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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz von Personen
bei einem fronthaubenseitigen Aufprall auf ein Kraftfahrzeug nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere auf die Fronthaube
eines Personenkraftwagens.
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Jährlich ereignen
sich zahlreiche Unfälle,
bei denen Fußgänger, Skater
oder Zweiradfahrer, von einem Kraftfahrzeug angefahren, auf die
Front- oder Motorhaube
sowie gegen die Windschutzscheibe geschleudert werden, und dabei
zumindest schwere Verletzungen erfahren. Dabei ist insbesondere
der Kopf sowie der Oberkörper
einer erwachsenen Unfallperson gefährdet, da dieser bei einem
Zusammenprall mit dem Kraftfahrzeug – wie Crash-Versuche und auch
die praktischen Erfahrungen gezeigt haben –, etwa im hinteren, relativ
hartem Bereich an der Fronthaube am Übergang zur Windschutzscheibe
aufschlägt
und dabei erheblich verletzt wird.
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Aufgrund
von entsprechenden Forderungen arbeitet die Fahrzeugindustrie intensiv
an dem Problem, den Personenschutz insoweit zu verbessern.
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Es
sind eine Reihe von Möglichkeiten
zur Lösung
dieses Problems bekannt geworden, wie ein vor der Windschutzscheibe
liegendes netzartiges Auffangelement oder ein im Aufprallfall sensorgesteuert aufblasbarer
Luftsack im Übergangsbereich
zwischen Windschutzscheibe und Frontscheibe.
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Die
DE 28 14 107 A in
Verbindung mit der
DE 28 41 315 zeigt
ein anderes Lösungsprinzip
zur Verringerung der Verletzungsgefahr beim Aufprall von Personen
auf die Fronthaube, das auf der Überlegung
beruht, das im fahrtrichtungsabgewandten hinteren Bereich der Fronthaube
liegende, relativ harte und unnachgiebige Aufschlaggebiet wesentlich
zu entschärfen.
Dies wird durch eine mittels eines Aufprall-Sensors betätigte Vorrichtung zur Verstellung der
Fronthaube aus einer Ruheposition in eine demgegenüber angehobene,
nachgiebige Aufprallposition, d.h. durch eine so genannte „aktive
Fronthaube" bewirkt.
Dadurch, dass die Fronthaube bei der von dem Aufprall-Sensor erfassten
Kollision mit einer Person in eine gegenüber ihrer Ruhe – d.h. Normalfallstellung
angehobene Aufprallstellung nachgiebig verstellt wird, wird ein
Abstand der Fronthaube zur steifen Unterstruktur des Fahrzeuges
(Motor etc.), d.h. ein beim Brust- oder Kopfaufprall der Person
im Sinne eines günstigeren
Energieabbaues zur Wirkung kommender Deformationsweg der Fahrzeugkarosserie
geschaffen, der für
verringerte Kopf- und Brustverzögerungen
und damit für
geringere Verletzungsrisiken sorgt.
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Für das „aktive" Aufstellen der Fronthaube sind
eine Reihe von konstruktiven Möglichkeiten
mit unterschiedlichen Antriebsarten bekannt geworden.
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So
zeigt die
DE 197 12
961 A1 einen Aufprallschutz durch eine „aktive Fronthaube", die windschutzscheibenseitig über eine
Scharnieranordnung drehbar angeschlagen ist. Diese Scharnieranordnung
ist mittelbar über
einen schwenkbar oder verschiebbar gelagerten Scharnierträger so an
der Karosserie des Vorderwagens befestigt, dass im Kollisionsfall
die Fronthaube mittels einer an dem Scharnierträger angreifenden energiespeichernden
Einrichtung, vorzugsweise einem Feder-Kraftspeicher, nach oben verschwenkt
bzw. verschoben, d.h. angehoben werden kann.
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Dieser
bekannten Konstruktion liegt der Gedanke zugrunde, die Scharnieranordnung
selbst mit dem angelenkten Scharnierträger gegenüber der Karosserie anzuheben,
so dass es nicht notwendig ist, eine komplexe Entkoppeleinrichtung
zwischen Scharnieranordnung und Fronthaube im Falle eines Aufpralles
vorzusehen.
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Neben
diesen Aufstell-Vorrichtungen, im folgenden Aktoren genannt, die
im Schanierbereich angebracht sind, gehören auch Aktoren zum Stand
der Technik, die die Fronthaube im Haubenschlossbereich aufstellen.
Beide Aktoren-Typen können
beim Schutzsystem „Aktive
Motorhaube" auch
gemeinsam vorgesehen sein.
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Die
Aktoren besitzen generell energiespeichernde Einrichtungen, typischerweise
vorgespannte Federspeicher oder Gasgeneratoren, die im Gefahrenfall
sensorgesteuert durch sogenannte Aktuatoren aktiviert werden. Auch
im Fall der Federspeicher werden zu deren Auslösung im Gefahrenfall typischerweise
Gasgeneratoren, sogenannte pyrotechnische Zündkapseln, als Aktuator verwendet.
Neben den pneumatisch durch Gasgeneratoren aufstellbaren bzw. auslösbaren Aktoren
sind grundsätzlich auch
hydraulisch aufstellbare bzw. auslösbare Aktoren verwendbar.
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Bislang
sind die Unfallschutzvorrichtungen nach dem Prinzip der aktiven
Motorhaube so ausgebildet, dass jedem Aktor ein eigener, aktivierbarer Gas-
oder Hydraulikgenerator als Aufstellantrieb oder Auslöser (Aktuator)
zugeordnet ist.
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Diese
Konstruktion ist relativ teuer, ferner zeitaufwändig beim Auswechseln der ausgelösten Generatoren
und sie erfordert zudem besondere Maßnahmen, um eine gleichzeitige,
d. h. synchrone Auslösung
aller Aktoren zu erzielen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Vorrichtung
zum Schutz von Personen bei einem fronthaubenseitigen Aufprall auf
ein Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei Aktoren zum sensorgesteuerten
Aufstellen der Fronthaube um einen vorgegebenen Arbeitshub mittels
eines Aufstellgliedes hinsichtlich ihrer Betätigung durch ein Druckmittel
so auszubilden, dass der Aufwand dafür, einschließlich des
Services, gering gehalten werden, und eine synchrone Auslösung aller
Aktoren erzielt werden kann.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung
dadurch, dass eine für
beide Aktoren gemeinsame Druckmittelquelle vorgesehen ist, der eine
Sensorik zur Freigabe des Druckmittels im Fall eines drohenden Aufpralles
zugeordnet ist, und der eine Verteilerstufe nachgeschaltet ist,
an die ausgangsseitig Druckleitungen angeschlossen sind, die mit
Druckmitteleingängen
an den Aktoren zum Aufstellen der zugehörigen Aufstellglieder verbunden sind.
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Die
Erfindung sieht daher eine zentrale Betätigung aller Aktoren durch
ein Druckmittel aus einem zentralen sensorgesteuert aktivierbaren
Gas- oder Hydraulikgenerator
vor, der über
einen Verteilerblock und Leitungen mit den einzelnen Aktoren verbunden ist.
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Durch
die zentrale Auslösung
mittels des einzigen Generators ist auf einfache Weise eine gleichzeitige
Auslösung
aller Aktoren gewährleistet
und es ist ferner ein einfaches Auswechseln des einzigen ausgelösten Generators
möglich.
Auch ist ein beachtlicher Preisvorteil gegeben, was gerade für Zulieferteile
im Automobilbau von großer
Bedeutung ist.
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Ausgestaltungen
der Erfindung sind in Unteransprüchen
gekennzeichnet und ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
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Anhand
von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 in einer schematischen
Seitenansichts-Darstellung den Vorderwagen eines PKW mit einer Schutz-Vorrichtung
mit Aktoren nach dem Prinzip der „Aktiven Motorhaube" und einer einer
ersten Variante der erfindungsgemäßen zentralen Druckmittelbetätigung der
Aktoren,
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2 eine Draufsicht auf die
Fronthaube des Vorderwagens nach 1 unter
Darstellung der Lage der Aktoren und des generellen Aufbaues der zentralen
Druckmittelbetätigung,
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3 im Figurenteil A in einer
isometrischen Black-Box-Darstellung die einzelnen Komponenten der
zentralen Druckmittel-Aktivierung der Aktoren nach den 1 und 2 und im Figurenteil B das zugehörige Druck-Blockschaltbild,
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4 in einer Längsschnitt-Darstellung
den Aufbau eines Ausführungsbeispieles
eines druckmittelbetätigten
Aktors mit direkter Aufstellung durch das Druckmittel,
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5 die Darstellung des Vorderwagens
eines PKW entsprechend 1 mit
einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen zentralen Druckmittelbetätigung,
die zusätzliche
Reversierleitungen aufweist.
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6 Darstellungen entsprechend 3 für die zweite Ausführungsform,
und
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7 in einer Längsschnitt-Darstellung
eine zweite Ausführungsform
eines Aktors mit indirekter Aufstellung des Aktors durch das Druckmittel
und Reversierung durch das Druckmittel über einen separaten Druckmittel-Eingang.
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Die 1 und 2 zeigen das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Schutz von Personen bei einem Frontalaufprall auf einen Personenkraftwagen
(PKW), das auf dem Prinzip der eingangs beschriebenen „Aktiven
Motorhaube" basiert. Bei
diesem Prinzip wird die Fronthaube 1 des PKW, von dem in 1 der Vorderwagen mit Rad 2,
Stoßfänger 3 und
Leuchte 4 symbolisch dargestellt ist, sensorgesteuert um
einen vorgegebenen Hub „a" aufgestellt. Das
Aufstellen erfolgt durch sensorgesteuerte Aufstellelemente, im folgenden „Aktoren" genannt. In den
dargestellten Bespielen ist zunächst im
windschutzseitigen Bereich auf jeder Wagenseite (2) ein Aktor 5, auf dessen Aufstellkomponente, dem
Scharnierträger,
jeweils das Fronthauben-Scharnier angebracht ist, vorgesehen. Ferner sind
im vorderen Bereich, symmetrisch zur Wagenmitte beabstandet, zwei
weitere Aktoren 6 vorgesehen, deren Aufstellkomponente 6a jeweils
typischerweis als Schlossträger
für das
Haubenschloss ausgebildet ist.
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Die
dargestellte Schutzvorrichtung der „Aktiven Motorhaube" kann auch, je nach
PKW-Typ, nur einen, dann mittigen Aktor 6 für das Aufstellen
des Haubenschlosses aufweisen sowie kann, je nach der Forderung
aus der Automobilindustrie, auch nur die Aktoren 5 für das Aufstellen
der Fronthaube im Scharnierbereich aufweisen.
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Für die konstruktive
Gestaltung der Aktoren 5, 6 sind eine Reihe von
Ausführungsformen
bekannt geworden sowie in älteren
Anmeldungen vorgeschlagen worden.
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Sie
besitzen generell energiespeichernde Einrichtungen, typischerweise
vorgespannte Federspeicher oder Gasgeneratoren, die im Gefahrenfall sensorgesteuert
durch so genannte Aktuatoren aktiviert werden. Auch im Fall der
Federspeicher werden zu deren Auslösung im Gefahrenfall typischerweise Gasgeneratoren,
sogenannte pyrotechnische Zündkapseln,
als Aktuator verwendet. Neben den pneumatisch durch Gasgeneratoren
aufstellbaren Aktoren sind grundsätzlich auch hydraulisch aufstellbare
Aktoren verwendbar.
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Bislang
ist die dargestellte Unfallschutzvorrichtung nach dem Prinzip der
aktiven Motorhaube so ausgebildet, dass jedem Aktor 5, 6 ein
eigener, aktivierbarer Gas- oder Hydraulikgenerator als Aufstellantrieb
oder Auslöser
(Aktuator) zugeordnet ist.
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Diese
Konstruktion ist relativ teuer, ferner zeitaufwändig beim Auswechseln der ausgelösten Generatoren
und sie erfordert zudem besondere Maßnahmen, um eine gleichzeitige,
d. h. synchrone Auslösung
aller Aktoren zu erzielen.
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Die
Erfindung sieht eine zentrale Auslösung aller Aktoren 5, 6 durch
einen zentralen sensorgesteuert aktivierbaren Gas- oder Hydraulik-Generator 7 vor,
der über
einen Verteilerblock 8 und Leitungen 9, 10 mit
den Aktoren 5, 6 verbunden ist.
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Durch
die zentrale Auslösung
mittels des einzigen Generators 7 ist auf einfache Weise
eine gleichzeitige Auslösung
aller Aktoren 5, 6 gewährleistet und es ist ferner
ein einfaches Auswechseln des einzigen ausgelösten Generators 7 möglich. Auch
ist ein beachtlicher Preisvorteil gegeben, was gerade für Zulieferteile
im Automobilbau von großer Bedeutung
ist.
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In
den 3 und 4 sind Einzelheiten der erfindungsgemäßen, in 1 bzw. 2 dargestellten, zentralen Auslösevorrichtung
dargestellt, in Verbindung mit einer beispielhaften einheitlichen
Ausführungsform
der Aktoren 5, 6.
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Die 3 zeigt im Figurenteil A
in einer isometrischen „Black
Box"-Darstellung die einzelnen Komponenten
der zentralen Druckmittel-Aktivierung mit
den Aktoren 5,6 entsprechend 1 bzw. 2. Der
Figurenteil B zeigt das zugehörige
Druck-Blockschaltbild. Wie bereits prinzipiell beschrieben, ist
als zentrale Versorgungskomponente der Kaltgasgenerator 7,
wie er aus vielen Unfallschutzsystemen bekannt ist, und der sensorgesteuert
aktivierbar ist, über
die Druckleitung 7a mit dem Eingang des Verteilerblockes 8,
der ein Wechselventil 8a, eine Entlüftungsleitung 8b und
einen Reversierschalter 8c aufweist, verbunden. Dieser
Verteilerblock besitzt vier Ausgänge,
an welche die Druckleitungen 9 bzw. 10 zu den
Aktoren 6 bzw. 5 angeschlossen sind.
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Ein
prinzipieller Aufbau der Aktoren 5, 6 ist in 4 angedeutet. Im nachstehenden
wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass sowohl für die hinteren
Scharnier-Aufsteller 5 als auch für die vorderen Haubenschloss-Aufsteller 6 die
gleichen Prinzipsysteme verwendet werden, obwohl in der Praxis insbesondere
aus Gründen,
die durch die Scharniere und das Haubenschloss bestimmt werden,
die Aufstellsystem im Detail unterschiedlich sind.
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Gemäß 4 weist der Aktor 5 bzw. 6 ein zylindrisches
Gehäuse 11 auf,
in welchem ein Kolben 12, der eine das Gehäuse 11 kopfseitig
durchdringende Kolbenstange 12a besitzt, druckdicht verschiebbar
aufgenommen ist. Dieser Kolben mit seiner Kolbenstange stellt letztlich
das Aufstellelement 5a bzw. 6a der 1 dar. Das Gehäuse 11 besitzt eine
umlaufende Anschlagschulter 11a zur Begrenzung des Aufstellhubes.
Ferner ist ein unterer Anschlag 11b, vorzugsweise am Gehäuse angebracht, vorgesehen,
der im dargestellten Ruhezustand des Kolbens 12 einen Druckraum 11c unterhalb
des Kolbens 12 schafft. An diesem Druckraum 11c ist
die jeweilige vom Verteilerblock 8 kommende Druckleitung 9 bzw. 10 angeschlossen.
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Ferner
ist die Kolbenstange von einer Schraubenfeder 13 umgeben,
die sich mit ihrem oberen Ende am Kopf des Gehäuses 1 und mit ihrem
unteren Ende am Kolben 12 abstützt. Diese (leicht) vorgespannte
Schraubenfeder hält
den Kolben 12 und die Kolbenstange 12a, die an
der Fronthaube angreift, wie dargestellt in passiver, d. h. nicht
aufgestellter Position.
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Meldet
die nicht dargestellte Sensorik, die im Bereich der Stossfänger angebracht
ist, einen drohenden Zusammenprall mit einer Person, dann aktiviert
der entsprechende Impuls den Gasgenerator 7, und die entsprechende
Pyrotechnik im Gasgenerator setzt Kaltgas frei. Dieses Kaltgas wird
zentral von dem Verteilerblock 8 gleichmäßig auf
die Leitungen 9, 10 zu den Aktoren 5, 6 verteilt.
Dabei beanschlagt das Gas im Druckraum 11c der Aktoren
die untere Kolbenfläche
und der Kolben 12 mit der Kolbenstange 12a wird
gegen die Kraft der Schraubenfeder 13 ausgestoßen. Dabei
wird die Fronthaube um den vorgegebenen Arbeitshub „a" aufgestellt und
die Schraubenfeder 13 vorgespannt. Der Gasdruck wird solange
aufrechterhalten (ca. 5 sec.) bis der vermutliche Aufprall erfolgt
ist. Erfolgt in dieser Zeit ein Aufprall auf die Fronthaube 1,
wird dieser durch das noch vorhandene Gaspolster dämpfend abgefangen.
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Zum
Reversieren des Systems wir über
das umschaltbare Ventil 8a im Verteilerblock 8 (3B), betätigt durch den Reversschalter 8c,
der in den Aktoren 5, 6 anstehende Druck über die
Entlüftungsleitung 8b abgelassen.
Das Ventil 8a ist dabei als Schnellentlüftungsventil ausgebildet. Nach
dem Druckabfall erfolgt unter der dann frei werdenden Kraft der
Schraubenfeder 13 eine Rückstellung des Systems, bis
der Kolben 12 auf den unteren Anschlag 11b trifft
und das System wieder seine Ausgangsstellung nach 4 erreicht hat.
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Die
Vorgänge
laufen entsprechend ab, wenn als Druckmedium nicht ein Gas sondern
eine Hydraulikflüssigkeit
im System verwendet wird, d. h. das System nach der Erfindung kann
sowohl pneumatisch als auch hydraulisch betrieben werden, mit an das
jeweilige Druckmedium angepassten Systemkomponenten.
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Bei
der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform
mit einem Aktor, der sich insbesondere für das Aufstellen des Haubenschlossträgers eignet, ist
kein gesondertes Haltesystem vorgesehen und das Reversieren erfolgt
quasi passiv. Das Aufstellen erfolgt somit direkt unter Einwirken
des Gasdruckes.
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In
den folgenden 5 bis 7 wird eine Ausführungsform
mit einer lösbaren
Haltevorrichtung in den Aktoren und einer aktiven Reversierung beschrieben,
bei der das Druckgas indirekt das Aufstellen bewirkt. Im Übrigen sind
die Komponenten gleich denen in den 1 bis 3 und daher auch mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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Die 5 zeigt in einer Übersichtsdarstellung
analog 1 die Grundausführung der
zweiten Ausführungsform.
Sie unterscheidet sich gegenüber der
Grundausführung
der ersten Ausführungsform nach 1 nur durch die Anbringung
von zusätzlichen
Reversierleitungen 9a bzw. 10a zwischen dem Verteilerblock 8 und
den Aktoren 5 bzw. 5 (siehe auch 6A). Ferner weist die zweite Ausführungsform gemäß 6B durch Gasdruck aktivierbare
Aktoren 5, 6 auf, von denen einer in 7 näher dargestellt ist.
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Der
jeweilige Aktor 5, 6 weist ein zylindrisches Gehäuse 11 mit
einem Gaseinlass 9, 10 zum Aufstellen des Aktors
und einem Gaseinlass 9a, 10a zum Reversieren des
aufgestellten Aktors auf. In dem Gehäuse 11 ist ein Arbeitskolben 12 mit
Kolbenstange 12a verschiebbar aufgenommen. Der Arbeitskolben 12 braucht
dabei, im Gegensatz zur ersten Ausführungsform, drucktechnisch
nicht abgedichtet zu sein. Unterhalb des Arbeitskolbens 12 ist
eine Aufstell-Druckfeder 14 angeordnet, die im dargestellten Grundzustand
vorgespannt niedergehalten ist. Zum Niederhalten des Arbeitskolbens
dient ein Haltebolzen 15, der mit dem Arbeitskolben 12 in
Verbindung steht, und eine zweiarmige Halteklinke 16, die
um den Punkt 16a drehbar am Gehäuse 11 angelenkt ist. Der
obere Haltearm der Halteklinke 16 steht dabei in lösbarer Wirkverbindung
mit dem Haltebolzen 15, währenddessen der untere Steuerarm
der Halteklinke einerseits mit einem, vom Gasdruck in der Zuführleitung 9, 10 betätigbaren
Steuerkolben 17, der im Steuerzylinder 18 gleitend
aufgenommen ist, und andererseits mit einer Druckfeder 19,
im gegenseitigen Wirkeingriff steht. Die Druckfeder 19 spannt
dabei die Halteklinke 16 im sperrenden Sinne vor.
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Ein
Distanzstück 20 am
Arbeitskolben gewährleistet,
dass im aufgestellten Zustand des Arbeitskolbens ein Druckraum,
in den die Reversierleitung 9a, 10a einmündet, erhalten
bleibt.
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Das
Aufstellen des Aktors 5, 6 nach 7 erfolgt wie nachstehend beschrieben.
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Nach
Zündung
des Gasgenerators 7 gelangt das Gas, wie in der ersten
Ausführungsform, über den
Verteilerblock 8 in die Zuführleitungen 9, 10.
Dadurch wird der Steuerkolben 17 mit Druck beaufschlagt,
er fährt
einen kurzen Steuerhub von ca. 3 – 5 mm und verschwenkt dabei
die Halteklinke 16 im Uhrzeigersinn. Der Haltearm der Halteklinke
gibt dadurch den Haltebolzen 15 frei, und die vorgespannte Antriebsdruckfeder 14 stellt
den Arbeitskolben 12 mit der Kolbenstange 12a,
und damit die Fronthaube, um den Arbeitshub „a" auf. Unter der Vorspannung der Steuer-Druckfeder 19 wird
die Halteklinke 16 in die Ausgangslage zurückgeschwenkt.
Das System ist damit bereit für
die Reversierung.
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Das
Aufstellelement 5a, 6a ist auch in der aufgestellten
Position noch durch die Antriebs-Druckfeder 14 etwas vorgespannt,
um beim Aufprall eines Körpers
diesen unter Inanspruchnahme eines bestimmten Weges elastisch aufzufangen.
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Erfolgt
kein Aufprall, kann nach einer Zeit von z. B. 5 Sekunden das System
reversiert werden. Durch Betätigen
des Schalters 8d wird ein Wechselventil im Verteilerblock
so geschaltet, dass der verbleibende Restdruck über die Reversierleitungen 9a, 10a in
den freien Raum oberhalb des Arbeitskolbens 12 gelangt
und diesen, dabei die Druckfeder 14 vorspannend, nach unten
drückt,
bis der Haltebolzen 15 wieder in den Haltearm der Halteklinke 16 einklinkt. Das
System ist dann reversiert.
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Im Übrigen gilt
das zur ersten Ausführungsform
ergänzend
Gesagte auch bei der zweiten Ausführungsform entsprechend.