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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend ein oder mehrere Sensormittel zur Erfassung einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Drittgegenstand.
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Reine Elektrofahrzeuge oder Fahrzeuge mit Hybridantrieb umfassen ein Hochvolt-System, das aus diversen unter weit höherer Spannung als der Bordnetzspannung stehenden Komponenten besteht. Im Fall einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Drittgegenstand ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, die Komponenten des Hochvolt-Systems respektive das Hochvol-System als solches in einem geregelten Zeitschema spannungsfrei zu schalten, so dass zum einen noch hinreichend Zeit besteht, das Fahrzeug sicher beispielsweise auf den Standstreifen zu manövrieren, andererseits aber auch, nicht zuletzt zum Schutz der Insassen, das System spannungsmäßig herunterzufahren, auch um Beschädigungen anderer Komponenten zu verhindern. Etwaige Kollisionen werden dabei über ein oder mehrere Sensormittel, üblicherweise Beschleunigungssensoren oder Sensoren, die im Rahmen einer Deformation unmittelbar beansprucht werden, erfasst. Diese Sensorik ist jedoch nicht immer in der Lage, eine Kollision, die, auch wenn sie sehr leicht ist, zu einer Beschädigung einer Hochvolt-Komponente oder Ähnlichem führt, zu erfassen, beispielsweise, wenn im Rahmen einer Kollision das Fahrzeug nur minimal verzögert oder beschleunigt wird. In solchen Fällen kann es vorkommen, dass die Kollision entweder nur verspätet oder gar nicht detektiert wird. Eine mit dieser Kollision verbundene Beschädigung, beispielsweise von Leistungselektronikbaugruppen, die z. B. für das Spannungsfrei-Schalten des Hochvolt-Systems im Kollisionsfall zuständig sind, bleibt folglich unerkannt, weshalb es zu keiner Reaktion im Hinblick auf eine Spannungsabsenkung im Hochvolt-System kommt. Hieraus wiederum können Folgeschäden im Hochvolt-System respektive in dortigen Komponenten resultieren, wie auch gegebenenfalls für die Insassen eine Verletzungsgefahr besteht.
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Aber auch andere Fahrzeuge, die nicht über ein Hochvolt-System verfügen, begegnen den vorgenannten Problemen, wonach Komponenten, insbesondere betriebsrelevante Komponenten im Falle einer nicht erkannten weil z. B. relativ langsam erfolgenden Kollision unerkannt beschädigt werden können, und eine Weiterfahrt deshalb nicht ungefährlich sein kann.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, das auf verbesserte Weise eine Erfassung etwaiger Kollisionen, insbesondere wenn sich diese im Bereich kritischer, weil z. B. im Hochvolt-System eingebundener Bauteile ereignen, ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Sensormittel in Form eines sich über einen Flächenbereich erstreckenden Gitters aus wenigstens einer stromführenden Leitung ausgebildet ist, dem eine Erfassungseinrichtung zugeordnet ist, die anhand einer Veränderung des Stromflusses infolge einer kollisionsbedingten Leitungsdeformation eine Kollision erkennt.
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Das Kraftfahrzeug zeichnet sich also durch die Verwendung besonderer Sensormittel aus, die als Flächensensoren ausgelegt sind und aus einem Gitter bestehen, das aus wenigstens einer stromführenden Leitung gebildet ist. Die Leitung ist z. B. mäanderförmig geführt und läuft in dieser Mäanderform gitterartig über einen Flächenbereich, hinter dem oder benachbart zu dem beispielsweise eine wesentliche Komponente des Hochvolt-Systems oder eine andere wesentliche Komponente eines Fahrzeugs ohne Hochvolt-System angeordnet ist. Das Gitter respektive die Leitung führt einen wenngleich minimalen Strom. Jedwede Leitungsdeformation, die aus einer auch nur geringen Kollision resultiert, im Rahmen welcher also die Leitung leicht verbogen oder geknickt wird, führt zwangsläufig zu einer Veränderung des Stromflusses, da deformationsbedingt in der Regel der Widerstand steigt und folglich der über die Erfassungseinrichtung erfasste Strom etwas absinkt.
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Diese Stromveränderung wird nun seitens der Erfassungseinrichtung als potentielle Kollision erkannt. Hierauf gestützt steuert nun diese Erfassungseinrichtung entweder unmittelbar oder gegebenenfalls über eine weitere Steuerungseinrichtung fahrzeugseitige Systeme oder Komponenten an, um auf den erkannten Kollisionsfall reagieren zu können und soweit als möglich die Betriebssicherheit sicherstellen zu können. Z. B. wird, sofern vorhanden, das Hochvolt-System respektive gezielt einzelne Komponenten des Hochvolt-Systems entsprechend an, um sie spannungsfrei zu schalten respektive abzuschalten. Es kann also entweder zum Herunterfahren bzw. Abschalten des gesamten Hochvolt-Systems kommen, oder nur zur entsprechenden Ansteuerung einzelner, insbesondere unmittelbar benachbart zu dem Sensorgitter angeordneter Hochvolt-Komponenten.
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Das erfindungsgemäße Gitter-Sensormittel ist äußerst sensibel, da schon geringe Deformationen, die beispielsweise aus sehr langsam von statten gehenden Kollisionen oder nur geringen Kollisionen resultieren, erfasst werden können, da bereits derart geringe Deformationen ausreichen, den Widerstand und damit den Stromfluss zu variieren. Nachdem auch eine nur leichte Kollision, die bisher nicht unbedingt erfasst werden kann, bereits ausreichend sein kann, zu einer Beschädigung einer Komponente des Hochvolt-Systems zu führen, lässt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug folglich eine sehr sensible Kollisionserfassung und eine sehr zielgerichtete sicherheitsrelevante Reaktion hierauf zu.
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Die Erfassungseinrichtung ist in Weiterbildung der Erfindung ebenfalls zur Erkennung einer Kollision bei einer Unterbrechung des Stromflusses in Folge eines Leitungsbruchs ausgebildet. Wird eine Leitung deformationsbedingt unterbrochen, reißt sie also, so bricht der Stromfluss abrupt ab, was seitens der Erfassungseinrichtung unmittelbar als Kollisionshinweis gewertet wird, woraufhin die entsprechende Reaktion eingeleitet wird.
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Das Gitter selbst kann als zweidimensionales Gitter oder als dreidimensionales Gitter ausgebildet sein. Ein zweidimensionales Gitter wird also flächig verlegt, es kann beispielsweise großflächig im Bereich der Fahrzeugfront oder der Fahrzeugseite verbaut sein. Ein dreidimensionales Gitter kann beispielsweise als echter Käfig ausgeführt sein, der kritische Komponenten, die zu überwachen sind, zumindest bereichsweise an Seiten, die einer etwaigen Kollision ausgesetzt sein werden können, umschließt respektive umgreift. Da die Leitung respektive das Gitter flexibel ist, ist es folglich ohne Weiteres möglich, sich auch unterschiedlichen Formen seitens des Kraftfahrzeugsbereichs, in dem das Gitter zu integrieren ist, oder seitens der Komponente, die zu umgreifen ist, anzupassen. Das Gitter kann dabei in bereits vorhandene Komponenten, seien sie fahrzeugseitig vorgesehen, beispielsweise im Bereich der Fahrzeugvorderfront oder der Fahrzeugseite, oder in die Komponenten selbst integriert werden, beispielsweise eingespritzt werden oder dergleichen.
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Auch besteht die Möglichkeit, mehrere zweidimensionale Gitter zu einer dreidimensionalen Struktur zu verbinden, wobei die mehreren Gitter separat bestrombar sind. D. h., dass beispielsweise eine kubische Komponente, wie beispielsweise der Batterieblock, an seinen sechs Seiten von sechs separaten Gittern, die in ihrer Gesamtheit eine dreidimensionale Struktur bilden, umspannt ist. Jedes Gitter ist separat bestrombar, so dass letztlich auch daraus, welches Gitter nun eine Stromschwankung zeigt, geschlossen werden kann, wo lokal die Kollision erfolgt. Selbstverständlich ist den mehreren Gittern eine gemeinsame Erfassungseinrichtung zugeordnet, wie auch separate Erfassungseinrichtungen vorgesehen sein können.
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Ein Gitter selbst besteht wie beschrieben bevorzugt aus einer z. B. mäanderförmig verlaufenden Leitung. Denkbar ist es aber auch, dass das Gitter aus zwei jeweils mäanderförmig, jedoch senkrecht zueinander verlaufenden und separat bestrombaren Leitungen besteht. Hier kreuzen sich also die einzelnen Mäanderschleifen der jeweiligen Leitungen, so dass ein echtes gekreuztes Gitter gebildet wird. Die einzelnen, einander kreuzenden Leitungen sind jedoch selbstverständlich gegeneinander isoliert.
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Wie beschrieben kann das Gitter im Bereich der Fahrzeugfront oder der Fahrzeugseite verbaut sein, also in großflächigen Bereichen, die zumeist im Kollisionsfall beansprucht werden. Das Gitter kann letztlich beliebig groß ausgelegt werden, je nachdem, welcher Bereich damit zu erfassen ist. Beispielsweise kann es nahezu der Fläche einer Fahrzeugtür entsprechen, wenn es türenseitig integriert ist, was ohne Weiteres aufgrund der Gitterflexibilität möglich ist. Es kann unmittelbar an der Innenseite des Türblechs vorgesehen sein, so dass bereits kleinere Blechbeschädigungen zu entsprechenden Signalen führen, es kann aber auch im Inneren der Türverkleidung integriert sein.
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Das Fahrzeug kann entweder ein „übliches” Fahrzeug mit Verbrennungsmotor sein, oder, wie erfindungsgemäß vorgesehen ist, es ein Hochvolt-System umfassen, wobei über die Erfassungseinrichtung, gegebenenfalls über eine weitere Steuerungseinrichtung, im erkannten Kollisionsfall das Hochvolt-System insgesamt oder einzelne Komponenten des Hochvolt-Systems spannungsfrei schaltbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Gitter auch unmittelbar benachbart zu einer Hochvoltkomponente des Hochvolt-Systems angeordnet sein, beispielsweise im Bereich der Batterie oder entsprechenden Komponenten der Leistungselektronik etc.
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Wie bereits beschrieben, ist, wenn beispielsweise ein dreidimensionales Gitter aus mehreren einzelnen zweidimensionalen Gittern gebildet wird, jedes einzelne Gitter bestrombar, wobei jedoch bevorzugt eine gemeinsame Erfassungseinrichtung zugeordnet ist. D. h., dass quasi eine serielle Verschaltung der Gitter möglich ist. Denkbar ist aber natürlich auch eine einzelne Überwachung jedes Gitters selbst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit Darstellung zweier erfindungsgemäß integrierter Sensormittel,
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2 eine Prinzipdarstellung einer zu überwachenden Hochvolt-Komponente mit zugeordnetem, dreidimensional aus mehreren Gittern gebildeten Sensormitteln,
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3 eine Prinzipdarstellung der Anordnung eines Sensormittels bezüglich einer Komponente,
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4 die Anordnung zweier Sensormittel bezüglich einer Komponente,
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5 die Anordnung eines aus zwei Gittern gebildeten Sensormittels bezüglich einer Komponente, und
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6 die Anordnung zweier solcher Sensormittel bezüglich einer Komponente.
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1 zeigt eine erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1, bei dem im Bereich der Fahrzeugfront 2 ein großflächiges Sensormittel 3 bestehend aus einem stromführenden Gitter angeordnet ist, wie auch im Bereich der Fahrzeugseite 4 ein solches Sensormittel 5 bestehend aus einem stromführenden Gitter angeordnet ist. Dies sind Bereiche, die sehr häufig von einer Kollision betroffen sind, und die es zu überwachen gilt, nachdem in diesen Bereichen mitunter auch sensible oder kritische Komponenten des Hochvolt-Systems integriert sind.
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2 zeigt das Grundprinzip der Funktionsweise eines solchen Sensormittels. Gezeigt ist eine zu überwachende kritische Hochvolt-Komponente 6, beispielsweise der Batterieblock, um die herum ein dreidimensionales, quasi als „Käfig” würfelförmig ausgeführtes Sensormittel 7 angeordnet ist. Das Sensormittel 7 besteht im gezeigten Beispiel aus insgesamt drei unterschiedlichen Gittern, die jeweils quasi rechtwinklig ausgeführt sind und einander zu einer Würfelform ergänzen. Das erste Gitter 8 bildet beispielsweise die obere Würfelseite sowie die rechte Würfelseite, das zweite Gitter 9 bildet beispielsweise die vordere Würfelseite und die linke Würfelseite, während das dritte Gitter 10 beispielsweise die Rückseite und die Unterseite des Würfels bildet. Jedes Gitter 8, 9, 10 ist aus einer Leitung gebildet, die, wenngleich hier nicht im Detail gezeigt, beispielweise mäanderförmig verläuft und mit ihren jeweiligen Zuleitungen 8a, 8b bzw. 9a, 9b bzw. 10a, 10b mit einer Erfassungseinrichtung 11 verbunden ist, die beispielsweise die jeweilige Leitungsbestromung steuert, aber auch den jeweiligen Stromfluss über die jeweilige Leitung erfasst. Über die Erfassungseinrichtung ist es nun möglich, jedwede Variation des Stromflusses, der aus einer Deformation einer Leitung und damit eines Gitters 8, 9, 10 resultiert, zu erfassen. Die Leitungen sind z. B. an oder in entsprechenden Trägern z. B. Kunstharz- oder Leiterplatten, angeordnet, so dass sich eine gewisse Grundstabilität ergibt. Im Rahmen der Kollision jedoch kommt es zu einer Deformation, gegebenenfalls auch nur eines Bereichs des in 2 gezeigten „Käfigs”, woraus wie beschrieben die Stromvariation resultiert, die sofort über die Erfassungseinrichtung 11 erfasst wird.
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In einem solchen Fall wird sodann über die Erfassungseinrichtung 11 beispielsweise ein zentrales Steuergerät 12 des Hochvolt-Systems angesteuert, das daraufhin die Komponente 6, die über den „Käfig” überwacht wird, sofort spannungsfrei schaltet respektive die Spannung reduziert. Selbstverständlich ist es hierüber auch möglich, beispielsweise je nach Schwere der erfassten Kollision (was wiederum über den Grad der Stromvariation bis hin zu Stromunterbrechung abgeschätzt werden kann) das gesamte Hochvolt-System spannungsfrei zu schalten. Ist eine hinreichende Kollision gegeben, so kommt es zum Leitungsbruch, was in einer abrupten Stromunterbrechung resultiert, die natürlich ebenfalls von der Erfassungseinrichtung 11 erfasst wird.
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3 zeigt ein Anordnungsbeispiel, bei dem eine Komponente 6 beispielsweise Hochvolt-System über ein einzelnes, flächiges gitterartiges Sensormittel 7, das aus nur einer mäanderförmig geführten Leitung 13 besteht, „überwacht” wird. Ersichtlich befindet sich die Komponente 6 in unmittelbarer Nähe zu dem flächigen Gitter, da es in dieser Form beispielsweise wie in 1 gezeigt in die Seite des Fahrzeugs verbaut sein kann.
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4 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der zwei derartiger Sensormittel 7 vorgesehen sind, jedes Sensormittel 7 wiederum bestehend aus einer einzelnen Leitung 13, die mäanderförmig geführt ist. Die beiden Sensormittel 7 sind flächig an gegenüberliegenden Seiten der Komponente 6 angeordnet. Handelt es sich bei der Komponente 6 beispielsweise um den relativ großen Batterie- oder Akkumulatorenblock eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, so können die Sensormittel 7 beispielsweise in den beiden gegenüberliegenden Fahrzeugseiten integriert sein.
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Die beiden Leitungen 13 werden separat bestromt, können jedoch über eine gemeinsame Überwachungseinrichtung 11 hinsichtlich einer etwaigen Deformation oder eines Leitungsbruchs überwacht werden, wie natürlich auch separate Überwachungseinrichtungen vorgesehen sein können.
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5 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform eines Sensormittels 7, das aus zwei miteinander verwobenen Gittern besteht, die aus jeweils einer Leitung 13 und einer Leitung 14, die mäanderförmig geführt sind, jedoch senkrecht zueinander verlaufen, gebildet ist. Auch hier ist wiederum eine zu „überwachende” Komponente 6 benachbart angeordnet. Die beiden Leitungen 13, 14 werden separat bestromt, sie können separat über eine Erfassungseinrichtung 11 überwacht werden, oder über eine gemeinsame Überwachungseinrichtung, wie in 2 gezeigt.
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6 zeigt schließlich eine Komponente 6, die über zwei Sensormittel 7, wie sie in 5 gezeigt sind, beidseits gegenüberliegend „überwacht” wird. Insgesamt sind hier vier Leitungen vorgesehen, nämlich zwei Leitungen 13, jeweils eine an einem Sensormittel 7, sowie zwei Leitungen 14, ebenfalls jeweils eine an einem Sensormittel 7. Auch diese einzelnen Leitungen werden separat bestromt, ihnen kann wiederum entweder eine separate Erfassungseinrichtung zugeordnet sein, oder eine gemeinsame Erfassungseinrichtung für alle Leitungen.
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Prinzipiell sind alle möglichen Konstellationen oder Anordnungen etwaiger Leitungen möglich, es ist jedoch Ziel, über die Leitungen stets ein relativ großflächiges oder in seiner Form auch entsprechend der Form der zu überwachenden Komponente abgestelltes Gitter zu bilden. Mittels eines solchen Leitungsgitters ist eine Leitungsüberwachung möglich, woraus resultierend etwaige Gitterbeschädigungen und daraus resultierend wiederum etwaige Kollisionen erfasst werden können, die zu einem schnellen und sicheren Abschalten der überwachten Hochvolt-Komponente oder des gesamten Hochvolt-Systems führen können.