SE538473C2 - System för krockskydd innefattande adaptiva trycksättningsbara strukturer - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett system för krockskydd innefattande adaptivatrycksätmingsbara strukturer i syfte att åstadkomma ett förbättrat skydd för åkande i ettfordon i samband med främst frontalkollision, genom att strukturerna bättre utnyttjar dentillgängliga retardationssträckan vid deformationszonen adaptivt till krocksituationen. 21

Description

SYSTEM FÖR KROCKSKYDD INNEFATTANDE ADAPTIVATRYCKSÄTTNINGSBARA STRUKTURER Tekniskt område Föreliggande uppfinning avser trycksättningsbara multiadaptiva strukturer varsenergiabsorberande egenskaper kan anpassas i förhållande till flera olika krocksituationermed varierat krockvåld. Vidare innefattar den föreliggande uppfinningen ett förfarande föranvändning av de trycksättningsbara energiabsorberande strukturerna med syftet att åstadkomma ett förbättrat skydd för de åkande i ett fordon.

Teknisk bakgrund I samband med kollisioner med fordon uppstår oftast ett avsevärt krockvåld på den åkande.Vid frontalkollisioner, sidokollisioner eller upphinnandekollisioner uppstår ofta ett såkraftigt våld mot de åkande att det resulterar i lättare och svårare skador som kan verka imånga år och även skador med dödlig utgång. Tåligheten mot krockvåld vid till exempelfrontalkollisioner varierar mellan människor, men generellt blir människor ömtåligare vidstigande ålder. Mänskligt lidande och sjukvårdskostnader som förorsakas av kollisionermed bilar är ett stort problem för samhället. Problemen, såsom händelser ochomständigheter, som orsakar döda och skadade i trafiken är så komplexa att det krävsmånga olika typer av åtgärder för att nedbringa lidandet och kostnadema, vilket den föreliggande uppfinningen är en av.

I syfte att skydda de åkande vid en kollision mellan ett fordon och annat objekt, till exempelannat fordon, konstrueras fordons karosser med avsedda deformationszoner för absorptionav krockenergi. Fordonen utrustas även med allt mer komplexa skyddssystem såsom säkerhetsbälten med bältesförsträckare och kraftbegränsare och flerstegskrockkuddar.

En del av det komplexa problemet i samband med krocksäkerhet och för fordonkonstruerade med deformationszoner är orsakat av att krocksituationema varierar så mycketvad gäller fordonens hastighet, vikt, kollisionspunkt och egenskaper i de engagerade strukturerna.

De strukturegenskaper som är gynnsamma vid höga kollisionshastigheter kännetecknas avhög styvhet för att rörelseenergin ska absorberas utan att allvarlig kupéinträngning uppstår.

Vid låga kollisionshastigheter är det gynnsammare med relativt mjuka strukturegenskaper för att göra retardationssträckan och krockpulsen så lång som möjligt för de åkande. Därförkommer de gynnsamma egenskaperna vid höga och låga kollisionshastighetema i konflikt med varandra.

Vid frontalkollisioner engageras mer eller mindre energiabsorberande strukturer beroendeav hur stor yta som träffas vid fronten i samband med kollisionen. Vid en helfrontskrockmed 100 % överlappning kommer de längsgående sidobalkama på höger och vänster sidaatt engageras. Vid 40 % överlappning blir den ena sidan engagerad. Ett fordonskarosstruktur måste uppfylla tillräckligt höga skyddskrav vid offentliggj orda krocktester föratt marknaden ska köpa bilarna. Dessa testmetoder kan dock ställa olika krav påfrontstrukturen så att optimering mot ett test kan vara negativt för ett annat test. Vidverkliga kollisioner kan optimering mot ett test där en relativt styv struktur är att föredravara till nackdel för de åkande vid kollisioner i låga hastigheter då de åkande utsätts förrelativt hög retardationspuls med skaderisk som följd. Om deforrnationszonen optimeras förtester där en relativt mjukare struktur är att föredra kan det vara negativt vid kollisioner ihöga hastigheter såväl som vid offset-kollisioner genom att deforrnationszonen trycks ihop så mycket att skadebringande kupéinträngning uppstår.

Variationema i vikt mellan de krockande fordonen gör att de åkande kan vara antingenvinnare eller förlorare. När en lätt bil krockar med en avsevärt tyngre bil retarderas denlättare bilen mer och får svårt att på ett gynnsamt sätt utnyttja den tyngre bilensdeforrnationszon, på grund av att det tyngre fordonet har styvare deforrnationsbalkar somska klara krocktester vid både helfronts- och offset-kollision. Det lättare fordonet utsättsunder krockförloppet för större retardation i förhållande till det tyngre fordonet med större risk för kupéinträngning och personskador som följd.

Retardationspuls Vid en kollision med fordon, i detta fall beskrivs frontalkollision, uppstår för fordonet, tillexempel vid stolsinfästningen en krockpuls och för de åkande, till exempel vid bröstkorguppstår en annan krockpuls eller retardationspuls. Krockpulsen beskrivs som en funktiondär accelerationen varierar med tiden (t). Krockpulsens utseende hos fordonet, till exempelvid stolinfástningspunkterna, påverkas bland annat av de engagerade deformationszonemasstyvhet och längd, fordonets massa och hastighet samt de egenskaper det andra objektet har, mot vilket kollisionen sker. De åkandes krockpulser eller retardationspulser påverkas av fordonets krockpuls, säkerhetsbältets egenskaper, krockkuddens egenskaper samt stolensoch nackskyddets egenskaper.

Retardationssträcka Den tillgängliga retardationssträckan och hur den utnyttjas är väsentligt förretardationspulsen för den åkande. En längre retardationssträcka möjliggör en lägreretardationspuls. Den tillgängliga retardationssträckan för de åkande, till exempel vidbröstpartiet, består därför vid frontalkollision av fordonets defonnationslängd plusavståndet som finns mellan stolens ryggstöd och ratten plus rattens och styrkolonnensinträngning minus kroppens tjocklek. Den åkandes krockpuls är beroende av hur fordonetsdeforrnationszon är utformat att utnyttjas vid kollisionen och samspelet med de inre skyddsanordningama.

Variation av krockar Det stora problemet vid konstruktion av bilars skyddssystem är att krocksituationemavarierar enormt från en krock till en annan. Skyddssystemet måste exempelvis erbjudatillräckligt säkerhet vid lätta och relativt ofarliga krockar såväl som vid kraftiga kollisionermed hög skaderisk. Vidare varierar fordonens vikt och kollisionstyp mycket. Även normerfrån myndigheter och resultat av offentliga krocktester, till exempel Euro NCAP, påverkarbiltillverkamas sätt att bygga bilar för att klara speciella krocksituationer. I Euro NCAP”soffentligt presenterade krocktester är det viktigt att de engagerade defonnationszonema i enfordonsfront dimensioneras så att de defonneras tillräckligt vid en kollision av typenoffsetkrock där 40 % av frontens bredd träffas vid krocktillfället. Samtidigt skallfordonsfronten klara av att minska hastigheten av de åkande på ett skyddande sätt videxempelvis en helfrontskollision (100 % av frontens bredd) med varierande hastighet. I detsenare krockfallet riskerar de åkande att utsättas för onödigt höga krockkrafter därför attdeformationszonernas egenskaper är anpassade för att ha en lämplig energiupptagningsförmåga vid offsetkrock.

Nuvarande konstruktioners bristerKompromisser mellan egenskaper blir nödvändiga när frontstrukturen inte får vara för hårdför en helfrontskollision med 100 % överlappning eller för mjuk för en offset-krock med till exempel 40% eller mindre överlappning och inte vara för mjuk för höga krockhastigheter eller för hård vid lägre krockhastigheter.

Med anledning av ovanstående beskrivning är det uppenbart att det föreligger möjligheteratt väsentligen förbättra krockegenskapema för fordon till att bättre skydda de åkande i bilarfrån skador i samband med kollision. Det skulle vara idealiskt om krockegenskapema varadaptiva till den aktuella kollisionen och att krockegenskapema kan varieras till flera krocksituationer.

I syfte att åstadkomma en förbättring av ovan beskrivna problem föreslås en lösning somenligt uppfinningen ska ge fordonet en mer adaptiv frontstruktur, det vill säga egenskaperna ska kunna vara styvare eller mjukare, med anpassning beroende av kraven för krocksituationen.

Känd teknik System och utrustningar avsedda att användas för att detektera en förestående kollision ärsedan tidigare kända. Exempelvis beskrivs i patentskriften WO20060527OO ett system föratt detektera en förestående kollision med radarteknik och minst en optisk sensor. Även ipatentskriften US20070228704Al beskrivs ett system för att detektera en föreståendekollision det vill säga ett pre-crash-system. Systemet är avsett att initiera utlösningen avminst en krockkudde i fordonet. Systemet innefattar dock inte en avkänning av föreståendekollision med avsikt att förändra de energiabsorberande strukturerna, till exempel longitudinalbalkama.

Trycksatta karosseridetalj er är sedan tidigare kända, exempelvis i den tyska patentskriftenDE23 643 OO, av sökande Porsche, beskrivs ett system för att trycksätta slutna utrymmen ikarosseridelar såsom i longitudinalbalkama. Genom att de slutna utrymmena ilongitudinalbalkama, eller andra slutna utrymmen, trycksätts ökar den kraftupptagandeförmågan i dessa. I patentskriften beskrivs användande av mekaniska sensorer föraktivering av gasgeneratorer vid eller efter kollisionstidpunkten. Konstruktionen skiljer sig därigenom väsentligen från den föreliggande uppfinningen.

Ett exempel på strukturella enheter vilka är avsedda att användas för att styva upp fordonetvid en kollision beskrivs i patentskriften US5845937. De strukturella enheterna utgörs avslutna rör vilka deformerats vid tillverkningen. Vi en kollision bringas de strukturellaenhetema att expandera till sin ursprungliga form. Genom expansionen uppnås en högre kraft- och energiupptagande förmåga. Konstruktionen skiljer sig väsentligen från den granskade konstruktionen bland annat genom att expansionen inte sker före kollisionstidpunkten. Även i patentskriften US5908204 beskrivs ett system för att vid en kollision, eller liknande,styva upp ihålig strukturer såsom balkar, genom att strukturen bringas att expandera medhjälp av trycksatt gas. Genom expansionen ökas konstruktionens kraftupptagande förmåga.Systemet innefattar en gasgenererande enhet innesluten i den ihåliga strukturen.

Konstruktionen skiljer sig väsentligen från den föreliggande uppfinningen.

I patentskriften SE5223 02 av uppfinnaren enligt den föreliggande uppfinningen beskrivsanvändning av aktiva deformationsbalkar i fordon. De aktiva deformationsbalkarnainnefattar styvhetsförändrande organ vilka tryckförsätter och formförändrardeformationsbalkarna i ett eller flera steg. Konstruktionen skiljer sig väsentligen från den föreliggande uppfinningen.

Reglerbara gasgeneratorer avsedda att användas för att expandera ihåliga expanderbarakroppar såsom krockkuddar är sedan tidigare kända i ett stort antal varianter och utföranden.

Kort beskrivning av uppfinningstanken Uppfinningen avser ett förfarande att förbättra utnyttjandet av den tillgängligaretardationssträckan vid deformationszonema i karosstrukturema och att väsentligt bättreanpassa dess egenskaper till flera olika krocksituationer. Genom detta kommerpersonskyddet att bättre anpassas och optimeras för flera olika krocksituationer från låga tillhöga hastigheter och från helfront till liten överlappning av träffytoma. Skadenivåerna kan därigenom sjunka och hastigheten för överlevnad kan öka.

Detta åstadkoms enligt den föreliggande uppfinningen genom att de energiabsorberandebalkama varierar i styvhet adaptivt för krocksituationen. Variationen av styvheten skergenom trycksättning med varierat tryck. Det varierade trycket kommer från en eller fleragasgeneratorer. Det övriga säkerhetssystemet till exempel bältesförsträckare,kraftbegränsare, krockkuddar, säten och styrkolonn förutsätts interagera med strukturegenskapema.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinningen är att skapa trycksättningsbara frontstrukturer vilka i samverkan med övriga enheter i fordonets säkerhetssystem medger att frontens energiabsorberande förmåga anpassas i förhållande till olika krocksituationer så att de åkande påverkas så lite som möjligt av sammanstötningen vid en krocksituation.

Kortfattad beskrivning av figurerDen föreliggande uppfinningen kommer i det följ ande att beskrivas närmare i detalj medhänvisning till bifogade schematiska ritningar som i exemplifierande syfte visar de för närvarande föredragna utföringsformerna av uppfinningen.

Figur 1 och 2 visar i en sidovy ett fordon i kombination med ett illustrerande kraftdiagram.Figur 3 visar ett fordon sett från ovan försett med trycksättningsbara adaptiva strukturer i ettej aktiverat läge.

Figur 4 visar ett fordon sett från ovan försett med trycksättningsbara adaptiva strukturer i ettaktiverat (trycksatt) läge.

Figur 5 visar schematiskt ett fordon sett från sidan med ett inlagt kraftdiagram.

Figur 6 visar schematiskt ett fordon sett från sidan, där trycksättningsbara struktureraktiverats och expanderat i fordonets längsgående riktning, med ett inlagt kraftdiagram.Figur 7a och 7b visar samverkande adaptiva strukturer i kombination med ett kraftdiagram.Figur 8a och 8b visar samverkande adaptiva strukturer i kombination med ett kraftdiagramdär den nedre longitudinella sidobalken i frontstrukturen är anordnad att varatrycksättningsbar.

Figur 9 till ll exemplifierar den ingående balkens funktion.

Figur 12 visar expanderbara adaptiva strukturer i fordonets främre innerskärm i ett ickeaktiverat läge.

Figur 13 visar expanderbara adaptiva strukturer i fordonets främre innerskärm i ett aktiveratläge.

Figurer 14A till l4D visar ett tvärsnitt av den ingående balken i olika trycksatta lägen.

Figur 15A visar schematisk fronten på ett fordon som är försedd med expanderbaraadaptiva strukturer i enlighet med den föreliggande uppfinningen i ett icke aktiverat läge,förutom 15.

Figur 15B visar schematisk fronten på ett fordon som är försedd med expanderbara adaptivastrukturer i enlighet med den föreliggande uppfinningen i ett aktiverat läge.

Figur 16 visar mera i detalj ett diagram som illustrerar förhållandet mellan kraft och intryckt sträcka i fronten.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Med hänvisning till figurema Visas schematiskt ett fordon 1 vilken är försedd med ett antaltrycksättningsbara adaptiva frontstrukturer 2. De trycksättningsbara adaptivafrontstrukturerna innefattar minst ett inre utrymme 3 som är anordnade att vara trycksättbartmed minst en trycksättningsanordning 4 (visad i figur 9) såsom företrädesvis en eller fleragasgenererande enheter 4. De gasgenererande enhetema 4 utgörs av en eller flera ampuller5 och är anslutna via ledningar till minst ett styrsystem 6 (styrsystemet illustreras av en boxi figur 9) vilket interagerar med fordonets säkerhetssystem. Styrsystemet 6 styr aktiveringenav de gasgenererande enheterna 4 samt styr trycknivån i respektive trycksättningsbaradaptiv frontstruktur 2 före och under kollisionsförloppet. Trycksättningsanordningen 4 kanutgöras av någon sedan tidigare känd gasgenererande anordning vilken är lämplig förändamålet. Exempelvis kan den gasgenererande anordningen utgöras av en gasbehållare,ampull eller liknande från vilken högt trycksatt gas frigörs. Vidare kan den gasgenererandeenheten utgöras av en eller flera ampuller 5 innefattande pyrotekniska laddningar eller liknande.

Det nya med den föreliggande uppfinningen är att trycknivån i respektive trycksättningsbaradaptiv frontstruktur 2 styrs under tiden före och under kollisionen. Styrningen uppnåsgenom att strukturerna 2 trycksätts av en reglerbar trycksättningsanordning 4. Genomreglerbarheten kan trycknivån i respektive trycksättningsbar adaptiv struktur 2 anpassasunder det aktuella krockförloppet. Trycksättningsanordningen 4 är utformad att medge ettvariabelt massinflöde in i det inre utrymmet 3 i respektive struktur 2. Det variablamassinflödet åstadkoms genom att flera ampuller 5 finns i trycksättningsanordningen 4 ochatt dessa kan avfyras ensamt, parallellt eller i sekvens beroende av önskad karaktär påtryckpulsen i balkstrukturen. Den kraft som krävs för att trycka samman respektivetrycksättningsbar adaptiv enhet 2 är beroende av trycknivån i denna enhet vilken i sin tur ärberoende av antalet avfyrade ampuller 5 och de avfyrade ampullemas styrka. Altemativtkan trycksättningsanordningen 4 utgöras av en gasgenerator med utsläppsventil med variabelt tvärsnitt vilket ger variabelt tryck i respektive trycksättningsbar adaptiv enhet 2.

I samtliga fall styr styrenheten trycksättningsanordningen/gasgeneratom och dess massinflöde i trycksättningsbar adaptiv enhet 2 (exempelvis balken, kudden etc).

Ett ytterligare utförandeexempel på kontroll av balkens trycknivå sker genom en tryckregulator genom vilket trycket kan anpassas under krockförloppet. I ett ytterligare utförandeexempel kan respektive trycksättningsbar adaptiv enhet vara försedd med minst ettutloppshål vars tvärsnittsarea i balken kan vara anordnad att vara justerbar under krockförloppet. Detta kan exempelvis ske med sedan tidigare kända ventiler eller liknande.

Fordonet innefattar vidare ett säkerhetssystem för personskydd. Säkerhetssystemetinnefattar minst ett styrsystem, innefattande en styrenhet, som kontinuerligt samlar ininformation från minst en sensor (eller annat avkännande organ). Företrädesvis samlasinformation in från ett flertal sensorer. Säkerhetssystemet innefattar minst enkrockdetekteringssensor som, innan kollisionen sker, kontinuerligt skannar av föremålframför bilen och skickar information till styrenheten. Krockdetekteringssensorema kanutgöras av radar, lidar, IR-kamera eller andra typer av kameror eller liknande.Krockdetekteringssensorernas konstruktion, funktion och placering utgörs av sedan tidigare känd teknik varför denna teknik inte beskrivs mera utförligt i denna patentansökan.

Vidare innefattar säkerhetssystemet minst ett säkerhetsbälte, minst en krockkudde samtminst en bältesförsträckare. Bältesförsträckare kan vara utformade med variabel kraftnivå,men kan i andra utföringsforrner inneha en kraftnivå. Bältesförsträckama utgörs av sedantidigare känd teknik varför dess placeringar och funktion inte beskrivs mera utförligt idenna patentansökan. Krockkuddarna är utformade med variabel trycknivå beroende avbland armat massinflöden och utloppsarea, men kan i andra enklare utföringsforrner varaenstegsmodeller. Krockkuddama utgörs av sedan tidigare känd teknik varför dess placeringar och funktion inte beskrivs mera utförligt i denna patentansökan.

Vidare innefattar säkerhetssystemet minst en sensor (ej visad i figur) för avkänning av deåkandes vikt och längd. Sensorn (organet) för avkänning av de åkandes vikt och längdutgörs av sedan tidigare känd teknik varför dess konstruktion, funktion och placeringar inte beskrivs mera utförligt i denna patentansökan.

Säkerhetssystemet innefattar vidare minst en sensor för avkänning av fordonets hastighet (ejvisad i figurer) samt minst en sensor för fordonsdynamiken (ej visad i figurer).Hastighetssensorn utgörs av sedan tidigare känd teknik varför dess konstruktion, placering och funktion inte beskrivs mera utförligt i denna patentansökan.

Sensorer för fordonsdynamiken kan utgöras av stötdetektorer, accelerometrar och gyros.Dessa ingår som ett så kallat in-crash-system det vill säga ett system för detektering av kollisionen vid och efter kollisionstidpunkten. Om krockdetekteringssensorerna i pre-crash- systemet inte fungerar, av en eller annan orsak, kommer det föreliggande förfarandet att fåen funktion av ett in-crash-system. In-crash-systemet har en funktion enligt tidigare kändteknik och beskrivs därför inte mera utförligt i denna patentansökan. Sensorema förfordonsdynamiken utgörs av sedan tidigare känd teknik varför dessa konstruktioner, placeringar och funktioner inte beskrivs mera utförligt i denna patentansökan.

Styrenheten 6 bearbetar informationen från sensorerna och tar beslut om åtgärder vidsäkerhetskritiska situationer såsom när allvarlig kollision föreligger. Styrsystemet 6 skickarsignaler om ett aktiveringsförlopp som är adaptivt till de åkandes egenskaper ochkrocksituationen. Exempelvis innefattas åtgärdema av aktivering av bältesförsträckare,uppblåsning av krockkuddar, aktivering av gasgeneratorer för rätt kraftnivå avbalkstrukturerna. Styrenheten kan även styra andra skyddsanordningar såsom ettförflyttningsorgan för tillbakaskjutande av stolen, i syfte att förlänga retardationssträckan.Styrenheten skickar även signaler för aktivering av ett motkraftsavgivande organ, vilketåstadkommer en motkraft i stolen under kollisionsförloppet, om detta organ utgörs av en styrbar enhet.

I altemativa utföringsforrner kan säkerhetssystemet innefatta en krockenergiabsorberandestyrkolonn. Styrkolonnen kan vara utformad att absorbera en kraftnivå. Alternativt kanstyrkolonen vara utformad och anordnad att kunna tryckas in med en variabel kraftnivå.Den variabla kraftnivån kan vara utformad som det adaptiva exemplet av motkraftsgivandeorgan och styras med Styrsystemet 6 som avkänner exempelvis vikten hos den åkandepersonen. Styrkolonner 14 som absorberar en kraftnivå utgörs av sedan tidigare känd teknik varför dessas funktion inte beskrivs mera utförligt i denna patentansökan.

Med hänvisning till figurema 1 och 2 visas ett fordon 1 i kombination med ett diagram somillustrerar kraften per längdenhet som krävs för att trycka samman fordonet i förhållande tillfordonets längdriktning. I kraftdiagrammet visas att en stegvis allt högre kraft krävs för atttrycka samman bilen ju närmare fordonets kupé sammantryckningen kommer. Initialtbehövs en relativt låg kraft att trycka ihop stötfångaren. Därefter krävs en högre kraft för attpressa samman krockboxama varefter en ännu högre kraftnivå krävs för att pressa sammanlongitudinalbalkama. I figuren illustreras fordonet 1 av en personbil. Tänkbart är att andratyper av fordon såsom SUVs, lastbilar, bussar med flera typer av fordon kan förses med uppfinningen enligt den föreliggande patentansökan.

I figur 3 visas schematiskt ett fordon sett från ovan vilket innefattar ett antal varianter avmultiadaptiva frontstrukturer. De trycksättningsbara multiadaptiva frontstrukturema visas iett icke aktiverat läge, det vill säga det nonnala läget innan att dessa aktiverats genom trycksättning.

De adaptiva frontstrukturema utgörs av ett flertal olika typer av enheter. Den förstavarianten av enheterna utgörs av de nedre längsgående longitudinalbalkama (nedresidobalken) 7. De längsgående longitudinalbalkama 7 innefattar vardera minst ett inreutrymme 3 vilket kan trycksättas. Trycksättningen sker med minst entrycksättningsanordning 4. Trycksättningen styrs av styrsystemet 6. I en alternativutfóringsforrn kan det inre utrymmet i de längsgående longitudinella balkama 7 varasammankopplade med längsgående kanaler (expanderbara adaptiva strukturer) i fordonetströsklar (ej visad i figurer) och/eller golvbalkar (ej visade i figurer). Alternativt kan delängsgående kanalerna i trösklama och/eller golvbalkama utgöras av separata expanderbaraadaptiva strukturer (enheter) vilka vardera innefattar minst en inre trycksättningsbart utrymme och minst en trycksättningsanordning 4 vilken styrs av styrsystemet 6.

En andra variant av de trycksättningsbara adaptiva frontstrukturerna 2 utgörs av enkrockbox 8 innefattande minst ett inre utrymme 3 vilket kan trycksättas. Trycksättningen sker med minst en trycksättningsanordning 4. Trycksättningen styrs av styrsystemet 6.

En tredje variant av de trycksättningsbara adaptiva frontstrukturer 2 utgörs av enstötfångarskena 9 vilken innefattar minst ett inre utrymme 3 vilket kan trycksättas med minst en trycksättningsanordning 4.

Vidare kan fotgängarskyddet 10, vilket är den mj ukaste delen av stötfångaren och somvanligen utgörs av ett energiabsorberande material såsom skummaterial eller något annatenergiabsorberande material, utgöra en fjärde variant av en trycksättningsbar adaptivstruktur 2. Fotgängarskyddet 10 innefattar minst ett inre utrymme 3 vilket kan trycksättas med minst en trycksättningsanordning 4. Trycksättningen styrs av styrsystemet 6.

En femte variant av en trycksättningsbar adaptiv frontstruktur 2 utgörs av förbindelsebalken11. Förbindelsebalken 11 utgör en förbindelselärik mellan den longitudinella balken 7 ochstötfångarskenan 9. Förbindelsebalken 11 innefattar minst ett inre utrymme 3 vilket kantrycksättas med minst en trycksättningsanordning 4. Trycksättningen sker med minst en trycksättningsanordning 4 vilken styrs av styrsystemet 6. Förbindelsebalken har den tekniska effekten att denna vid ett icke aktiverat läge medger en rund form av ett främrehörn. Vid aktivering av förbindelsebalken förflyttas hörnet utåt varvid en längredeformationssträcka uppnås. Den längre deforrnationssträckan medger en längre sträcka för uppbromsning och upptagande av krockenergi.

I figur 3 visas även en sjätte variant av en trycksättningsbar adaptiv frontstruktur 12 vilkenär integrerad i eller monterad (sammankopplad) torpedväggen inne i hjulhuset. Denexpanderbara adaptiva frontstrukturen 12 innefattar minst ett inre utrymme 3 vilket kantrycksättas med en trycksättningsanordning 4. Trycksättningsanordningen styrs avstyrsystemet 6. Vid trycksättningen bringas frontstrukturen 12 att expandera. Strukturen 12kan företrädesvis utgöras av minst en expanderbar kropp såsom en krockkudde. Alternativtkan andra för ändamålet lämpliga expanderbara kroppar användas. Strukturen 12 skapar vidaktivering en energiupptagande och krockkraftsfördelande enhet inne i hjulhuset.Konstruktionen löser problemet med att hj ulhuset enligt kända konstruktioner väsentligen inte tar upp någon krockkraft respektive inte fördelar krockkrafter.

I figur 3 visas även en sjunde variant av trycksättningsbar multiadaptiva struktur 13 och 14vilka är integrerad i innerskärmen. Altemativt kan den multiadaptiva strukturen 13 och 14vara monterad i anslutning till innerskärmen eller monterad i nära anslutning tillinneskärmen. Vid trycksättningen bringas strukturerna 13 och 14 att expanderas.Strukturerna 13 och 14 kan företrädesvis utgöras av minst en trycksättningsbar ochexpanderbar kropp såsom en krockkudde. Altemativt kan andra för ändamålet lämpligatrycksättningsbara och expanderbara kroppar användas. Krockkudden kan vara tillverkad avgummi, eller ett polymert material vilket förstärkts (armerats) med exempelvis aramidfiber eller annan för ändamålet lämplig armerande fiber eller liknande.

I alternativa utföringsformer kan torpedväggen mellan kupéutrymmet och motorrurnmetutformas så att denna bildar en trycksättningsbar adaptiv frontstruktur 15 (exempel påtrycksatt visas i figur 15A och 15B). Torpedväggen innefattar minst ett inre utrymme 3vilket kan trycksättas med en trycksättningsanordning 4. Torpedväggen kan företrädesvisbestå av två plåtlager eller liknande vilka samrnanfogats så att ett inre väsentligen tillslutetexpanderbart utrymme bildats. Altemativt kan torpedväggen innefatta ettljudisoleringsfuriktionellt material vara infört i det inre utrymmet mellan plåtarna. Genom konstruktionen uppnås även att torpedväggen får en ljuddämpande filnktion. I en ytterligare 11 utföringsforrn kan minst en expanderbar kropp såsom en exempelvis en krockkudde vara anbringad mot torpedväggen mellan motorn och torpedväggen.

I figur 4 visas samtliga trycksättningsbara adaptiva frontstrukturema 2 aktiverat genom attdessa trycksatts. Exempelvis har de nedre longitudinella balkama 7 trycksats. Vidtrycksättningen kan de nedre longitudinella balkama 7 vara anordnade att förlängas ilänsriktningen av trycksättningen. Alternativt kan de nedre longitudinella balkarna 7väsentligen behålla sin längd vid trycksättningen. I figur 4 har krockboxen 8 aktiveratsgenom att den har trycksatts. Krockboxen 8 kan vara anordnat att förlängas ilängdriktningen vid trycksättningen. Vidare har stötfångarskenan 9 och förbindelsebalken10 aktiverats genom att dessa har trycksatts. Genom trycksättningen har stötfångarskenan 9och förbindelsebalken 10 rätats ut av det inre övertrycket. I figur 4 visas vidare att detrycksättningsbara adaptiva frontstrukturema 12, 13 och 14 aktiverats genom att dessa trycksatts.

Med hänvisning till figur 5 illustreras i ett diagram möjliga variationer av denkraftupptagande fönnågan i en krockbox 8 som vid trycksättning inte expanderas ifordonets längdriktning. Den nedre linjen 16 utgör den kraft som åtgår att defonnerakrockboxen 8 i ett icke trycksatt läge. Den övre linjen 17 illustrerar den maximalakraftupptagande förmågan i krockboxen 8 när denna är maximalt trycksatt. Via styming av trycket i krockboxen 8 kan den kraftupptagande förrnågan i krockboxen 8 styras.

I figur 6 illustreras i ett diagram möjliga variationer av den kraftupptagande förmågan i enkrockbox 8 som vid trycksättning expanderar på längden. Genom förlängningen avkrockboxen 8 ökar den tillgängliga defonnationslängden för krockboxen 8. Den nedrelinjen 16 utgör den kraft som åtgår att deforrnera krockboxen 8 i ett icke trycksatt läge. Denövre linjen 17 illustrerar den maximala kraftupptagande förmågan i krockboxen 8 när dennaär maximalt trycksatt. Via styrning av trycket i krockboxen 8 kan den kraftupptagande förmågan i krockboxen 8 styras.

I figur 7 A och B visas schematiskt två sammankopplade krockboxar 8 och 18 med olikakraftupptagande (och därmed energiabsorberande) förmåga vars bakre krockbox 18 i sinbakre del ansluter till den nedre långsträckta longitudinalbalken 7. Den främre krockboxen8 är i sin främre del ansluten till stötfångarbalken och fotgängarskyddet. I diagrammet visas den kraft som åtgår att pressa samman fordonet i förhållande till avståendet. Den streckade 12 linjen utgör konturerna på av övertryck expanderade enheter. I figuren är den nedre longitudinalbalken inte trycksatt och har därigenom inte en variabel kraftnivå.

Med hänvisning till figur 8 illustreras schematiskt två sarnmankopplade krockboxar 8 och18 med olika kraftupptagande (energiabsorberande) förmåga vars bakre krockboxar 18 i sinbakre del ansluter till den nedre långsträckta longitudinalbalken. Den främre krockboxen äri sin främre del ansluten till stötfångarbalken och fotgängarskyddet. I diagrammet visas denkraft som åtgår att pressa samman fordonet i förhållande till avståendet. Den streckadelinjen utgör konturerna på av övertryck expanderade enheter. I figuren är den nedre longitudinalbalken trycksatt.

Med hänvisning till figur 9 till 11 exemplifieras funktionen för en balk ingående i entrycksättningsbar adaptiv struktur. Balken kan exempelvis ingå i krockboxen, den nedrelångsträckta longitudinalbalken eller i förbindelsebalken. Balken har företrädesvis formatsvia pressning eller annan för ändamålet lämplig metod och formats till en för ändamåletlämplig form. Företrädesvis kan balken helt eller partiellt vara bälgforrnad. Altemativt kanen arman för ändamålet lämplig expanderbar form på balken användas. I figur 9 visas minsten trycksättningsanordning 4 såsom företrädesvis en eller flera gasgenererande enheter. Degasgenererande enhetema är anslutna till minst ett styrsystem 6 (visad i figur 9) vilket interagerar med fordonets säkerhetssystem.

Med hänvisning till figur 10 visas en variant av en balk vilken trycksatts till en nivå därspänningen i materialet ligger under materialets sträckgräns. I figur 11 har balken trycksattstill en nivå där spänningen i materialet överstiger materialets sträckgräns men understiger materialets brottgräns.

Med hänvisning till figur 12 och figur 13 visas en utfóringsforrn av de trycksättningsbaraadaptiva strukturerna 13 och 14. I figur 12 visas de adaptiva strukturerna 13 och 14 i etticke aktiverat läge. I figur 13 visas de trycksättningsbara adaptiva strukturerna i ett aktiverat och trycksatt läge. I figurema är dessa integrerade eller monterade mot innerskärmen.

I figur 14A - D visas i ett tvärsnitt hur balkamas tvärsnitt forrnförändras vid trycksättning. Ifigur 14A visas ett exempel på tvärsnittet på en balk i ett icke trycksatt (aktiverat) läge. Ifigur 14B visas hur balken trycksats till ett tryck där den resulterade spänningen i materialeti balken ligger strax under materialets sträckgräns. I figur l4C har balken trycksatts till en nivå där den resulterande spänningen i balken är över materialets sträckgräns men under 13 materialets brottgräns. Denna trycknivå är speciellt gynnsam för upptagande avlängsgående tryckkrafter i balken. Figur 14D exemplifierar en tänkbar utföringsfonn avtvärsnittet på balken.

I figur 15A visas fronten på ett fordon försedd med en motor 25 sedd från sidan. I figurenvisas exempel på varianter av trycksättningsbara adaptiva strukturer 2 i fordonets 1 front.Exempelvis visas hur torpedväggen 15 kan utgöra en adaptiv trycksättningsbar struktur 2genom att torpedväggen 15 består av en dubbelplåt (två lager av plåt) med minst etttrycksättningsbart inre utrymme. Den övre longitudinalbalken 19 och nedrelongitudinalbalken 7 kan utgöra trycksättningsbara adaptiva strukturer 2. I figuren visasäven en trycksättningsbar adaptiv struktur 2 i form av en höjdreglerande anordning 20vilken är ansluten mellan den undre longitudinalbalken 7 och den övre longitudinalbalken19. Genom trycksättning av den höj dreglerande anordningen kan den övrelongitudinalbalkens 19 och den undre longitudinalbalkens 7 inbördes positioner regleras.Den övre longitudinalbalken 19 och den undre longitudinalbalken 7 kan vara anordnad attväsentligen behålla sin längd vid trycksättning. Företrädesvis är den övrelongitudinalbalken 19 och den undre longitudinalbalken 7 anordnade att förlängas vid entrycksättning. I figuren visas även en trycksättningsbar adaptiv struktur i form av enmotorstödsbalk 21 (även kallad framvagnsbalk och motorbrygga, engelska subframe). Ifiguren visas även trycksättningsbara adaptiva strukturer 2 i form av ett nedrefotgängarskydd 22 och nedre stötf°angarskena 23. I figuren visas även en expanderbaradaptiv struktur i forrn av en nedre krockbox 24 förbunden till en motorstödsbalk 21. Dennedre krockboxen 24 innefattar minst ett trycksättningsbart inre utrymme 3 vilket kantrycksättas av minst en trycksättningsanordning styrd av styrenheten 6. Den nedrekrockboxen 24 är vidare företrädesvis anordnad att förlängas vid trycksättning av det inreutrymmet 3. I en altemativ utföringsfonn kan A-stolpen eller andra vertikala stolpar utgöraexpanderbara adaptiva strukturer 2 vilka vardera innefattar minst ett inre utrymme 3 vilketkan trycksättas av en trycksättningsanordning 4 vilken styrs av styrsystemet 6. Alternativtkan det inre utrymmet (utryrnmena) i A-stolpen, eller annan stolpe i fordonet, vara anslutenmed minst en kanal till den övre longitudinalbalken 19 eller arman expanderbar adaptivstruktur 2. Trycksättningen av det inre utrymmet i A-stolpen, eller annan stolpe i fordonet,kan då ske genom kanalen från den övre longitudinalbalken 1 (eller via minst en kanal från en annan expanderbar adaptiv struktur 2). 14 I figur 15B visas illustrativt formförändringen av de trycksatta adaptiva strukturerna av destreckade linjerna. I figuren visas att longitudinalbalkarna, krockboxarna,stötfångarskenoma och fotgängarskyddet trycksatts och förlängts. Med konstruktionenskapas en längre energiupptagande sträcka än med befintliga sedan tidigare kända konstruktioner.

I figur 16 visas mera i detalj hur kraften i balken kan påverkas att variera. Exempelvis visasi figuren den kraft som krävs för att trycka ihop balken i ett icke trycksatt läge. I figurenvisas även den kraft som krävs för att trycka ihop balken vid en trycksatt balk med konstanttryck. I figuren visas även hur kraft kan regleras att sjunka under sammanpressningen av balken.

Beskrivning av förfarandet Före kollision Vid normal köming har fordonet, som är försett med trycksättningsbara strukturer i enlighetmed den föreliggande uppfinningen, en styvhet som är optimerat för färd med fordonet 1.Fordonet 1 är utrustat med ett säkerhetssystemet innefattande ett krockdetekteringssystemsom har kontroll på eventuella objekt i kollisionskurs. Detektion av kollision sker med eneller flera sensorer avsedda att detektera en förestående kollision med ett objekt exempelvisutgörande av ett andra fordon. Sensorema utgörs av sedan tidigare känd teknik såsom exempelvis sensorer beskrivna i patentskriften US20070228704B1.

I den föreliggande metoden sker detekteringen med ett så kallat pre-crash-system där ävenstötdetektorer kan ingå. I ett annat utförandeexempel sker det genom stötsensorer ochaccelerometrar. Beroende av detektionens utförandeexempel kommer funktionen av balkenatt variera. Vid nyttjande av ett pre-crash-system sker trycksättningen av detrycksättningsbara adaptiva strukturerna huvudsakligen före, tidpunkten för kollisionen.Under kollisionsförloppet styrs sedan trycknivåerna i respektive trycksättningsbar adaptivstruktur (enhet) av styrsystemet 6. Krockenergin kan därigenom upptas adaptivt med bättre precision i förhållande till krocksituationen och tidigare under krockförloppet.

I ett utförandeexempel av pre-crash-system innefattas ett system för identifiering avkollisionsobjekt, till exempel system med kamera med bildprocessor eller genom fordonskommunikation och därmed fordonsidentifiering, kan tidpunkten för trycksättning av de trycksättningsbara adaptiva strukturema 2 och trycket i dessa beräknas och styras med stor precision.

Vid det andra utförandeexemplet, eller om pre-crash-systemet fallerar, innefattande endaststötsensorer möjliggörs endast trycksättning under den tidiga krockfasen. Detta innebärändå en förbättring av fordonets egenskaper när högre krockenerginivåer måste upptas i den engagerade strukturen jämfört med ingen åtgärd.

Krockdetekteringssystemet utformat som ett pre-crash-system bedömer krocksituationenoch egenskaperna av det andra objektet. I utföranden med fordonskommunikation skickastill exempel information om fordonets massa och egenskaper vid den aktuella kollisionenengagerade strukturema. Information om hastighet och kollisionsvinklar kommer frånkrockdetekteringssystemet. Styr och kontrollsystemet beräknar åtgärder utifrån de kolliderande fordonens massa, hastighet, krockvinklar, träffpunkt och strukturegenskaper.

Vid till exempel helfrontskollision och låg hastighet ges låg kraftnivå. Vid sidokollision upptill måttlig hastighet ges låg kraftnivå för att skydda det sidokrockade fordonets åkande. Vidhelfrontskollision i hög hastighet där personskada kan uppkomma utan åtgärd gerstyrsystemet 6 signaler att vidta åtgärder att förstyva en eller flera strukturer, till exempelkrockboxen och stötfångarskenan. Åtgärden kan bestå i att avfyra entrycksättningsanordning 4 med en eller flera arnpuller 5 parallellt eller i sekvens med enfördröjning som bevarar trycket till en nivå som är anpassat till den aktuellakrocksituationen. Vid ytterligare höjd krockhastighet kan sidobalkens tryck höj as ytterligaresamtidigt som torpedväggskudden aktiveras för att absorbera krockenergi när motom flyttasbakåt. Även strukturelementen i hjulhuset kan aktiveras på båda sidor för att ge förhöjdstyvhet.

Vid extremt höga kollisionshastigheter kan trycksättning ske av samtliga strukturer. Helafronten kan då förlängas genom de förlängningsbara strukturkomponenterna, övresidobalken, nedre sidobalken inklusive trycköverföring till tröskelbalkar som ocksåförstyvas, motorstödsbalken inklusive krockboxar och så vidare. Tryckpulsen kan tillexempel välj as att vara som högst vid träffpunkten, och sedan sjunkande underkrockförloppet, vilket ger mycket hög styvhet tidigt under krockförloppet som därefter sjunker under krockförloppet, se figur 20. När inträngningen blir så stor att motom rör sig bakåt och in i torpedväggen höjs styvheten vid torpedväggen. Då har styvheten i 16 sidobalkstrukturema sjunkit, men den totala styvheten i hela frontstrukturen hålls på en relativt konstant nivå.

Vid en krock i hög hastighet med liten överlappning, till exempel 20 procent träffyta, aktiveras strukturerna vid den träffade sidan.

Vid en krock med cirka 40 procents överlappande träffyta, kommer både övre och nedresidobalkarna att engageras. Beroende av krockhastighet vidtas åtgärder vid exempelvisstrukturerna i hj ulhuset, så att den sammanlagda kraftnivån anpassas till den aktuella krocksituationen. Det kan innebära att endast stödbalken och stötfångarskenan aktiveras.

Sidokollision Det adaptiva balksystemet kan aktiveras för att förbättra det egna skyddet när fordonetkrockas från sidan av ett objekt. Men det kan även förbättra skyddet för det andra fordonetnär fordonet sj älv körs in i sidan på armat fordon. De båda situationerna förbättras enligt uppfinningen genom att: l) Vid en förestående kraftig sidokollision från ett objekt (annat fordon) mot fordonet kantrycksättningsanordningama 4 i nedre sidobalkarna aktiveras. Trycket i de längsgåendebalkama i sidostrukturen (trösklama) och a-stolpama ger ökad styrka mot inträngandefordon. Om träffpunkten är långt fram i fordonet aktiveras även strukturerna i hjulhuset till att absorbera krockenergi innan kupéinträngningen blir farlig. 2) Vid en förestående kraftig sidokollision mot annat fordon kan strukturerna lämnas såmjuk som möjligt. Men trycksättningsanordningarna 4 i motorstödsbalk 2l inklusive desskrockboxar 24 kan aktiveras för att krockkrafterna ska komma så långt ner som möjligt,exempelvis i tröskeln, på det träffade fordonet, i syfte att minska inträngningen i huvud- tillbäckenhöj d, så att personskaderisken därigenom kan reduceras på det sidokrockade fordonet.

Höjdkompatibilitet.

Det adaptiva balksystemet kan aktiveras för att förbättra höj dkompatibiliteten mellan olikatyper av fordon. Till exempel: Vid kollision mot fordon med lägre balkstrukturer,exempelvis som mellan SUV och personbil, aktiveras motorstödsbalken och desskrockboxar i SUV:en så att personbilens styvare nedre sidobalk kan engageras och absorbera mycket av krockenergin. Ett armat exempel: Vid en kraftig kollision mot ett 17 fordon med högre balkstrukturer såsom personbil mo SUV kan personbilens övre sidobalkaktiveras. Även den höjdreglerande förbindelsebalk 20 som finns mellan nedre sidobalk 18och övre sidobalk 19 kan aktiveras få att övre sidobalken 19 kommer högre upp samtidigt som den förstyvas för längsgående lastfall.

Andra utförandeexempel ger adaptivitet motvikt och krocksituatíon I en utföringsforin av den föreliggande uppfinningen interagerar styrningen av detrycksättningsbara adaptiva strukturerna med fordonets övriga säkerhetssystem såsomexempelvis bälten, krockkuddar och säten. Genom styrning av dess egenskaper kommerdessa att används mer optimalt i förhållande till den tillgängliga retardationssträckan, den utnyttjade retardationssträckan, den åkandes vikt och längd samt krocksituation.

Detta åstadkoms enligt uppfinningen genom minst en viktavkännande sensor (känner avvikten av personen i sätet) för de åkande, ett krockdetekteringssystem, ett styrsystem ochgenom funktionerna hos de nämnda anordningama för stolens bakåtförsel och bältetsförsträckare och kraftbegränsare. Styrsystemet 6 kan genom krockdetekteringssystemetuppskatta den kommande erforderliga krockpulsen för fordonet. Därefter kan erforderligkraftnivå erhållas vid stolens rörelse bakåt och framåt, bältesförsträckarna,kraftbegränsarna, krockkudden och vid ytterligare utföranden vid styrkolonnen och vid adaptiva strukturer.

I beskrivningen och i de illustrerande figurema har vissa konstruktionsdetalj er ochkomponenter utelämnats vilka är uppenbara för en fackrnan inom det område uppfinningenavser. Samtliga sådana komponenter ingår i den omfattning som krävs för att den avsedda funktionen skall uppnås. Även om vissa föredragna utförandeforrner har beskrivits i detalj, kan variationer ochmodifikationer inom ramen för uppfinningen komma att framgå för fackmannen inom detområde uppfinningen avser och samtliga sådana anses falla inom ramen för efterföljande patentkrav.

Fördelar med uppfinningenMed den föreliggande uppfinningen reduceras de problem med befintliga konstruktioner som tidigare beskrivits i denna patentansökan. 18

Claims (6)

1. System för att i samband med kollision, mellan ett fordon och minst ett objekt,förbättra fordonets förmåga att absorbera rörelseenergi adaptivt till flera olikakrocksituationer med avsikten att de åkande i fordonet skall utsättas för mindreskadlig belastningen vid kollision, vilket system innefattar minst en trycksättningsbarstruktur (2) vars trycksättning sker via minst en gasgenererande enhet (4) som styrsav minst en styrenhet (6), vilken via minst en sensor detekterar en kollision ellerförestående kollision med objektet samt att fordonet innefattar ett flertaltrycksättningsbara adaptiva strukturer, som innefattar minst en adaptivtrycksättningsbar struktur i minst en longitudinalbalk, minst en trycksättningsbarstruktur som utgörs av en kraschbox, minst en trycksättningsbar struktur som utgörsav en trycksättningsbar struktur i hj ulhuset vilkas trycksättning styrs under tiden föreoch under krockförloppet kännetecknat av att systemet innefattar minst entrycksättningsbar struktur (2) som utgörs av en förbindelsebalk (ll), som förbinder en longitudinalbalk (8) och en stötfångarskena (10) i fordonet.

2. System i enlighet med ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att stötfångarskenan (10, 26) utgörs av en trycksättningsbar struktur.

3. System i enlighet med ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att systemetinnefattar minst en trycksättningsbar struktur (2) som utgörs av minst ettfotgängarskydd (11, 25)

4. System i enlighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att systemetinnefattar minst en trycksättningsbar struktur (2) som utgörs av torpedväggen (15) vilken innefattar minst ett trycksättningsbart inre utrymme.

5. System i enlighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att systemetinnefattar en krockenergiackumulerande styrkolonn, innefattande ett antal trycksättningsbara strukturer, vars energiabsorberande förmåga är justerbar.

6. System i enlighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att systemetinnefattar en trycksättningsbar struktur som utgör en höj dreglerande anordning (23)vilken styr den inbördes positionen för en undre longitudinalbalk och en övre longitudinalbalk.