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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung
oder Minderung der Auswirkungen von Verkehrskollisionen unterschiedlicher Art.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Allein
in Schweden werden bei Verkehrsunfällen jedes Jahr 500 bis 600
Personen getötet
und ungefähr
400 verletzt. Weltweit beträgt
die Anzahl an Todesopfern pro Jahr beinahe eine Million. Bei keiner anderen
Aktivität
toleriert die Gesellschaft eine derart enorme Rate and Todesfällen und
Verletzungen. Im Vergleich zum Flugverkehr ist das Risiko, bei einem Straßenverkehrsunfall
verletzt zu werden, 500mal höher.
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Die
der Gemeinschaft entstehenden Gesamtkosten für Verkehrsunfälle (community
of traffic accidents) übersteigen
allein in Schweden SEK 20 Milliarden pro Jahr.
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Der
Wunsch und die Notwendigkeit, die Anzahl an Verkehrsunfällen und
deren Auswirkungen zu mindern, sind auf der ganzen Welt besonders
hoch. Straßennetzwerke
werden kontinuierlich ausgedehnt und verbessert, um dieses Ziel
zu erreichen. Auch die Fahrzeuge wurden auf verschiedene Art und
Weise verbessert, beispielsweise durch das Vorsehen von Sitzgurten,
Fahrer- und Insassen-Airbags, Seiten-Airbags und Sitzgurtvorspannern.
Die Konstruktion der Vorderseite eines Fahrzeuges ist heute derart, dass
eine Knautschzone (Verformungszone) vorgesehen ist, um die kinetische
Energie der Kollision mit einem herannahenden Fahrzeug oder einem
anderen Verkehrshindernis zu absorbieren, wodurch die Belastungen
für die
Fahrer und Insassen verringert werden.
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Patente
für verschiedene
Arten von ausfahrbaren Stoßfängern, die
dafür ausgelegt
sind, die Verzögerung
bei einer Kollision zu reduzieren, wurden in den letzten Jahren
eingereicht. Keine dieser Erfindungen wurde jedoch in die Praxis übernommen,
vermutlich weil sie komplex, schwer und teuer sind und weil sie
einen hydraulischen Betrieb erfordern, der nicht die erforderliche
Entfaltungs- oder Ausfahrgeschwindigkeit leisten kann.
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Die
EP-A-0 589 227 offenbart einen ausfahrbaren Stoßfänger, siehe 4.
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Die
Erfindung ist in den Ansprüchen
1 und 7 kurz gefasst beschrieben.
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WEITERE CHARAKTERISTIKA
DER ERFINDUNG
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Die
Ziele der Erfindung sind, erstens eine Knautschzone bereitzustellen,
die lang genug ist, um Schäden
und Verletzungen des Fahrzeuges und seiner Insassen bei frontalen
Zusammenstößen unterschiedlicher
Art zu verhindern oder zu mindern, und zweitens eine Abprall- oder
Ablenkwirkung bereitzustellen, so dass die Fahrzeuge bei einer Kollision,
bei der jeweils nur ein kleiner Teil der Vorderseite des Fahrzeugs
kollidiert, oder bei einem Zusammenstoß mit einem Baum, Pfosten oder
einem ähnlichen
Hindernis an der Seite der Straße
seitwärts
verschoben werden.
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Die
Erfindung ist außerdem
dafür ausgelegt, das
Risiko von Verletzungen und Schäden
bei Seiten- und Heckaufprallereignissen zu verringern. Die Erfindung
hat auch bei Zusammenstößen mit
Fußgängern, Fahrradfahrern
und Wildtieren eine vorteilhafte Wirkung.
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Die
Erfindung kann außerdem
den Fahrer rechtzeitig auf ein Verkehrshindernis aufmerksam machen,
so dass dieser bremsen oder ein Ausweichmanöver durchführen kann (vgl. Kollisionswarnanzeige
bei einem Flugzeug). Sie kann auch dafür verwendet werden, die Fahrzeugbremsen
zu betätigen, wenn
eine Kollision unvermeidbar ist (dieses Merkmal sollte nur bei Fahrzeugen
mit Bremsen mit Anti-Blockiersystem verwendet werden), den Fahrer
zu warnen, wenn sich sein Fahrzeug zu nahe an dem vor ihm befindlichen
Fahrzeug befindet, und eine Warnung abzugeben, wenn über einer
gewissen Geschwindigkeit ohne Sitzgurt gefahren wird.
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Die
Erfindung kann bei Fahrzeugen aller Art verwendet werden, einschließlich Lastkraftwagen, Bussen,
Minibussen und Automobilen. Sie kann außerdem sowohl bei Links- als
auch bei Rechtsverkehr verwendet werden, wobei dann aber Spiegelbildversionen
hergestellt werden müssen,
um eine Anpassung an jede Anwendung zu ermöglichen. Die Kollisionsschutzvorrichtung
kann auch konvertierbar ausgeführt
werden, so dass eine Funktionsumstellung von Links- auf Rechtsverkehr
und umgekehrt manuell durchgeführt
werden kann.
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Angesichts
der Tatsache, dass eine Kollision zwischen einem Automobil und einem
schweren Fahrzeug beinahe unausweichlich katastrophal für das kleinere Fahrzeug
endet, ist es besonders wichtig, schwere Fahrzeuge mit der Erfindung
auszustatten. Folglich sollte die Kollisionsschutzvorrichtung immer
für eine
Kollision mit einem Automobil ausgelegt sein. Um sicherzustellen,
dass die Erfindung maximalen Schutz bietet, ist eine internationale Übereinkunft
erforderlich, um die Höhe
des Stoßfängers über der
Straße
bei allen Arten von Fahrzeugen zu vereinheitlichen.
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Grundlagen
des Betriebs
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Eine
Erweiterung der Knautschzone wird durch schwenkbares Befestigen
eines Endes des Stoßfängers, welches
für diesen
Zweck ausgelegt ist, an der linken Vorderseite des Fahrzeuges für Rechtsverkehr
(oder an der rechten Vorderseite für Linksverkehr) mittels eines
vertikalen Stifts erreicht, wobei das andere Ende des Stoßfängers durch
ein lösbares Sperrelement
befestigt wird. Wenn eine Kollision bevorsteht, springt die rechte
Seite des Stoßfängers (oder
die linke Seite, je nachdem) nach vorne bzw. wird ausgefahren, so
dass der Stoßfänger, zusammen
mit einer Strebe, die ihn in der ausgefahrenen Stellung verriegelt,
die Form eines Schneepfluges annimmt. Die Strebe kann verschiedene
Formen haben.
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Das
Ausfahren oder die Entfaltung kann mittels eines Instruments initiiert
werden, das aus einem Sensor und einer Recheneinrichtung besteht,
welche am Stoßfänger oder
alternativ auf der Innenseite der Fahrzeugwindschutzscheibe angebracht
sind, um die Sensoroptik sauber zu halten. Der Zweck des Sensors,
welcher ein Laser-, Radar- oder Infrarot-(IR-)Sensor sein kann,
besteht darin, Hindernisse in Fahrtrichtung zu erfassen und anzuzeigen
sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ zum Hindernis und den
Abstand zum Hindernis aufzuzeichnen. Der Sensor kann mit dem Lenksystem
verbunden werden, so dass er der Fahrtrichtung des Fahrzeuges auch
beim Kurvenfahren folgt.
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Wenn
in einem Abstand, der annähernd
dem Bremsweg des Fahrzeugs entspricht, ein Hindernis auftaucht,
lässt die
Recheneinrichtung dem Fahrer ein Warnsignal zukommen, das entweder
optisch und/oder akustisch sein kann. Das optische Signal kann auf
die Windschutzscheibe in den unteren Teil des Blickfeldes des Fahrers/der
Fahrerin projiziert werden, was es ihm oder ihr ermöglicht,
das Fahrzeug abzubremsen oder ein Ausweichmanöver auszuführen. Das Warnsystem ist bei
Dunkelheit und Nebel besonders wertvoll, und es ist insbesondere für Fahrer
mit eingeschränktem
Reaktionsvermögen ausgelegt,
wie etwa durch Alkohol, Drogen oder Medikamente beeinträchtigte
Fahrer, Fahrer, die eingeschlafen sind, sowie ältere Fahrer mit eingeschränktem Seh-
und Hörvermögen. Fahrer,
die aufgrund von Unaufmerksamkeit oder schlechtem Fahrverhalten
im Verkehr überhöhte Risiken
eingehen, erhalten ebenfalls vom System eine Warnung.
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Das
Integrieren eines Signals von den Sitzgurten in das Warnsystem sieht
auch für
diese Funktion ein Warnsignal vor. Das Warnsystem kann zukünftig auch
mit an den Fahrer abgegebenen Geschwindigkeitsinformationen verknüpft werden.
Dies setzt jedoch voraus, dass Geschwindigkeitsbegrenzungszeichen
mit elektronischen Sendern ausgestattet sind, die die Informationen
durch drahtlose Übertragung
an den Fahrer senden.
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Wenn
der Fahrer es trotz der Warnsignale verabsäumt, die Geschwindigkeit zu
verringern, kann das System die Rolle des Fahrers übernehmen
und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges herabsetzen, bis das Warnsignal
erlischt.
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Die
Recheneinrichtung empfängt
vom fahrzeugeigenen Tachometer ein Signal, damit sie den Bremsweg
berechnen kann. Da der Bremsweg erstens von der Reaktionszeit des
Fahrers und zweitens von den Straßenoberflächenbedingungen abhängig ist,
sollte dafür
gesorgt sein, dass verschiedene Oberflächenbedingungen manuell eingegeben
werden können.
Die Reaktionszeit des Fahrers kann ein einzelner konstanter Wert
oder ein für
jeden Fahrer separater Wert sein.
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Wenn
sich das Fahrzeug trotz des Warnsystems weiter auf eine unausweichliche
Kollision zu bewegt, initiiert der Sensor die Entfaltung des Stoßfängers. Dies
findet in einem nur noch geringen Abstand vor dem tatsächlichen
Eintreten der Kollision statt und nur, wenn die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges relativ zum Hindernis einen gewissen Schwellenwert übersteigt.
Folglich muss die Entfaltung innerhalb kürzester Zeit erfolgen. Dies
wird mittels einer Treibladung erreicht, die durch eine elektrische
Zündeinrichtung
gezündet
wird, welche über
die Recheneinrichtung mit dem Sensor verbunden ist. Die Ladung, die
von derselben Art wie eine in Kampfflugzeugen verwendete Schleudersitzpatrone
sein oder aus irgendeiner Art von Verbrennungsgas bestehen kann, treibt
das freie Ende des Stoßfängers mit
großer
Kraft nach vorne, nachdem das Sperrelement gelöst worden ist.
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Der
Stoßfänger und
die Strebe, die ihn in der entfalteten oder ausgefahrenen Stellung
verriegelt, bilden dann die gewünschte
Knautschzone, wobei sie bei einer Kollision mit einem Hindernis,
das nur auf einen kleinen Abschnitt der Fahrzeugvorderseite aufprallt,
auch als Ablenkeinrichtung fungieren.
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Bei
einem völlig
frontalen Aufprall mit hoher Geschwindigkeit verformen sich der
Stoßfänger und die
Strebe, wobei sie die kinetische Energie der Fahrzeuge absorbieren,
so dass die Verzögerung
auf einen akzeptablen Wert beschränkt wird.
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Zur
Verbesserung des Schutzes von Fahrradfahrern, Fußgängern und Wildtieren kann die
gesamte Fahrzeugvorderseite oder ein Teil davon, insbesondere das
Kühlerschutzgitter,
am Stoßfänger befestigt
und daran mitgeführt
werden.
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Der
Schutz der vorstehend genannten Kategorien von Straßenbenutzern
kann durch die Entfaltung einer speziellen Art von Luftkissen längs der
gesamten Länge
des Stoßfängers weiter
verbessert werden. Dieses ist dafür ausgelegt, im aufgeblasenen
Zustand vor dem am Stoßfänger befestigten Schutzgitter
einen Vorhang in Form einer Luftmatratze zu bilden. Auch in diesem
Fall wird das Aufblasen durch die Recheneinrichtung initiiert, so
dass es zu einem Zeitpunkt stattfindet, der mit der Kollisionsgeschwindigkeit
in Beziehung steht.
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Bei
Fahrzeugen mit Bremsen mit Anti-Blockiersystem kann das Signal von
der Recheneinheit auch dazu verwendet werden, die Bremsen direkt
vor dem Zeitpunkt des Aufpralls zu betätigen. Da dies die Reaktionszeit
des Fahrers eliminiert, können
die Bremsen länger
betätigt
und die Kollisionsgeschwindigkeit verringert werden.
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Eine
einfachere Variante der Kollisionsschutzvorrichtung kann bei Lastkraftwagen
und Bussen verwendet werden. In diesem Fall kann die Schutzvorrichtung
mit Hilfe eines doppelt wirkenden Druckluftzylinders anstelle einer
Treibladung entfaltet werden. Die Schutzvorrichtung bleibt entfaltet,
während
sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit bewegt, die über dem
voreingestellten Schwellenwert liegt. Die Vorrichtung beeinträchtigt die
Bedienung des Fahrzeuges nicht.
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Die
Schutzvorrichtung wird eingezogen und verlängert das Fahrzeug nicht mehr,
wenn die Geschwindigkeit unter den Schwellenwert fällt.
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Ein
durch elektrische Signale vom Tachometer des Fahrzeuges gesteuertes
Ventil wird zur Steuerung der Druckluftzufuhr von der normalen Druckluftanlage
des Fahrzeuges verwendet, um sicherzustellen, dass die Schutzvorrichtung
bei der ordnungsgemäßen Geschwindigkeit
entfaltet wird. Da der optronische Sensor und die Treibladung nicht
benötigt werden,
ist diese Version des Systems erheblich einfacher, kostengünstiger
und zuverlässiger.
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Liste der
Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht eines Lastkraftwagens mit der Kollisionsschutzvorrichtung
in eingezogener Stellung.
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2 ist
eine Draufsicht auf ein Automobil und einen Lastkraftwagens direkt
vor der Kollision.
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3 ist
eine Draufsicht auf die Kollisionsschutzvorrichtung in eingezogener
Stellung.
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4 ist
eine Draufsicht auf die Kollisionsschutzvorrichtung in entfalteter
Stellung.
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5 zeigt
eine alternative Strebenausführung.
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6 zeigt
die pneumatisch betätigte
Version der Kollisionsschutzvorrichtung in eingezogener Stellung.
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7 zeigt
die pneumatisch betätigte
Version der Kollisionsschutzvorrichtung in entfalteter Stellung.
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8 ist
eine Seitenansicht eines Lastkraftwagens mit entfalteter Kollisionsschutzvorrichtung.
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9 ist
eine Draufsicht auf ein Automobil und einen Lastkraftwagens direkt
vor der Kollision.
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- 1
- Stoßfänger und
Kollisionsschutzvorrichtung
- 2A
- Sensor,
wobei die Recheneinrichtung (30) am Stoßfänger angebracht ist
- 2B
- innerhalb
der Windschutzscheibe angebrachter Sensor
- 3
- Vertikalstift
- 4
- Druckluftzylinder
- 5
- Kolbenstange
- 6
- Anlenkbolzen
- 7
- Druckluftventil
- 8
- Rolle
- 9
- Fahrzeugchassis
- 10
- Sperrelement
- 11
- Stift
- 12
- Feder
- 13
- Treibladung
- 14
- elektrische
Zündeinrichtung
- 15
- Kabel
zwischen elektrischer Zündeinrichtung und
Recheneinrichtung
- 16
- Hülse
- 17
- Strebe
- 18
- Vertikalbolzen
- 19
- Längskanal
im Stoßfänger
- 20
- Sperrelement
- 21
- Feder
- 22
- Strebe,
rückwärtiger Abschnitt
- 23
- viskoses
Medium
- 24
- Strebe,
vorderer Abschnitt
- 25
- ortsfester
Durchflussbegrenzer
- 26
- Dichtungsmembran
- 27
- am
Stoßfänger angebrachtes
Kühlerschutzgitter
- 28
- Luftkissen
- 29
- Kanal
für nicht
entfaltetes Luftkissen
- 30
- in
den Sensor (2) integrierte Recheneinrichtung
-
Typische Ausführungsform
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1 zeigt
den vorderen Abschnitt eines Lastkraftwagens, der mit der Kollisionsschutzvorrichtung
(1) und einem Sensor (2) mit einer Recheneinrichtung
(30) zur Aufzeichnung der relativen Geschwindigkeiten und
Abstände
in Fahrtrichtung ausgestattet ist.
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Der
Sensor wird gemäß bekannter
Technologie hergestellt und an diese spezielle Anwendung angepasst.
Wenn der Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis einen
gewissen Schwellenwert übersteigt,
löst der
Sensor mittels einer elektrischen Zündeinrichtung (14),
die durch das Kabel (15) mit der Recheneinrichtung (30)
verbunden ist, die Treibladung (13) aus.
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Dies
bewirkt, dass ein Ende des Stoßfängers (1)
um den Vertikalstift (3), der von einem Lager im Fahrzeugchassis
(9) gehalten wird, herum nach vorne springt bzw. ausgefahren
wird. Das rechtsseitige Ende der Strebe (17) schwenkt um
einen zweiten Vertikalstift (3'), der von einem Lager im Fahrzeugchassis
(9) gehalten wird. Am linken Ende ist die Strebe (17)
durch den Vertikalbolzen (18) am Stoßfänger (1) befestigt,
der mit einer Rolle (8) versehen sein kann.
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Das
Sperrelement (10) für
den Stoßfänger (1)
wird im selben Moment gelöst,
in dem die Treibladung (13) gezündet wird, wobei die Hülse (16),
die die Ladung teilweise umgibt, nach hinten gedrückt wird,
um das Sperrelement (10) zu lösen.
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3 zeigt
die Strebe (17) und den Stoßfänger in eingezogener Stellung. 4 zeigt
die Kollisionsschutzvorrichtung in entfalteter bzw. ausgefahrener
Stellung, montiert an einem Fahrzeugchassis.
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Wenn
die rechte Seite des Stoßfängers (1) ausgefahren
wird, gleitet das linke Ende der Strebe (17), das den Bolzen
(18) mit sich führt,
längs einem Kanal
(19) im Stoßfänger (1),
bis seine Bewegung durch die Kanallänge beendet wird. Die Strebe
(17) wird in dieser Stellung durch das Sperrelement (20) und
die Feder (21) verriegelt.
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5 zeigt
eine alternative Ausführung
der Strebe (17) mit hydraulischer Energieabsorption. Bei dieser
Version besteht die Strebe aus zwei Teleskopabschnitten. Der Hohlraum
im rückwärtigen Abschnitt
(22) ist mit einem viskosen Medium (23) gefüllt. Der
vordere Abschnitt ist mit einem ortsfesten Durchflussbegrenzer (25)
und einer Dichtungsmembran (26) versehen, deren Zweck darin
besteht, das flüssige
Medium (23) daran zu hindern, in den vorderen Abschnitt
(24) zu fließen.
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Diese
Version der Strebe wird in gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen
Alternative entfaltet. Zum Zeitpunkt der Kollision jedoch, wenn dem
Stoßfänger (1)
eine schwere Last auferlegt wird, werden die zwei Abschnitte zusammengedrückt, wodurch
das viskose Medium (23) einem extrem hohen Druck ausgesetzt
und die Dichtungsmembran (26) gesprengt wird, so dass das
Medium (23) im rückwärtigen Abschnitt
durch den Durchflussbegrenzer in den vorderen Abschnitt (24)
fließt.
Dies erzeugt eine gesteuerte Bremswirkung, die außerdem in
Abhängigkeit
von der Kollisionsgeschwindigkeit automatisch variiert. Je höher die
Geschwindigkeit, desto größer der
durch die Strebe bereitgestellte Widerstand, was genau der gewünschte Effekt
ist. Bei niedrigen Kollisionsgeschwindigkeiten wird es dadurch der
Strebe ermöglicht,
die gesamte kinetische Energie der Fahrzeuge ohne Verformung zu
absorbieren.
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Die
Strebenabschnitte (22 und 24) können im
Querschnitt quadratisch, rechteckig oder kreisförmig sein und verdoppelt werden,
um den Widerstand zu erhöhen.
In diesem Fall sind nur die rückwärtigen Abschnitte
(22) starr aneinander befestigt, während die vorderen Abschnitte
(24) durch den Bolzen (18) miteinander verbunden
sind.
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Bei
beiden Alternativen sind der Stoßfänger und die Strebe solchermaßen ausgeführt, dass
sie, während
sie einer Verformung unterworfen sind, die kinetische Energie eines
leichten Fahrzeuges (eines Mittelklassewagens) bei einer Kollision
mit einer Geschwindigkeit, die hinsichtlich Kollisionen unterschiedlicher
Art durchschnittlich ist, absorbieren können.
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Die 6 und 7 zeigen
eine einfachere Variante der Kollisionsschutzvorrichtung, die zur
Verwendung bei Lastkraftwagen und Bussen geeignet ist.
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In
diesem Fall wird der Stoßfänger (1)
durch einen doppelt wirkenden Druckluftzylinder (4) entfaltet,
dessen Kolbenstange (5) die Strebe (17) und infolge
dessen den Stoßfänger (1)
betätigt.
Die Luftzufuhr zum Zylinder (4) wird durch ein Ventil (5)
gesteuert, das wiederum durch ein elektrisches Signal vom Fahrzeugtachometer
gesteuert wird. Die Druckluft wird der normalen Druckluftanlage
des Fahrzeugs entnommen.
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Die
Entfaltung findet bei einer spezifischen, voreingestellten Schwellengeschwindigkeit
statt. Wenn die Geschwindigkeit unter diesen Wert fällt, wird
die Kolbenstange (5) nach innen gezogen und der Stoßfänger (1)
in die eingezogene Stellung zurückgeführt, in
der er das Fahrzeug nicht verlängert.
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8,
bei der es sich um eine Seitenansicht der Kollisionsschutzvorrichtung
(Stoßfänger) in
entfalteter Stellung an einem Lastkraftwagen handelt, zeigt außerdem das
am Stoßfänger befestigte
Kühlerschutzgitter
(27) sowie ein vor dem Schutzgitter befindliches aufgeblasenes
Luftkissen. In der nicht entfalteten Stellung befindet sich das
Luftkissen in einem Kanal (29) im Stoßfänger (1).
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9 zeigt
einen Lastkraftwagen mit entfalteter Kollisionsschutzvorrichtung
(Stoßfänger) sowie das
Automobil, ebenfalls mit entfalteter Kollisionsschutzvorrichtung,
direkt vor dem Zusammenstoß. Die Überschneidung
zwischen den Fahrzeugen beträgt
40%, welches der Mittelwert ist, der aus einer Mehrzahl an Studien über Frontalkollisionen
bei Rechtsverkehr ermittelt wurde.