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Die Erfindung betrifft ein Straßenkraftfahrzeug
mit einer Vorrichtung zur Verringerung des Risikos von Aufprallschäden, wobei
die Vorrichtung eine Erkennungseinrichtung aufweist, die ausgestaltet
ist, einen Aufprall des Straßenkraftfahrzeuges
im Voraus zu erkennen und in diesem Fall ein Signal abzugeben. Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Verringerung des
Risikos von Schäden
bei einem Aufprall eines Straßenkraftfahrzeuges,
wobei der Aufprall des Straßenkraftfahrzeuges
im Voraus erkannt wird. Unter einem Straßenkraftfahrzeug wird auch
ein geländegängiges Kraftfahrzeug
verstanden, das für
den Betrieb auf Straßen
geeignet ist.
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Aus der
DE 199 23 708 A1 ist eine
Sensoreinrichtung zur Detektion eines drohenden Aufpralls bekannt.
Die Sensoreinrichtung gibt ein Signal an eine Steuereinrichtung
eines Kraftfahrzeuges ab, die dann mittels einer zwischen Fahrwerk
und Karosserie angeordneten Federungs- und Dämpfungseinrichtung vor dem
Aufprall eine Lageverstellung der Karosserie mindestens auf der
Aufprallseite bewirkt. Dadurch soll der Aufprall in einer Höhe des Fahrzeuges
erfolgen, in der passive Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeuges
die beste Wirkung entfalten können.
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Aus der
US 6,370,461 B1 ist ein
Aufprall-Steuerungssystem für
Fahrzeuge bekannt. Das Steuerungssystem kann ein einen möglichen
Aufprall voraussagendes Signal erzeugen, z. B. mittels eines vorausschauenden
Radarsystems. Das Signal kann dazu verwendet werden, Sicherheitssysteme
an dem Fahrzeug auf den Aufprall vorzubereiten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, Mittel anzugeben, die das Risiko von durch einen unvermeidlichen
Aufprall des Straßenkraftfahrzeuges
eintretenden Schäden
verringern können. Insbesondere
soll der Raum möglichst
groß sein,
der bei dem Aufprall im Fahrzeug befindlichen Personen verbleibt.
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Es wird vorgeschlagen, bei einem
Straßenkraftfahrzeug
der eingangs genannten Art eine weitere (zweite) Einrichtung vorzusehen,
die mit der Erkennungseinrichtung verbunden oder kombiniert ist und
die ausgestaltet ist, eine Fahrtrichtung des Stra ßenkraftfahrzeuges
zu verändern,
wenn sie das Signal von der Erkennungseinrichtung empfängt.
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Durch die Veränderung der Fahrtrichtung kann
ein Aufprallort an dem Kraftfahrzeug und/oder eine Aufprallrichtung
verändert
werden. Unter Aufprallrichtung wird die Richtung des Impulses verstanden,
den ein mit dem Kraftfahrzeug kollidierender Gegenstand beim Aufprall
auf das Kraftfahrzeug ausübt.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass
der Aufprallort und/oder die Aufprallrichtung entscheidend für das Ausmaß der durch
den Aufprall bewirkten Schäden
ist. Es wurde – wie
oben beschrieben – bereits
in der
DE 199 23 708
A1 offenbart, die Lage des Fahrzeuges mittels einer Federungs-
und Dämpfungseinrichtung
zu verändern. Hierdurch
sind jedoch nur sehr geringfügige
Verlagerungen und nur Verlagerungen in vertikaler Richtung möglich. Ist
der Impuls eines aufprallenden Gegenstandes groß und führt der Aufprall daher zu einer wesentlichen
Deformierung und großen
Verzögerung des
Fahrzeuges, kann außerdem
eine Stoßfangeinrichtung
(z. B. eine sogenannte Stoßstange)
an der Außenseite
des Fahrzeuges nicht wesentlich zum Schutz beitragen. Dies gilt
unabhängig
davon, auf welcher Höhe
sich die Stoßfangeinrichtung
beim Aufprall befindet.
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Mit einem Eingriff in ein System
zur Einstellung der Fahrtrichtung dagegen können Veränderungen des Aufprallortes
und/oder der Aufprallrichtung erzielt werden, obwohl der Aufprall
nicht mehr ganz vermieden werden kann. Diese Veränderungen können entscheidend sein für den Grad
von Verletzungen oder sogar für
das Überleben
der im Fahrzeug befindlichen Person bzw. Personen. So hängt der Personenschaden
insbesondere davon ab, ob der Impuls des aufprallenden Gegenstandes
relativ langsam und gleichmäßig abnimmt
oder schnell abnimmt und ob der für die Person bzw. Personen
zur Verfügung
stehende Raum wesentlich eingeschränkt wird, etwa durch ein Eindringen
des Motors oder anderer Fahrzeugteile in den Raum.
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Beispielsweise kann der Impuls gleichmäßig aufgefangen
werden, wenn er in Längsrichtung
auf ein langgestrecktes Element einer tragenden Struktur (z. B.
Fahrzeugrahmen) des Kraftfahrzeuges wirkt. Da das langgestreckte
Element in die tra gende Struktur eingebunden ist, wird der für die Person
bzw. Personen zur Verfügung
stehende Raum verhältnismäßig wenig
oder gar nicht eingeschränkt.
Trifft der Impuls dagegen zum Zeitpunkt des Aufpralls nicht auf
eine tragende Struktur, besteht die Gefahr, dass er zunächst allenfalls
geringfügig
abnimmt und kurze Zeit später
auf den Bereich eines Fahrzeug-Innenraumes oder gar auf die Person
bzw. die Personen in dem Fahrzeug-Innenraum einwirkt.
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Die Fahrtrichtung wird insbesondere
mittels derselben Einrichtung oder mittels Teilen derselben Einrichtung
verändert,
die einem Fahrzeugführer
zur Einstellung der Fahrtrichtung (Lenkung) zur Verfügung steht.
Durch die automatische Veränderung
der Fahrtrichtung vor dem Aufprall wird zwar dem Fahrzeugführer die
Kontrolle über
das Fahrzeug zumindest teilweise entzogen. Dies geschieht jedoch
vorzugsweise nur innerhalb eines Zeitraumes vor dem unvermeidlichen
Aufprall, in dem die Reaktionszeit des Fahrzeugführers ohnehin zu lang für eine Schaden
reduzierende Lenkung des Fahrzeuges ist. Auch verfügt der Fahrzeugführer in
aller Regel nicht über ausreichende
Informationen, die es ihm ermöglichen würden, richtig
zu entscheiden.
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Eine bevorzugte Einrichtung zur Veränderung
der Fahrtrichtung ist eine sogenannte „By-Wire"- Einrichtung, d. h. eine Einrichtung,
bei der Signale zur Steuerung der Fahrtrichtung zumindest teilweise über eine
Signalleitung übertragen
werden und bei der eine Vorgabe der Fahrtrichtung (z. B. mittels
eines Lenkrades) nicht ausschließlich mechanisch/hydraulisch
auf richtungsbewegliche Räder übertragen wird.
Es ist jedoch auch möglich,
dass vor dem Aufprall automatisch in eine solche Einrichtung eingegriffen
wird, etwa hydraulisch.
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Die Erfindung wird nun anhand von
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Sie
ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Bei der Erläuterung
wird Bezug auf die beigefügte
Zeichnung genommen. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
frontal auf ein Hindernis zufahrendes Kraftfahrzeug,
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2 die
in 1 dargestellte Situation
zu einem späteren
Zeitpunkt,
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3 das
Kraftfahrzeug gemäß den 1 und 2 beim Aufprall auf das Hindernis und
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4 eine
Vorrichtung zur Verringerung des Risikos von Aufprallschäden.
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Das in 1 schematisch
dargestellte Straßenkraftfahrzeug 1 weist
einen Antriebsmotor 5 im Frontbereich auf. Als Beispiel
für das
Kraftfahrzeug 1 stabilisierende Strukturen sind zwei Längsträger 3a, 3b eines
Fahrzeugrahmens bzw. einer tragenden Gesamtstruktur dargestellt,
die in Längsrichtung
des Kraftfahrzeuges 1 verlaufen und zwischen denen (von
oben gesehen) der Motor 5 angeordnet ist. Tatsächlich wird
der Motor i. d. R. größtenteils
oberhalb des Höhenniveaus
der Längsträger 3a, 3b angeordnet
sein. Weitere Teile des Fahrzeugrahmens sind nicht näher bezeichnet.
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Würde
das Kraftfahrzeug 1 seine in 1 durch
einen Pfeil angedeutete Fahrtrichtung beibehalten, würde es frontal
mittig auf ein Hindernis 7 aufprallen. Bei dem Hindernis 7 handelt
sich z. B. um einen im Boden verankerten Pfahl oder Poller. Durch den
drohenden Aufprall würde
der Motor 5 in einen Innenraum 6 für Personen
geschoben und den den Personen zur Verfügung stehenden Raum verkleinern,
insbesondere den Fußraum
von vorne im Innenraum 6 sitzenden Personen und den Raum
zwischen Lenkrad und Sitz-Rücklehne
eines Fahrzeugführer-Platzes.
Ferner würde
der wirksame Stoßimpuls
nach dem Aufprall zunächst
nur geringfügig durch
Verformung der Front des Kraftfahrzeuges 1 abnehmen und
erst später
innerhalb sehr kurzer Zeit abnehmen, während der Motor 5 in
den Innenraum eindringt. Es findet daher durch den Aufprall eine
große
negative Beschleunigung statt. Aus den genannten Gründen könnten schwere
oder sogar tödliche Verletzungen
die Folge sein.
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Daher wird nach einem Erkennen des
drohenden Aufpralls automatisch die Fahrtrichtung verändert (2). Zwar reicht die Zeit
für ein
Ausweichen nicht mehr aus, jedoch prallt das Kraftfahrzeug 1 durch
die Änderung
der Fahrtrichtung nicht frontal mittig, sondern frontal seitlich
auf das Hindernis 7. Der Aufprall findet genau am vorderen
Ende des rechten Längsträgers 3b statt.
Dadurch wird der Längsträger 3b über einen
verhältnismäßig langen Zeitraum
hinweg gleichmäßig verformt,
d. h. der Stoßimpuls
nimmt langsamer ab als bei einem frontal mittigen Aufprall. Ferner
findet eine wesentlich geringere Einschränkung des Innenraums 7 statt,
da der Längsträger 3b in
die tragende Struktur des Kraftfahrzeuges eingebunden ist. Die Verletzungsgefahr ist
somit reduziert.
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Die in
4 gezeigte
Vorrichtung weist eine Erkennungseinrichtung
12 zur vorausschauenden Erkennung
eines Aufpralls auf. Die Erkennungseinrichtung
12 funktioniert
z. B. so wie in den eingangs genannten Druckschriften
DE 199 23 708 A1 und
US 6,370,461 B1 beschrieben
und/oder ist so wie dort beschrieben mit weiteren Teilen des Kraftfahrzeuges kombiniert.
So kann die Erkennungseinrichtung
12 beispielsweise Signale
von einer Einrichtung
9,
11 (z. B. von einer Radareinrichtung)
erhalten, die über eine
Sensorik
11 Informationen über die Fahrzeugumgebung empfängt.
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Insbesondere weist die Sensorik 11 zwei voneinander
beabstandete, im Frontbereich des Fahrzeuges angeordnete Sensoren
auf, die laufend Radarechos von Objekten vor dem Fahrzeug empfangen.
Die Sensorik 11 ist über
eine Signalleitung 13 mit einer Umwandlungseinrichtung 9 verbunden,
die von der Sensorik 11 übertragene Signale in geeigneter
Weise aufbereitet, sodass sie weiterverarbeitet bzw. ausgewertet
werden können.
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Eine Fahrzeug-Steuereinrichtung 16 ist über eine
Signalleitung 15 mit der Umwandlungseinrichtung 9 verbunden.
In dem hier beschriebenen Beispiel weist die Steuereinrichtung 16 folgendes
auf: eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 19 zum Empfang und zur
Ausgabe von Signalen, die Erkennungseinrichtung 12, eine
Prognoseeinheit 21 zum Prognostizieren eines Aufprallortes
an dem Kraftfahrzeug, eine Speichereinheit 23, in der insbesondere
Informationen über
einen Grad der Gefährlichkeit
von Aufprallorten an dem Kraftfahrzeug und/oder über Aufprallrichtungen gespeichert
sind und/oder aus der solche Informationen entnehmbar sind, und
eine Berechnungseinheit 22, die ausgestaltet ist, eine
Veränderung
der Fahrtrichtung zu berechnen, die zu einer Veränderung der Lage des Aufprallortes
führt.
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Wie in 4 dargestellt
ist, sind die genannten Einheiten bzw. die Einrichtung 12 innerhalb
der Steuereinrichtung 16 paarweise über jeweils eine Signalleitung 20 miteinander
verbunden. Diese Ausführung
ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere kann alternativ
oder zusätzlich
ein Datenbus vorgesehen sein, an den eine Mehrzahl der Einheiten bzw.
die Einrichtung 12 angeschlossen sind und über den
Signale übertragen
werden. Die Steuereinrichtung 16 ist z. B. außerdem oder
alternativ eine zentrale Steuereinrichtung des Straßenkraftfahrzeuges, die
eine Vielzahl von Funktionen übernehmen
kann, etwa eine Steuerung eines Antriebs-Verbrennungsmotors, eines automatischen
Getriebes und/oder peripherer Einrichtungen (z. B. einer Klimaanlage).
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Über
eine Signalleitung
17 ist ein Lenkmittel
18 mit
der Steuereinrichtung
16, in dem Ausführungsbeispiel mit der Eingabe-/Ausgabeeinheit
19 der Steuereinrichtung
16 verbunden.
Die Steuereinrichtung
16 und das Lenkmittel
18 funktionieren
beispielsweise wie die in der
DE 101 04 194 A1 beschriebene Hauptsteuereinheit
14 und
die dort beschriebene elektrisch betriebene Lenkeinrichtung
24. Sie
sind außerdem,
z. B. so wie in der
DE
101 04 194 A1 beschrieben, Teil eines X-By-Wire-Systems
zum Steuern des Bremsens und Lenkens des Kraftfahrzeuges.
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Die Funktionsweise der anhand von 4 beschriebenen Vorrichtung
ist z. B. wie folgt: die Sensorik 11 gibt über die
Signalleitung 13 laufend Signale an die Umwandlungseinrichtung 9 ab.
Nach einer Aufbereitung der Signale gibt die Umwandlungseinrichtung 9 über die
Signalleitung 15 entsprechende Signale an die Eingabe-/Ausgabeeinheit 19 ab.
Dort werden die Signale von der Eingabe-/Ausgabeeinheit 19 empfangen
und an die Erkennungseinrichtung 12 weitergeleitet, unter
Umständen
in einem geänderten Signalformat.
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Die Erkennungseinheit 12 erkennt
anhand der Signale, ob und ggf. wann ein unvermeidbarer Aufprall
des Kraftfahrzeuges stattfinden wird. Insbesondere wertet sie die
Abstände
eines Objektes vor dem Kraftfahrzeug zu den Radarsensoren und/oder weitere
Informationen aus, wie z. B. die momentane Fahrgeschwindigkeit des
Kraftfahrzeuges, die sie von einer nicht dargestellten Einrichtung
zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit erhält.
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Auf ein Signal der Erkennungseinheit 12, dass
der Aufprall bevorsteht, berechnet die Prognoseeinheit 21 den
Aufprallort an dem Kraftfahrzeug, an dem bei Beibehal tung eines
momentanen Lenkwinkels der Aufprall stattfinden wird. Den Lenkwinkel kann
die Prognoseeinheit 21 von einer geeigneten, nicht dargestellten
Einrichtung zur Ermittlung des Lenkwinkels erhalten. Ferner kann
die Prognoseeinheit 21 alternativ oder zusätzlich den
Aufprallwinkel in einer Fahrtebene des Kraftfahrzeuges berechnen. Aus
der Speichereinheit 23 bezieht die Prognoseeinheit 21 und/oder
die Berechnungseinheit 22 Informationen darüber, wie
gefährlich
der prognostizierte Aufprallort und/oder Aufprallwinkel ist. Hierzu
kann jeweils eine den Gefährlichkeitsgrad
auf einer Gefährlichkeitsskala
wiedergegebene Zahl jeweils für alle
möglichen
Aufprallorte, Aufprallwinkel und/oder Kombinationen von Aufprallort
und Aufprallwinkel in der Speichereinheit 23 abgelegt sein.
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Die Berechnungseinheit 22 prüft nun zunächst, ob
in der verbleibenden Zeit vor dem Aufprall durch einen Eingriff
in die Lenkung ein Aufprallort und/oder Aufprallwinkel erreicht
werden kann, der weniger gefährlich
ist bzw. die weniger gefährlich sind.
Ist dies der Fall, wird der Aufprallort bzw. Aufprallwinkel gewählt, der
bzw. deren Kombinationen den geringsten Grad der Gefährlichkeit
hat und es wird der entsprechende Eingriff in die Lenkung berechnet.
Der Eingriff besteht insbesondere aus einer sich im Verlaufe der
Zeit bis zum Aufprall verändernden,
von der Steuereinrichtung 16 vorgenommenen Korrektur des
vom Fahrer des Kraftfahrzeuges gewählten Lenkwinkels. Z. B. kann
der Eingriff in einer Verstellung des Lenkwinkels in einer Richtung
und in einer anschließenden
Rückstellung
des Lenkwinkels auf den anfänglichen
Wert bestehen, um einen optimalen Aufprallort bei gleichem Aufprallwinkel
zu erhalten. Es wird bevorzugt, dass eine Veränderung des Lenkwinkels durch
den Fahrer während
dieser Zeit blockiert ist, damit der Fahrer den Erfolg des Eingriffs
nicht zunichte macht.
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Die Berechnungseinheit 22 erzeugt
die für den
Eingriff in die Lenkung erforderlichen Signale, die ggf. noch von
der Eingabe-/Ausgabeeinheit in Signale eines für die Ansteuerung des Lenkmittels 18 geeigneten
Formates umgewandelt werden.