-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduktion von Beschädigungen an einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8.
-
Aus der
DE 10 2007 057 051 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die ein plastisch deformierbares Deformationselement, ein Führungsgehäuse und einen Verriegelungsmechanismus aufweist. Der Verriegelungsmechanismus kann zwei Zustände aufweisen, einen verriegelten und einen entriegelten Zustand. Im entriegelten Zustand kann das Deformationselement innerhalb des Führungsgehäuses verschoben werden. Im verriegelten Zustand ist eine Verschiebung des Deformationselements innerhalb des Führungsgehäuses nicht möglich. Das Deformationselement ist fest mit einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs verbindbar. Das Führungsgehäuse ist fest mit einer Trägerstruktur des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Längs- oder Querträger, verbunden.
-
Die Vorrichtung ermöglicht, dass in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich das Deformationselement zur Absorption von Energie bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs genutzt wird. In diesem Fall befindet sich der Verriegelungsmechanismus im verriegelten Zustand. Beim Unfall wirkt eine Kraft auf den Stoßfänger. Diese Kraft führt zu einer Deformierung des Deformationselements, wodurch Unfallenergie absorbiert wird. Die Vorrichtung kann auch als Crashbox bezeichnet werden.
-
In einem anderen Geschwindigkeitsbereich ist der Verriegelungsmechanismus im entriegelten Zustand. Dann lässt sich das Deformationselement innerhalb des Führungsgehäuses verschieben. Beispielsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs mit einem Fußgänger ist dieser Zustand vorteilhaft, um die Schwere von Verletzungen des Fußgängers zu verringern. Wenn eine Kraft auf den Stoßfänger wirkt, kann dieser nachgeben, da das Deformationselement durch die Kraft nicht deformiert wird, sondern innerhalb des Führungsgehäuses verschoben wird. Der Fußgänger schlägt somit nicht auf einer harten und starren Oberfläche auf, sondern auf einer Oberfläche, die nachgibt und so das Risiko schwerer Verletzungen vermindert.
-
Im Stand der Technik wird der Verriegelungsmechanismus ausschließlich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs geschaltet. Zwischen 20 km/h und 50-60 km/h ist der Verriegelungsmechanismus im entriegelten Zustand, um Fußgänger zu schützen. Oberhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs und unter 20km/h ist der Verriegelungsmechanismus im verriegelten Zustand, um bei einem Unfall Energie zu absorbieren und das Kraftfahrzeug und die Fahrzeuginsassen zu schützen. Bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten soll bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem harten Objekt eine Beschädigung von Kraftfahrzeugteilen (z.B. Scheinwerfer, Sensoren, Motorhaube) dadurch verhindert werden, dass der Stoßfänger relativ starr und hart ist.
-
Aus
DE 10 2010 001 990 A1 ist eine Aktuatorik mit mindestens einem beweglichen Verstellelement und einer Antriebseinheit zum Bewegen des mindestens einen Verstellelements in Abhängigkeit von einem Steuersignal bekannt.
-
Aus
DE 10 2009 055 085 A1 ist eine Crashbox für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem im Crashfall deformierbaren Crashboxteil bekannt, welches im Crashfall durch die Deformation Energie aufnimmt. Das mindestens eine Crashboxteil ist aus Strukturelementen zusammengesetzt, die zur Einstellung der Energieaufnahmefähigkeit des Crashboxteiles gegeneinander in einer Stellrichtung verschiebbar sind.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besser auf einen Unfall des Kraftfahrzeugs abgestimmte Vorrichtung, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Verriegelungsmechanismus zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 und das Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die Vorrichtung umfasst ein plastisch deformierbares Deformationselement und ein Schaltmittel. Bevorzugterweise ist das Deformationselement mit einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs verbindbar.
-
Die Vorrichtung umfasst einen Signaleingang, der zum Empfang von Signalen ausgebildet ist. Das Schaltmittel ist dazu ausgebildet, die Vorrichtung in Abhängigkeit von den Signalen von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und umgekehrt zu schalten. Die Signale umfassen einen Hinweis auf einen Status einer Elektronik des Kraftfahrzeugs und/oder einen Hinweis auf eine Umgebung des Kraftfahrzeugs.
-
Unter dem Status der Elektronik wird hier insbesondere verstanden, dass kein Steuergerät des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt wird, dass alle Steuergeräte des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden oder dass nur bestimmte Steuergeräte des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden. Aus dem Status der Elektronik lässt sich beispielsweise schließen, ob das Kraftfahrzeug sich bewegt oder nicht. Falls sich das Kraftfahrzeug nicht bewegt, kann es vorteilhaft sein, die Vorrichtung in den ersten Zustand zu schalten.
-
Signale mit einem Hinweis auf die Umgebung des Kraftfahrzeugs können beispielsweise von Sensoren des Kraftfahrzeugs erzeugt werden. Diese Sensoren können beispielsweise eine Kamera, ein Radar-, ein Ultraschall- oder ein Lidar-Sensor sein. Mittels dieser Sensoren kann detektiert werden, wie in welcher Entfernung zum Kraftfahrzeug sich ein Objekt befindet und ob und mit welcher Geschwindigkeit sich das Kraftfahrzeug auf das Objekt zubewegt. Diese Geschwindigkeit muss nicht zwangsläufig mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zur Bodenoberfläche übereinstimmen. Das Objekt könnte sich ebenfalls bewegen, falls es sich beispielsweise um einen Fußgänger oder ein anderes Kraftfahrzeug handelt. Es ist auch möglich, den Winkel zu bestimmen, in dem das Kraftfahrzeug bei einem Unfall mit dem Objekt kollidieren wird. Auf Basis dieser Informationen kann die Vorrichtung geschaltet werden. Außerdem können die Signale einen Hinweis darauf umfassen, ob und mit welcher Geschwindigkeit sich das Objekt bewegt. Bei einer Geschwindigkeit des Objekts zwischen 1 km/h und 20 km/h kann beispielsweise die Vorrichtung in den zweiten Zustand geschaltet werden, da es sich bei dem Objekt um einen Fußgänger handeln könnte. Es ist auch möglich, dass beispielsweise unter Verwendung einer Kamera die Bewegung eines Fußgängers oder die Gestalt eines Fußgängers detektiert wird und aufgrund dieser Detektion die Vorrichtung in den zweiten Zustand geschaltet wird.
-
Durch die Berücksichtigung der Signale mit einem Hinweis auf die Umgebung des Kraftfahrzeugs kann außerdem die Anzahl der Schaltvorgänge verringert werden. Beispielsweise kann nur eine Schaltung in den ersten oder zweiten Zustand erfolgen, wenn eine Kollision mit einem Objekt bevorsteht. So wird beispielsweise verhindert, dass im Stop-and-Go-Verkehr bei jedem Anhalten und Anfahren ein Schaltvorgang erfolgt. Die Lebensdauer der Vorrichtung kann so erhöht werden. Im geparkten Zustand kann als Schutz vor Parkremplern die Vorrichtung in den ersten Zustand geschaltet werden.
-
Im zweiten Zustand ist das Deformationselement relativ zu einer Trägerstruktur des Kraftfahrzeugs verschiebbar. Im ersten Zustand ist das Deformationselement nicht relativ zur Trägerstruktur verschiebbar.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Deformationselement im ersten Zustand eine größere Steifigkeit aufweisen als im zweiten Zustand.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Signale einen Hinweis auf eine Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs, auf eine Position des Kraftfahrzeugs relativ zu Objekten in der Umgebung und/oder auf eine Bewegung des Kraftfahrzeugs relativ zu den Objekten umfassen. Unter der Bewegung wird dabei insbesondere die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit verstanden. Aus diesen Informationen lässt sich bestimmen, ob der erste Zustand vorteilhaft gegenüber dem zweiten Zustand ist. Es lässt sich beispielsweise die Beschaffenheit des Objekts (z.B. Fußgänger) bestimmen und der Winkel und die Geschwindigkeit, mit der sich das Kraftfahrzeug relativ zum Objekt bewegt.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Signale einen Hinweis auf eine Bewegung und/oder auf eine Form des Objekts umfassen. Dadurch lassen sich weitere Informationen bezüglich der Beschaffenheit des Objekts ableiten.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Signale eines Steuergeräts, einer Kamera, eines Radar-Sensors, eines Ultraschallsensors und/oder eines Lidar-Sensors des Kraftfahrzeugs sein.
-
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung und Sensoren, die dazu ausgebildet sind, eine Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Position des Kraftfahrzeugs relativ zu Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Bewegung des Kraftfahrzeugs relativ zu den Objekten zu detektieren und die Signale auszugeben. Es ist auch möglich, dass die Sensoren dazu ausgebildet sind, eine Bewegung und/oder eine Form der Objekte zu detektieren.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftfahrzeug einen Stoßfänger und ein Führungsgehäuse umfassen. An Stoßfänger ist das Deformationselement angeordnet . Das Führungsgehäuse kann fest mit einer Trägerstruktur des Kraftfahrzeugs verbunden sein. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Quer- oder einen Längsträger der Fahrzeugkarosserie handeln. Im ersten Zustand ist das Deformationselement nicht in dem Führungsgehäuse verschiebbar. Im zweiten Zustand ist das Deformationselement im Führungsgehäuse verschiebbar.
-
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Schaltung eines Schaltmittels einer Vorrichtung zur Reduktion von Beschädigungen an einem Kraftfahrzeug von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und umgekehrt. Die Schaltung erfolgt in Abhängigkeit von Signalen, die Hinweise auf die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder die Position des Kraftfahrzeugs relativ zu Objekten in der Umgebung und/oder die Bewegung des Kraftfahrzeugs relativ zu den Objekten umfassen. Im zweiten Zustand gibt ein Deformationselement der Vorrichtung einer Krafteinwirkung leichter nach als im ersten Zustand.
-
Nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen beschrieben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Teilschnittansicht durch Komponenten einer in ein Kraftfahrzeug eingebauten Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung in einer Ausgangsstellung;
- 2 die Vorrichtung aus 1 im ersten Zustand, wobei eine Kraft auf die Vorrichtung wirkt;
- 3 die Vorrichtung aus 1 im zweiten Zustand, wobei eine Kraft auf die Vorrichtung wirkt;
- 4 skizzenhaft in Draufsicht einzelne Komponenten eines Kraftfahrzeugvorbaus mit einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung im ersten Zustand; und
- 5 die Ansicht aus 4 im zweiten Zustand.
-
Als Schaltmittel wird in der dargestellten Vorrichtung 21 ein Verriegelungsmechanismus verwendet. Der erste Zustand wird als verriegelter Zustand und der zweite Zustand als entriegelter Zustand bezeichnet. Im verriegelten Zustand ist das Deformationselement 1 nicht relativ zum Führungsgehäuse 2 verschiebbar. Im entriegelten Zustand ist das Deformationselement 1 relativ zum Führungsgehäuse verschiebbar. Unter einem Verriegelungsmechanismus wird hier insbesondere eine Konstruktion verstanden, die mechanische und/oder elektrische Komponenten umfasst.
-
Die mechanische Funktionsweise des Verriegelungsmechanismus der Vorrichtung 21 ist in der
DE 10 2007 057 051 A1 bereits beschrieben. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der dort beschriebenen Vorrichtung 21 unter anderem dadurch, dass der Verriegelungsmechanismus nicht nur in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit in den verriegelten und den entriegelten Zustand geschaltet wird.
-
Der Verriegelungsmechanismus der in den Figuren dargestellten Vorrichtung 21 wird in den verriegelten Zustand geschaltet, wenn mit Hilfe von Sensoren des Kraftfahrzeugs detektiert wurde, dass mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (z.B. mehr als 50% oder mehr als 70%) eine Kollision mit einem Objekt erfolgen wird, das kein Fußgänger ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten können so Beschädigungen an empfindlichen Bauteilen des Kraftfahrzeugs verhindert werden (z.B. Scheinwerfer oder am Stoßfänger angeordnete Sensoren). Dieser Zustand ist in den 2 und 4 dargestellt. Insbesondere in 4 ist ersichtlich, dass bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten der Stoßfänger nicht verformt wird. So kann ein Eindringen des kollidierenden Objekts in zerstörungsanfällige Bauteile des Kraftfahrzeugs vermieden werden.
-
Wenn detektiert wird, dass mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (z.B. mehr als 50% oder mehr als 70%) eine Kollision mit einem Fußgänger erfolgen wird, wird der Verriegelungsmechanismus in den entriegelten Zustand geschaltet. Dieser Zustand ist in den 3 und 5 dargestellt. Insbesondere in 5 ist dargestellt, wie der Stoßfänger vom Fußgänger verformt wird. Der Fußgänger prallt somit auf eine nachgebende Struktur und nicht auf eine harte starre Struktur. Dadurch sinkt das Verletzungsrisiko.
-
Die Sensoren, die für die Erkennung des Objekts verwendet werden, mit dem das Kraftfahrzeug kollidiert, können Radar-Sensoren, Lidar-Sensoren, Ultraschallsensoren oder eine Kamera sein. Es lässt sich aus den Signalen der Sensoren beispielsweise auf eine Bewegung des Objekts und/oder auf eine Form des Objekts schließen. Beispielsweise kann der Verriegelungsmechanismus in den entriegelten Zustand geschaltet werden, wenn das Objekt sich mit einer Geschwindigkeit zwischen 3 km/h und 20 km/h bewegt und eine Höhe zwischen 0,50 m und 2,15 m hat und eine Breite von weniger als 1 m.
-
Wenn sich das Objekt hingegen nicht bewegt oder mit einer Geschwindigkeit bewegt, die höher als 30 km/h ist, kann die Annahme getroffen werden, dass es sich nicht um einen Fußgänger handelt. Dies gilt insbesondere, wenn das Objekt Ausmaße aufweist, die Menschen üblicherweise nicht aufweisen (beispielsweise Breite größer als 1 m und/oder Höhe größer als 2,15 m).
-
Wenn das Verriegelungselement im verriegelten Zustand ist, ist der Elektromagnet 14 eingeschaltet. Der Elektromagnet 14 übt eine Kraft auf die Ankerplatte 12 des Stabs 9 aus. Dadurch werden bei einer Kraftausübung auf den Anschlag 1a die am anderen Ende des Stabs 9 angeordneten Spreizarme 4 durch den Spreizkopf 11 auseinander gedrückt und geraten in Eingriff mit den Aufnahmeräumen 8 des Führungsgehäuses 2. Das Deformationselement 1 ist dann nicht im Führungsgehäuse 2 verschiebbar.
-
Im entriegelten Zustand des Verriegelungselements ist der Elektromagnet 14 ausgeschaltet. Bei einer Kraftausübung auf den Anschlag 1a wird das Deformationselement 1 innerhalb des Führungsgehäuses 2 verschoben, da der ausgeübten Kraft keine Kraft entgegenwirkt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Deformationselement
- 1a
- Anschlag
- 2
- Führungsgehäuse
- 3
- Spreizhebel
- 4
- Spreizarm
- 5
- Rastelement
- 6
- Endabschnitt
- 7
- Öffnung
- 8
- Aufnahmeraum
- 9
- Stab
- 10
- Durchgangsöffnung
- 11
- Spreizkopf
- 12
- Ankerplatte
- 13
- Durchführungsöffnung
- 14
- Elektromagnet
- 15
- Zugfeder
- 16
- Rückstellfeder
- 17
- Querträger
- 18
- Crashbox
- 19
- Kraftfahrzeug
- 20
- Objekt
- 21
- Vorrichtung
- 22
- Motorträger
- 23
- Körperteil eines Fußgängers
- F
- Kraft
