DE102015224459A1

DE102015224459A1 - Nichtinsassenschutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015224459A1
Application number: DE102015224459.8A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Fichtinger; Öztzan Akif; Wilhelm Riedl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Eine Nichtinsassenschutzvorrichtung, insbesondere eine Fußgängerschutzvorrichtung, für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Deformationsstrukturelement, das Bestandteil eines Kollisionslastpfads des Kraftfahrzeugs ist, mit einer Strukturschwächungseinrichtung. Die Strukturschwächungseinrichtung ist angepasst, mittels einer Zündung eines Sprengelements eine Steifigkeit und/oder Festigkeit des Deformationsstrukturelements in eine Kollisionsrichtung zu verringern. Ferner weist das Kraftfahrzeug eine Zündimpulserzeugungseinrichtung auf, die angepasst ist, eine Kollisionslast bzw. einen Kollisionsimpuls zur Erzeugung eines Zündimpulses zu verwenden und den erzeugten Zündimpuls zu dem Sprengelement zur Zündung des Sprengelements weiterzuleiten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Nichtinsassenschutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Deformationsstrukturelement, das Bestandteil eines Kollisionslastpfads des Kraftfahrzeugs ist.
Ein bekannter Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs hat bspw. einen Stoßfängerquerträger, der an vorderen Enden von Längsträgern bzw. Crash-Boxen befestigt ist, und eine Stoßfängerverkleidung. Zwischen der Stoßfängerverkleidung und dem Stoßfängerquerträger ist zum Schutz von Fußgängern ein auf einem vergleichsweise niedrigen Lastenniveau verformbarer Schaum angeordnet. Hierdurch wird ein Fußgänger im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Fußgänger vor einer direkten unmittelbaren Kollision mit einer dahinterliegenden steifen Struktur, wie dem Stoßfängerquerträger, geschützt. Der verformbare Schaum hat insbesondere in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich, wie bspw. von 20 bis 50 km/h, hinsichtlich des Fußgängerschutzes eine Wirkung.
In einem niedrigeren Geschwindigkeitsbereich unterhalb des genannten Geschwindigkeitsbereichs, ist es jedoch relevant, dass das Fahrzeug bei einer Kollision im Wesentlichen schadensfrei bleibt. Hierdurch sind Reparaturkosten bei Kollisionen in dem niedrigeren Geschwindigkeitsbereich verringert, was auch zu einer günstigeren Versicherungseinstufung führt.
In einem höheren Geschwindigkeitsbereich, oberhalb des vorstehend genannten Geschwindigkeitsbereichs, ist es im Hinblick auf einen Insassenschutz erforderlich, dass möglichst viel Kollisionsenergie durch die Vorderwagenstruktur des Kraftfahrzeugs abbaubar ist.
Die Anforderungen des Fußgängerschutzes stehen jedoch zum Teil im Widerspruch zu den Anforderungen bei niedrigeren oder höheren Geschwindigkeiten. Dieser Widerspruch kann jedoch grundsätzlich durch einen vergleichsweise langen Fahrzeugüberhang gelöst werden. Der lange Fahrzeugüberhang führt jedoch zu einer größeren Fahrzeuggesamtlänge sowie zu einem höheren Gewicht des Fahrzeugs. Ferner wird durch den langen Fahrzeugüberhang eine Fahrdynamik des Fahrzeugs unvorteilhaft beeinflusst.
Zum Lösen der daraus entstehenden Zielkonflikte wurde bspw. in der DE 10 2010 054 641 A1 eine Stoßfängeranordnung mit einem Querträger vorgeschlagen, der über Crash-Boxen an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. In Fahrtrichtung vor dem Querträger ist ein Fußgängerschutzelement für einen weichen Anprall eines Fußgängers ausgebildet. Zusätzlich ist ein schwenkbares Energieabsorptionselement vorgesehen, das, wenn ein Fußgängerschutz nicht erforderlich ist, vor das Fußgängerschutzelement verschwenkbar ist und hierdurch eine erhöhte Energieabsorption bei Kollisionen ermöglicht, bei denen eine höhere Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit der Crash-Struktur des Kraftfahrzeugs erforderlich ist.
Die DE 10 2012 112 636 A1 zeigt ebenfalls eine Stoßfängeranordnung mit einem Stoßfängerquerträger und einem Fußgängerschutzelement, das von einem steifen Zustand in einen vergleichsweise weichen Zustand, der einem Fußgängerschutz dient, mittels eines Aktuators umgeschaltet werden kann.
Bei diesen bekannten Stoßfängeranordnungen ist eine Crash- bzw. Precrash-Sensorik erforderlich, auf deren Grundlage zwischen einem harten steifen Zustand der Crash-Struktur mit hoher Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit und einem weichen Zustand der Crash-Struktur mit zugunsten des Fußgängerschutzes geringer Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit umgeschaltet werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nichtinsassenschutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, mit einem Deformationsstrukturelement zu schaffen, dessen Steifigkeit und/oder Festigkeit zuverlässig von einer hohen Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit auf eine niedrige Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit umgeschaltet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Nichtinsassenschutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.
Eine Nichtinsassenschutzvorrichtung, insbesondere eine Fußgängerschutzvorrichtung, für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Deformationsstrukturelement, das Bestandteil eines Kollisionslastpfads des Kraftfahrzeugs ist, mit einer Strukturschwächungseinrichtung. Die Strukturschwächungseinrichtung ist angepasst, mittels einer Zündung eines Sprengelements eine Steifigkeit und/oder Festigkeit des Deformationsstrukturelements in eine Kollisionsrichtung zu verringern. Ferner weist das Kraftfahrzeug eine Zündimpulserzeugungseinrichtung auf, die angepasst ist, eine Kollisionslast bzw. einen Kollisionsimpuls zur Erzeugung eines Zündimpulses zu verwenden und den erzeugten Zündimpuls zu dem Sprengelement zur Zündung des Sprengelements weiterzuleiten.
Durch die Zündimpulserzeugungseinrichtung, die die Kollisionslast bzw. den Kollisionsimpuls der Kollision selbst nutzt, um einen Zündimpuls zu erzeugen, ist sichergestellt, dass der Zündimpuls zuverlässig erzeugt wird. Es ist keine weitere Sensorik erforderlich, die eine Kollision bzw. eine bevorstehende des Kraftfahrzeugs erfasst.
Der Zündimpuls kann bspw. durch einen mechanischen Schalter erfolgen, der infolge der Kollisionslast gedrückt wird, und damit beispielsweise einen elektrischen Stromkreis schließt oder öffnet, um den Zündimpuls zu erzeugen.
Das Sprengelement kann ein pyrotechnisches Sprengelement sein.
Das Sprengelement kann die Festigkeit und/oder Steifigkeit des Deformationsstrukturelements unmittelbar oder auch mittelbar mittels eines Aktuators, der durch das Sprengelement angetrieben ist, verringern.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung hat die Nichtinsassenschutzvorrichtung eine Zündimpulsunterbindungseinrichtung, die eine Erzeugung und/oder Weiterleitung des Zündimpulses an das Sprengelement in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich und/oder einem vorgegebenen Kollisionslastbereich des Kraftfahrzeugs unterbindet.
Hierdurch kann festgelegt werden, dass eine Strukturschwächung des Deformationsstrukturelements lediglich in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich, der bspw. für einen Fußgängerschutz relevant ist, erfolgt. Hiermit kann zuverlässig sichergestellt werden, in welchem Geschwindigkeitsbereich die Steifigkeit und/oder Festigkeit des Deformationsstrukturelements verringert wird.
Bevorzugt ist der vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich im Bereich von 20 bis 50 km/h. Dies ist ein Geschwindigkeitsbereich, der gewöhnlicherweise als für einen Fußgängerschutz relevant angesehen wird. Die Randwerte dieses Bereichs können jedoch auch von den angegebenen abweichen. Die untere Grenze des Geschwindigkeitsbereichs kann einen Wert von 15 km/h bis 25 km/h haben. Die obere Grenze des Geschwindigkeitsbereichs kann einen Wert von 40 km/h bis 55 km/h haben.
Bevorzugt ist die Zündimpulserzeugungseinrichtung angepasst, dass sie den Zündimpuls nur in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich und/oder Kollisionslastbereich erzeugt.
In diesem Fall ist keine Zündimpulsunterbindungseinrichtung erforderlich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Zündimpulserzeugungseinrichtung in einem auf einem niedrigen Kraftniveau verformbaren Bereich des Kollisionslastpfads angeordnet. Insbesondere ist dieser Bereich auf einem niedrigeren Kraftniveau als einem Kraftniveau, auf dem das Deformationsstrukturelement verformbar ist, verformbar.
Damit ist sichergestellt, dass der Bereich, in dem die Zündimpulserzeugungseinrichtung angeordnet ist, bei der Kollision zuerst verformt wird und damit der Zündimpuls bei Beginn der Kollision erzeugt werden kann.
Das Deformationsstrukturelement ist bevorzugt in einem Bereich eines Fahrzeugbugs angeordnet.
Das Deformationsstrukturelement ist ferner bevorzugt vor einem Stoßfängerquerträger angeordnet und insbesondere an diesem befestigt.
Ferner ist das Deformationsstrukturelement zwischen einer Stoßfängerverkleidung und dem Stoßfängerquerträger ausgebildet.
Die Zündimpulserzeugungsvorrichtung ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung im Wesentlichen zwischen Stoßfängerverkleidung und dem Deformationsstrukturelement angeordnet.
Dies ist ein Bereich, der üblicherweise zu Beginn einer Kollision verformt wird, sodass der Zündimpuls zu einem frühen Zeitpunkt der Kollision erzeugt und weitergeleitet werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Nichtinsassenschutzvorrichtung ist das Deformationsstrukturelement angepasst, wenn das Sprengelement nicht gezündet ist, Kollisionsenergie durch plastische Verformung und/oder sprödes Versagen des Deformationsstrukturelements über eine vorgegebene Deformationsstrecke zu absorbieren.
Die vorgegebene Deformationsstrecke kann bspw. ein Bereich von 60 mm bis 110 mm sein.
Hierdurch kann die Nichtinsassenschutzvorrichtung des Kraftfahrzeugs abhängig von bspw. einer Fahrzeuggeschwindigkeit sinnvoll eine hart bzw. eine weiche Eigenschaft haben.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Sprengelement angepasst, eine Wand des Deformationselements zu schwächen bzw. zu brechen.
Das Deformationselement kann aus einem dünnwandigem Profilteil ausgebildet sein. Das dünnwandige Profilteil kann dabei mehrere Wände aufweisen. Das Profilteil kann Außenwände und innerhalb des Profilteils verlaufende Wände aufweisen.
Alternativ kann das Deformationselement aus einem Schaum, d. h. einem geschäumten Kunststoffmaterial ausgebildet sein.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Kraftfahrzeug mit einer wie vorstehend beschriebenen Nichtinsassenschutzvorrichtung.
Vorstehend genannte Merkmale können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Nichtinsassenschutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht der Nichtinsassenschutzvorrichtung bei einer Kollision in einem Nichtinsassenschutzmodus.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2.
Wie in der schematischen Schnittansicht von 1 gezeigt ist, hat eine Nichtinsassenschutzvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung ein Deformationsstrukturelement 3. Das Deformationsstrukturelement 3 ist in Form eines Hohlprofils aus dünnwandigen Wänden aufgebaut. Das Hohlprofil kann beispielsweise als ein Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein. An einer oberen Wand und einer unteren Wand des Deformationsstrukturelements 3 ist jeweils ein pyrotechnisches Sprengelement 5 zur bedarfsweisen Schwächung des Deformationsstrukturelements 3 vorgesehen.
Ferner weist die Nichtinsassenschutzvorrichtung eine Zündimpulserzeugungseinrichtung 7 auf, die in Fahrtrichtung vor dem Deformationsstrukturelement 3 angeordnet ist. Die Zündimpulserzeugungseinrichtung 7 kann einen Zündimpuls erzeugen, der eine Zündung der Sprengelemente 5 bewirken kann.
Das Deformationsstrukturelement 3 ist anstelle eines herkömmlichen Fußgängerschutzelements an einer Vorderseite eines vorderen Stoßfängerquerträgers 9 befestigt. Das Deformationsstrukturelement 3 ist damit in dem Zwischenraum zwischen einer Stoßverkleidung 11 und dem Stoßfängerquerträger 9 angeordnet. Der Stoßfängerquerträger 9 ist über sogenannte Crashboxen an vorderen Enden eines rechten und eines linken Längsträgers bzw. Motorträgers einer Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt. Der Stoßfängerquerträger 3 kann aus einem biegesteifen Hohlprofil, bspw. aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung, bestehen. Die Stoßfängerverkleidung 11 ist wie herkömmlich üblich aus einem Kunststoffspritzguss hergestellt und weist eine gewisse Nachgiebigkeit bzw. Elastizität auf.
Ferner weist die Nichtinsassenschutzvorrichtung 1 eine in den Figuren nicht dargestellte Zündimpulsunterbindungseinrichtung auf, die in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs die Erzeugung und/oder eine Weiterleitung des Zündimpulses der Zündimpulserzeugungseinrichtung 7 unterbindet. Insbesondere wird die Erzeugung und/oder Weiterleitung des Zündimpulses in einem Bereich, der für einen Nichtinsassenschutz eine geringe Bedeutung hat, von weniger als 20 km/h und mehr als 50 km/h gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel unterbunden. Durch die Unterbindung der Erzeugung bzw. Weiterleitung des Zündimpulses werden die Sprengelemente 5 nicht gezündet.
Bei einer Geschwindigkeit von 20 km/h bis 50 km/h des Kraftfahrzeugs bei der Kollision mit dem Fußgänger wird der Zündimpuls 7 zu dem Sprengelement 5 weitergeleitet, das eine Wand des Deformationsstrukturelements 3 zerstört oder zumindest schwächt, sodass eine Steifigkeit bzw. Festigkeit des Deformationsstrukturelements in Kollisionsrichtung herabgesetzt ist. Hierdurch kann das Deformationsstrukturelement 3 auf einem verhältnismäßig niedrigen Kraftniveau zum Schutz des Fußgängers verformt werden.
Im Folgenden ist eine Funktion der Nichtinsassenschutzvorrichtung 1 beschrieben.
Die Zündimpulserzeugungseinrichtung 7 ist derart aufgebaut, dass sie bei einer Kollisionslast mechanisch zusammengedrückt wird und dabei einen Stromkreis schließt oder einen Stromkreis unterbricht, wodurch ein Zündimpuls erzeugt wird. Mit anderen Worten ist die Zündimpulserzeugungseinrichtung 7 als ein Druckschalter ausgebildet.
In 2 ist der Beginn einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs gezeigt, wobei die Stoßfängerverkleidung 11 durch die Kollision in Richtung des Deformationsstrukturelements 3 verlagert ist. Hierdurch ist die Zündimpulserzeugungseinrichtung 7, die sich zwischen der Stoßfängerverkleidung 11 und dem Deformationsstrukturelement 3 befindet, zusammengedrückt.
Der in 2 dargestellte Beginn der Frontalkollision hat in einem für einen Nichtinsassenschutz bzw. Fußgängerschutz relevanten Geschwindigkeitsbereich von 20 km/h bis 40 km/h des Kraftfahrzeugs stattgefunden. Somit war die Zündimpulsunterbindungseinrichtung nicht aktiv und der Zündimpuls der Zündimpulserzeugungseinrichtung wurde zu den Sprengelementen 5 weitergeleitet. Die pyrotechnischen Sprengelemente 5 haben damit die obere und die untere Wand des Deformationsstrukturelements 3 hinreichend geschwächt, wie durch die zwei-Punkt-Strich-Linie in 2 schematisch dargestellt ist, so dass eine Steifigkeit bzw. Festigkeit des Deformationsstrukturelements 3 in die Frontalkollisionsrichtung, d. h. in Fahrzeuglängsrichtung, erheblich vermindert ist. Das Deformationsstrukturelement 3 ist damit in einem Nichtinsassenschutzmodus und ist zugunsten des Nichtinsassenschutzes auf einem niedrigen Kraftniveau im Zuge der Kollision verformbar.
Erfolgt jedoch die Frontalkollision des Kraftfahrzeugs außerhalb des vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichs von 20 km/h bis 50 km/h, d. h. mit einer niedrigeren oder mit einer höheren Geschwindigkeit, wird der Zündimpuls durch die Zündimpulsunterdrückungseinrichtung nicht zu dem Sprengelement 5 weitergeleitet.
Bei der niedrigen Geschwindigkeit ist damit das Deformationsstrukturelements 3 hinreichend steif und wird zugunsten der Vorderwagenstruktur gegebenenfalls gar nicht verformt. Die Kollisionsenergie wird in den Kollisionslastpfad weiterleitet bzw. übertragen, ohne dass eine Beschädigung des Deformationsstrukturelements 3 erfolgt.
Bei der höheren Geschwindigkeit ist das Deformationsstrukturelement 3 zugunsten eines Insassenschutzes auf einem höheren Lastniveau zum Kollisionsenergieabbau verformbar ist. Das Sprengelement 5 kann die Struktur des Deformationsstrukturelements 3 unmittelbar schädigen oder kann gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel die Struktur des Deformationsstrukturelements 3 mittelbar mittels eines Aktuators, der durch das Sprengelement 5 angetrieben ist, schädigen. Das Sprengelement 5 kann auch Verbindungsbereiche von Wänden schädigen.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann das Deformationsstrukturelement 3 auch aus einem Schaum ausgebildet sein. Das Sprengelement kann dabei an geeigneten Stellen die Schaumstruktur schädigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010054641 A1 [0006]
DE 102012112636 A1 [0007]

Claims

Nichtinsassenschutzvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Deformationsstrukturelement 3), das Bestandteil eines Kollisionslastpfads des Kraftfahrzeugs ist, mit einer Strukturschwächungseinrichtung, die angepasst ist, mittels einer Zündung eines Sprengelements (5) eine Steifigkeit und/oder Festigkeit des Deformationsstrukturelements (3) in eine Kollisionslastrichtung zu verringern, wobei das Kraftfahrzeug ferner ein Zündimpulserzeugungseinrichtung (7) aufweist, die angepasst ist, eine Kollisionslast bzw. einen Kollisionsimpuls zur Erzeugung eines Zündimpulses zu verwenden und den erzeugten Zündimpuls zu dem Sprengelement (5) zur Zündung des Sprengelements weiterzuleiten.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 1, ferner mit einer Zündimpulsunterbindungseinrichtung, die eine Erzeugung und/oder Weiterleitung des Zündimpulses an das Sprengelement (5) in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich und/oder Kollisionslastbereich des Kraftfahrzeugs unterbindet.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 2, wobei der vorgegebene Geschwindigkeitsbereich ein Bereich von 20 bis 50 km/h ist.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Zündimpulserzeugungseinrichtung angepasst ist, dass sie den Zündimpuls nur in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich und/oder Kollisionslastbereich erzeugt.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Zündimpulserzeugungseinrichtung in einem auf einem niedrigen Kraftniveau, insbesondere einem niedrigeren Kraftniveau als einem Kraftniveau auf dem das Deformationsstrukturelement (3) verformbar ist, verformbaren Bereich des Kollisionslastpfads angeordnet ist.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei das Deformationsstrukturelement (3) im Bereich eines Fahrzeugbugs angeordnet ist.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 6, wobei das Deformationsstrukturelement (3) vor einem Stoßfängerquerträger (9) ausgebildet ist.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 7, wobei das Deformationsstrukturelement (3) zwischen einer Stoßfängerverkleidung (11) und dem Stoßfängerquerträger (3) ausgebildet ist.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach Patentanspruch 8, wobei die Zündimpulserzeugungseinrichtung im Wesentlichen zwischen der Stoßfängerverkleidung (11) und dem Deformationsstrukturelement (3) angeordnet ist.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, wobei das Deformationsstrukturelement (3) angepasst ist, wenn das Sprengelement (5) nicht gezündet ist, Kollisionsenergie durch plastische Verformung und/oder sprödes Versagen des Deformationsstrukturelements (3) über eine vorgegebene Deformationsstrecke zu absorbieren.
Nichtinsassenschutzvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei das Sprengelement (5) angepasst ist, eine Wand des Deformationsstrukturelements (3) zu schwächen/zu brechen.
Kraftfahrzeug mit einer Nichtinsassenschutzvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 11.