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Die vorliegende Erfindung betrifft den Schutz eines Kraftfahrzeugs gegen Umkippen. Insbesondere betrifft die Erfindung den Schutz mittels eines Prallkissens.
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Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise bei einem extremen Fahrmanöver, nach einem Zusammenstoß mit einem Objekt oder nach dem Verlassen einer Straße in eine unkontrollierte Drehbewegung geraten. Erfolgt die Drehung um die Hochachse, so spricht man von Schleudern; erfolgt die Drehung um die Längsachse, von Umkippen oder, falls die Drehbewegung anschließend fortgesetzt wird, Überrollen oder Überschlagen. Insbesondere beim Drehen um die Längsachse können Insassen des Kraftfahrzeugs gegen harte Gegenstände im Innenraum prallen oder sogar aus dem Fahrzeug geschleudert und dabei verletzt werden.
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Es wurden verschiedene Vorschläge gemacht, einem Umkippen eines Kraftfahrzeugs um die Längsachse entgegenzuwirken.
CN 106 314 343 betrifft das Auslösen von paarweise auf der Außenseite eines Kraftfahrzeugs angebrachten Prallkissen, wenn ein drohendes Umkippen des Kraftfahrzeugs um seine Längsachse bestimmt wurde.
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Die bestehenden Lösungen haben sich als nicht ausreichend effizient oder praxistauglich erwiesen. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Lösung zum Schutz eines Kraftfahrzeugs gegen Umkippen mittels eines auf seiner Außenseite angebrachten Prallkissens. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Schutzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Sensor zur Bestimmung eines Neigungswinkels des Kraftfahrzeugs um seine Längsachse; ein Prallkissen, das an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs angebracht ist; eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein drohendes Umkippen des Kraftfahrzeugs auf der Basis des bestimmten Neigungswinkels zu bestimmen und in diesem Fall das Prallkissen auszulösen. Dabei ist das Prallkissen von einem bodennahen Bereich aus in vertikaler Richtung klappbar.
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Bevorzugt ist das Prallkissen nahe einer Bodenseite des Kraftfahrzeugs mit diesem verbunden. Die Klappbarkeit kann durch eine Flexibilität des Prallkissens oder mittels eines Scharniers hergestellt werden, welches das Prallkissen mit dem Kraftfahrzeug verbindet. Beim Auslösen wird das Prallkissen mit einem Gas gefüllt, üblicherweise mittels Pyrotechnik. Dabei expandiert das Prallkissen bevorzugt in Richtung einer Oberseite des Kraftfahrzeugs, insbesondere auf dessen Dachseite zu. Eine Drehachse, um die das Prallkissen klappbar ist, verläuft bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Längsachse.
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Durch die Klappbarkeit des Prallkissens kann in verbesserter Weise das Kraftfahrzeug bei drohendem Kippen aufgefangen werden. Das Prallkissen kann sich dabei zwischen eine Seitenwand des Kraftfahrzeugs und einen Untergrund schmiegen. Das Prallkissen kann von einer Unterseite zu einer Oberseite des Kraftfahrzeugs an Querschnitt zunehmen.
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Das drohende Umkippen kann bestimmt werden, wenn das Kraftfahrzeug einen vorbestimmten Kippwinkel erreicht, der üblicherweise mit Bezug auf die Schwerkraft bestimmt ist. Der vorbestimmte Kippwinkel kann in einem Bereich liegen, in welchem auf einer horizontalen Fläche ein Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs über einem Aufstandspunkt liegt. Der Aufstandspunkt wird üblicherweise durch Räder des Kraftfahrzeugs auf dem Untergrund gebildet.
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Es ist weiter bevorzugt, dass das drohende Umkippen zusätzlich auf der Basis einer Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse bestimmt wird. So kann das drohende Umkippen früher bestimmt werden, sodass mehr Zeit bleibt, das Auslösen des Prallkissens zu steuern. Die Winkelgeschwindigkeit kann mittels eines dedizierten Sensors, insbesondere eines mikromechanischen Drehgeschwindigkeitssensors, oder auf der Basis einer Ableitung des Kippwinkels nach der Zeit bestimmt werden.
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In noch einer weiteren Ausführungsform wird das drohende Umkippen zusätzlich auf der Basis einer Drehbeschleunigung um die Längsachse bestimmt. Hierzu kann ein dedizierter, insbesondere mikromechanischer Drehbeschleunigungssensor vorgesehen sein oder die Drehbeschleunigung kann durch Ableitung der Drehgeschwindigkeit nach der Zeit bestimmt werden.
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Das Prallkissen umfasst üblicherweise eine Hülle und einen Gasgenerator zum Füllen des Prallkissens mit Gas. Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Gasgenerator derart auszulösen, dass durch das Prallkissen ein Drehimpuls auf das Kraftfahrzeug um die Längsachse bewirkt wird, wobei der Drehimpuls einer Drehbewegung des Kraftfahrzeugs entgegenwirkt. Dazu kann das Prallkissen insbesondere weiter mit Gas gefüllt werden, wenn es bereits zwischen dem Kraftfahrzeug und einem Untergrund anliegt. Das Prallkissen kann dabei nach der Art eines Stützrads wirken und ein Umkippen des Kraftfahrzeugs verhindern.
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Ein Zeitpunkt und ein Geschwindigkeitsverlauf des Füllens des Prallkissens mit Gas können steuerbar sein. Beispielsweise können mehrere explosive Ladungen verfügbar sein, die jeweils eine vorbestimmte Menge Gas in das Prallkissen freisetzen können, wobei eine Abfolge von Zündungen einzelner Ladungen steuerbar ist. Eine erste Ladung kann zum Entfalten und Positionieren des Prallkissens gezündet werden. Eine weitere Ladung kann später zum Bereitstellen des Drehimpulses gezündet werden, wenn das Prallkissen beidseitig anliegt. Nicht alle vorhandenen Ladungen müssen gezündet werden.
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Zusätzlich zur Hülle und dem Gasgenerator kann ein Ablassventil zum Ablassen von Gas aus dem Prallkissen vorgesehen sein. Die Drehung des Kraftfahrzeugs kann gedämpft werden, indem Gas durch das Ablassventil austritt wenn das Prallkissen zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Untergrund komprimiert wird, insbesondere beim Umkippen des Kraftfahrzugs. Ein Zeitpunkt oder ein Geschwindigkeitsverlauf des Ablassens können steuerbar sein. Dazu können eines oder mehrere Ablassventile vorgesehen sein, die bei einem vorbestimmten Gasdruck im Prallkissen auf eine vorbestimmte Weise automatisch öffnen und einen Gasstrom in die Umgebung entlassen. Alternativ kann ein mittels der Verarbeitungseinrichtung dynamisch steuerbares Ablassventil vorgesehen sein, das einen variablen Gasstrom durchlassen kann.
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Das Schutzsystem umfasst in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Anlageelement, das am Prallkissen auf einer vom Kraftfahrzeug abgewandten Seite angebracht ist. Das Anlageelement ist bevorzugt dazu eingerichtet, zwischen dem Prallkissen und einem Untergrund anzuliegen. Das Prallkissen kann so vor Beschädigung durch ein Hindernis im Bereich des Untergrunds geschützt werden. Außerdem kann eine Kraftübertragung zwischen dem Prallkissen und dem Untergrund gleichmäßiger oder zuverlässiger gemacht werden.
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Das Anlageelement ist bevorzugt fest am Prallkissen angebracht und wird beim Auslösen durch das expandierende Prallkissen vom Kraftfahrzeug entfernt. Vor dem Auslösen kann das Anlageelement das Prallkissen am Kraftfahrzeug schützen und eine Fahrzeugoberfläche gestalten. Insbesondere kann eine aerodynamisch günstige Verkleidung des leeren Prallkissens realisiert werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann ein Abdeckelement eingesetzt werden, um das Prallkissen vor dem Auslösen, gegebenenfalls zusammen mit dem Anlageelement, am Kraftfahrzeug aufzunehmen. Beim Auslösen des Prallkissens kann das Abdeckelement am Kraftfahrzeug befestigt bleiben. Beispielsweise kann das Abdeckelement wegklappen oder aufplatzen, um das Prallkissen freizugeben.
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In einer Ausführungsform ist das Abdeckelement in einem bodennahen Bereich in vertikaler Richtung klappbar mit dem Kraftfahrzeug verbunden, wozu ein Scharnier vorgesehen sein kann, dessen Drehachse im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Kraftfahrzeugs verlaufen kann. Die klappbare Anbindung des Prallkissens kann hierbei über das Scharnier des das Abdeckelements erfolgen.
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Das Prallkissen kann insbesondere zur Anbringung im Bereich einer B-Säule des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Prallkissen zur Anbringung im Bereich einer C-Säule des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Dadurch kann das Prallkissen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs in einem Bereich liegen, in welchem das Prallkissen nach dem Entfalten über eine große Fläche am Kraftfahrzeug anliegen kann. So kann bereits mit einem moderaten Gasdruck im Prallkissen eine große Kraft zwischen einem Untergrund und dem Kraftfahrzeug bewirkt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System ein Kraftfahrzeug und ein hierin beschriebenes Schutzsystem. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere einen Personenkraftwagen, einen Bus oder ein Kraftrad umfassen. Insassen des Kraftfahrzeugs können verbessert gegen Verletzungen geschützt sein, die bei einem Umkippen oder Überschlagen des Kraftfahrzeugs drohen.
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Nach noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Schutzsystems an einem Kraftfahrzeug Schritte des Bestimmens eines Neigungswinkels eines Kraftfahrzeugs um seine Längsachse; des Bestimmens eines drohenden Umkippens des Kraftfahrzeugs auf der Basis des bestimmen Neigungswinkels; und des Auslösens eines Prallkissens, das an der Außenseite des Kraftfahrzeugs angebracht und in einem bodennahen Bereich in vertikaler Richtung klappbar ist.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf das Schutzsystem übertragen werden oder umgekehrt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens sind ein erstes und ein zweites Prallkissen auf gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angebracht. Das erste Prallkissen kann bei drohendem Umkippen, und das zweite Prallkissen bei Überschlagen des Kraftfahrzeugs ausgelöst werden. Das Überschlagen umfasst bevorzugt einen Kontakt zwischen einem Dachbereich des Kraftfahrzeugs und einem Untergrund. Durch das Auslösen des zweiten Prallkissens kann das durch das erste Prallkissen nicht ausreichend in seiner Drehbewegung um die Längsachse abgebremste Kraftfahrzeug erneut abgebremst werden. Einem Rollen des Kraftfahrzeugs um seine Längsachse kann so entgegengewirkt werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein System;
- 2 beispielhafte Phasen eines umkippenden Kraftfahrzeugs; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens
darstellt.
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1 zeigt ein System 100, das ein Kraftfahrzeug 105 und ein daran angebrachtes Schutzsystem 110 umfasst. Das Schutzsystem 110 umfasst einen Sensor 115, ein Prallkissen 120 und eine Verarbeitungseinrichtung 125. Andere mögliche Bezeichnungen für das Prallkissen 120 umfassen Prallsack oder Airbag. Optional ist eine Schnittstelle 128 zur Verbindung mit einem weiteren System an Bord des Kraftfahrzeugs 105 vorgesehen, das eine Information für die Verarbeitungseinrichtung 125 bereitstellen kann.
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Der Sensor 115 ist zur Bestimmung eines Neigungswinkels des Kraftfahrzeugs 105 um eine Längsachse 130 eingerichtet. Der Neigungswinkel wir bevorzugt bezüglich der Schwerkraft bestimmt. Alternativ kann der Neigungswinkel auch bezüglich eines Untergrunds 135 bestimmt werden, auf dem sich das Kraftfahrzeug 105 befindet.
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Die Verarbeitungseinrichtung 125 ist dazu eingerichtet, das Prallkissen 120 auszulösen, wenn ein Umkippen des Kraftfahrzeugs 105 droht. Dazu kann sie auf der Basis des Neigungswinkels, einer Winkelgeschwindigkeit oder einer Winkelbeschleunigung bestimmen, ob eine Kippgefahr besteht. Optional können noch weitere Größen wie eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 105 oder eine Drehung um eine andere als die Längsachse 130 über die Schnittstelle 128 bezogen und ausgewertet werden.
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Das Prallkissen 120 umfasst eine Hülle 140 und einen Gasgenerator 145. Die Hülle 140 ist bevorzugt aus einem reißfesten, flexiblen Material gebildet und weiter bevorzugt ausreichend gasdicht, um zumindest kurzfristig ein Gas in der Hülle 145 zu halten. Der Gasgenerator 145 kann durch die Verarbeitungseinrichtung 125 gestartet werden und arbeitet üblicherweise pyrotechnisch. Dazu können eine oder mehrere explosive Ladungen vorgesehen sein, die nacheinander oder gleichzeitig gezündet werden können. Zumindest die erste Ladung wird üblicherweise elektrisch gezündet; eine weitere Ladung kann mit einer pyrotechnisch realisierten Verzögerung danach gezündet werden.
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Optional ist ein Ablassventil 150 zum Ablassen von Gas aus der Hülle 140 vorgesehen. Das Ablassventil 150 kann durch eine generelle, vorbestimmte Undichtigkeit der Hülle 140 oder eine dedizierte Einrichtung gebildet sein. Das Ablassventil 150 kann steuerbar sein, beispielsweise auf der Basis eines Gasdrucks in der Hülle 140, einer Druckdifferenz zwischen verschiedenen Seiten der Hülle 140 oder auch elektrisch durch die Verarbeitungseinrichtung 125.
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Bevorzugt ist das Prallkissen 120 in einem unteren Bereich, der im Bereich einer Bodenseite des Kraftfahrzeugs 105 liegt, am Kraftfahrzeug 105 angebracht. Zunächst ist das Prallkissen 120 im Wesentlichen leer und bevorzugt in einer vorbestimmten Weise zusammengefaltet. In einer ersten Variante ist das Prallkissen 120 selbst abschnittsweise mit dem Kraftfahrzeug 105 verbunden, und in einer zweiten Variante mittels eines Scharniers 155 am Kraftfahrzeug 105 angebracht. In beiden Varianten ist das Prallkissen 120 in vertikaler Richtung klappbar oder schwenkbar, wobei eine Klapp- oder Schwenkachse bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Längsachse 130 des Kraftfahrzeugs 105 verläuft.
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Das Prallkissen 120 kann auf einer dem Kraftfahrzeug 105 abgewandten Seite an einem Anlageelement 160 befestigt sein. Diese Seite ist dem Betrachter von 1 zugewandt. Das Anlageelement 160 kann mittels des Scharniers 155 am Kraftfahrzeug 105 befestigt sein. Das Anlageelement 160 ist dazu eingerichtet, wenn das Prallkissen mit Gas gefüllt wird, in vertikaler Richtung vom Kraftfahrzeug 105 wegzuklappen und eine Anlagefläche für das Prallkissen 120 zu bilden, die einer seitlichen Oberfläche des Kraftfahrzeugs 105 bezüglich des aufgeblasenen Prallkissens 120 gegenüberliegt. Wie später noch genauer gezeigt wird, kann das Anlageelement 160 insbesondere am Untergrund 135 anliegen, wenn das Kraftfahrzeug 105 weit genug kippt.
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2 zeigt von oben nach unten vier beispielhafte Phasen 205-220 eines umkippenden Kraftfahrzeugs 105. Das Kraftfahrzeug 105 weist in Fahrtrichtung auf den Betrachter, sodass die Längsachse senkrecht zur Papierebene steht. Ein Schwerpunkt 225 des Kraftfahrzeugs 105 liegt beispielhaft auf der Längsachse 130.
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In der ersten Phase 205 steht oder fährt das Kraftfahrzeug 105 auf dem Untergrund 135. Vorliegend umfasst das Kraftfahrzeug 105 vier Reifen, die alle Kontakt zum Untergrund 135 haben. Beispielsweise aufgrund eines seitlichen Aufpralls oder einer seitlichen Neigung des Untergrunds 135 beginnt das Kraftfahrzeug 105 dann, sich um die Längsachse 130 zu drehen bzw. zu kippen.
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In der zweiten Phase 210 befindet sich der Schwerpunkt 225 ungefähr über einem Aufstandspunkt des Kraftfahrzeugs 105 auf dem Untergrund 135. Ist die Drehgeschwindigkeit um die Längsachse 130 null, so ist das Kraftfahrzeug 105 im Gleichgewicht. Ist sie größer, kann ein Kippen des Kraftfahrzeugs 105 auf die in der Darstellung von 2 linke Seite nicht ohne Einleiten eines der Drehung entgegen wirkenden Moments oder Impulses verhindert werden. Ob der Gleichgewichtspunkt erreicht wird und mit welcher ungefähren Winkelgeschwindigkeit, kann bereits vorher auf der Basis des Kippwinkels und wenigstens einer seiner Ableitungen berechnet werden.
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In der ersten Phase 205 oder in der zweiten Phase 210 kann das Prallkissen 120 ausgelöst werden, sodass dieses beginnt, sich zu entfalten. Wie dargestellt ist das Prallkissen 120 bevorzugt in einem Bereich des Kraftfahrzeugs 105, der üblicherweise einem Boden bzw. dem Untergrund 135 zugewandt ist, an diesem klappbar angebracht. Das Prallkissen 120 liegt bevorzugt zwischen dem Kraftfahrzeug 105 und dem Anlageelement 160, das durch das sich füllende Prallkissen 120 vom Kraftfahrzeug 105 weggeklappt wird.
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In der dritten Phase 215 liegt das Anlageelement 160 am Untergrund 135 an und das Prallkissen 120 kann aufgrund seines Innendrucks eine Kraft zwischen dem Kraftfahrzeug 105 und dem Untergrund 135 bewirken. In einer Ausführungsform wird diese Kraft durch Steuern des Innendrucks des Prallkissens 120 dazu eingesetzt, einen Drehimpuls auf das Kraftfahrzeug 105 auszuüben, welcher der Drehung entgegenwirkt. Dadurch kann die Drehung verlangsamt oder idealerweise umgekehrt werden, sodass sich das Kraftfahrzeug 105 wieder seiner Ausgangslage (vgl. erste Phase 205) nähern kann.
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Alternativ oder falls der Gegenimpuls die Drehung nicht aufhalten konnte, kann das Prallkissen 120 in der vierten Phase 220 kontrolliert entleert werden. Dazu kann Gas aus dem Ablassventil 150 entlassen werden, um die Drehbewegung des Kraftfahrzeugs 105 zu dämpfen, wie graphisch angedeutet ist.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Schutz eines Kraftfahrzeugs 105 gegen Umkippen. Das Verfahren 300 ist insbesondere mit einem Kraftfahrzeug 105 durchführbar, das über ein Schutzsystem 110 verfügt.
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In einem Schritt 305 kann ein drohendes Umkippen des Kraftfahrzeugs 105 bestimmt werden. Ein Umkippen kann drohen, falls ein Kippwinkel, eine Winkelgeschwindigkeit und/oder eine Winkelbeschleunigung des Kippwinkels einen jeweils zugeordneten Schwellenwert übersteigen. Der Schwellenwert kann von einer anderen Größe des Kraftfahrzeugs 105 abhängig sein, insbesondere einer Größe, die einen Fahrzustand beschreibt, etwa eine Geschwindigkeit.
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In einem Schritt 310 kann ein Umgebungseinfluss bestimmt werden. Der Umgebungseinfluss kann insbesondere eine Fahrsituation beschreiben und beispielsweise eine Neigung des Untergrunds 135 oder einen geschätzten Reibwert zum Untergrund 135 beschreiben.
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In einem Schritt 315 kann das Prallkissen 120 ausgelöst werden. Ein Zeitpunkt und/oder ein Verlauf der Geschwindigkeit eines Füllens des Prallkissens 120 mit Gas kann gesteuert werden, insbesondere in Abhängigkeit des Kippwinkels oder einer seiner Ableitungen oder in Abhängigkeit eines der bestimmten Umgebungseinflüsse. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann das Füllen des Prallkissens 120 gesteuert werden, um einen Drehimpuls des Kraftfahrzeugs 105 durch Dämpfung abzubauen oder um einen entgegengesetzten Drehimpuls einzuleiten. So kann ein Umkippen des Kraftfahrzeugs 105 verhindert oder wenigstens verlangsamt werden.
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In einem Schritt 320 kann bestimmt werden, ob die durchgeführte Maßnahme erfolgreich war. Ein nicht ausreichender Erfolg kann bestimmt werden, falls die Gefahr besteht, dass das Kraftfahrzeug 105 sich weiter um die Längsachse 130 dreht und ein Kontakt der anderen Seitenfläche mit dem Untergrund 135 droht. In diesem Fall kann zum Anfang des Verfahrens 300 zurückgekehrt werden und das Verfahren 300 kann erneut durchlaufen werden, um gegebenenfalls auch ein zweites Prallkissen 120 auszulösen, das dem bereits ausgelösten Prallkissen 120 am Kraftfahrzeug 105 gegenüber liegt. Andernfalls kann das Verfahren 300 in diesem Schritt enden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Kraftfahrzeug
- 110
- Schutzsystem
- 115
- Sensor
- 120
- Prallkissen
- 125
- Verarbeitungseinrichtung
- 128
- Schnittstelle
- 130
- Längsachse
- 135
- Untergrund
- 140
- Hülle
- 145
- Gasgenerator
- 150
- Ablassventil
- 155
- Scharnier
- 160
- Anlageelement
- 205
- erste Phase
- 210
- zweite Phase
- 215
- dritte Phase
- 220
- vierte Phase
- 225
- Schwerpunkt
- 300
- Verfahren
- 305
- Bestimmen drohendes Umkippen
- 310
- Bestimmen Umgebungseinfluss
- 315
- Auslösen Prallkissen
- 320
- Bestimmen Erfolg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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