbar an der Scharnierlagerung angreifen.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer grob schematischen Darstellung eine Fußgängerschutzeinrichtung eines Fahrzeugs, bei der die Fronthaube in ihrer Betriebsposition gezeigt ist; und
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2 in einer Ansicht entsprechend der 1 die Fronthaube in einer angehobenen Aufprallposition, das heißt nach erfolgter Kollision mit zum Beispiel einem Fußgänger.
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In der 1 ist der Vorderwagen eines Fahrzeuges grob schematisch angedeutet. Es sind lediglich die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Merkmale dargestellt, während andere, nicht zum Verständnis der Erfindung herangezogene Merkmale aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen sind.
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So weist der Fahrzeug-Vorderwagen eine Fronthaube 1 auf, die im Nahbereich einer Windschutzscheibe 3 an einem nur angedeuteten Scharnier 5 angelenkt ist. Das Scharnier 5 definiert eine in der Fahrzeugquerrichtung verlaufende Drehachse, um die die Fronthaube 1 im Normalbetrieb hochgeklappt werden kann. An ihrer, dem Scharnier 5 gegenüberliegenden vorderen Kante geht die Fronthaube 1 in eine frontseitige Stoßfängerabdeckung 7 über. Die Stoßfängerabdeckung 7 überdeckt unter anderem einen zwischen zwei nicht dargestellten Fahrzeug-Längsträgern angeordneten Querträger 9. In einem Zwischenraum zwischen dem Querträger 9 und der Stoßfängerabdeckung 7 ist ein schlauchförmiges Sensorelement 11 angeordnet. Das Sensorelement 11 erstreckt sich in der Fahrzeugquerrichtung im Wesentlichen über die gesamte Breite des Querträgers 9.
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Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist das Sensorelement 11 Bestandteil einer Fußgängerschutzeinrichtung, die bei einer Fußgänger-Frontalkollision (2) den, in der Fahrzeuglängsrichtung x betrachtet, hinteren Bereich der Fronthaube 1 von der dargestellten Betriebsposition B um einen Hubweg nach oben in eine Aufprallposition A (2) anhebt. In der Aufprallposition A ist ein freier Deformationsweg zwischen der Fronthaube 1 und einer darunter angeordneten, nicht gezeigten bauteilsteifen Unterstruktur vergrößert, wodurch bei einem Fußgängeraufprall gegebenenfalls das Deformationsverhalten der Fronthaube 1 verbessert ist.
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Das schlauchförmige Sensorelement 11 ist aus einem elastisch nachgiebigen Elastomermaterial gebildet, wobei dessen Hohlraum 13 als Arbeitskammer für ein Hydraulikfluid dient. Die Arbeitskammer 13 des Sensorelementes 11 ist ein Bestandteil eines Hydrauliksystems und als solches über eine Fluidleitung 15 mit einem Aktuator 17 strömungstechnisch in Verbindung. Der Aktuator 17 ist in der 1 und 2 eine Kolben-Zylinder-Anordnung, bei der ein Kolben 19 verschiebbar in einem Zylinder 21 gelagert ist. Der Kolben 19 ist zudem über eine Kolbenstange in Verbindung mit dem Scharnier 5. In der Fluidleitung 15 ist außerdem eine Ventileinheit 23 geschaltet, deren Funktionsweise später erläutert wird.
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Bei einer Fußgängerkollision wirkt gemäß der 2 eine Aufprallkraft FA auf die frontseitige Stoßfängerabdeckung 7 ein. Dadurch wird das zwischen der Stoßfängerabdeckung 7 und dem Querträger 9 angeordnete schlauchförmige Sensorelement 11 komprimiert, wodurch dessen Arbeitsfluid über die Fluidleitung 15 bis in die Kolben-Zylinder-Anordnung 17 verdrängt wird. Das verdrängte Arbeitsfluid strömt in die Arbeitskammer 25 (2), die sich auf der, der Kolbenstange abgewandten Seite der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 befindet. Dadurch wird der Kolben 19 zusammen mit dem Fronthauben-Scharnier 5 in die, in der 2 gezeigte Aufprallposition A angehoben.
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Mit Hilfe des in der Fluidleitung 15 angeordneten Ventilelementes 23 wird gewährleistet, dass bei der Fußgängerkollision eine nahezu verzögerungsfreie Kraftübertragung stattfindet, bei der die Aufprallkraft FA ohne Verzögerung zum Aktuator 17 übertragen wird und dort als Betätigungskraft FB (2) auf die Fronthaube 1 einwirkt. Das Ventilelement 23 ist zudem so ausgelegt, dass die Fronthaube 1 im weiteren zeitlichen Verlauf nach der Fußgängerkollision eine ausreichend lange Standzeit in ihrer Aufprallposition A verbleibt. Während dieser Standzeit ist eine Rückströmung des Arbeitsfluids vom Aktuator 17 zurück in das Sensorelement 11 verhindert oder zumindest stark begrenzt. Bei einer begrenzten Rückströmung kann die Fronthaube 1 schwerkraftbedingt wieder selbsttätig in ihre Betriebsposition B gelangen. In diesem Fall ist der Aktuator 17 daher in einer reversiblen Bauart ausgeführt.
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Wie aus den Figuren weiter hervorgeht, ist eine von der Frontseite abgewandte, hintere Randkante 17 der Fronthaube 1 in der 1 von einem Verriegelungselement 29 lösbar übergriffen. Das Verriegelungselement 29 ist derart ausgelegt, dass es bei geringeren, auf das Sensorelement 11 einwirkenden mechanischen Kräften (etwa bei Misuse-Fällen) in seinem Verriegelungszustand verbleibt, das heißt die Fronthaube 1 kann das Verriegelungselement 29 nicht überwinden. Erst wenn die auf die Fronthaube 1 wirkende Betätigungskraft FB (2), die mit der auf das Sensorelement 11 einwirkenden Kraft korreliert, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, kann die Fronthauben-Randkante 27 das Verriegelungselement 29 unter Aufbau einer Rückstellkraft aus seiner Verriegelungsstellung drücken und das Verriegelungselement 29 nach oben in die Aufprallposition A überwinden. Das Verriegelungselement 29 ist außerdem so ausgelegt, dass eine schwerkraftbedingte Rückstellung der Fronthaube 1 von der angehobenen Aufprallposition A in die ursprüngliche Betriebsposition B ermöglicht ist. Das heißt die Fronthaube 1 kann sich unter Überwindung des Verriegelungselements 29 wieder selbststätig in die Betriebsposition B verlagern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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