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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
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Es ist im Automobilbau an sich bekannt, Crashboxen, welche im Kollisionsfall eines Kraftfahrzeugs als eine Art Schockabsorbersystem dienen, einzusetzen. Bei einem Auffahrunfall eines Kraftfahrzeugs wird durch Deformation derartiger Crashboxen Bewegungsenergie abgebaut, um insbesondere Fahrzeuginsassen und den gesamten Aufbau des Kraftfahrzeugs einer geringeren Verzögerungskraft und somit geringeren Kollisionskräften auszusetzen. Dadurch sollen unzulässige Deformationen am Aufbau des Kraftfahrzeugs, welche mitunter einen Totalschaden bedeuten können, und Verletzungen der Insassen verhindert oder reduziert werden.
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Die
DE 10 2011 006 873 A1 zeigt ein gattungsgemäßes Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug, welches zumindest eine Crashbox und eine Steuereinrichtung aufweist, mittels welcher Deformationseigenschaften, konkret Steifigkeitseigenschaften, der Crashbox veränderbar sind. Die Crashbox ist dabei derart ausgelegt, dass diese wenn sie nicht bestromt ist, eine besonders geringe Steifigkeit aufweist, wohingegen die Crashbox bei Bestromung eine besonders hohe Steifigkeit aufweist. Sobald ein Signal erfasst wird, dass das Kraftfahrzeug sich in einer Parkposition befindet, wird die Crashbox nicht mehr bestromt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sicherheitssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitssystems der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein besonders guter Schutz von Personen bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine Crashbox und eine Steuereinrichtung, mittels welcher Deformationseigenschaften der Crashbox veränderbar sind. Um einen besonders wirkungsvollen Schutz von Personen bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, basierend auf Sensordaten des Kraftfahrzeugs eine bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs zu ermitteln und in Abhängigkeit davon die Deformationseigenschaften der Crashbox zu verändern.
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Im Gegensatz zu dem im eingangs zitierten Stand der Technik erläuterten Sicherheitssystem ist es also bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, Sensordaten des Kraftfahrzeugs auszuwerten und in Abhängigkeit davon eine bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, je nach Art der ermittelten bevorstehenden Kollision die Deformationseigenschaften der Crashbox zu verändern bzw. anzupassen. Das Sicherheitssystem umfasst also eine aktive Crashbox, welche sich gemäß dem zu erwarteten Aufprall verändert.
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In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass die Steuereinrichtung beispielsweise dazu eingerichtet ist, einen genauen Ort und die genaue Stärke eines zu erwarteten Aufpralls am Kraftfahrzeug vorherzusagen und dahingehend die Crashbox zu optimieren. Unter einer Optimierung der Crashbox ist insbesondere eine Versteifung, Entsteifung, Verformung oder Entformung der Crashbox und somit entsprechender Fahrzeugstrukturen zu verstehen, sodass der durch den Aufprall am Kraftfahrzeug während der Kollision verursachte Kraftfluss möglichst so durch das Kraftfahrzeug geleitet wird, dass ein möglichst geringer Personen- und Sachschaden entsteht. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Deformationseigenschaften der Crashbox beispielsweise an die Anzahl der Fahrzeuginsassen, an die Anzahl weiterer externer Unfallteilnehmer, an das Alter, das Gewicht und an weitere Parameter der am Unfall beteiligten Personen, seien es Fahrzeuginsassen oder fahrzeugexterne Personen, anzupassen.
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Das Sicherheitssystem sieht also erfindungsgemäß eine sicherheitsrelevante Kopplung von fahrzeugseitigen Sensoren und der Steuereinrichtung vor, welche dazu eingerichtet ist, die Deformationseigenschaften der Crashbox anzupassen. Verschiedenste Sensoren des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise Radarsysteme, Lidarsysteme, Frontkameras und dergleichen, können Sensordaten liefern, wobei die Steuereinrichtung diese auswerten kann, um die Art eines bevorstehenden Unfalls, genauer die Art einer bevorstehenden Kollision des Kraftfahrzeugs, möglichst exakt vorherzusagen. In Kenntnis der bevorstehenden Kollision des Kraftfahrzeugs kann die Steuereinrichtung besonders optimal die Deformationseigenschaften der Crashbox verändern, sodass Personen- und Sachschäden möglichst gering ausfallen. Insbesondere kann eine bestehende Sensorik des Kraftfahrzeugs mittels der Steuereinrichtung ausgewertet werden, um einen potenziellen Aufprall des Kraftfahrzeugs noch vor der tatsächlichen Kollision zu bestimmen. Daher kann die Steuereinrichtung die Deformationseigenschaften der Crashbox schon vor Auftreten der Kollision rechtzeitig so anpassen, dass beteiligte Personen möglichst wenig verletzt und Sachschäden möglichst minimiert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Kollisionswinkel basierend auf den Sensordaten zu ermitteln und in Abhängigkeit davon die Deformationseigenschaften der Crashbox zu verändern. Durch die Vielzahl an Fahrerassistenzsystemen besitzen moderne Kraftfahrzeuge üblicherweise eine Fülle an Sensoren zur Erfassung der Umwelt in Echtzeit. Durch eine entsprechende Signalauswertung kann ein zu erwartender Kollisionswinkel des Kraftfahrzeugs errechnet werden. Mittels dieses Winkels kann die Fahrzeugstruktur durch entsprechende Anpassung der Deformationseigenschaften der Crashbox auf den bevorstehenden Aufprall hin ausgerichtet werden, sodass eine maximale Crashsicherheit gewährleistet werden kann. Durch die frühzeitige Vorhersage der bevorstehenden Kollision noch möglichst lange vor dem eigentlichen Aufprall des Kraftfahrzeugs, können die optimalen Deformationseigenschaften der Crashbox frühzeitig eingestellt werden. Die Zeit für die Ergreifung potenzieller Maßnahmen zur Veränderung der Deformationseigenschaften der Crashbox kann also durch die frühzeitige Erkennung einer bevorstehenden Kollision erweitert werden. Durch die frühe Erkennung besteht insbesondere eine zeitlich begünstigte Ausgangssituation für die Wahl der geeigneten Aktuatorik zur Veränderung der Deformationseigenschaften der Crashbox.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Sicherheitssystem eine Speichereinheit mit darin gespeicherten Kollisionsdaten, also historischen Kollisionsdaten, umfasst, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den Kollisionsdaten die Deformationseigenschaften der Crashbox zu verändern. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten bevorstehenden Kollision des Kraftfahrzeugs durch einen Abgleich mit den gespeicherten Kollisionsdaten diejenigen Kollisionsdaten herauszufiltern, welche am ehesten zur ermittelten bevorstehenden Kollision des Kraftfahrzeugs passen. In Kenntnis dieser Kollisionsdaten können die Deformationseigenschaften der Crashbox optimal angepasst werden, um die Verletzung von am Unfall beteiligten Personen zu minimieren und Sachschäden ebenfalls zu minimieren.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Crashbox wenigstens eine Bimetallstruktur umfasst, welche mittels der Steuereinrichtung mit Strom beaufschlagbar ist und aufgrund einer daraus resultierenden Temperaturveränderung sich verformt und ihre Steifigkeit verändert. Alternativ oder zusätzlich weist das Sicherheitssystem eine mittels der Steuereinrichtung ansteuerbare Befülleinrichtung zum Befüllen der Crashbox oder einer weiteren Crashbox des Sicherheitssystems mit einem Füllmaterial, insbesondere mit Schaum, auf. In beiden Fällen können die Deformationseigenschaften der Crashbox oder weiterer Crashboxen auf besonders einfache Weise auf die bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs hin optimiert werden. Im Falle der Bimetallstruktur können durch die genaue Paarung der Metalle bzw. der Formgestaltung der Paarung unterschiedliche Kennlinien eingestellt werden, sei es beispielsweise linear oder sprungartig. Eine lineare Kennlinie bietet sich insbesondere bei relativ großen Zeitfenstern zur Anpassung der Deformationseigenschaften an, wobei eine sprungartige Kennlinie insbesondere bei besonders kleinen Zeitfenstern günstig ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs werden mittels einer Steuereinrichtung Deformationseigenschaften einer Crashbox verändert, wobei es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Steuereinrichtung basierend auf bereitgestellten Sensordaten des Kraftfahrzeugs eine bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs ermittelt und in Abhängigkeit davon die Deformationseigenschaften der Crashbox anpasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, wobei das Sicherheitssystem insbesondere Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte umfasst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeug, welches eine Crashbox, Sensoren und eine Steuereinrichtung aufweist, mittels welcher Deformationseigenschaften der Crashbox veränderbar sind;
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2 eine schematische Darstellung der Crashbox, wobei diese in Form einer Bimetallstruktur ausgebildet ist und in drei verschiedenen Zuständen gezeigt ist;
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3 ein Diagramm, in welchem eine sprungartige Kennlinie zur Veränderung der Deformationseigenschaften der als Bimetallstruktur ausgebildeten Crashbox dargestellt ist; und in
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4 ein Diagramm, in welchem eine lineare Kennlinie der Deformationseigenschaften der als Bimetallstruktur ausgebildeten Crashbox dargestellt ist.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Sicherheitssystem 10 für ein Kraftfahrzeug ist in einer schematischen Darstellung in 1 gezeigt. Das Sicherheitssystem 10 umfasst eine Crashbox 12, eine Steuereinrichtung 14 und mehrere fahrzeugseitige Sensoren 16. Die Steuereinrichtung 14 umfasst des Weiteren eine Speichereinheit 18, in welcher ein Referenzmodell 20 des Kraftfahrzeugs sowie ein Modell 22 der Crashbox 12 hinterlegt sind. Mittels der Steuereinrichtung 14 können Deformationseigenschaften der Crashbox 12 verändert werden. Die Steuereinrichtung 14 ist dabei dazu eingerichtet, basierend auf Sensordaten der Sensoren 16 eine bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs zu ermitteln und in Abhängigkeit davon die Deformationseigenschaften der Crashbox 12 zu verändern.
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Bei den Sensoren 16 kann es sich um verschiedenste Sensoren des Kraftfahrzeugs handeln, welche beispielsweise durch hier nicht dargestellte Fahrerassistenzsysteme des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Bei den Sensoren 16 kann es sich beispielsweise um einen Radarsystem, um ein Lidarsystem, um ein Kamerasystem oder dergleichen handeln, mittels welchen insbesondere die Fahrzeugumgebung in Echtzeit erfasst werden kann. Mittels der Steuereinrichtung 14 erfolgt also fortlaufend eine Signalauswertung der von den Sensoren 16 bereitgestellten Signale bzw. Date. Die verschiedenen Signale der Sensoren 16 werden also in die Steuereinrichtung 14 eingespeist, wobei diese in das Referenzmodell 20 des Kraftfahrzeugs einfließen. Basierend darauf kann eine bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs ermittelt werden, noch bevor die Kollision tatsächlich eintritt. Insbesondere können dabei auch historische Kollisionsdaten bereitgestellt werden, um die Auswirkungen verschiedenster Kollisionsarten auf das Kraftfahrzeug und auch auf die Crashbox 12 abschätzen zu können.
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Diese Kollisionsdaten fließen in das Modell 22 für die Crashbox 12 ein, sodass die Steuereinrichtung 14 die Deformationseigenschaften der Crashbox 12 optimal an die ermittelte noch bevorstehende Kollision des Kraftfahrzeugs anpassen kann.
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Insbesondere ist die Steuereinrichtung 14 dazu eingerichtet, einen Kollisionswinkel basierend auf den Sensordaten der Sensoren 16 zu ermitteln und in Abhängigkeit davon die Deformationseigenschaften der Crashbox 12 zu verändern, sodass Fahrzeuginsassen und auch fahrzeugexterne Personen möglichst wenig im Falle der Kollision beeinträchtigt werden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 14 die Steifigkeit der Crashbox ändern und auch die Formgebung der Crashbox verändern, um die negativen Auswirkungen einer Kollision des Kraftfahrzeugs möglichst zu verringern.
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Insbesondere optimiert die Steuereinrichtung 14 die Deformationseigenschaften der Crashbox 12 derart, dass ein durch einen Aufprall im Kollisionsfall verursachter Kraftfluss möglichst optimal durch das Kraftfahrzeug hindurchgeleitet wird, und zwar derart, dass insbesondere Fahrzeuginsassen möglichst wenig oder gar nicht verletzt werden. Die Einstellung der Deformationseigenschaften der Crashbox 12 kann dabei auch Parameter wie beispielsweise die Personenanzahl im Kraftfahrzeug, deren Alter, deren Gewicht sowie auch Parameter von externen Unfallteilnehmern berücksichtigen.
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Das Sicherheitssystem 10 kann beispielsweise eine mittels der Steuereinrichtung 14 ansteuerbare und hier nicht dargestellte Befülleinrichtung zum Befüllen der Crashbox 12 mit einem Füllmaterial, wie beispielsweise Schaum, aufweisen, um die Deformationseigenschaften der Crashbox 12 an eine bevorstehende Kollision anzupassen. Andere Ausgestaltungen zur Veränderung der Deformationseigenschaften der Crashbox 12 sind ebenfalls möglich.
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In 2 ist eine Ausführungsform der Crashbox 12 gezeigt, bei welcher die Crashbox 12 eine nicht näher bezeichnete Bimetallstruktur aufweist, welche mittels der Steuereinrichtung 14 mit Strom beaufschlagbar ist. In Folge der Beaufschlagung mit Strom und einer daraus resultierenden Temperaturveränderung verformt sich die Bimetallstruktur, in Folge dessen sie letztlich ihre Steifigkeit verändert. Ganz links ist die Ausgangslage der Bimetallstruktur gezeigt, in der Mitte ist die Versteifung der Bimetallstruktur dargestellt, wobei ganz rechts wiederum eine Entsteifung der Bimetallstruktur dargestellt ist. Bei einer Strombeaufschlagung mit einem Steuer- bzw. Regelstrom ergibt sich also über den inneren Widerstand der jeweiligen Metalle der Bimetallstruktur eine entsprechende Temperaturänderung, welche zur Verformung und folglich zur Relativbewegung der jeweiligen Metall innerhalb der Bimetallstruktur führt, aus welcher letztlich eine Verformung und/oder Steifigkeitsänderung resultiert. Durch die genaue Paarung der Metalle bzw. der Formgestaltung der Paarung der Bimetallstruktur lassen sich unterschiedliche Kennlinien einstellen, sei es beispielsweise linear oder auch sprungartig.
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In 3 ist in einem Diagramm eine sprungartige Kennlinie für die Bimetallstruktur der Crashbox 12 schematisch dargestellt. Dabei ist ein Weg W der Bimetallstruktur über der Temperatur T der Bimetallstruktur aufgetragen. Verschiedene Wegstrecken a1, a2, a3 der Verformung der Crashbox 12 sind darüber hinaus in dem Diagramm aufgetragen. Des Weiteren ist mit H ein Schnapphub aufgetragen, welcher sich innerhalb eines Schnappintervalls ΔT während der sprungartigen Formveränderung der Bimetallstruktur ergibt. Innerhalb des Schnappintervalls ΔT, also zwischen einer Temperaturuntergrenze TU und einer Temperaturobergrenze TO, findet also der sprungartige Schnapphub der Bimetallstruktur statt.
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In 4 ist ein schematisches Diagramm für eine lineare Kennlinie der Verformung der Bimetallstruktur der Crashbox 12 dargestellt. Dabei ist eine Ausbiegung A in Millimetern der Bimetallstruktur über der Temperatur T der Bimetallstruktur T aufgetragen. Mit dem Bezugszeichen 24 sind zwei Grenzwertgeraden der Ausbiegung A bezeichnet, welche sich aus jeweiligen Nennwerten der spezifischen thermischen Krümmung von +/–5% der Bimetallstruktur errechnen. Mit dem Bezugszeichen 26 ist der tatsächliche Verlauf der Ausbiegung A der Bimetallstruktur dargestellt, welcher sich in einem bestimmten Prüftemperaturbereich ergibt. Im vorliegenden exemplarischen Beispiel ergibt sich ein Temperaturbereich 28 für die Gültigkeit eines bestimmten Nennwerts der linearen Ausbiegung A der Bimetallstruktur, wobei der Temperaturbereich 28 im vorliegenden Beispiel zwischen 20 und 130°C liegt. Mit dem Bezugszeichen 30 ist noch ein Linearitätsbereich des Verhaltens der Bimetallstruktur beispielshaft eingezeichnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011006873 A1 [0003]
