DE10332935A1

DE10332935A1 - Kraftfahrzeug mit einem Pre-Safe-System

Info

Publication number: DE10332935A1
Application number: DE2003132935
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Blume; Markus Heinisch; Rodolfo Dr. Schöneburg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-07-19
Filing date: 2003-07-19
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-20
Also published as: DE10332935B4

Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeug mit einem Pre-Safe-System vorgeschlagen, welches wenigstens eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung und eine Federungs- und Dämpfungseinrichtung aufweist. Die Federungs- und Dämpfungseinrichtung ist zwischen einem Fahrwerk und einer Karosserie angeordnet und in Abhängigkeit der von der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung aufgenommenen und in einer Datenauswerteeinrichtung ausgewerteten Signale ansteuerbar. Die Datenauswerteeinrichtung der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung ist mit einem Steuergerät einer die Federungs- und Dämpfungseinrichtung ansteuernden aktiven Fahrwerkregelung verknüpft, mittels der in einer Pre-Crash-Phase bei einem zu erwartenden Aufprall eines Kollisionsobjekts, insbesondere eines pfahlartigen Kollisionsobjekts, auf einen Seitenschwellerbereich ein einem Kippmoment des Kraftfahrzeugs in Richtung des Kollisionsobjekts entgegen wirkendes Moment aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Pre-Safe-System nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Moderne Kraftfahrzeuge, welche einen hohen Sicherheitsstandard besitzen, verfügen über aktive und passive Sicherheitseinrichtungen, die es dem Fahrer ermöglichen, sein Fahrzeug auch in kritischen Situationen besser zu beherrschen und dadurch möglicherweise eine Verunfallung des Fahrzeugs zu vermeiden, und die im Falle eines Crash zu einer Verminderung der Unfallschwere beitragen.
Besondere Bedeutung kommt dabei der sogenannten Pre-Crash-Phase zu, mit der der Zeitraum ab Erkennen einer hohen Unfallwahrscheinlichkeit durch entsprechende Detektionssysteme in dem Fahrzeug bis zum eigentlichen Aufprall des Fahrzeugs bezeichnet wird. Dieser Zeitraum unmittelbar vor einem Crash ist gemäß den Ergebnissen von realen Unfallanalysen bei etwa 2/3 aller Unfälle ausreichend lang, um Rückschlüsse auf den nachfolgenden Aufprall zu ziehen und entsprechende Maßnahmen zur Unfallschwereminderung und zur Konditionierung von Fahrzeug-Rückhaltesystemen und Insassen auf den bevorstehenden Unfall hin einzuleiten.
Sicherheitssysteme, welche bereits vor einem möglichen Unfall präventiv wirksam sind und die Pre-Crash-Phase nutzen, um den Insassenschutz durch den Einsatz zusätzlicher Sicherheitsmaß nahmen zu erweitern und die Unfallschwere zu mindern, werden als Pre-Safe-Systeme bezeichnet.
Zu den wesentlichen Bestandteilen eines Pre-Safe-Systems zählt eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungssensorik, die in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt ist.

Zum Beispiel beschreibt die EP 0 952 459 A2 eine Vorrichtung zur Objekterfassung für Kraftfahrzeuge, welche eine durch eine Vielzahl von Abstands-Sensoren gebildete Abstands-Sensorik aufweist, wobei die Abstands-Sensoren derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, dass diese die Umgebung des Kraftfahrzeugs abtasten. Des weiteren ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die aus den Daten der Abstands-Sensorik die Bewegungsbahn und die Geschwindigkeit eines Objekts relativ zu dem Kraftfahrzeug ermittelt, wobei die Abstands-Sensoren wahlweise durch die Auswerteeinheit ansteuerbar und die Reichweite und/oder die Messwiederholfrequenz und/oder die Auflösung und/oder die Betriebsart der Abstands-Sensoren veränderbar sind. Diese Vorrichtung kann gleichzeitig oder nacheinander Daten für verschiedene Fahrer-Assistenz-Vorrichtungen bereitstellen und als Pre-Crash-Sensorik eingesetzt werden.

Die DE 197 29 960 A1 beschreibt ein Verfahren zur Aufprallerkennung, insbesondere bei Kraftfahrzeugen zur Aktivierung von Insassenschutzeinrichtungen, wobei zumindest ein Pre-Crash-Sensor vorgesehen ist, welcher die Änderung der Relativgeschwindigkeit und/oder des Relativabstandes von Objekten innerhalb eines vorgegebenen Nahbereichs der Fahrzeugumgebung registriert. Falls die von dem Pre-Crash-Sensor erfasste Änderung der Relativgeschwindigkeit zumindest einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und/oder der Relativabstand einen vorgegebene Schwellwert unterschreitet, wird dies als ein sicherheitskritischer Zustand erkannt und die Auslöseschwelle herabgesetzt.

Ein weiteres Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug ist aus der DE 101 00 880 A1 bekannt, wobei hier als Pre-Chrash-Sensoren Radarsensoren vorgesehen sind, mittels deren Signalen eine effektive Masse eines Aufprallobjektes ermittelt wird. Die effektive Masse wird mit vorgegebenen Schwellwerten zur Klassifizierung des Aufprallobjektes verglichen, wobei die Klassifizierung dann den Einsatz von Rückhaltemitteln bestimmt.

In der DE 100 65 518 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Auslösen von Rückhaltemitteln in einem Kraftfahrzeug im Falle eines Aufpralles bzw. einer Kollision mit einem Objekt beschrieben. Im Rahmen dieses bekannten Verfahrens wird der zeitliche Verlauf der Beschleunigung in Form mindestens eines Beschleunigungssignales erfasst und aus dem Beschleunigungssignal der zeitliche Verlauf eines Geschwindigkeit generiert. Eine an die konkrete Aufprallsituation angepasste Auslösung von Rückhaltemitteln wird dadurch erreicht, dass mit Hilfe einer Pre-Crash-Sensorik schon vor dem Aufprall die Aufprallgeschwindigkeit und der Aufprallzeitpunkt ermittelt wird, dass die Aufprallsituation anhand der Aufprallgeschwindigkeit klassifiziert wird, dass mit Hilfe der Klassifizierung der Aufprallsituation ein Auslösezeitfenster bestimmt wird, in welchem der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit generiert wird, und dass parallel dazu aus dem Beschleunigungssignal ein Schwellwert für die Geschwindigkeit ermittelt wird, wobei die Klassifizierung der Aufprallsituation berücksichtigt wird. Umfasst diese Pre-Crash-Sensorik mindestens zwei in geeigneter Weise angeordnete Pre-Crash-Sensoren, so lässt sich mittels ein Triangulierungsverfahrens zusätzlich auch der Offset, das heißt die Aufprallstelle und der Aufprallwinkel, bestimmen. Im Rahmen der Pre-Crash-Sensierung können hier zum Beispiel Radarmessungen, Infratrotmessungen oder auch optische Messverfahren zum Einsatz kommen.

Ein Beispiel für ein Pre-Crash-Sensierungssystem mit einer Bilderfassungseinrichtung zur optischen Erfassung von beabstandeten Gegenständen ist in der DE 198 42 827 A1 offenbart.

Des Weiteren ist es bekannt, eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung mit einer Einrichtung zur front- oder heckseitigen Anhebung der Karosserie in einer Pre-Crash-Phase bei Detektion eines bevorstehenden Aufpralls zu verbinden.

Ein solches Pre-Safe-System, mit dem gegebenenfalls eine Anpassung der geometrischen Lage von Crashelementen zweier Unfallpartner möglich ist, offenbart die DE 199 23 708 A1 . Bei dieser bekannten Lösung weist ein Kraftfahrzeug eine Sensoreinrichtung zur Detektion eines drohenden Aufpralls auf, wobei die Sensoreinrichtung im Falle eines drohenden Aufpralls ein Signal an eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeuges abgibt, die dann z. B. mittels pyrotechnischer Stellmittel vor dem Aufprall eine Lageverstellung der Karosserie mindestens auf der Aufprallseite bewirkt.

Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, dass unterschiedliche mögliche Aufprallsituationen nicht ausreichend berücksichtigt werden und die eingeleitete Reaktion unter Umständen nicht zur Erhöhung der Insassensicherheit beiträgt. So können bei der vorgeschlagenen heckseitigen oder frontseitigen Absenkung oder Anhebung der Karosserie Aufbauschwankungen auftreten, welche beispielsweise bei einer Anhebung des Fahrzeughecks nach Detektion eines bevorstehenden Heckaufpralls zu einem starken "Abtauchen" des Fahrzeugvorbaus führen, womit das Fahrzeug bei einer heckseitigen Stoßeinleitungen gegebenenfalls ein Vorderfahrzeug unterfahren kann und die Fahrzeuginsassen einer weiteren Gefährdung ausgesetzt werden.

Weiterhin ist bei der aus der DE 199 23 708 A1 bekannten Lösung von Nachteil, dass zusätzliche Aktuatoren, wie hier pyrotechnische Einrichtungen, sowie zugehörige Steuerungsmittel vorgesehen werden müssen, um die Anhebung oder Absenkung der Karosserie auf der Aufprallseite realisieren zu können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung und einer Federungs- und Dämpfungseinrichtung, welche zwischen einem Fahrwerk und einer Karosserie angeordnet und in Abhängigkeit der von der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung aufgenommenen und in einer Datenauswerteeinrichtung ausgewerteten Signale ansteuerbar ist, zu schaffen, bei dem der Schutz von Insassen des kollisionsgefährdeten Kraftfahrzeugs bei einem zu erwartenden Aufprall durch eine differenziertere Ansteuerung von Stellmitteln, welche eine Karosserieanhebung- oder absenkung bewirken können, verbessert ist.

Bei einem Kraftfahrzeug mit einem Pre-Safe-System, welches wenigstens eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung und eine Federungs- und Dämpfungseinrichtung, welche zwischen einem Fahrwerk und einer Karosserie angeordnet und in Abhängigkeit der von der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung aufgenommenen und in einer Datenauswerteeinrichtung ausgewerteten Signale ansteuerbar ist, umfaßt, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Datenauswerteeinrichtung der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung mit einem Steuergerät einer die Federungs- und Dämpfungseinrichtung ansteuernden aktiven Fahrwerkregelung, mittels der in einer Pre-Crash-Phase bei einem zu erwartenden Aufprall eines Kollisionsobjekts, insbesondere eines pfahlartigen Kollisionsobjekts, auf einen Seitenschwellerbereich eine einem Kippmoment des Kraftfahrzeugs in Richtung des Kollisionsobjekts entgegen wirkendes Moment aufgebracht wird, verknüpft ist.

Die Erfinder haben erkannt, dass aufgrund der höheren Steifigkeit eines Seitenschwellers gegenüber einer darüber liegenden Rohbaustruktur der Karosserie bei einem seitlichen Aufprall des Seitenschwellers ein Kippmoment des Fahrzeugs um einen Fahrzeugschwerpunkt in Richtung des Kollisionsobjektes auftritt.

Ein exemplarischer Fall für ein starkes Kippmoment in Richtung des Kollisionsobjektes ist der seitliche Aufprall eines Cabriolets oder Coupes mit starker Schwellerstruktur auf ein pfahlartiges Kollisionsobjekt, welches kaum zum Abbau der Deformationsenergie geeignet ist. In einem solchen Fall kann eine starke Intrusion eines weichen Bereichs der Karosserie, beispielsweise im Bereich einer Tür, in den Fahrzeuginnenraum auftreten, wodurch die Entfaltung eines Seitenairbags gegebenenfalls behindert werden kann. Insbesondere erweist sich bei einem Seitenaufprall mit starkem Kippmoment des Fahrzeugs in Richtung eines pfahlartigen Kollisionsobjektes die Entfaltung eines türintegrierten Airbags mit Kopfanteil als schwierig, denn es verbleibt bei einer entsprechenden Intrusion der Karosserieseitenelemente nur eine geringe Zeit zur Positionierung des Luftsacks, und die Verwendung eines schnelleren und entsprechend aggressiven Antriebsmoduls ist aufgrund der möglichen Gefährdung des Insassen in einer "Out-Of-Position"-Situation problematisch.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich nun dahingehend aus, dass durch ein "invertiertes Kippen" der Karosserie das Kippmoment in Richtung des Kollisionsobjekts bei einem Seitenaufprall insbesondere auf ein pfahlartiges Kollisionsobjekt im Optimalfall eliminiert wird, wodurch mehr Zeit für eine Airbagentfaltung gegeben ist, was wiederum den Einsatz eines weniger aggressiven Airbagmoduls erlaubt und die Insassenbelastung insbesondere bei einer "Out-Of-Position"-Situation reduziert.

Durch die beim Crash nunmehr annähernd waagrechte Position des Fahrzeugs wird insbesondere eine bessere Aufteilung der einwirkenden Kräfte und somit eine Reduzierung der Insassenbelastung erreicht.

Ziel des Insassenschutzes bei einem Seitenaufprall ist es neben einer möglichst geringen Intrusion der Fahrzeugseite ein relativ frühes Auffangen des Insassen zu realisieren. Hierbei besteht die Intention, die Kontaktgeschwindigkeit Insasse-Fahrzeug möglichst gering zu halten, was einem möglichst frühem Auffangen und damit Vorbeschleunigen des Insassen gleichkommt. Diese Kontaktzeit wird mit einem Pre-Safe-System gemäß der Erfindung insbesondere für den Oberkörperbereich deutlich reduziert.

Die erfindungsgemäße Lösung dient auch zur Reduzierung der Insassenbelastung bei einem Seitenaufprall eines weiteren Kraftfahrzeuges, welches sich hinsichtlich Geometrie, Fahrzeuggewicht, Fahrzeughöhe und Fahrzeugsteifigkeit deutlich von dem getroffenen Fahrzeug unterscheidet. Da insbesondere die Fahrzeughöhe, die Fahrzeuggeometrie und die Fahrzeugsteifigkeit eine bedeutende Rolle bezüglich des Verletzungsrisikos spielen, kann mit dem erfindungsgemäßen Pre-Safe-System gegebenenfalls ein Größenunterschied zwischen einer getroffenen Limousine oder einem Sportwagen mit einem höheren Fahrzeug, wie beispielsweise einem SUV(Sport-Utility-Vehicle), wenigstens teilweise kompensiert werden. Da durch die Anhebung der Aufprallseite bei einer Seitenkollision mit einem anderen Fahrzeug ein Stoßfänger des auftreffenden Fahrzeugs direkt auf einen Seitenschweller des getroffenen Fahrzeugs prallt, entsteht eine hohe Energieaufnahme mit Faltenbildung an dem Seitenschweller und die Gefahr eines Eindrehens und Intrudierens einer Fahrzeugtür stark vermindert wird. Da neben dem Seitenschweller auch ein Querträger und ein mittiger Tunnel des Fahrzeugs stärker zum Energieabbau hinzugezogen wird, kann die Aufprallenergie in der Regel gezielter über die Kraftlinie Seitenschweller-Querträger-Tunnel abgebaut werden.

In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Pre-Safe-System mit ohnehin in einem modernen Fahrzeug vorhandenen Sicherheits- und Komfortsystemen verwirklicht werden, da ledig lich eine logische Verknüpfung einer an sich bekannten Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung, welche gemäß einer der eingangs zitierten, auf Ultraschall-, Infrarot-, Radartechnik oder auch auf Bilderkennung basierenden Sensorsysteme ausgeführt sein kann, und einer teilweise bereits serienmäßig verbauten aktiven Fahrwerkregelung vorgenommen wird.

Die die Federungs- und Dämpfungseinrichtung ansteuernden aktive Fahrwerkregelung kann ein in der Praxis unter dem Begriff "Active-Body-Control"(ABC)-System bekanntes Fahrwerksystem sein.

Dieses von Mercedes Benz entwickelte Active-Body-Control-System besteht im Wesentlichen aus einem Plunger-Aktuator, welcher in Reihe mit einem passiven Stahlfederelement sowie mit einem hierzu parallelen hydraulischen Dämpfer geschaltet ist, das heißt dieser sogenannte Plunger-Aktuator ist im Wesentlichen in Reihe mit einem üblichen Federbein eines Personenkraftwagens angeordnet. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Plunger-Aktuators für jedes Fahrzeugrad individuell über ein Regelventil. Zur Energiebereitstellung ist ein Speichersystem und eine Hydraulikpumpe vorgesehen, durch die eine gezielte Ansteuerung des jeweiligen Regelventils vorgenommen werden kann und der jeweils gewünschte bzw. von einem elektronischen System geeignet ausgewählte Plunger-Aktuator mit Hydraulikmedium beaufschlagt oder von diesem entlastet wird.

Zur Realisierung eines hohen Fahrkomforts bei gleichzeitiger Steigerung der Fahrdynamik und Fahrsicherheit wird bei diesem System eine Aufbaubewegungs- und Lageerfassung des Fahrzeugs durch Vertikal-, Längs- und Querbeschleunigungssensoren sowie durch Niveau- und Plungerweg-Sensoren, die als Informationsquellen einer komplexen Regelungslogik dienen, durchgeführt. Die elektronische Regelung der Hydraulik erfolgt nach festgelegten Regelstrategien und Kennfeldern auf der Basis von Messgrößen, welche die momentane Bewegung des Fahrzeugaufbaus beschreiben. Dabei kann ein Fahrer zwischen einem komfortori entierten Kennfeld und einem sportlich orientierten Kennfeld über Tastendruck wählen.

Bei dem bevorzugt verwendeten Active-Body-Control-System handelt es sich um ein sogenanntes semiaktives System, da der Regelbereich des aktiven Eingriffs auf 5 Hz begrenzt ist. Damit werden alle niederfrequenten Aufbaubewegungen in Richtung der Fahrzeughochachse, welche vor allem durch Fahrbahneinflüsse angeregt werden, um die Fahrzeugquerachse, welche durch Bremsen und Beschleunigen entstehen, und um die Fahrzeuglängsachse, welche vor allem durch Kurvenfahrt und eine links und rechts unterschiedlich unebene Fahrbahn hervorgerufen werden, bedarfsgerecht minimiert und optimal gedämpft. Höher frequente Schwingungen der Räder werden bei dieser Ausführung durch konventionelle passive Elemente, wie beispielsweise Stahlfedern und Stoßdämpfer mit gleichbleibender Einstellung, isoliert und gedämpft. Eine solche Konzentration des aktiven Eingriffs auf die aufbaurelevanten niedrigen Frequenzen senkt die Anforderungen an die Aktuatoren im Hinblick auf die Reaktionsgeschwindigkeit.

Es versteht sich, dass die Erfindung auch mit Abwandlungen dieses Active-Body-Control-Systems, wie sie beispielsweise in der DE 101 11 551 A1 beschrieben sind, oder mit einer vollaktiven Fahrwerkregelung realisiert sein kann.

Die beschriebene Pre-Crash-Niveauregulierung kann vorteilhafterweise die Gegebenheiten des realen Unfallgeschehens miteinbeziehen, wobei die Variationshäufigkeit der Unfallentstehung und des Unfallverlaufes bei der Ansteuerung durch das Steuergerät 8 der aktiven Fahrwerkregelung 9 berücksichtigt werden kann.

Je nach zu erwartender Aufprallsituation erfolgt die Niveauverstellung der Karosserie geregelt oder ungeregelt bis hin zu einer maximalen Höhenposition der Karosserie auf der Aufprallseite, welche 50 mm bis 90 mm über einer Null-Lage der Karosserie liegen kann, in einer kurzen Stellzeit, welche bis zum Erreichen der maximalen Höhenposition beispielsweise 0,2 bis 0,5 sek beträgt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen eines Kraftfahrzeuges gemäß der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

In der Zeichnung sind prinzipmäßig Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgestatteten Kraftfahrzeuges dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert sind.

Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Pre-Safe-Systems;
2 ein schematisiertes Schnittbild durch ein Federbein des Kraftfahrzeuges nach 1, welches Teil eines Active-Body-Control-Systems ist;
3 ein vereinfachtes Kräfte- und Momenten-Schaubild bei einem Einsatz des in der 1 gezeigten Pre-Safe-Systems während eines Pfahlaufpralls des Kraftfahrzeugs; und
4 ein weiteres Kräfte- und Momenten-Schaubild gemäß der Darstellung in 3 mit einer unterschiedlichen Ansteuerung des Pre-Safe-Systems während eines Pfahlaufpralls des Kraftfahrzeugs.
In 1 ist schematisiert ein Personenkraftwagen 1 ersichtlich, welcher ein die Führung der Fahrzeugräder 2A, 2B, 2C, 2D übernehmendes Fahrwerk 3 aufweist, von dem in der 1 eine Vorderachse 4 und eine Hinterachse 5 dargestellt sind.
Zur Federung und Dämpfung einer Karosserie 6 des Kraftfahrzeuges 1 gegenüber dem Fahrwerk 3 ist eine Federungs- und Dämpfungseinrichtung 7 vorgesehen, welche von einem Steuergerät 8 einer aktiven Fahrwerkregelung 9 angesteuert wird und Teil eines sogenannten Active-Body-Control-Systems ist.
Dabei ist jedem der Fahrzeugräder 2A bis 2D ein in 2 näher dargestelltes Federbein 10A bis 10D zugeordnet, welches die grundsätzlichen Komponenten eines teils aktiven und teils passiven Federungs- und Dämpfungssystems, nämlich eine Reihenschaltung einer Stahlfelder und eines Hydraulikzylinders sowie eines hierzu parallel angeordneten Stoßdämpfers, in einer Baugruppe vereinigt.
Die Baugruppe des in 2 exemplarisch gezeigten Federbeins 10A weist dementsprechend eine Feder 11, einen Stoßdämpfer 12 und eine Fußpunktverstellung 13 auf, wobei die Fußpunktverstellung in Form eines einfach wirkenden Zylinders realisiert ist. Die Feder 11 stützt sich einerseits auf einem mit dem Stoßdämpfer 12 fest verbundenen Federteller 14 und andererseits an einem Plunger 15 ab, welcher mit einer Plungerstange 16 eine Hydraulikkammer 17 einschließt. Um sicherzustellen, dass die Feder 11 in keiner Situation abhebt, wird bei voller Ausfederung eine Restvorspannung vorgesehen.
In der vorliegend hohl ausgeführten Plungerstange 16 ist ein Plungerwegsensor integriert, der nach dem Messprinzip der Zeitmessung arbeitet und die Laufzeit eines Torsionsimpulses erfasst, der auf einer Messstrecke nach dem Prinzip der Magnetostriktion gebildet wird. Hierzu erzeugt in bekannter Weise ein Magnet in einem Positionsgeber einen mechanischen Torsionsimpuls mit konstanter Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die Laufzeit dieses Impulses ist proportional zur Wellenlänge und wird in einer zugeordneten Sensorelektronik in ein entsprechendes Ausgangssignal umgewandelt.
Zur Bereitstellung der Stellenergie für eine Verkippung der Karosserie 6 an den Federbeinen 10A bis 10D wird zweckmäßigerweise ein Hochdruckhydrauliksystem eingesetzt, wobei ein Ölstrom von einem Hydraulikreservoir 18 über eine geeignete Pumpe 19, welche beispielsweise eine sauggedrosselte Radialkolbenpumpe darstellen kann, zu einer Einheit 20 gelangt, welche einen Pulsationsdämpfer zur Geräuschreduzierung, ein Überdruckventil zur Begrenzung des Systemdrucks und einen Drucksensor zur Überwachung des Systemsdrucks und der Druckregelung aufweist.
Über Hochdruckleitungen 21 gelangt das Hydraulikmedium zu Ventilblöcken an der Vorderachse 4 und an der Hinterachse 5, wobei die Ventilblöcke jeweils ein 3/3-Proportional-Wege-Ventil 22 pro Fahrzeugrad 2A bis 2D zum Befüllen und Entleeren des zugeordneten Plungers 15 und somit zur Regelung des Hydraulikmittelstromes zu dem Federbein und von dem Federbein in das Hydraulikreservoir 18 sowie je ein Sperrventil 23, welches ein Absinken der Karosserie 6 bei Stillstand verhindert, aufweisen. Die Sperrventile 23 schließen ebenfalls bei einem Totalausfall des Systems, wodurch das Kraftfahrzeug 1 passiv weiter betrieben werden kann.
Neben dem Hydraulikreservoir 18 kann jeweils ein weiterer Speicher an jeder Achse zur Bereitstellung von zusätzlicher Energie bei Spitzenbelastungen vorgesehen sein.
Das gezeigte Active-Body-Control-System mit der aktiven Fahrwerkregelung 9 erlaubt eine Rundum-Niveauregulierung, wobei vorteilhafterweise ein konstantes, von der Zuladung unabhängiges Fahrzeugniveau eingestellt wird, mit dem ein optimaler Abstand vor einem Fahrzeugrad zu einer Raudausschnittkontur eines Kotflügels der Karosserie 6 festgelegt wird. Zusätzlich beinhaltet der Steuer-Algorithmus des vorliegenden Active-Body-Control-Systems eine aktive Wankstabilisierung.
Die mit der aktiven Fahrwerkregelung 9 zusammenwirkende Federungs- und Dämpfungseinrichtung 7 ist ein Hauptbestandteil eines Pre-Safe-Systems des gezeigten Kraftfahrzeugs 1.
Ein weiterer Hauptbestandteil des Pre-Safe-Systems ist eine Sicherheitssensorik 24, welche eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung 25, ein Fahrzustandssensorik 26, eine Aufprallsensorik 27 und eine Innenraumsensorik 28 umfasst. Die Sicherheitssensorik 24 des Kraftfahrzeuges 1 wird vorliegend in Abhängigkeit der Gefährdungsstufe für das Kraftfahrzeug in unterschiedlichen Stufen angewandt.
Die Komponenten der Sicherheitssensorik 24 können in bekannter Bauweise, beispielsweise in einer der in den eingangs zitierten Patentdokumenten beschriebenen Bauart ausgeführt sein.
So stellt vorliegend die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung 25 eine an sich bekannte 24-GHz-Radar-Nahfeldsensorik mit einer Reichweite von annähernd 20 m bis 30 m und einem Tracking-Bereich von ca. 6 m dar, welche mehrere Abstandssensoren 29 aufweist, deren Anzahl so gewählt ist, dass die Umgebung rund um das Kraftfahrzeug 1 vollständig erfasst wird.
Die Signale der Abstandssensoren 29 werden in einer Datenauswerteeinrichtung 30 zu Informationen über Abstände und Relativgeschwindigkeiten zu einem möglichen Kollisionshindernis, welches ein anderes Kraftfahrzeug, ein immobiles Hindernis oder ein Fußgänger sein kann, sowie über einen möglichen Aufprallwinkel verarbeitet. Die Abstandssensoren 29 senden stark gebündelte elektromagnetische Wellen in Form von kurzen Impulsen aus. Wenn ein Objekt getroffen wird, werden diese Quellen reflektiert, und durch eine Messung der Laufzeit des Impulses zwischen Kraftfahrzeug 1 als Sendeort und dem Hin dernis als Echoort kann die Entfernung zwischen diesen beiden Objekten ermittelt werden. Unter Zuhilfenahme des Doppler-Effektes lassen sich damit auch Geschwindigkeiten eines Objektes relativ zu dem Fahrzeug 1 messen.
Bereits im Normalbetrieb analysiert die Fahrzustandssensorik 26 wichtige fahrdynamische Größen, wie z. B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahlen, Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerbeschleunigungen, eine Gierrate, einen Ein- und Ausfederweg, das Fahrzeugniveau sowie Lenkgeschwindigkeiten, und vergleicht diese Ist-Werte mit vorgegebenen Soll-Werten. Aufgrund dieser Vergleiche werden Fahrdynamiksysteme wie z. B. ein Anti-Blockiersystem und ein elektronisches Stabilitätsprogramm aktiviert, die die Aufgabe haben, den Fahrer in fahrkritischen Situationen zur Vermeidung eines Unfalls zu unterstützen.
Die Crash-Sensorik bzw. Aufprallsensorik 27 erkennt bei einem zu erwartenden Aufprall diesen innerhalb weniger Millisekunden und leitet Informationen über die Unfallschwere an die Datenauswerteeinrichtung 30 weiter. Eingesetzt werden hier bekanntermaßen Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Intrusionssensoren und Kontaktsensoren, die zur Steuerung von beispielsweise pyrotechnischen Rückhaltesystemen dienen.
Ergänzt wird die Fahrzustandssensorik 26, die Pre-Crash-Sensorik bzw. Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung 25 und die Aufprallsensorik 27 durch die Innenraumsensorik 28, welche Informationen über den Status der Insassen, die Insassenposition und die zur Verfügung stehenden Rückhaltesysteme liefert.
Die Daten der Datenauswerteeinrichtung 30 werden an das Steuergerät 8 der aktiven Fahrwerkregelung 9 ausgegeben, wobei die Datenauswerteeinrichtung 30 auch in das Steuergerät 8 integriert sein kann.
Neben Signalen von der Datenauswerteeinrichtung 30 gehen in das Steuergerät 8 Sensorsignale ein, die sämtliche Bewegungen der Karosserie 9, den jeweiligen Plungerweg sowie den Hydraulikdruck und die Betriebstemperatur erfassen. Das Steuergerät 8 generiert aus diesen Eingangssignalen die erforderlichen Ansteuersignale für die Aktuatoren der aktiven Fahrwerkregelung 9 und überwacht seine internen Komponenten sowie alle Ein- und Ausgangssignale auf Fehler.
Die Verknüpfung der Datenauswerteeinrichtung 30 der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung 25 mit dem Steuergerät 8 der aktiven Fahrwerkregelung 9 erlaubt eine Niveauerhöhung der Karosserie 6 auf der zu erwartenden Aufprallseite bei einem bevorstehenden Aufprall eines Kollisionsobjekts auf einen Seitenschwellerbereich des Kraftfahrzeugs 1.
Die 3 zeigt eine einfache Ausführung einer entsprechenden Ansteuerung der aktiven Fahrwerkregelung 9 bei einem Aufprall eines Pfahls 32 als Kollisionsobjekt auf einen Seitenschweller 33 des Kraftfahrzeugs 1. Hierbei wird nach Erkennen der vorstehenden Kollision mit dem Pfahl 32 durch die Datenauswerteeinrichtung 30 die Karosserie auf der Aufprallseite mittels der auf der rechten Fahrzeugseite befindlichen Federbeine 10B, 10D angehoben, so dass durch das Active-Body-Control-System ein Moment M_ABC aufgebracht wird, welches einem bei einem derartigen Pfahlaufprall auftretenden Kippmoment M_S um den Fahrzeugschwerpunkt in Richtung des Kollisionsobjekts 32 entgegenwirkt.
Bei der Ausführung gemäß 3 nimmt die aktive Fahrwerkregelung 9 eine ungeregelte Höherstellung der Karosserie 6 auf der Aufprallseite bis in eine maximale Höhenposition der Karosserie 6 auf dieser Seite vor, da somit die Wahrscheinlichkeit einer größeren Einbeziehung des Schwellers 33 des Kraftfahrzeugs 1 in das Crash-Geschehen am Höchsten ist. Bei der ungeregelten Ansteuerung der Aktuatorik der aktiven Fahrwerkregelung 9 zur Verkippung der Karosserie 6 werden die den Federbeinen 10B, 10D der Aufprallseite zugeordneten Regelventile 22 mit einem Maximalstrom von beispielsweise 1 Ampere angesteuert, so dass eine der maximalen Leitungsfähigkeit des Systems entsprechende Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus auf der Aufprallseite erreicht wird.
Bei einer hiervon abweichenden Ausführung kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass lediglich eine Niveauabsenkung der Karosserie 6 auf der der Aufprallseite abgewandten Fahrzeugseite erfolgt, wobei ebenfalls in der Pre-Crash-Phase eine Verkippung der Karosserie 6 erfolgt, welche dem beim Crash auftretenden Kippmoment M_S in Richtung des Kollisionsobjekts 32 entgegenwirkt. Hierzu kann beispielsweise das Dämpfersystem auf der stoßabgewandten Fahrzeugseite drucklos geschaltet werden.
Ebenso kann eine einseitige Karosserieabsenkung dadurch erfolgen, dass Luft aus einer Luftfederung schlagartig abgelassen wird, wobei eine Absenkgeschwindigkeit von 200 mm/sek erzielbar ist.
Bei einer in 4 gezeigten geregelten Ansteuerung der Aktuatorik wird der Algorithmus zur aktiven Wankstabilisierung des Active-Body-Control-Systems genutzt, um eine Schräglage der Karosserie 6, bei der die Aufprallseite höher als die der Aufprallseite abgewandte Fahrzeugseite ist, zu erreichen.
Bei einem sogenannten Wankmodus wirken die Kräfte F_ABC des Active-Body-Control-Systems auf alle Federbeine 10A bis 10D, wobei die Plunger 15 der Federbeine der jeweiligen Fahrzeugachse 4 bzw. 5 "gegeneinander" arbeiten, d. h. das Hydraulikmedium wird aus der Hydraulikkammer 17 der linken Federbeine 10A, 10C bei einem gleichzeitigen Befüllen der Hydraulikkammern der rechten Federbeine 10B, 10D abgelassen. Dadurch wird nicht nur ein einseitiges Anheben der rechten Fahrzeugseite erreicht, sondern auch ein gleichzeitiges Absenken der linken Fahrzeugseite. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Plun gerwegdifferenz von 50 mm bzw. ein Federweg von mehr als 70 mm in weniger als 0,5 sek erreicht werden.
Vorteilhaft ist bei der Ansteuerung der aktiven Fahrwerkregelung 9 im Wankmodus, dass das aus den abgesenkten Federbeinen abströmende Hydraulikmedium dem Hydraulikkreislauf wieder zugeführt wird und der Systemdruck somit nur kurzzeitig und unwesentlich abfällt.
Da bei Verwendung der Nahfelderkennungssensorik 25 neben Aussagen über den Zeitpunkt des Aufpralls auch Informationen zur zu erwartenden Unfallschwere gesammelt werden können, ist auch eine adaptive Auslösung der Pre-Crash-Niveauregulierung mit einer den tatsächlichen Gegebenheiten entsprechenden Aktivierungsgeschwindigkeit möglich.
So können bei einer hohen Relativgeschwindigkeit zu dem Kollisionsobjekt 32 mit einer zu erwartenden Kollision die maximalen Verstellmöglichkeiten der Federungs- und Dämpfungseinrichtung 7 ausgeschöpft werden, so dass bei Beginn der Kollision die Höherpositionierung bzw. Absenkung der entsprechenden Fahrzeugseite abgeschlossen ist.
Das vorliegende Pre-Safe-System ist jedoch auch in der Lage, situationsbedingt zu handeln, d. h. variable Verstellzeiten zu realisieren, um das Kraftfahrzeug 1 auf einen Crash hin zu konditionieren. So kann bei einer niedrigen Relativgeschwindigkeit unter Sensierung einer nicht mehr zu vermeidenden Kollision die Niveauverstellung vergleichsweise langsamer durchgeführt werden, was für das Befinden des Insassen und die Fahrdynamik von Vorteil ist.
Weitere Parameter, in Abhängigkeit derer die Höhe und die Geschwindigkeit der Fahrzeugniveauverstellung variiert, können vordefinierte, in einem Kennfeld abgelegte Aufprallsituationen und die Art eines detektiertem Kollisionsobjekts sein.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug 1 über eine Sende-Empfangseinheit 31 verfügt, welche mit dem Steuergerät 8 des erfindungsgemäßen Pre-Safe-Systems zusammenwirkt und zum Aussenden sowie Empfangen von Fahrzeugtyp repräsentierenden Signalen ausgelegt ist. Elektronische Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationssysteme sowie Fahrzeug-Funkstation-Fahrzeug-Kommunikationssysteme sind an sich bekannt und können hier zur Generierung von Steuersignalen des Steuergerätes 8 genutzt werden, indem das Steuergerät 8 in Verarbeitung eines Fahrzeugtypsignals und zugehöriger in dem Steuergerät 8 abgelegter Niveaudaten eine Absenkung oder Anhebung der Karosserie 6 einleitet, um ein für den Crash optimales Fahrzeugniveau einzustellen.
Das hier vorgestellte Pre-Safe-System kann selbstverständlich mit allen bisher bekannten elektronischen Pre-Crash-Systemen kombiniert werden oder diese integrieren, wobei die Synergien aktiver und passiver Sicherheitssysteme genutzt werden können.

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Pre-Safe-System, welches wenigstens eine Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung und eine Federungs- und Dämpfungseinrichtung, welche zwischen einem Fahrwerk und einer Karosserie angeordnet und in Abhängigkeit der von der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung aufgenommenen und in einer Datenauswerteeinrichtung ausgewerteten Signale ansteuerbar ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenauswerteeinrichtung (30) der Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (25) mit einem Steuergerät (8) einer die Federungs- und Dämpfungseinrichtung (7) ansteuernden aktiven Fahrwerkregelung (9), mittels der in einer Pre-Crash-Phase bei einem zu erwartenden Aufprall eines Kollisionsobjekts (32), insbesondere eines pfahlartigen Kollisionsobjekts, auf einen Seitenschwellerbereich eine einem Kippmoment (M_S) des Kraftfahrzeugs (1) in Richtung des Kollisionsobjekts (32) entgegen wirkendes Moment (M_ABC) aufgebracht wird, verknüpft ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Niveauerhöhung der Karosserie (6) auf der zu erwartenden Aufprallseite und/oder eine Niveauabsenkung der Karosserie (6) auf der der Aufprallseite abgewandten Fahrzeugseite bei Erkennen einer Aufprallsituation geregelt erfolgt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellzeit zur Fahrzeugniveauverstellung variabel in Abhängigkeit einer Relativgeschwindigkeit zu einem Kollisionsobjekt (32) ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe und Geschwindigkeit der Fahrzeugniveauverstellung von dem Steuergerät (8) in Abhängigkeit einer erkannten Aufprallsituation und/oder eines detektierten Kollisionsobjektes (32) vorgegeben wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Niveauerhöhung der Karosserie (6) auf der zu erwartenden Aufprallseite und/oder eine Niveauabsenkung der Karosserie (6) auf der der Aufprallseite abgewandten Fahrzeugseite bei Erkennen einer Aufprallsituation ungeregelt erfolgt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Karosserie (6) bei Erkennen einer Aufprallsituation auf der zu erwartenden Aufprallseite in eine maximale Höhenposition verstellt wird.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (25) Teil einer Sicherheitssensorik (24) ist, welche des Weiteren eine Fahrzustandssensorik (26) und/oder eine Aufprallsensorik (27) und/oder eine Innenraumsensorik (28) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugumgebungs-Erkennungseinrichtung (25) als eine Radar-Nahfeldsensorik, vorzugsweise eine 24-GHz-Radar-Nahfeldsensorik mit einer Reichweite von wenigstens annähernd 20 m bis 30 m und einem Tracking-Bereich von wenigstens annähernd 6 m, ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungs- und Dämpfungseinrichtung (7) im Wesentlichen mit einem für jedes Fahrzeugrad (2A–2D) vorgesehenen Plunger (15), welcher in Reihe mit einem passiven Federelement sowie parallel zu einem hydraulischen Dämpfer angeordnet ist, ausgebildet ist, wobei die Plunger (15) individuell ansteuerbar sind.