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Die Erfindung betrifft eine Unterfahrschutzanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Unterfahrschutzanordnung ein Unterfahrschutzelement umfasst, das eine erste Wand und eine der ersten Wand gegenüberliegende zweite Wand aufweist, die in einem Abstand zur ersten Wand angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Unterfahrschutzelement einen zumindest in einem Bereich zwischen der ersten und zweiten Wand angeordneten Zwischenschichtabschnitt aus einem zumindest zum Teil flexiblen Material. Die Erfindung betrifft zudem eine Batterieanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Erfassen eines Aufpralls eines Objekts auf ein Unterfahrschutzelement.
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Bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugen, befindet sich typischerweise die Batterie, die als Hochvoltbatterie ausgebildet ist, in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs. Unterhalb der Hochvoltbatterie ist ein Unterfahrschutz angeordnet, um die Batterie zu schützen. Zumindest gemäß internem Stand der Technik kann ein solcher Unterfahrschutz zum Beispiel aus zwei Seitenwänden mit einer dazwischen befindlichen versteifenden Zwischenschicht aufgebaut sein. Um einen Aufprall von Objekten auf den Unterfahrschutz zu detektieren, der möglicherweise zu einer Deformation oder Beschädigung der Hochvoltbatterie führen kann, kann eine Drucksensierung durch definierte Hohlkammern zwischen dem Unterfahrschutz und der Batterie zum Einsatz kommen. Um eine solche Kammer zwischen der Oberseite des Unterfahrschutzes und der Unterseite des Batteriegehäuses bereitzustellen, kommen oftmals Polyurethandichtungen zwischen dem Unterfahrschutz und dem Batteriegehäuse zum Einsatz, damit die Kammern luftdicht verschlossen werden können. Derartige Abdichtmaßnahmen sind zum einen relativ aufwendig und mit nicht geringen Kosten verbunden und zum anderen bedarf es darüber hinausgehender Korrosionsmaßnahmen am Zusammenbauteil der Batterie. Dies hat den Hintergrund, dass ohne Dichtungen zwischen dem Unterfahrschutz und der Batterie das Wasser, welches durch Umgebungseinflüsse zwischen Unterfahrschutz und Batterie gelangen kann, sehr einfach wieder durch Spalte abfließen kann. Durch das Vorsehen diverser Dichtungen zur Bildung von mehreren Kammern zwischen dem Unterfahrschutz und dem Batteriegehäuse ist das Abfließen des Wassers erschwert. Auch im Falle von Abflusslöchern bilden sich im Übergangsbereich zwischen den Kammern Bereiche, in denen sich Wasser oder Feuchtigkeit sammelt und nicht abfließen kann. Dies resultiert in einem erhöhten Korrosionsrisiko für die umliegenden Bauteile. Entsprechend wäre es wünschenswert, die Drucksensierung im Hinblick auf diese Problematiken verbessern zu können.
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Die
DE 10 2018 129 158 A1 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung für eine Batterie, die ein Unterbodenteil, eine Mehrzahl von Sensoren und eine Auswertevorrichtung aufweist. Die Sensoren können dabei ein Sensorsignal in Abhängigkeit von einer Verformung des Unterbodenteils erzeugen. Beispielsweise können die Sensoren zwischen dem Unterbodenteil und einem Batteriemodul angeordnet sein. Dabei können die Sensoren unter anderem auch als Druckschläuche mit Drucksensoren ausgebildet sein. Die oben beschriebenen Probleme bleiben hierbei jedoch ebenso bestehen.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2014 203 255 A1 eine Vorrichtung zur Erfassung eines Seitenaufpralls eines Objekts auf eine Fahrzeugtür, die eine Türaußenseite und eine Türinnenseite aufweist, die derart miteinander verbunden sind, dass sich zwischen diesen ein luftgefülltes Türinnenvolumen befindet. Weiterhin ist eine Sensorik vorgesehen, die den Türinnendruck im Türinnenvolumen erfassen kann, um den Seitenaufprall zu detektieren.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2016 122 288 A1 eine Fahrzeugfrontstruktur für ein Kraftfahrzeug mit einem Sicherheitssystem mit einem Druckschlauch zur Erfassung eines Fußgängeraufpralls an einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs.
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Drucksensierungssysteme, die für andere Kraftfahrzeugbereiche, wie zum Beispiel einen Türbereich oder Frontbereich, vorgesehen sind, sind grundsätzlich anders auszulegen, da für den Unterbodenbereich andere Anforderungen gelten. Zum Beispiel sind die oben genannten Bauteilanordnungen nicht horizontal ausgerichtet, wie dies für den Unterfahrschutzbereich und die Batterie der Fall ist, was Auswirkungen auf mögliche Wasseransammlungen hat.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Unterfahrschutzanordnung für ein Kraftfahrzeug, eine Batterieanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, einen Aufprall eines Objekts mit vorbestimmter Mindeststärke auf ein Unterfahrschutzelement möglichst einfach und effizient erfassen zu können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Unterfahrschutzanordnung, eine Batterieanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Unterfahrschutzanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Unterfahrschutzelement mit einer ersten Wand und einer der ersten Wand gegenüberliegenden zweiten Wand, die in einem Abstand zur ersten Wand angeordnet ist, und einem zumindest in einem Bereich zwischen der ersten und zweiten Wand angeordneten Zwischenschichtabschnitt aus einem zumindest zum Teil flexiblen Material. Dabei ist in dem Zwischenschichtabschnitt wenigstens eine Hohlkammer integriert, die zumindest bis auf einen Kopplungsbereich hermetisch abgeschlossen ist, wobei die Unterfahrschutzanordnung eine Druckerfassungseinrichtung aufweist, die über den Kopplungsbereich mit der Hohlkammer gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, eine Druckänderung in der Hohlkammer zu erfassen.
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Die Erfindung hat dabei den großen Vorteil, dass die mindestens eine Hohlkammer zur Drucksensierung nunmehr direkt in den Unterfahrschutz, nämlich vorliegend in das Unterfahrschutzelement, integriert ist, und sich entsprechend nicht mehr zwischen dem Unterfahrschutzelement und zum Beispiel einem darüber angeordneten Gehäuseboden eines Batteriegehäuses befindet. Dies ermöglicht es wiederum, auf diverse Dichtmaßnahmen zwischen dem Unterfahrschutz und einem solchen Gehäuseboden zu verzichten, was wiederum den Ablauf von Wasser zwischen dem Unterfahrschutz und dem Batteriegehäuse erleichtert und das Korrosionsrisiko verringert. Zudem lässt sich eine solche Hohlkammer auf besonders einfache und kostengünstige Weise in den Unterfahrschutz, das heißt das Unterfahrschutzelement, integrieren. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass zur Versteifung des Unterfahrschutzelements ein Zwischenschichtabschnitt, wie zum Beispiel ein Schaumeinleger, zum Einsatz kommen kann, der eine hohe Biegesteifigkeit aufweist, und damit die Gesamtbiegesteifigkeit des Unterfahrschutzelements erhöht, wobei ein solcher Zwischenschichtabschnitt gleichzeitig dazu ausgelegt ist, auf einfache Weise eine hermetisch abgedichtete Hohlkammer zur Drucksensierung bereitzustellen. Es müssen also nicht irgendwelche zusätzlichen aufwendigen Dichtmaßnahmen vorgesehen werden. Auf die eingangs genannten Polyurethandichtungen kann somit gänzlich verzichtet werden, wodurch Kosten eingespart werden können. Insbesondere kann ein solches Unterfahrschutzelement wie üblich hergestellt werden, sodass eben nunmehr die Zwischenschichtabschnitte mit zusätzlichen Hohlkammern versehen werden, die mit der Druckerfassungseinrichtung zur Drucksensierung gekoppelt sind. Da zudem keine gesonderten Dichtmaßnahmen erforderlich sind, ist es in diesem Fall auch möglich, solche Druckkammern oder Drucksensierungsbereiche hinsichtlich ihrer geometrischen Ausbildung auf einfache Weise an die gewünschten Gegebenheiten anzupassen. Somit erleichtert dies auch die Befestigung des Unterfahrschutzelements am Kraftfahrzeug, zum Beispiel durch Verschraubungen in zentralen Bereichen des Unterfahrschutzelements.
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Im Allgemeinen kann es sich bei dem Unterfahrschutzelement um einen Unterfahrschutz für ein Kraftfahrzeug handeln, der sich über den gesamten Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs, der sich zumindest zwischen den Radachsen befindet, oder auch darüber hinaus, erstreckt. Es kann sich aber auch lediglich um einen Teil eines solchen Unterfahrschutzes handeln. Dieser kann zum Beispiel auch aus mehreren Einzelteilen, zum Beispiel aus mehreren Unterfahrschutzelementen, zusammengesetzt werden. Dass die Hohlkammer zumindest bis auf einen Kopplungsbereich hermetisch abgeschlossen ist, ist dabei so zu verstehen, dass darunter auch eine vollständig hermetisch abgeschlossene Hohlkammer verstanden werden kann. Um dennoch über den Kopplungsbereich eine Drucksensierung zu ermöglichen, kann es dann zum Beispiel vorgesehen sein, dass dieser Kopplungsbereich mit einer drucksensiblen Membran verschlossen ist, die sich in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen innerhalb der Hohlkammer deformiert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass dieser Kopplungsbereich luftdurchlässig ausgebildet ist, sodass zum Beispiel eine direkte Übertragung der Druckverhältnisse in der Hohlkammer über diesen Kopplungsbereich möglich ist. Beispielsweise kann an den Kopplungsbereich ein zu einem Drucksensor führender Kanal angeschlossen sein, der nicht vollständig innerhalb des Unterfahrschutzelements geführt sein muss, der aber zusammen mit der Hohlkammer ein hermetisch abgeschlossenes Volumen bildet.
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Dabei stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Druckerfassungseinrichtung einen Drucksensor und eine Druckübertragungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, eine Druckänderung in der Hohlkammer auf den Drucksensor zu übertragen, insbesondere wobei die Druckübertragungseinrichtung einen an den Kopplungsbereich angeschlossenen und zum Drucksensor führenden Druckschlauch umfasst. Über einen solchen Druckschlauch können also auf einfache Weise die in der Hohlkammer herrschenden Druckverhältnisse auf den Drucksensor übertragen werden. Das Innenvolumen eines solchen Druckschlauchs kann dabei wie beschrieben von dem Innenvolumen der Hohlkammer durch eine Membran oder ein anderes Druckausgleichselement separiert sein, sodass die Hohlkammer vollständig hermetisch abgeschlossen ist, oder ein solcher Druckschlauch kann auch mit dem Innenvolumen der Hohlkammer fluidisch verbunden sein, sodass auch ein Luftaustausch zwischen der in der Hohlkammer befindlichen Luft und der Luft im Druckschlauch möglich ist. Im letzten Fall bilden also dann das Innenvolumen der Hohlkammer und das Innenvolumen des Druckschlauchs ein Gesamtvolumen, welches hermetisch abgeschlossen ist. Die Verwendung eines solchen Druckschlauchs beziehungsweise im Allgemeinen einer Druckübertragungseinrichtung hat den großen Vorteil, dass so ein Drucksensor an beliebiger Stelle und insbesondere auch außerhalb der Hohlkammer beziehungsweise sogar außerhalb des Unterfahrschutzes angeordnet werden kann, während sich die Druckverhältnisse in der Hohlkammer beziehungsweise innerhalb des Unterfahrschutzelements auf einfache Weise auf einen an anderer Position angeordneten Drucksensor übertragen lassen. Der Drucksensor ist also außerhalb der Zwischenschicht beziehungsweise des Zwischenschichtabschnitts angeordnet, was die Ausbildung des Unterfahrschutzelements vereinfacht und mehr Flexibilität hinsichtlich der Anordnungsmöglichkeiten eines solchen Drucksensors mit sich bringt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste und/oder zweite Wand aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Dabei müssen die erste und zweite Wand nicht notwendigerweise aus demselben Material hergestellt sein, was jedoch bevorzugt ist, da dies die Herstellung vereinfacht. Ein Faserverbundwerkstoff weist dabei zum Beispiel mehrere Fasern oder ein Fasergewebe auf, welches zum Beispiel in Harz eingebettet ist. Hierdurch lassen sich besonders dünne, aber dennoch sehr robuste und steife Gebilde bereitstellen, was vor allem zur Bereitstellung eines möglichst stabilen Unterfahrschutzes von Vorteil ist. Ein solcher Faserverbundwerkstoff kann zum Beispiel Karbon und/oder Glas, insbesondere Karbonfasern und/oder Glasfasern, umfassen. Besonders bevorzugt ist aber die Verwendung von Glas, welches durch ein besonders hohes Maß an Strapazierfähigkeit, Stabilität und Steifigkeit bereitgestellt werden kann.
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Zudem ist es bevorzugt, dass die erste und zweite Wand jeweils eine Dicke von zirka 1 Millimeter aufweisen. Die Dicke kann also beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 Millimetern und 2 Millimetern liegen und beträgt vorzugsweise 1 Millimeter. Dies ermöglicht eine besonders bauraumeffiziente und dennoch stabile Ausbildung des Unterfahrschutzelements.
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Der Zwischenschichtabschnitt ist, wie beschrieben, aus einem zumindest teilweise flexiblen Material gebildet. Zudem weist dieses Material vorzugsweise eine sehr hohe Biegesteifigkeit auf, um damit die Biegesteifigkeit des Unterfahrschutzelements insgesamt zu erhöhen. Beispielsweise kann dieser Zwischenschichtabschnitt mit einer Gesamtdicke im Bereich zwischen zum Beispiel 4 und 8 Millimetern liegen, vorzugsweise im Bereich von zirka 6 Millimetern. Diese Dicke korrespondiert dabei zu dem Abstand zwischen der ersten und zweiten Wand des Unterfahrschutzelements. Damit kann ein Unterfahrschutzelement mit einer Gesamtdicke in einer ersten Richtung von zum Beispiel maximal 1 Zentimeter, insbesondere noch weniger als 1 Zentimeter, bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist der Zwischenschichtabschnitt zudem aus einem Material gebildet, welches zumindest zum Teil elastisch beziehungsweise reversibel deformierbar ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung eines Schaums beziehungsweise Schaumstoffs bereitgestellt werden. Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der Zwischenschichtabschnitt aus einem Schaumstoff gebildet ist, insbesondere einem geschlossenporigen Kunststoffschaum. Durch die geschlossenporige Ausbildung eines solchen Schaums kann auf einfache Weise die hermetische Abdichtung der Hohlkammer in dem Zwischenschichtabschnitt gewährleistet werden. Zudem ermöglicht ein solcher ausgehärteter Kunststoffschaum einerseits eine besonders hohe Biegesteifigkeit und gleichzeitig ein gewisses Maß an Flexibilität beziehungsweise Elastizität. Dies ermöglicht es wiederum, den Zwischenschichtabschnitt in der genannten ersten Richtung aus zwei Hälften zusammenzusetzen, die jeweils einander zugewandte Vertiefungen oder Mulden aufweisen, durch welche im zusammengesetzten Zustand letztendlich die genannte Hohlkammer bereitgestellt wird. Durch die zumindest teilweise flexible Ausbildung dieses Zwischenschichtabschnitts beziehungsweise des Schaums wird hierdurch eine zusätzliche selbstdichtende Wirkung bereitgestellt. Die beiden genannten Hälften des Zwischenschichtabschnitts können dann auf einfache Weise aufeinandergelegt und zum Beispiel mit einer zwischen ihnen befindlichen Klebeschicht miteinander verklebt werden. So kann auf besonders einfache Weise eine in den Zwischenschichtabschnitt integrierte Hohlkammer ohne zusätzliche Dichtmaßnahmen bereitgestellt werden, da die dichtende Wirkung allein durch das Material des Zwischenschichtabschnitts bereitgestellt werden kann. Die zumindest teilweise flexible Ausbildung des Zwischenschichtabschnittsmaterials hat dabei aber noch eine weitere vorteilhafte Funktion: Sie führt dazu, dass zumindest leichte Druckbeaufschlagungen auf das Unterfahrschutzelement von außen zum Beispiel zu einer nur temporären Deformation des Unterfahrschutzelements führen. Dadurch besitzt das Unterfahrschutzelement also zum Teil elastische beziehungsweise federnde Eigenschaften.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Hohlkammer in eine erste Richtung durch eine erste Zwischenschichtwandung begrenzt und entgegen der ersten Richtung durch eine zweite Zwischenschichtwandung begrenzt, wobei das Unterfahrschutzelement mindestens ein Versteifungselement aufweist, welches innerhalb der Hohlkammer angeordnet ist und die erste Zwischenschichtwandung und die zweite Zwischenschichtwandung miteinander verbindet und aus einem gleichen Material wie der Zwischenschichtabschnitt ist. Insbesondere kann ein solches Versteifungselement beispielsweise auch einstückig mit dem Zwischenschichtabschnitt ausgebildet sein. Durch mindestens ein solches Versteifungselement ist es vorteilhafterweise möglich, dass sich die Hohlkammer einerseits über einen sehr großen Bereich erstreckt, gleichzeitig durch ein solches Versteifungselement für ausreichend Steifigkeit des Unterfahrschutzelements gesorgt ist. Ein solches Versteifungselement kann sich beispielsweise in eine Längsrichtung erstrecken, die sich senkrecht zur oben genannten ersten Richtung erstreckt. Die erste Richtung korrespondiert dabei vorzugsweise zu einer Fahrzeughochrichtung in dem bestimmungsgemäßen Einbauzustand des Unterfahrschutzelements am Kraftfahrzeug. Dabei können zudem auch mehrere solche Versteifungselemente vorgesehen sein. Diese sorgen letztendlich dafür, dass die Hohlkammer beziehungsweise das Hohlkammervolumen in einer Art Kanalsystem verläuft. Somit lässt sich eine mögliche Deformation oder Beschädigung dennoch großflächig sensieren bzw. erfassen und gleichzeitig ausreichend Stabilität bereitstellen.
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Dadurch wäre es prinzipiell auch möglich, dass sich die genannte Hohlkammer über den gesamten Unterfahrschutzbereich erstreckt. Wie beschrieben, ist es dennoch vorteilhaft, das Unterfahrschutzelement in bestimmten Anbindungsbereichen am Kraftfahrzeug anordnen zu können, wobei diese Anbindungsbereiche vorzugsweise nicht nur in einem Randbereich des Unterfahrschutzelements angeordnet sind. Daher ist es bevorzugt, wenn sich eine solche Hohlkammer nicht über den kompletten Bereich des Unterfahrschutzelements senkrecht zur ersten Richtung erstreckt. Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn in mehreren in einer zweiten Richtung, die insbesondere senkrecht zur definierten ersten Richtung verläuft, nebeneinander angeordneten, voneinander separierten Bereichen zwischen der ersten und zweiten Wand jeweils ein Zwischenschichtabschnitt mit einer integrierten Hohlkammer angeordnet ist. Mit anderen Worten können in der genannten zweiten Richtung mehrere voneinander separierte definierte Bereiche vorgesehen sein, in denen also jeweils eine eigene Hohlkammer integriert ist, wobei jeder dieser Bereiche mit den jeweiligen Zwischenschichtabschnitten und den integrierten Hohlkammern wie bereits beschrieben ausgebildet sein kann. Für eine jeweilige Hohlkammer kann also entsprechend ein Kopplungsbereich vorgesehen sein, über welchen die jeweilige Hohlkammer mit einer entsprechenden Druckerfassungseinrichtung gekoppelt ist. Beispielsweise kann an jede dieser Kammern im Kopplungsbereich ein Druckschlauch angeschlossen sein, der zu einem korrespondierenden Drucksensor führt. Zwischen den jeweiligen separierten Bereichen können entsprechend die Anbindungsbereiche zur Anbindung des Unterfahrschutzelements am Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine großflächige Drucksensierung und gleichzeitig eine einfache und stabile Anbindungsmöglichkeit des Unterfahrschutzelements am Kraftfahrzeug.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterfahrschutzanordnung eine Auswerteeinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer von der Druckerfassungseinrichtung erfassten Druckänderung zu überprüfen, ob eine mögliche Deformation oder Beschädigung zumindest eines Teils eines in einer ersten Richtung oberhalb der ersten Wand angeordneten Bauteils, insbesondere eines Gehäusebodens eines Batteriegehäuses, vorliegt, und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Überprüfung ein Warnsignal auszugeben. Somit kann auf einfache und sichere Weise festgestellt werden, ob eine mögliche Beschädigung oder Deformation eines solchen Bauteils, wie zum Beispiel dem Gehäuseboden eines Batteriegehäuses, vorliegt. Zu diesem Zweck können zum Beispiel von der Druckerfassungseinrichtung erfasste Druckimpulse ausgewertet werden. Abhängig von der Höhe eines solchen Druckimpulses kann auf eine entsprechende Schlagkraft geschlossen werden, mit welcher ein Objekt auf die zweite Wand des Unterfahrschutzelements von außen aufgeschlagen ist. In Abhängigkeit von der Höhe einer solchen Schlagkraft lässt sich wiederum auf eine Wahrscheinlichkeit dafür schließen, dass eine Deformation oder Beschädigung vorliegt. Beispielsweise können zu diesem Zweck einfache Grenzwerte für einen solchen erfassten Druckimpuls vorgesehen werden. Überschreitet ein erfasster Druckimpuls einen solchen vorbestimmten Grenzwert, kann entsprechend über die Auswerteeinrichtung ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden. Es können aber auch je nach Höhe des Druckimpulses verschiedene Warnsignale mit unterschiedlicher Dringlichkeit vorgesehen werden. Somit kann auf einfache und vorteilhafte Weise ein Auswertesystem für die durch den Drucksensor erfassten Druckschwankungen bereitgestellt werden, welches dafür vorgesehen ist, aus diesen auf eventuelle Deformationen eines Batteriegehäuses zu schließen und im Falle einer erkannten Deformation zumindest ein Warnsignal zu erzeugen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterieanordnung mit einer erfindungsgemäßen Unterfahrschutzanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Unterfahrschutzanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterieanordnung.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Batterieanordnung eine Batterie aufweist, die ein Batteriegehäuse und mindestens eine darin angeordnete Batteriezelle umfasst, wobei das Batteriegehäuse einen Gehäuseboden aufweist, der in einer ersten Richtung zwischen der mindestens einen Batteriezelle und der ersten Wand der Unterfahrschutzanordnung angeordnet ist. Damit stellt dieser Gehäuseboden also das oben genannte Bauteil dar, in Bezug auf welches eine mögliche Beschädigung oder Deformation mittels der Auswerteeinrichtung erfasst werden kann. Dadurch kann für ein besonders hohes Maß an Sicherheit für die betreffende Batterie gesorgt werden. Bei dieser Batterie handelt es sich, wie eingangs beschrieben, vorzugsweise um eine Hochvoltbatterie. Entsprechend ist es bevorzugt, dass eine solche Batterie mehr als nur eine Batteriezelle umfasst, zum Beispiel mehrere, insbesondere vielzählige, Batteriezellen, insbesondere hunderte von Batteriezellen, die zum Beispiel auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein können. Bei einer solchen Batteriezelle kann es sich darüber hinaus um eine Lithium-Ionen-Batteriezelle handeln. Diese können zum Beispiel als prismatische Zellen, Rundzellen oder Pouchzellen bereitgestellt sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Unterfahrschutzanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen, sowie insbesondere auch mit einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Batterieanordnung in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Unterfahrschutzelement ist in Fahrzeughochrichtung betrachtet unterhalb der Batterie angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erfassen eines Aufpralls eines Objekts auf ein Unterfahrschutzelement, welches eine erste Wand und eine der ersten Wand gegenüberliegende zweite Wand aufweist, die in einem Abstand zur ersten Wand angeordnet ist, und einen zumindest in einem Bereich zwischen der ersten und zweiten Wand angeordneten Zwischenschichtabschnitt aus einem zumindest zum Teil flexiblen Material. Dabei ist in dem Zwischenschichtabschnitt wenigstens eine Hohlkammer integriert, die zumindest bis auf einen Kopplungsbereich hermetisch abgeschlossen ist, wobei mittels einer Druckerfassungseinrichtung die über den Kopplungsbereich mit der Hohlkammer gekoppelt ist, eine Druckänderung in der Hohlkammer erfasst wird und in Abhängigkeit von der Druckänderung der Aufprall des Objekts erfasst wird.
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Die für die erfindungsgemäße Unterfahrschutzanordnung und ihre Ausführungsbeispiele genannten Vorteile gelten auch in entsprechender Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Unterfahrschutzanordnung und der Batterieanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterieanordnung und einer Unterfahrschutzanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Querschnittsdarstellung der Unterfahrschutzanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Querschnittsdarstellung in einer Seitenansicht der Unterfahrschutzanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Querschnittsdarstellung in einer Draufsicht der Unterfahrschutzanordnung mit einer in einen Zwischenschichtabschnitt integrierten Hohlkammer ohne Versteifungselemente, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Draufsicht auf eine Unterfahrschutzanordnung mit einer in einen Zwischenschichtabschnitt integrierten Hohlkammer mit mehreren in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Versteifungselementen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Draufsicht der Unterfahrschutzanordnung mit zwei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Versteifungselementen in der in den Zwischenschichtabschnitt integrierten Hohlkammer.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Batterieanordnung 12 und einer Unterfahrschutzanordnung 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel umfasst die Batterieanordnung eine Batterie 16, die als Hochvoltbatterie ausgebildet ist. Diese Batterie 16 umfasst wiederum ein Batteriegehäuse 18 mit einem Gehäuseboden 18a und mehreren im Gehäuse 18 angeordneten Batteriemodulen 20. Jedes dieser Batteriemodule 20 umfasst wiederum mehrere Batteriezellen 22, von denen exemplarisch nur drei dargestellt sind.
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Weiterhin umfasst die Batterieanordnung 12 die Unterfahrschutzanordnung 14, die wiederum ein Unterfahrschutzelement 24 aufweist, welches detaillierter in 2 dargestellt ist. Insbesondere zeigt 2 dabei eine schematische Darstellung der Unterfahrschutzanordnung 14 in einer Draufsicht auf die z-Achse, die bei der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Unterfahrschutzanordnung 14 am Kraftfahrzeug 10 zu einer Fahrzeughochachse korrespondiert. Diese Unterfahrschutzanordnung 14 ist nun gleichzeitig zur Drucksensierung ausgebildet, wie dies später näher erläutert wird. Über eine solche Drucksensierung kann vorteilhafterweise ein Aufprall eines Objekts, wie zum Beispiel eines Steins oder ähnliches, von unten auf den Unterfahrschutz beziehungsweise das Unterfahrschutzelement 24 detektiert werden. Daraus wiederum kann auf eine mögliche Deformation oder Beschädigung des Unterfahrschutzelements 24 und insbesondere der darüber angeordneten Batterie 16 geschlossen werden.
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Weiterhin ist das Unterfahrschutzelement 24, wie in 1 veranschaulicht, in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Batterie 16 angeordnet. Das Unterfahrschutzelement 24 ist weiterhin unterseitig am Kraftfahrzeug 10 befestigt, zum Beispiel verschraubt. Das Unterfahrschutzelement 24 ist zudem flächig ausgebildet und kann sich zum Beispiel über einen Großteil der Fläche zwischen den Radachsen 26 in Fahrzeuglängsrichtung und auch über einen Großteil der Fahrzeugbreite in Fahrzeugquerrichtung, die zur hier dargestellten y-Richtung korrespondiert, erstrecken. Weiterhin ist das Unterfahrschutzelement 24 in einem Mehrschichtaufbau gefertigt, wie dies ebenfalls später näher erläutert wird.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein solches Unterfahrschutzelement 24 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel weist das Unterfahrschutzelement 24 in Fahrzeugquerrichtung mehrere nebeneinander angeordnete einzelne Bereiche B1, B2, B3, B4 auf. Zwischen diesen Bereichen B1, B2, B3, B4 können Anbindungsbereiche 28 zur Befestigung des Unterfahrschutzelements 24 an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs 10 vorgesehen sein. Der Schichtaufbau des Unterfahrschutzelements 24 in einem jeweiligen solchen Bereich B1, B2, B3, B4 ist in einem Querschnitt schematisch in 3 dargestellt.
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3 zeigt dabei insbesondere einen Querschnitt durch einen solchen Bereich B1, B2, B3, B4 senkrecht zur y-Richtung, die zur Fahrzeugquerrichtung korrespondiert. Das Unterfahrschutzelement 24 weist eine erste Wand 30 und eine der ersten Wand 30 gegenüberliegende zweite Wand 32 auf, die in einem Abstand d0 zur ersten Wand 30 angeordnet ist. Die erste Wand 30 kann zum Beispiel eine dem Kraftfahrzeug 10 beziehungsweise eine dem Gehäuseboden 18a der Batterie 16 zugewandte Wand 30 darstellen. Vorzugsweise sind diese beiden Wände 30, 32 als Glaslagen, insbesondere einem Faserverbundmaterial mit Glasfasern, ausgebildet. Diese Glaslagen 30, 32 können zum Beispiel eine Dicke d1 von zirka 1 Millimeter aufweisen. Zwischen diesen beiden Wänden 30, 32 ist ein Zwischenschichtabschnitt 34 angeordnet, der als Schaumeinleger 34 ausgestaltet ist. Der Schaumeinleger 34 weist vorzugsweise eine Dicke d0 im Bereich von zirka 6 Millimetern auf. Dies korrespondiert entsprechend zum Abstand d0 zwischen der ersten und zweiten Wand 30, 32. Damit ist ein besonders kompakter Aufbau des Unterfahrschutzelements 24 in Fahrzeughochrichtung bereitgestellt. Dieser Schaumeinleger 34 kann dabei zweiteilig ausgeführt sein, insbesondere in Bezug auf die z-Richtung, mit einem ersten Teil 34a und einem zweiten Teil 34b. Dieser Schaumeinleger 34 ist aus einem elastischen beziehungsweise flexiblen Material, insbesondere einem geschlossenporigen Kunststoffschaum, gebildet. Zudem ist der Schaumeinleger 34 biegesteif ausgeführt, insbesondere so, dass hierdurch die Biegesteifigkeit des gesamten Unterfahrschutzelements 24 im Vergleich zu einer Anordnung ohne einen solchen Schaumeinleger 34 erhöht ist.
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Weiterhin ist in diesen Schaumeinleger 34 eine Hohlkammer 36 integriert. Dies lässt sich einfach dadurch realisieren, indem zum Beispiel die beiden Teile 34a, 34b des Schaumeinlegers 34 mit entsprechenden Vertiefungen beziehungsweise zueinander korrespondierenden Aussparungen ausgeführt werden, die zusammen die Hohlkammer 36 bilden. Durch die geschlossenporige Ausbildung des Schaumeinlegers 34 ist zudem eine hermetische Abdichtung der Hohlkammer 36, zumindest bis auf einen Kopplungsbereich 38 (vergleiche zum Beispiel 4) bereitgestellt. Zudem sind aufgrund der Flexibilität des Schaumeinlegermaterials auch keine zusätzlichen Dichtmaßnahmen erforderlich. Die beiden Schaumeinlegerteile 34a, 34b können zum Beispiel einfach aufeinander geklebt werden.
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Diese integrierte Hohlkammer 36 ist nun vorteilhafterweise über den genannten Kopplungsbereich 38 mit einer Druckerfassungseinrichtung 40 gekoppelt, die zum Beispiel auch in 2 veranschaulicht ist. Insbesondere kann dabei jeder Hohlkammer 36 eines jeweiligen Bereichs B1, B2, B3, B4 eine solche Druckerfassungseinrichtung 40 zugeordnet sein, die dazu ausgelegt ist, eine Druckänderung innerhalb der betreffenden Hohlkammer 36 zu erfassen. Beispielsweise kann eine solche Druckerfassungseinrichtung einen Drucksensor 42 umfassen, der über einen Druckschlauch 44 mit der Hohlkammer 36 über den Kopplungsbereich 38 gekoppelt ist. Dabei kann dieser Druckschlauch 44 fluidisch mit dem Innenraum der Hohlkammer 36 verbunden sein oder durch eine entsprechende Membran im Kopplungsbereich 38 auch separiert sein. Über diese Membran ist dennoch ein Druckausgleich zwischen der Hohlkammer 36 und dem Innenvolumen des Druckschlauchs 44 möglich, sodass eine Druckänderung in der Hohlkammer 36 über den Druckschlauch 44 unmittelbar auf den Drucksensor 42 übertragen werden kann. Im letztgenannten Fall ist die Hohlkammer 36 vollständig hermetisch abgedichtet. Eine mittels des Drucksensors 42 erfasste Druckänderung kann zudem durch eine Auswerteeinrichtung 46 ausgewertet werden. Diese ist ebenfalls Teil der Unterfahrschutzanordnung 14 beziehungsweise der Batterieanordnung 12 und kann auf Basis der von den Drucksensoren 42 erfassten Signale ermitteln, ob eine mögliche Deformation oder Beschädigung des Gehäusebodens 18a des Batteriegehäuses 18 vorliegt. Ist dies der Fall, so kann die Auswerteeinrichtung 46 zum Beispiel ein Warnsignal ausgeben oder auch eine weitere Maßnahme einleiten.
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Die Integration einer solchen Hohlkammer 36 zur Drucksensierung in das Unterfahrschutzelement 24 ist besonders vorteilhaft, da dies zum einen eine besonders bauraumeffiziente und kostengünstige Umsetzung der Drucksensierung erlaubt, da vor allem keine zusätzlichen aufwendigen Dichtmaßnahmen zur Abdichtung einer solchen Hohlkammer 36 erforderlich sind. Außerdem kann auf Dichtungen zwischen dem Unterfahrschutzelement 24 und dem Gehäuseboden 18a verzichtet werden, wodurch in diesem Zwischenraum befindliches Wasser deutlich einfacher ablaufen kann, wodurch wiederum das Korrosionsrisiko gesenkt wird.
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Um die Stabilität des Unterfahrschutzelements 24 trotz dieser integrierten Hohlkammern 36 weiter zu steigern, ist es zudem möglich, in diesen Hohlkammern Versteifungselemente 48 vorzusehen, wie diese zum Beispiel in 5 und 6 veranschaulicht sind. 5 und 6 zeigen analog zu 4 eine Querschnittsdarstellung des Unterfahrschutzelements 24 senkrecht zur z-Richtung, die zu einer Fahrzeughochrichtung korrespondiert. Diese Versteifungselemente 48 können hinsichtlich ihrer Geometrie beliebig ausgebildet sein und verbinden den unteren und oberen Teil 34b, 34a des Schaumeinlegers 34 miteinander. Insbesondere können diese Versteifungselemente 48 Teil des Schaumeinlegers 34 sein. Ein solches Versteifungselement 48 ist entsprechend in 3 schematische gestrichelt im Querschnitt senkrecht zur dargestellten y-Richtung veranschaulicht. Entsprechend kann ein jeweiliges solches Versteifungselement 48 ebenfalls zweiteilig ausgeführt sein, wobei ein Teil des Versteifungselements 48 Bestandteil des ersten Teils 34a des Schaumeinlegers 34 ist, und der untere Teil des Versteifungselements 48 ein Bestandteil des zweiten Teils 34b des Schaumeinlegers 34 ist. In 5 sind dabei mehrere parallel zueinander verlaufende Versteifungselemente 48 veranschaulicht, die in diesem Beispiel insbesondere mit ihrer Längserstreckungsrichtung exemplarisch parallel zur Fahrzeugquerrichtung verlaufen, während die in 6 dargestellten Versteifungselemente 48 mit ihrer Längserstreckungsrichtung parallel zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Grundsätzlich sind jedoch der geometrischen Ausbildung dieser Versteifungselemente 48 keine Grenzen gesetzt. Durch das Vorsehen solcher Versteifungselemente 48 ist die Hohlkammer 36 letztendlich in Form eines Kanalsystems bereitgestellt, wobei die einzelnen Kanäle der Hohlkammer 36 miteinander fluidisch verbunden sind. Durch diese Versteifungselemente 48 kann eine zusätzliche Versteifung des Unterfahrschutzelements 24 in den einzelnen Bereichen B1, B2, B3, B4 vorgesehen werden, in welchen die jeweiligen Hohlkammern 36 vorgesehen sind. Dennoch ist eine großflächige Drucksensierung über nahezu den ganzen Unterfahrschutzbereich möglich.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Drucksensierung integriert in den Unterfahrschutz durch definierte Hohlkammern in der Schaumstruktur des Unterfahrschutzes bereitgestellt werden kann. Dabei sind also Hohlkammern im Schaumeinleger des Unterfahrschutzes berücksichtigt, was eine direkte Integration definierter Hohlkammern in das Bauteil „Unterfahrschutz“ ermöglicht. Vorteilhafterweise sind so keine zusätzlichen Dichtmaßnahmen erforderlich, die Dichtigkeit ist reproduzierbar und diese Ausgestaltung bietet Potential für eine kostengünstige Umsetzung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018129158 A1 [0003]
- DE 102014203255 A1 [0004]
- DE 102016122288 A1 [0005]
