Titel

Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie für ein Fahrzeug nach dem unabhängigen Anspruch.

Stand der Technik

Aus der EP 1 792 786 A2 ist eine Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie, auch Crashbox genannt, der herkömmlichen Art bekannt.

Aus der DE 10 2009 044966 AI ist eine adaptive Crashstruktur bekannt, welche auf Basis eines Verjüngungsabsorbers arbeitet. Durch die Zu- und Abschaltung von Matrizen platten kann der Verjüngungsdurchmesser, also der Grad der Verjüngung, variiert werden und somit die Steifigkeit, also das bereitgestellte Kraftniveau zum Abbau von Kollisionsenergie, angepasst werden.

Heutzutage weisen die Lastpfade in Fahrzeugkarosserien Steifigkeitssprünge auf, wobei diese Sprünge oft an Bauteilgrenzen auftreten.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund wird die vorliegende Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie vorgeschlagen.

Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, verschiedene Kraftniveaus für den Abbau von Kollisionsenergie in Fahrzeugstrukturen bereitzustellen. Genauer gesagt kann die Aufgabe darin gesehen werden, mehrere Kraftniveaus zum Abbau von Kollisionsenergie in einer Vorrichtung darzustellen, wobei die Kraftniveaus sehr weit auseinanderliegen und darüber hinaus das niedrigere Kraftniveau um einen großen Faktor (beispielsweise 20 bis 30) kleiner ist als die höheren Niveaus. Dies wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere durch die Kombination verschiedener Energieabsorptionsmechanismen, erreicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, verschiedene Bauteile bzw. Bauteileigenschaften in einer Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie zu vereinigen, wobei in dieser Vorrichtung die Steifigkeit, also das bereitgestellte Kraftniveau zum Abbau von Kollisionsenergie, über die Längsausprägung der Vorrichtung in mehreren Stufen eingestellt werden kann. Durch die Vereinigung der Funktion mehrerer Bauteile in einem Bauteil kann die Bauteillänge zudem gekürzt werden. Eine solche Kürzung der Länge eines Bauteils eines Fahrzeugs kann zu erheblichen Kosten-, Gewichts-, Schadstoffausstoßeinsparungen führen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, mit der Vorrichtung große Steifigkeitsdifferenzen, also weit voneinander entfernt liegende Kraftniveaus zum Abbau von Kollisionsenergie, in einem System abzubilden.

Dies ist vorteilhaft, um mit ein und derselben Vorrichtung situationsgerecht die passende Steifigkeit, also das passende Kraftniveau zum Abbau von Kollisionsenergie, bereitstellen zu können.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie für ein Fahrzeug, aufweisend

- ein Energieabsorptionselement zum Abbau von Kollisionsenergie

- mindestens eine erste Einrichtung, die mit dem Energieabsorptionselement wechselwirkt, zur Bereitstellung eines ersten Kraftniveaus zum Abbau von Kollisionsenergie

- mindestens eine zweite Einrichtung, die mit dem Energieabsorptionselement wechselwirkt, zur Bereitstellung eines zweiten Kraftniveaus zum Abbau von Kollisionsenergie, wobei das erste Kraftniveau kleiner ist als das zweite Kraftniveau, vermag diese Aufgaben zu lösen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Energieabsorptionselement derart gestaltet, dass sich das Energieabsorptionselement infolge einer Kollision des Fahrzeugs in eine Wirkrichtung bewegt und die mindestens eine erste und/oder die mindestens eine zweite Einrichtung mit dem Energieabsorptionselement bei der Bewegung in die Wirkrichtung wechselwirken. In einer besonderen Ausführungsform dieser Ausführungsform wirkt die erste Einrichtung immer, wobei mindestens eine zweite Einrichtung hinzu geschaltet werden kann.

Vorteilhafterweise ist eine der mindestens einen zweiten Einrichtung in Wirkrichtung hinter der einen ersten Einrichtung angeordnet, insbesondere in einem vorbestimmten Abstand.

Durch diese Anordnung ist mechanisch sichergestellt, dass zunächst ein geringeres Kraftniveau zum Abbau von Kollisionsenergie bereitgestellt wird. Dringt das Energieabsorptionselement allerdings weiter in die Vorrichtung ein, so wird ein höheres Kraftniveau hinzugefügt. Durch diese Anordnung wird zunächst eine „kollisionsgegnerfreundliche" Reaktion auf eine Kollision gezeigt. Dadurch kann bei leichten Kollisionen bzw. bei Kollisionen mit verletzlichen Kollisionsgegnern wie Fußgängern, Fahrradfahrern udgl. ein möglichst geringes Schadpotential bereitgestellt werden. Dringt das Absorptionselement die vorbestimmte Strecke ein, so liegt eine schwerere Kollision vor und der Fremdschutz muss gegenüber dem Eigenschutz zurückstecken. Daher wird mindestens ein zusätzliches Kraftniveau hinzugefügt, um entsprechend mehr Kollisionsenergie abzubauen.

In einer Ausführungsform der Erfindung, ist das Energieabsorptionselement ein Rohr und die zweite Einrichtung derart gestaltet, dass die zweite Einrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie das Rohr plastisch verformt, insbesondere verjüngt.

Vorteilhafterweise ist dann die mindestens eine zweite Einrichtung derart gestaltet, dass der Grad der Verjüngung einstellbar ist, wobei das bereitgestellte zweite Kraftniveau abhängig von dem Grad der Verjüngung ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Einrichtung in mindestens zwei Zustände schaltbar ist, wobei die zweite Vorrichtung in dem ersten Zustand mit dem Energieabsorptionselement nicht wechselwirkt und in den zweiten Zuständen mit dem Energieabsorptionselement zum Abbau von Kollisionsenergie wechselwirkt.

Insbesondere durch diese Gestaltung der Vorrichtung kann situationsangepasst auf eine Kollision reagiert werden. Besonders im Falle einer Kollision mit einem Fußgänger kann auf das Zuschalten der zweiten Einrichtung verzichtet werden.

Soll auf einem höheren Kraftniveau Energie absorbiert werden, wird die zweite Einrichtung, bspw. zur Verjüngung des Energieabsorptionselements, hinzu geschaltet.

In einer Ausführungsform der Erfindung, ist die erste Einrichtung derart gestaltet, dass die erste Einrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie Material von dem Energieabsorptionselement abschabt.

In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Einrichtung derart gestaltet ist, dass die erste Einrichtung zum Abbau von Kollisionsenergie in das Energieabsorptionselement einschneidet.

Die beiden alternativen Ausführungsformen haben sich als geeignet erwiesen, ein Kraftniveau im Bereich von wenigen Kilonewton bereitzustellen. Die Materialbearbeitung erfolgt so, dass das gewünschte Kraftniveau anliegt. Die Materialbearbeitung als Wiederstand gegen die Bewegung des Energieabsorptionselements in Wirkrichtung dient somit zur Bereitstellung eines niedrigen Kraftniveaus. Dieses niedrige Kraftniveau soll bereitgestellt werden, um in Sinne der

Crashverträglichkeit einen besonders geringen Schaden bei dem Kollisionsgegner, in diesem Fall einem Fußgänger, hervorzurufen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Schab- bzw. Schneidwerkzeug der ersten Einrichtung Bestandteil einer Führung des Energieabsorptionselements bzw. eines Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Dadurch lässt sich vorteilhaft der Bauraum der Vorrichtung minimal halten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bestimmungsgemäß ein Teil einer passiven Schutzvorrichtung eines Fahrzeugs. Typischerweise verfügt ein solches Fahrzeug über einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung einer bevorstehenden oder aktuellen Kollisionssituation. Typischerweise findet im Rahmen einer an die Erfassung der Situation angeschlossenen Sensorsignalverarbeitung eine Situationsklassifikation in einem entsprechenden Steuergerät der passiven Schutzvorrichtung, bspw. in einem Airbag-Steuergerät, statt. Abhängig von der Klassifikation der Situation können entsprechende Vorrichtungen, darunter auch die erfindungsgemäße Vorrichtung, angesteuert werden. Dazu kann die Vorrichtung eine entsprechende Schnittstelle zum Empfang eines geeigneten Ansteuerungs- signals aufweisen. Abhängig von dem Ansteuersignal schaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung die zweite Einrichtung entsprechend, um optimal auf die klassifizierte Situation zu reagieren.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la, lb, lc Schnittbilder durch eine adaptive Crashstruktur;

Fig. 2 eine Ansicht einer alternativen, adaptiven Crashstruktur;

Fig. 3a, 3b, 3c, 3d schematische Ansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. la, lb, lc zeigen Schnittbilder durch eine adaptive Crashstruktur in verschiedenen Zuständen.

In Fig. la wird eine adaptive Crashstruktur 10 im Ruhezustand mit einer hart eingestellten Steifigkeit dargestellt. Bei einer Kollision wird das Energieabsorptionselement 11, hier ein Rohr, in Wirkrichtung D in die feste Matrize 12 und in die brechbare Matrize 13 geschoben und dabei stark verjüngt.

In Fig. lb wird eine adaptive Crashstruktur 10 im aktuierten Zustand dargestellt.

Bei einer Aktuierung wird das Einstellelement 14 verschoben. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Energieabsorptionselement 11, hier ein Rohr, ebenfalls in die feste Matrize 12 und in die brechbare Matrize 13 ein. Da das Einstellelement 14 die brechbare Matrize 13 nicht abstützt, kann diese infolge der Aufprägung der Radialkraft durch das Energieabsorptionselement 11, hier ein Rohr, brechen und ausrücken. Die brechbare Matrize 13 wirkt dann nicht mehr auf das Energieabsorptionselement 11, sodass insgesamt weniger Kollisionsenergie ab- gebaut wird, wodurch eine insgesamt niedrigere Steifigkeit, also ein niedrigeres

Kraftniveau zum Abbau von Kollisionsenergie, bereitgestellt wird.

In Fig. lc wird eine adaptive Crashstruktur 10 im Kollisionsfall mit weich eingestellter Steifigkeit dargestellt.

Die Abbildung in Fig. lc zeigt deutlich, dass der Verjüngungsgrad des Energieabsorptionselements 11, hier eines Rohrs, und damit die abgebaute Kollisionsenergie geringer ist, als in der Abbildung in Fig. la, in der die Crashstruktur 10 eine hart eingestellte Steifigkeit aufwies.

Fig. 2 zeigt eine alternative, adaptive Crashstruktur.

Die brechbare Matrize 13 der Ausführungsform der Fig. la bis lc ist dabei durch eine Rohrschelle 23 ersetzt. Die Rohrschelle 23 wird mittels eines entfernbaren Verbindungsmittels, bspw. eines Bolzens 24, zusammengehalten. In einem Zustand, in dem das Verbindungsmittel 24 entfernt ist, wirkt die Rohrschelle 23 nicht auf das Energieabsorptionselement 11, dadurch findet ein geringerer Abbau von Kollisionsenergie statt. Die Fig. 3a bis 3d zeigen Zustände einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 3a ist die Vorrichtung 1 in einem Zustand, der insbesondere für den Fußgängerschutz ausgelegt ist.

Für den Fußgängerschutz wechselwirkt nur die erste Einrichtung 31 mit dem Energieabsorptionselement 11. Bspw. wird nur das Schaben bzw. Schneiden als Energieabsorptionsmechanismus angewendet. Eine Wechselwirkung mit der zweiten Einrichtung 32a, 32b, 32c, bspw. eine Verjüngung des Energieabsorptionselements 11, findet nicht statt. In diesem Fall wirkt also das Kraftniveau Fl.

In Fig. 3b ist die Vorrichtung 1 derart ausgelegt, dass das erste Kraftniveau Fl nur für eine vorbestimmte Bewegungslänge Sl des Energieabsorptionselements 11 allein wirkt. Danach soll das mindestens eine zweite, größere Kraftniveau F2, F3 zusätzlich wirken. Dazu wird nachgelagert die mindestens eine zweite Einrichtung 32b, 32c hinzu geschaltet. In der Darstellung in Fig. 3b ist der Fall dargestellt, dass von der mindestens einen zweiten Einrichtung 32b, 32c nur die Einrichtung 32b hinzu geschaltet wurde. Dadurch addieren sich ab der vorbestimmten Bewegungslänge bzw. Eindringtiefe Sl des Energieabsorptionselements 11 das erste Kraftniveau Fl und das mindestens eine zweite Kraftniveau F2 durch die Wechselwirkungen der ersten 31 und der mindestens einen zweite Einrichtung 32b mit dem Energieabsorptionselement 11.

In Fig. 3c ist die Vorrichtung 1 in einem solchen Zustand, dass sofort das erste Kraftniveau Fl und das zweite Kraftniveau F2 wirken. Dazu ist eine der mindestens einen zweiten Einrichtung 32a in einen Zustand geschaltet, sodass diese mindestens eine zweite Einrichtung 32a zeitgleich mit der ersten Einrichtung 31 mit dem Energieabsorptionselement 11 wechselwirkt.

In Fig. 3d ist die Vorrichtung 1 in einem solchen Zustand, dass besonders hohe Kraftniveaus zum Abbau von Kollisionsenergie bereitgestellt werden können. So wirken direkt zu Beginn des Abbaus von Kollisionsenergie das erste Kraftniveau Fl und das zweite Kraftniveau F2. Nach der vorbestimmten Bewegungslänge bzw. Eindringtiefe Sl des Energieabsorptionselements 11 wirkt eine weitere zweite Einrichtung 32c auf das Energieabsorptionselement 11 ein und stellt zusätzlich ein Kraftniveau F3 bereit.