DE102017000141A1 - Device and method for absorption of kinetic energy by a friction variable damper unit and their use. - Google Patents

Abstract

Eine Bewegungsenergie aus dem Zusammenstoß eines Fahrzeugs mit einem Hindernis durch ihre Umwandlung in Wärme absorbierende Vorrichtung enthält mindestens eine Zylinderkammer, in der durch Zündung einer Treibmittelladung unmittelbar vor einem Zusammenstoß Gas expandiert, wodurch ein Zylinderkolben ausfährt, der einen Stoßfänger in Stellung bringt. Durch die beim Aufprall aufgenommene Bewegungsenergie taucht der Zylinderkolben ein und komprimiert das Gas in der Zylinderkammer, um Bewegungsenergie abzubauen. Der Dämpfungsprozess ist durch ein variables Auslassventil steuerbar. Durch optional zuschaltbare Reibbacken einer zusätzlich vorhandenen, reibvariablen Dämpfungseinheit, die an die Kolbenmantelfläche durch Umlenkung des Dämpfungsgases angepresst werden, wird nötigenfalls zusätzlich Bewegungsenergie absorbiert. Durch die Möglichkeit der Zuschaltung der Reibbacken lassen sich mindestens zwei Lastfälle einstellen. Ein Aufprall wird in herkömmlicher Weise durch eine Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung ermittelt, wodurch das Treibmittel gezündet und das System vor dem Zusammenstoß aktiviert wird. Eine Feder bringt das System nach der Absorption der Bewegungsenergie wieder in die Ausgangsstellung zurück.Motion energy from the collision of a vehicle with an obstacle through its conversion to a heat absorbing device includes at least one cylinder chamber in which gas ignites by igniting a propellant charge just prior to a collision, thereby extending a cylinder piston that positions a bumper. As a result of the kinetic energy absorbed during the impact, the cylinder piston plunges and compresses the gas in the cylinder chamber in order to reduce kinetic energy. The damping process is controlled by a variable exhaust valve. By optionally engageable friction jaws of an additionally existing, friction variable damping unit, which are pressed against the piston skirt surface by deflection of the damping gas, if necessary, additional kinetic energy is absorbed. Due to the possibility of connecting the friction pads, at least two load cases can be set. An impact is conventionally detected by an impact detection and impact monitor, thereby igniting the propellant and activating the system prior to collision. A spring returns the system to its original position after absorption of the kinetic energy.

Description

FachgebietArea of Expertise

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption von Bewegungsenergie bei Zusammenstößen von Fahrzeugen mit einem Stoßpartner bestehend aus einem ausfahrbaren Absorptionselement.The invention relates to a device for absorbing kinetic energy in collisions of vehicles with a collision partner consisting of an extendable absorption element.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur angepassten Steuerung der Wirkung des Absorptionselements je nach Größe des Stoßpartners. Der Stoßpartner kann entweder ein massives Element oder ein leichter Stoßpartner sein, wobei gilt, dass das massive Element eine deutlich größere Energieabsorption benötigt als der leichte Stoßpartner. So ist das massive Element typischerweise ein anderes Fahrzeug, der leichte Stoßpartner typischerweise ein Fußgänger. Die Erfindung vereint beide möglichen Lastfälle, den Insassenschutz und den Fußgängerschutz in einem situationsbezogen steuerbaren Absorptionselement.The invention further relates to a method for adapted control of the effect of the absorbent element depending on the size of the impact partner. The collision partner can be either a solid element or a lightweight collision partner, with the fact that the massive element requires a significantly greater energy absorption than the lightweight impact partner. So the massive element is typically another vehicle, the light impact partner typically a pedestrian. The invention combines both possible load cases, occupant protection and pedestrian protection in a situation-dependent controllable absorption element.

Stand der TechnikState of the art

Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren zur Minderung der Aufprall bzw. Stoßenergie bekannt, die entweder den Aufprall für Fußgänger beim Zusammenstoß mit Fahrzeugen (Fußgängerschutz) oder den Aufprall der Fahrzeuginsassen auf das Interieur beim Crash von Fahrzeug mit Fahrzeug dämpfen sollen (Insassenschutz).According to the prior art, different devices and methods for reducing the impact or impact energy are known, which are intended either to dampen the impact for pedestrians in collision with vehicles (pedestrian protection) or the impact of vehicle occupants on the interior in the crash of vehicle with vehicle (occupant protection ).

Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 205 412 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Absorption von Bewegungsenergie im Frontbereich eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden Stoßfänger und Fußgängerschutz parallel geschaltet, aber selektiv, bezogen auf den jeweiligen Anwendungsfall freigegeben.The publication DE 10 2014 205 412 A1 discloses a device for absorbing kinetic energy in the front region of a motor vehicle. This bumper and pedestrian protection are connected in parallel, but released selectively, based on the particular application.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 481 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Absorption von Bewegungsenergie sowohl in Längs-, als auch in Querrichtung. Die Erfindung besteht aus einem Deformationselement und einer Matrize, die das Deformationselement aufnimmt und beim Aufprall in eine Kraftrichtung dieses auch verformt. Eine Querkrafteinrichtung kann bei einem Aufprall, der zwei Kraftrichtungskomponenten erzeugt, die Querkraft durch Deformation des Bewegungselements abbauen.The publication DE 10 2013 203 481 A1 discloses a device for absorbing kinetic energy in both the longitudinal and transverse directions. The invention consists of a deformation element and a die, which receives the deformation element and this also deformed upon impact in a direction of force. A lateral force device can reduce the transverse force by deformation of the moving element in an impact, which generates two force direction components.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 048 678 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Absorption von zwei verschiedenen Belastungsfällen. Das System besteht aus einem fest eingebauten Deformationselement, in dem ein zweites Deformationselement beweglich gelagert ist und über ein Kopplungselement mit dem fest eingebauten Element in Längsrichtung in Verbindung zur Absorption von Aufprallenergie bringt. Wirkt eine Kraft bis zu einem gewissen Kraftniveau auf das System kann das beweglich gelagerte Element durch Betätigung der Kopplungseinrichtung eintauchen und Aufprallenergie durch Verformung dieses Deformationselements umwandeln. Dadurch kann beispielsweise ein Fußgängerschutz erzielt werden. Wird ein bestimmtes Kraftniveau überschritten, sperrt das Kopplungselement und lässt somit eine Kraftübertragung auf das fest sitzende Deformationselement zu, welches sich zum Abbau der Bewegungsenergie verformt.The publication DE 10 2008 048 678 A1 discloses a device for absorbing two different load cases. The system consists of a permanently installed deformation element, in which a second deformation element is movably mounted and brings via a coupling element with the permanently installed element in the longitudinal direction in connection with the absorption of impact energy. If a force acts on the system up to a certain level of force, the movably mounted element can dip by actuation of the coupling device and convert impact energy by deformation of this deformation element. As a result, for example, a pedestrian protection can be achieved. If a certain level of force is exceeded, locks the coupling element and thus allows a power transmission to the tight-fitting deformation element, which deforms to reduce the kinetic energy.

Die Patentschrift DE 10 2006 026 447 B4 beschreibt die variable Einstellung der Steifigkeit eines Pralldämpfers für Kraftfahrzeuge durch die Befüllung einer Schaumstruktur mit einem Fluid bei unterschiedlichen Drücken und/oder Viskositäten. Durch die nachfolgende Deformation wird die Aufprallenergie abgebaut. Dadurch lassen sich sowohl der Fußgängerschutz, als auch der Insassenschutz erreichen.The patent DE 10 2006 026 447 B4 describes the variable adjustment of the stiffness of an impact absorber for motor vehicles by filling a foam structure with a fluid at different pressures and / or viscosities. The subsequent deformation reduces the impact energy. As a result, both the pedestrian protection, as well as the occupant protection can be achieved.

Die Offenlegungsschrift DE 199 24 617 A1 offenbart eine Vorrichtung, die aus mit Schaumausgangsmaterial gefüllten Kammern, wenigstens einer Kammer, und einem einblasenden Generator besteht. Im Falle eines Aufpralls bläst der Generator Schaumfüllmittel in die Kammer ein, wodurch sich ein benötigtes Deformationsniveau einstellen lässt.The publication DE 199 24 617 A1 discloses a device consisting of chambers filled with foam raw material, at least one chamber, and an inflating generator. In the event of a collision, the generator inflates foam filler into the chamber, allowing it to set a required level of deformation.

Die Offenlegungsschrift DE 196 54 559 A1 offenbart eine Stoßverzehreinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche für einen bevorstehenden Aufprall mittels einer durch eine Aufprallüberwachungseinrichtung zündbaren Treibeinrichtung in eine Arbeitsposition gebracht wird.The publication DE 196 54 559 A1 discloses a shock absorbing device for a motor vehicle which is brought into an operating position for an imminent impact by means of a driving device which can be ignited by an impact monitoring device.

Die Offenlegungsschrift DE 103 46 031 A1 beschreibt ein Energieabsorptionssystem für Lenksäulen mit einem pyrotechnischen Gasgenerator, der zur Dämpfung der Bewegung des Kolbens Gas in der Kammer freisetzen kann, und mit einem gleitenden Kolben, der sich in einer Dämpfungskammer bewegen kann.The publication DE 103 46 031 A1 describes an energy absorption system for steering columns with a pyrotechnic gas generator which can release gas in the chamber to dampen the movement of the piston and with a sliding piston which can move in a damping chamber.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 014 776 A1 offenbart als nächstgelegenen Stand der Technik eine Zylinder-Kolben-Anordnung, welche den Stoßfängerquerträger eines Fahrzeugs mit der Fahrgastzelle verbindet. Diese Wirkverbindung besitzt im Falle einer Kollision eine hohe spezifische Energieabsorption durch Deformation, die zudem adaptiv eingestellt werden kann, so dass abhängig vom Kollisionsfall sowohl ein Fußgängerschutz als auch ein Insassenschutz erreicht werden kann. Eine Pre-Crash Sensoreinrichtung ermöglicht das Ausfahren unmittelbar vor der Kollision. Nach ihrem Einsatz ist diese Einrichtung allerdings nicht wiederverwendbar.The publication DE 10 2004 014 776 A1 discloses, as the closest prior art, a cylinder-and-piston assembly which connects the bumper cross member of a vehicle to the passenger compartment. In the case of a collision, this operative connection has a high specific energy absorption due to deformation, which can also be set adaptively, so that both pedestrian protection and occupant protection can be achieved depending on the case of collision. A pre-crash sensor device allows the extension immediately before the collision. To However, this device is not reusable for their use.

Nachteilig bei dem hier diskutierten Stand der Technik ist vor allem, dass der Umwandlungsprozess der Bewegungsenergie in Wärme durch die Deformation eines Crashelements abläuft, was sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit und den ressourcenschonenden Umgang auswirkt.A disadvantage of the prior art discussed here is, above all, that the transformation process of the kinetic energy into heat proceeds through the deformation of a crash element, which has a negative effect on the economy and the resource-saving handling.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbau von Stoß- bzw. Aufprallenergie für den Einsatz in Fahrzeugen und anderen, gegen Aufprall zu schützenden Einrichtungen bereitzustellen, welche variable Belastungsfälle übernehmen kann, platzsparend aufgebaut ist und zumindest bedingt wiederverwendet werden kann.The object of the present invention is to provide a device and a method for reducing impact or impact energy for use in vehicles and other devices to be protected against impact, which can take over variable load cases, has a space-saving design and can be reused at least to a limited extent ,

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß den Patentansprüchen erreicht.This object is achieved by an arrangement according to the patent claims.

Lösung der Aufgabe der ErfindungSolution to the problem of the invention

Das System ist durch einen besonderen Aufbau charakterisiert, bei dem Umwandlung von Stoß- bzw. Aufprallenergie in Wärme sowohl in einem Gas (also Molekülebene) als auch durch Reibung von Bauteilen aufeinander (also auf Bauteilebene) stattfinden kann. Daher ist das System für mindestens zwei verschiedene Belastungsfälle einsetzbar. Das System unterscheidet sich auch insofern von den meisten bekannten Energie-Absorptionssystemen, als es die Bewegungsenergie nicht durch Deformationsarbeit mit dem Ergebnis einer irreversiblen Deformation von Bauteilen abbaut. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das System (bedingt) wiederverwendbar ist.The system is characterized by a special structure in which the conversion of impact energy into heat can take place both in a gas (ie molecular level) and by friction of components on each other (ie on component level). Therefore, the system can be used for at least two different load cases. The system also differs from most known energy absorption systems in that it does not degrade the kinetic energy by deformation work resulting in irreversible deformation of components. This has the advantage that the system (conditionally) is reusable.

Das System besteht aus einem Zylinder, in dem ein Kolben in Längsrichtung beweglich gelagert ist. Dieser Kolben ragt mit der Kolbenstange aus dem Zylinder heraus, wobei am Ende der Kolbenstange ein Stoßfänger oder ein anderes stoßabsorbierendes Verkleidungsteil befestigt ist, um die Krafteinleitung bei einem Aufprall zu realisieren. Im Zylinder hinter dem Kolben befindet sich eine Treibmittelladung, die im Bereitstellungsfall durch einen pyrotechnischen Umwandlungsprozess ein Dämpfungsgas in der Zylinderkammer erzeugt. Dabei wird beispielsweise durch eine Mischung aus Schwarzpulver und Natriumazid Stickstoff erzeugt. Dieses Gas bewirkt durch die Druckerhöhung und die damit einhergehender Ausdehnung das Herausfahren des Zylinderkolbens aus dem Absorptionssystem und damit des Stoßfängers aus der Fahrzeugsilhouette. Weiterhin wird dieses Gas auch für den Dämpfungs- und Energieumwandlungs-Prozess für die Aufprallenergie verwendet. Zusätzlich kann ein Teil des Dämpfungsgases durch Leitungen und Ventile in der Zylinderwand aktiv so umgelenkt werden, dass beim Energieumwandlungsprozess zusätzlich Reibbacken auf die Kolbenmantelfläche des Kolbens drücken; durch die erhöhte Reibkraft wird zusätzlich Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt. Die zusätzliche Energieabsorption wird durch Überstromventile gesteuert, welche bei Erreichen eines bestimmten Druckniveaus auslösen und das Anpressen der Reibbacken herbeiführen.The system consists of a cylinder in which a piston is movably mounted in the longitudinal direction. This piston protrudes with the piston rod out of the cylinder, wherein at the end of the piston rod, a bumper or other shock-absorbing trim member is attached to realize the application of force in an impact. In the cylinder behind the piston is a propellant charge, which generates a damping gas in the cylinder chamber in the deployment case by a pyrotechnic conversion process. For example, nitrogen is generated by a mixture of black powder and sodium azide. Due to the pressure increase and the associated expansion, this gas causes the cylinder piston to move out of the absorption system and thus of the bumper from the vehicle silhouette. Furthermore, this gas is also used for the damping and energy conversion process for the impact energy. In addition, a portion of the damping gas can be actively deflected by lines and valves in the cylinder wall so that in the energy conversion process additional friction jaws press on the piston skirt surface of the piston; Due to the increased frictional force kinetic energy is also converted into heat. The additional energy absorption is controlled by overflow valves, which trigger upon reaching a certain pressure level and cause the pressing of the friction pads.

Gesteuert durch eine vorausschauende Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung wird der Kolben durch Zünden der Treibmittelladung für einen als unmittelbar bevorstehend erwarteten Stoß oder Aufprall ausgefahren, um den nötigen Weg zum Eintauchen und Umwandeln der Aufprallenergie in Wärme bereitzustellen. Hierdurch unterscheidet sich das System grundlegend von anderen Absorptionsanordnungen, denn mit der vorliegenden Erfindung wird der benötigte Dämpfungsweg erst vor einem unmittelbaren Aufprall bereitgestellt, was einen kürzeren Bauraum für das Absorptionselement und damit größere Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Fahrzeugfront ermöglicht.Controlled by a predictive impact detection and impact monitoring device, the piston is extended by igniting the propellant charge for an imminently expected shock or impact to provide the necessary path for immersion and conversion of the impact energy into heat. As a result, the system differs fundamentally from other absorption arrangements, because with the present invention, the required damping path is provided only before an immediate impact, which allows a shorter space for the absorption element and thus greater degrees of freedom in the design of the vehicle front.

Das Absorptionssystem kann nach dem Zünden der Treibmittelladung und dem dadurch bedingten Ausfahren des Kolbens durch ein variables Auslassventil gesteuert werden. Das System kann hierüber mindestens zwei unterschiedliche Lastfälle bedienen, wobei im ersten Lastfall deutlich weniger Aufprallenergie absorbiert wird als im zweiten Lastfall.The absorption system can be controlled by a variable exhaust valve after the ignition of the propellant charge and the consequent extension of the piston. The system can thereby serve at least two different load cases, wherein in the first load case significantly less impact energy is absorbed than in the second load case.

Der Abbau der Bewegungsenergie beim Lastfall mit geringerer Aufprallenergie wird nur durch die Gasdämpfung erreicht. Dabei wird nach der Zündung der Treibmittelladung und dem Ausfahren des Zylinderkolbens mittels variablem Auslassventil ein definiertes Druckniveau im Zylinder eingestellt, wobei der Druck durch einen Drucksensor ermittelt wird. Bleibt das eingestellte Druckniveau unterhalb des Druckniveaus, welches zur Öffnung der Überstromventile benötigt wird, wird die Aufprallenergie allein durch die Fluidreibung im Inneren des Zylinders in Wärme umgewandelt.The reduction of kinetic energy in the load case with lower impact energy is achieved only by the gas damping. In this case, after the ignition of the propellant charge and the extension of the cylinder piston by means of a variable exhaust valve, a defined pressure level in the cylinder is set, wherein the pressure is determined by a pressure sensor. If the set pressure level remains below the pressure level required to open the overflow valves, the impact energy is converted to heat solely by the fluid friction inside the cylinder.

Beim Lastfall mit deutlich höherer Aufprallenergie wird der Abbau der Bewegungsenergie durch die Gasdämpfung zusammen mit der Reibungsdämpfung der Reibbacken erreicht. Dabei wird nach der Zündung der Treibmittelladung im Inneren des Zylinders ein so hohes Druckniveau eingestellt, dass die Überstromventile der Leitungen der Reibbacken öffnen und somit ein Anpressen der Reibbacken an die Kolbenmantelfläche erzwingen. Für diesen Kollisionsfall wird die Bewegungsenergie also sowohl durch die Fluidreibung im Gasdämpfer als auch durch die mechanische Reibung an der Kolbenmantelfläche in Wärme umgewandelt.In the load case with significantly higher impact energy, the reduction of the kinetic energy is achieved by the gas damping together with the friction damping of the friction pads. In this case, after the ignition of the propellant charge in the interior of the cylinder, such a high pressure level is set that the overflow valves open the lines of the friction shoes and thus force a pressing of the friction pads to the piston skirt surface. For this collision case, the kinetic energy is thus both by the fluid friction in the gas damper and converted into heat by the mechanical friction on the piston skirt surface.

Eine zum Gesamtsystem gehörende, vorausschauende und aus dem Stand der Technik bekannte Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung kann z. B. aus der Relativgeschwindigkeit der Prallpartner unterscheiden, welcher der beiden möglichen Lastfälle vorliegen wird. Bei einem bevorstehenden Kollisionsfall wird zunächst die Treibmittelladung über einen Zünder gezündet; abhängig vom Lastfall wird dann das variable Auslassventil eingestellt.A belonging to the overall system, anticipatory and known from the prior art impact detection and impact monitoring device may, for. B. from the relative speed of the baffle, which of the two possible load cases will be present. In an impending collision case, the propellant charge is first ignited via an igniter; depending on the load case then the variable outlet valve is set.

Das Absorptionselement kann bedingt wiederverwendet werden. Dazu muss das System nach jeder Auslösung untersucht und mindestens die Treibmitteladung erneuert werden. Abhängig vom Maß der absorbierten Energie und dem damit einhergehenden erhöhten Verschleiß müssen gegebenenfalls auch die Reibbacken ersetzt werden.The absorption element can be conditionally reused. For this, the system must be examined after each triggering and at least the propellant charge renewed. Depending on the degree of absorbed energy and the associated increased wear and tear, the friction pads may also need to be replaced.

Vorausschauende Aufprallerkennungs- und AufprallüberwachungseinrichtungPredictive Impact Detection and Impact Monitoring Device

Unter einer vorausschauenden Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung (dem Steuergerät) wird ein elektrisch betriebenes Gerät verstanden, welches Sensorsignale hinsichtlich einer Aufprallkraft sowie eines zu erwartenden Energiebetrags der Aufprallenergie verarbeitet und in Abhängigkeit davon Ansteuersignale für das Energieabsorptionssystem ausgibt. Das Steuergerät besitzt dazu Schnittstellen zu Sensoren und Aktoren.A predictive impact detection and impact monitoring device (the control device) is understood to mean an electrically operated device which processes sensor signals with regard to an impact force and an expected energy amount of the impact energy and outputs control signals for the energy absorption system as a function thereof. The control unit has interfaces to sensors and actuators.

Die technische Basis für das Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung gehört zum Stand der Technik.The technical basis for the impact detection and impact monitoring device belongs to the state of the art.

Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten applikations-spezifischen integrierten System-Schaltkreises (System-ASICs) sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen.In the case of a hardware-based configuration, the interfaces can be part of a so-called application-specific integrated system circuit (system ASICs), for example, which contains a wide variety of functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.

Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Bei einer softwaremäßigen Ausbildung wird ein Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann, zur Durchführung des Verfahrens nach der beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Somit können die in dem Programmcode definierten Schritte des Verfahrens von Einrichtungen des Computers oder der Vorrichtung umgesetzt werden.In a software embodiment, a computer program with program code, which may be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory, is used for carrying out the method according to the described embodiments. Thus, the steps of the method defined in the program code can be implemented by devices of the computer or device.

Die vorausschauende Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung analysiert über eine oder mehrere Sensoren, die einen bevorstehenden Aufprall aufnehmen, mindestens welcher der beiden möglichen Lastfälle sich ergeben wird. Diese Analyse ist nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät sorgt bei einem erkannten Kollisionsfall über einen Zünder für die Zündung der Treibmittelladung. Da die Aufprallerkennungsvorrichtung bereits vor dem eigentlichen Aufprall das Energieabsorptionssystem in Bereitschaftsstellung bringen muss, kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein berührungslos arbeitendes Radarsystem im relevanten Überwachungsraum eingesetzt werden. Derartige computergestützte Systeme eignen sich zudem gleichwohl für Tag- und Nachtbetrieb und werden beispielsweise in modernen Fahrzeugen bereits zur Abstandserkennung zu anderen Verkehrsteilnehmern verwendet, um so beispielsweise autonome Fahraufgaben an das Fahrzeug selbst zu übertragen. Durch eine geeignete Software kann dieses System darüber hinaus auch die Größe und daraus die möglichen Lastfälle und die Geschwindigkeiten der Kollisionspartner ermitteln.The predictive impact detection and impact monitoring device analyzes, via one or more sensors that will detect an impending impact, at least one of the two possible load cases. This analysis is not part of the present invention. The control unit provides an igniter for the ignition of the propellant charge in a detected collision case. Since the impact detection device must bring the energy absorption system into ready position already before the actual impact, in a preferred embodiment a contactless radar system can be used in the relevant monitoring space. Nevertheless, such computer-aided systems are also suitable for daytime and nighttime operation and are already being used, for example, in modern vehicles for distance recognition to other road users in order for example to transmit autonomous driving tasks to the vehicle itself. By means of suitable software, this system can also determine the size and from this the possible load cases and the speeds of the collision partners.

Möglichkeiten der Anwendung der ErfindungPossibilities of application of the invention

Die Erfindung lässt sich prinzipiell auch für andere, die Wirkung einer Kollision vermindernde Vorrichtungen, wie z. B. in Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Kettenfahrzeugen, wiederverwendbaren strahlgetriebenen Flugsystemen, Notsystemen bei Achterbahnen, Schiffen und Booten u. v. a. m. verwenden.The invention can in principle also for other, the effect of a collision-reducing devices, such. As in motor vehicles, commercial vehicles, rail vehicles, tracked vehicles, reusable jet-propelled aircraft systems, emergency systems in roller coasters, ships and boats u. v. a. m. use.

Besonderes Ausführungsbeispiel:Special embodiment:

Vorzugsweise wird die Anordnung zur Reduzierung von Kollisionsenergie an der Frontseite eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei
mindestens ein Absorptionselement in Fahrzeuglängsrichtung befestigt wird,
mindestens eine Einrichtung zur Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls und zur Ermittlung des Prallpartners zur Verfügung steht,
ein Steuergerät zur Steuerung des Auslösers und des variablen Auslassventils zur Druckregulierung im Zylinder Anwendung findet,
das Kolbenende eines Absorptionselements mit einem Stoßfängerelement verbunden ist, um eine Krafteinleitung in das Absorptionselement zu ermöglichenPreferably, the arrangement for reducing collision energy at the front of a vehicle is proposed, wherein
at least one absorption element is fastened in the vehicle longitudinal direction,
at least one device is available for detecting an impending impact and for determining the impact partner,
a control unit is used for controlling the trigger and the variable outlet valve for pressure regulation in the cylinder,
the piston end of an absorption element is connected to a bumper element to allow a force to be introduced into the absorption element

In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann eine Parallelschaltung mit wenigstens zwei Absorptionselementen eingesetzt werden. Diese Anordnung kann vorzugsweise im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden. Die zwei Absorptionselemente werden dabei parallel an den vorderen Längsträgern befestigt und an den Zylinderkolbenenden ein Stoßfänger befestigt. Dabei kann die Anordnung vor allem für den Abbau der Bewegungsenergie bei einem Zusammenstoß mit einem anderen Fahrzeug oder einem ruhenden Gegenstand mit hoher Masse oder einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Fußgänger eingesetzt werden. Der Einsatz bei einem Zusammenstoß mit einem anderen Fahrzeug oder einem ruhenden Gegenstand mit hoher Masse erscheint vor allem daher sinnvoll, da durch den Abbau der Bewegungsenergie ein Verletzungsrisiko für die Insassen und eine mögliche Verformung des Längsträgers minimiert wird. Bei einem Fußgängerschutzsystem können bei möglichen Kollisionen mit Fußgängern und Fahrradfahren schwere Verletzungen bei den Beteiligten reduziert werden. Das vorgestellte System kann auch in Kombination oder allein für eine aktive Motorhaube verwendet werden, um das Risiko für eine schwere Verletzung deutlich zu reduzieren.In a preferred embodiment, a parallel connection can be used with at least two absorption elements. This arrangement can preferably be used in the automotive sector. The two absorption elements are attached in parallel to the front side members and attached to the cylinder piston ends a bumper. In this case, the arrangement can be used especially for the reduction of kinetic energy in a collision with another vehicle or a stationary object with high mass or a collision of the motor vehicle with a pedestrian. The use in a collision with another vehicle or a dormant object with high mass seems therefore especially useful, since by reducing the kinetic energy injury to the occupants and a possible deformation of the longitudinal member is minimized. In a pedestrian protection system, serious injuries can be reduced in the event of possible collisions with pedestrians and cycling. The presented system can also be used in combination or alone for an active bonnet to significantly reduce the risk of serious injury.

Durch den Einsatz eines einzigen Systems für beide Unfallmuster (d. h. für die Lastfälle Insassenschutz und Fußgängerschutz) kann wertvoller Bauraum reduziert werden.By using a single system for both accident patterns (ie for the occupant protection and pedestrian protection load cases), valuable space can be reduced.

Weiterhin kann das Fahrzeug nach einem Zusammenprall, welcher durch einen der beiden Lastfälle charakterisiert ist, nach einer Sichtkontrolle zu einer nahegelegenen Werkstatt selbst fahren, da durch das System keine Deformation (mit Ausnahme möglicher Verkleidungsteile) auftreten, die eine Weiterfahrt aufgrund ausgelöster Absorptionselemente unmöglich erscheinen lassen.Furthermore, after a collision, which is characterized by one of the two load cases, the vehicle can drive itself to a nearby workshop after a visual inspection, since no deformation (with the exception of possible trim parts) occurs due to the system, which makes it impossible to continue driving due to triggered absorption elements ,

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung umfasst die Anordnung von mindestens zwei unterschiedlich ansteuerbaren Absorptionselementen, die zusammen an der Front eines Fahrzeugs befestigt sind und an ihren Kolbenenden einen einzigen Stoßfänger führen. Durch die sensorische Erkennung eines möglichen Prallpartners kann dessen genaue Winkelposition zum Fahrzeug ermittelt werden. Durch die variable Ansteuerung der Absorptionselemente kann erreicht werden, dass unterschiedliche Ausfahrlängen bei den Kolben eingestellt werden, wodurch sich eine Neigung des Stoßfängers zur Fahrzeugquerachse ergibt. So können bei einem Aufprall unterschiedliche Krafteinleitungen eingestellt werden. Dies erscheint vor allem bei einer möglichen Kollision mit einem Fußgänger als sinnvoll, da dadurch der mögliche Aufprallpunkt des Fußgängers auf der Motorhaube gesteuert werden kann, was sich in Kombination mit einer aktiven Motorhaube deutlich reduzierend auf das Verletzungsrisiko auswirken kann.A further advantageous embodiment comprises the arrangement of at least two differently controllable absorption elements, which are fastened together at the front of a vehicle and lead at their piston ends a single bumper. By the sensory detection of a possible baffle partner whose exact angular position can be determined to the vehicle. By the variable control of the absorption elements can be achieved that different extension lengths are set in the piston, resulting in an inclination of the bumper to the vehicle transverse axis. This allows different force applications to be set in the event of an impact. This seems to make sense, especially in the case of a possible collision with a pedestrian, as it can control the possible impact point of the pedestrian on the bonnet, which, in combination with an active bonnet, can significantly reduce the risk of injury.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann die Anordnung bei einem Fahrzeug auch am Heck Verwendung finden. Auch dort kann die Anordnung in vorteilhafter Weise, ähnlich wie bei der Anordnung an der Front eines Fahrzeugs, in einer Parallelschaltung Anwendung finden. Die Absorptionselemente können dabei an den Heckabschlussblech befestigt werden und an den Kolbenenden einen Stoßfänger führen. Mit einer solchen Anordnung können nun Auffahrunfälle bei zwei verschiedenen Geschwindigkeiten als Beispiele für die zwei unterschiedlichen Lastfälle abgeschwächt werden. Dadurch können Schäden an den Fahrzeugen, aber vor allem auch das Verletzungsrisiko für die Insassen reduziert werden.According to a particular embodiment, the arrangement may also be used in the rear of a vehicle. Also there, the arrangement can advantageously, similar to the arrangement at the front of a vehicle, find in a parallel circuit application. The absorption elements can be attached to the rear end plate and lead to the piston ends a bumper. With such an arrangement, rear-end collisions at two different speeds can now be attenuated as examples of the two different load cases. As a result, damage to the vehicles, but above all the risk of injury to the occupants can be reduced.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Anordnung auch speziell im Nutzfahrzeugbereich angewendet werden. Dabei können als mögliche Lastfälle ein Aufprall mit einem PKW und einem LKW eingestellt werden. Durch diese Anordnung könnten sich die Überlebenschancen bei den Aufprallen erhöhen, da die erfindungsgemäße Anordnung durch das Ausfahren bei einem bevorstehenden Aufprall einen zusätzlichen Dämpfungsweg zur Verfügung stellt, was beim üblicherweise kurzen Dämpfungsweg von europäischen LKWs positiv auswirkt.According to a further advantageous embodiment, the arrangement according to the invention can also be applied specifically in the commercial vehicle sector. It can be set as a possible load cases an impact with a car and a truck. By this arrangement, the chances of survival could increase in the impact, since the arrangement according to the invention by the extension in an imminent impact provides an additional damping path available, which has a positive effect on the usually short damping travel of European trucks.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung umfasst den Einsatz des Absorptionselements im Schienen- und Zugverkehr. Dabei können die Absorptionselemente sowohl bei bewegten Lokomotiven, Wägen und Triebzügen an der Front und dem Heck eingesetzt werden, als auch an stationären Prellböcken zur Reduzierung der Bewegungsenergie bei Aufprallen und Rangierarbeiten Verwendung finden.A further advantageous embodiment comprises the use of the absorption element in rail and rail transport. The absorption elements can be used both in moving locomotives, cars and trainsets at the front and the rear, as well as stationary bumpers to reduce the kinetic energy in impact and maneuvering use.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Absorptionselementabsorbing element

22

Zylindercylinder

33

Zylinderkopfcylinder head

44

Reibbackenfriction pads

55

Kammerchamber

66

Kanalchannel

77

ÜberstromventilOverflow valve

88th

Zylinderkolbencylinder piston

99

RückstellfederReturn spring

1010

TreibmittelladungPropellant charge

1111

Auslassventiloutlet valve

1212

Drucksensorpressure sensor

1313

Ringdichtungring seal

1414

Metalldichtungmetal seal

3030

Zylinderkammercylinder chamber

4040

Gummidichtung ReibbackenRubber seal Friction jaws

4141

Gasseite ReibbackenGas side friction shoes

42 42

Reibseite ReibbackenFriction side Friction jaws

4343

Gummiseite ReibbackenRubber side friction jaws

4444

Führung ReibbackenGuide friction jaws

5151

Stoßfängerbumper

Beschreibung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels:Description of the operation of the embodiment:

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer besonderen Ausführungsform des Absorptionselements in Längsrichtung in nicht ausgelöstem Zustand. Dabei besteht das Gehäuse des Absorptionselements aus Zylinder 2 und Zylinderkopf 3. Es sind die Reibbacken 4, die mit einer zur Dämpfung beitragenden Gummischicht 40 belegt sind, in eine Kammer 5 in der Zylinderwand eingesetzt und werden über einen Kanal mit dem Überstromventil 7 verbunden. Während des normalen Fahrbetriebs ist der Zylinderkolben 8 im nicht ausgefahrenen Zustand gelagert und mit einer Rückstellfeder 9 vorgespannt. Zum Ausfahren des Zylinderkolbens 8 wird die Treibmittelladung 10 gezündet, welche in der Zylinderkammer 30 Überdruck erzeugt. Zur Einstellung des benötigten Dämpfungsdrucks wird ein variables Auslassventil 11 eingesetzt, welches auf Basis der Messdaten eines Drucksensors 12 gesteuert wird. Zur Abdichtung wird eine Ringdichtung 13 am Kolben und eine Metalldichtung 14 an der Dichtfläche des zwischen Zylinder 2 und Zylinderkopf 3 eingesetzt. 1 shows a schematic sectional view of a particular embodiment of the absorption element in the longitudinal direction in non-triggered state. In this case, the housing of the absorption element consists of cylinders 2 and cylinder head 3 , These are the friction jaws 4 , which with a rubber layer contributing to the damping 40 are occupied in a chamber 5 used in the cylinder wall and are via a channel with the overflow valve 7 connected. During normal driving is the cylinder piston 8th stored in the non-extended state and with a return spring 9 biased. For extending the cylinder piston 8th becomes the propellant charge 10 ignited, which in the cylinder chamber 30 Overpressure generated. To set the required damping pressure is a variable exhaust valve 11 used, which based on the measurement data of a pressure sensor 12 is controlled. To seal a ring seal 13 on the piston and a metal seal 14 at the sealing surface of between cylinder 2 and cylinder head 3 used.

Die zum Gesamtsystem gehörende, vorausschauende und aus dem Stand der Technik bekannte Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung (das Steuergerät) ist hier nicht weiter dargestellt.Belonging to the overall system, anticipatory and known from the prior art impact detection and impact monitoring device (the controller) is not shown here.

Durch den Drucksensor 12 und das variable Auslassventil 11 werden nun die Einstellungen für den bevorstehenden Aufprall vorgenommen. Dazu gibt das Steuergerät ein Zündsignal ab, durch welches die Treibmittelladung 10 ausgelöst wird. Durch das pyrotechnische Abbrennen der Treibmittelladung 10 entsteht Treibgas in der Zylinderkammer 30, durch dessen Druck der Zylinderkolben 8 gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 9 in seine Bereitstellungsposition ausgefahren wird.Through the pressure sensor 12 and the variable exhaust valve 11 Now the settings for the impending impact are made. For this purpose, the control unit emits an ignition signal, through which the propellant charge 10 is triggered. By the pyrotechnic burning off of the propellant charge 10 Propellant gas is generated in the cylinder chamber 30 , by the pressure of the cylinder piston 8th against the restoring force of the return spring 9 is extended to its staging position.

Für den stärkeren Lastfall der beiden möglichen Lastfälle wird der Druck im Inneren des Absorptionselements höher eingestellt als für den schwächeren Lastfall. Dadurch baut sich ein so hoher Druck in der Zylinderkammer 30 auf, dass sich die Überstromventile 7 öffnen und so ein Einströmen der Treibgase in eine Kammer 5 in der Zylinderwand durch Kanäle 6 ermöglichen. Dies hat zur Folge, dass die Reibbacken 4 zusätzlich an die Mantelfläche des Zylinderkolbens 8 angepresst werden. Bei einem Aufprall wird nun die Aufprallenergie zusätzlich durch die Reibung des Zylinderkolbens 8 an den Reibbacken 4 und nicht nur durch die Gasdämpfung, welche durch das variable Auslassventil 11 und den Drucksensor 12 über den gesamten Prozess überwacht und über eine Kennlinie, welche im Steuergerät hinterlegt ist, gesteuert wird, in Wärme umgewandelt, bis sich der Zylinderkolben 8 wieder in Ausgangsstellung befindet und durch die Rückstellfeder 9 in dieser Position gehalten wird.For the stronger load case of the two possible load cases, the pressure inside the absorption element is set higher than for the weaker load case. As a result, such a high pressure builds up in the cylinder chamber 30 on that the overflow valves 7 open and so a flow of propellant gases into a chamber 5 in the cylinder wall through channels 6 enable. This has the consequence that the friction pads 4 in addition to the lateral surface of the cylinder piston 8th be pressed. In the event of a collision, the impact energy is now additionally caused by the friction of the cylinder piston 8th on the friction jaws 4 and not just by the gas damping, which through the variable exhaust valve 11 and the pressure sensor 12 monitored over the entire process and controlled by a characteristic curve, which is stored in the control unit, converted into heat until the cylinder piston 8th is back in initial position and by the return spring 9 held in this position.

Für den schwächeren der beiden möglichen Lastfälle wird der Druck in der Zylinderkammer 30 des Absorptionselement niedriger eingestellt, als für den stärkeren. Ein Anwendungsfall kann hierbei der Fußgängerschutz darstellen. Dabei wird bei diesem Druckniveau das Überstromventil 7 nicht ausgelöst, was zur Folge hat, dass die Aufprallenergie lediglich (gemäß einer im Steuergerät abgelegten Kennlinie) durch reine Gasdämpfung abgebaut wird.For the weaker of the two possible load cases, the pressure in the cylinder chamber 30 the absorption element set lower than for the stronger. An application case can be pedestrian protection. In this case, at this pressure level, the overflow valve 7 not triggered, which has the consequence that the impact energy is reduced only (according to a characteristic stored in the control unit) by pure gas damping.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform des Absorptionselements in Längsrichtung im ausgelösten Zustand. 2 shows a schematic representation of a particular embodiment of the absorption element in the longitudinal direction in the triggered state.

3 zeigt eine schematische Darstellung der Reibbacken 4 in der besonderen Ausführungsform, bei der vier Reibbacken rotationssymmetrisch in der Zylinderwand angeordnet werden. Die Reibbacken haben einen elementaren Anteil an der Umwandlung der Aufprallenergie in Wärme bei dem stärkeren der beiden Lastfälle. Ein einzelner dieser Reibbacken besteht aus zwei mittig verbundenen Bögen, die zusätzlich eine Führung 44 besitzen. Die Oberseite des langen Bogens wird als Gasseite 41 definiert, da auf deren Oberfläche das Gas anliegt. Die Unterseite des kurzen Bogens wird als Reibseite 42 definiert, da an deren Fläche die Kolbenmantelfläche reibt. Diese Ausführung bewirkt, dass das auf die Gasseite 41 anströmende Treibgas die Reibseite 42 an die Mantelfläche des Zylinderkolbens durch Druckerhöhung anpresst. Dabei ist das Verhältnis zwischen Gasseitenfläche und Reibseitenfläche so gewählt, dass eine gleichmäßige Druckerhöhung auf der Gasseite 41 und ein deutliches Anpressen der Reibseite 42 an die Mantelfläche ermöglicht wird. Um einem Druckabfall in der gasgefüllten Kammer 5 entgegenzuwirken, wird eine flächige Gummidichtung 40 an die Unterseite des langen Bogens der Reibbacken eingebaut, weshalb diese Seite als Gummiseite 43 bezeichnet wird. 3 shows a schematic representation of the friction pads 4 in the particular embodiment, in which four friction pads are arranged rotationally symmetrically in the cylinder wall. The friction pads have an elemental part in the conversion of the impact energy into heat in the stronger of the two load cases. A single of these friction pads consists of two centrally connected arches, which also has a guide 44 have. The top of the long bow is called gas side 41 defined, because on the surface of which the gas is applied. The underside of the short bow is called rubbing side 42 defined, since at the surface of the piston skirt surface rubs. This design causes that on the gas side 41 inflowing propellant the friction side 42 pressed against the outer surface of the cylinder piston by increasing the pressure. The ratio between the gas side surface and Reibseitenfläche is chosen so that a uniform pressure increase on the gas side 41 and a significant pressing of the friction side 42 is allowed to the lateral surface. To a pressure drop in the gas-filled chamber 5 counteract, is a flat rubber seal 40 installed on the underside of the long arc of the friction pads, which is why this page as a rubber side 43 referred to as.

4 zeigt zwei der Reibbacken 4 in der besonderen Ausführungsform, wobei der untere Reibbacken auf der Gummiseite 43 bereits mit einer der beiden zu einem Reibbacken gehörenden, flächigen Gummidichtungen 40 belegt ist. 4 shows two of the friction pads 4 in the particular embodiment, wherein the lower friction jaws on the rubber side 43 already with one of the two belonging to a friction pads, flat rubber seals 40 is occupied.

5 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Zusammenbau der einzelnen Bestandteile eines Absorptionselements der besonderen Ausführungsform. 5 shows in an exploded view the assembly of the individual components of an absorption element of the particular embodiment.

6 zeigt in einer Draufsicht den typischen Einsatz zweier Absorptionselemente 1 zusammen mit einem einzigen Stoßfänger 51. In der schematischen Darstellung werden die Stoßkräfte, die auf einen einzigen Stoßfänger 51 wirken, in die Enden der Kolbenstangen der Zylinderkolben 8 von zwei Absorptionselementen eingeleitet. Eine derartige Anordnung wird typischerweise im Fahrzeugbereich, sowohl bei Rad- als auch bei Schienenfahrzeugen, Verwendung finden. Die Absorptionselemente 1 leiten ihrerseits die verbleibenden Kräfte, die durch die Wirkung der Absorptionselemente geringer als die Kräfte auf den Stoßfänger sind, an ein massives Bauteil, z. B. einen Längsträger bei Fahrzeugen, weiter. 6 shows in a plan view the typical use of two absorption elements 1 along with a single bumper 51 , In the schematic diagram, the impact forces acting on a single bumper 51 act, in the ends of the piston rods of the cylinder piston 8th initiated by two absorption elements. Such an arrangement will typically find use in the vehicle industry, both in wheeled and rail vehicles. The absorption elements 1 in turn direct the remaining forces, which are lower than the forces on the bumper due to the effect of the absorption elements, to a solid component, e.g. B. a side member in vehicles on.

Ablauf des Verfahrens:Procedure of the procedure:

Das Verfahren zur angepassten Steuerung der Wirkung des Absorptionselements je nach Größe des Stoßpartners läuft folgendermaßen ab:
Bei einem bevorstehenden Aufprall detektiert die vorausschauende Aufprallerkennungseinrichtung, um welchen Lastfall es sich handelt. Unabhängig von der Art des Lastfalls wird durch die Aufprallüberwachungseinrichtung zunächst ein Zündsignal abgegeben, wodurch die Treibmittelladung gezündet und Treibgas gebildet wird.The method of adapted control of the effect of the absorbent element according to the size of the impact partner is as follows:
In an impending impact, the predictive impact detection device detects which load case is involved. Regardless of the type of load case, an ignition signal is initially emitted by the impact monitoring device, whereby the propellant charge ignited and propellant gas is formed.

Abhängig vom eigentlichen Lastfall stellt oder regelt die Aufprallüberwachungseinrichtung das variable Auslassventil so ein, dass ein bestimmter Druck im Inneren der Zylinderkammer über- oder unterschritten wird.Depending on the actual load case, the impact monitoring device sets or controls the variable exhaust valve so that a certain pressure inside the cylinder chamber is exceeded or undershot.

Der Druck in der Zylinderkammer ist jedoch in jedem Lastfall ausreichend, damit die Rückstellkraft einer Rückstellfeder überwunden und der Zylinderkolben ausgefahren werden kann, wodurch das Absorptionssystem in Bereitschaftsstellung gebracht ist.However, the pressure in the cylinder chamber is sufficient in each load case, so that the restoring force of a return spring can be overcome and the cylinder piston can be extended, whereby the absorption system is brought into standby position.

Handelt es sich um den schwächeren der beiden typischen Lastfälle (also beispielsweise einen Fußgänger- oder Radfahreraufprall), reicht der Druck jedoch nicht aus um das Überstromventil auszulösen, wodurch die Reibbacken auch nicht an die Kolbenmantelfläche angepresst werden. Die kinetische Energie eines Aufpralls wird hier ausschließlich durch die Gasdämpfung (molekulare Reibung) in Wärme umgewandelt. Das Eintauchen des Kolbens beim Aufprall bedingt eine Druckerhöhung in der Zylinderkammer, wodurch sich auch die Dämpfungseigenschaften abhängig vom Eintauchweg des Kolbens verändern. Um dem entgegenzuwirken und die benötigten Dämpfungseigenschaften auf dem gesamten Kolbenweg einzuhalten, kann durch das variable Auslassventil der Druck in der Zylinderkammer reguliert werden.If it is the weaker of the two typical load cases (for example, a pedestrian or cyclist impact), the pressure is not sufficient to trigger the overflow valve, whereby the friction pads are not pressed against the piston skirt surface. The kinetic energy of an impact is converted into heat exclusively by the gas damping (molecular friction). The immersion of the piston upon impact causes an increase in pressure in the cylinder chamber, which also changes the damping properties depending on the immersion path of the piston. To counteract this and to maintain the required damping properties over the entire piston stroke, the pressure in the cylinder chamber can be regulated by means of the variable exhaust valve.

Handelt es sich um den stärkeren der beiden Lastfälle (also beispielsweise um einen Zusammenstoß mit einem anderen Fahrzeug), wird der Druck in der Zylinderkammer höher als beim schwächeren Lastfall eingestellt, wodurch zusätzlich das Überstromventil öffnet und das Treibgas in eine Kammer oberhalb der Reibbacken fließen kann. Dadurch tritt zusätzlich zu der Gasdämpfung (molekularen Reibung), wie sie bei dem schwächeren Lastfall beschrieben wurde, eine Coulombsche Reibung auf, indem durch den Überdruck in der Kammer die Reibbacken an die Kolbenmantelfläche angepresst werden. Hierbei wird zusätzlich kinetische Energie eines Aufpralls in Wärme umgewandelt.If it is the stronger of the two load cases (for example, a collision with another vehicle), the pressure in the cylinder chamber is set higher than in the weaker load case, which additionally opens the overflow valve and the propellant gas can flow into a chamber above the friction pads , As a result, in addition to the gas damping (molecular friction), as described in the weaker load case, a Coulomb friction on by the overpressure in the chamber, the friction pads are pressed against the piston skirt surface. In addition, the kinetic energy of an impact is converted into heat.

In beiden unterschiedlichen Lastfällen taucht der Kolben idealerweise bis zum Anschlag ein und eine Rückstellfeder hält ihn dann in dieser Ausgangsposition. Für das energieverzehrende Eintauchen wird der Druck in der Zylinderkammer und der Kammer der Reibbacken durch das variable Auslassventil idealerweise so gesteuert, dass sich der Reibweg der Reibbacken über den gesamten Kolbenweg erstrecken kann.In both different load cases, the piston ideally dips to the stop and a return spring then holds it in this starting position. For the energy-consuming immersion, the pressure in the cylinder chamber and the chamber of the friction shoes is ideally controlled by the variable exhaust valve so that the friction path of the friction shoes can extend over the entire piston stroke.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102014205412 A1 [0004] DE 102014205412 A1 [0004]
• DE 102013203481 A1 [0005] DE 102013203481 A1 [0005]
• DE 102008048678 A1 [0006] DE 102008048678 A1 [0006]
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• DE 19924617 A1 [0008] DE 19924617 A1 [0008]
• DE 19654559 A1 [0009] DE 19654559 A1 [0009]
• DE 10346031 A1 [0010] DE 10346031 A1 [0010]
• DE 102004014776 A1 [0011] DE 102004014776 A1 [0011]

Claims (13)

Vorrichtung und Verfahren zur Absorption von Bewegungsenergie bei einem Zusammenstoß eines Fahrzeugs mit einem Hindernis, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsenergie in einer aktiven Energieabsorptionsvorrichtung für mindestens zwei unterschiedliche Lastfälle in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgegeben wird.Device and method for absorbing kinetic energy in a collision of a vehicle with an obstacle, characterized in that the kinetic energy in an active energy absorption device for at least two different load cases is converted into heat and released to the environment. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsenergie durch eine in seiner Wirkung steuerbare Energieabsorptionsvorrichtung durch die Verwendung eines Gasdruckdämpfers nicht-adiabatisch in Wärme umgewandelt wird.Apparatus and method according to claim 1, characterized in that the kinetic energy is converted by a controllable in its effect energy absorption device by the use of a gas pressure damper non-adiabatically into heat. Vorrichtung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck für den Gasdruckdämpfer durch Druckerhöhung infolge einer Zündung einer Treibladung in einem Zylinder zustande kommt.Device and method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the gas pressure for the gas pressure damper comes about by pressure increase due to ignition of a propellant charge in a cylinder. Vorrichtung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck für den Gasdruckdämpfer in einem Zylinder durch Verbindung eines Gasvorratsgefäßes, welches unter hohem Druck steht, mit dem Zylinder zustande kommt.Device and method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the gas pressure for the gas spring in a cylinder by connection of a gas storage vessel, which is under high pressure, comes about with the cylinder. Vorrichtung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Gasdrucks und damit der Dämpfungsprozess durch ein variables Auslassventil gesteuert wird.Device and method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the time profile of the gas pressure and thus the damping process is controlled by a variable exhaust valve. Vorrichtung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine in seiner Wirkung steuerbare Energieabsorptionsvorrichtung je nach Höhe der zu absorbierenden Bewegungsenergie durch die Verwendung eines Gasdruckdämpfers nicht-adiabatisch allein oder durch die zusätzliche Verwendung eines oder mehrerer Reibbacken in Wärme umgewandelt wird, wobei eine geeignete Umlenkung des Dämpfungsgases zum Anpressen der Reibbacken an eine Mantelfläche des Zylinderkolbens und damit zu einer verstärkten Reibungswirkung mit höherer Absorption für Bewegungsenergie führt.Device and method according to one of claims 1 to 5, characterized in that non-adiabatically alone or by the additional use of one or more friction pads converted into heat by a controllable in its effect energy absorption device depending on the amount of kinetic energy to be absorbed by the use of a gas spring is, with a suitable deflection of the damping gas for pressing the friction pads leads to a lateral surface of the cylinder piston and thus to an increased friction effect with higher absorption for kinetic energy. Vorrichtung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsprozess der Energieabsorptionsvorrichtung über den Druck des Gases gesteuert wird.Device and method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the damping process of the energy absorption device is controlled by the pressure of the gas. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsprozess der Energieabsorptionsvorrichtung über den Druck des Gases gesteuert wird, welcher sich durch die Betätigung eines verstellbaren Auslassventils einstellt.Apparatus and method according to claim 7, characterized in that the damping process of the energy absorbing device is controlled by the pressure of the gas, which is adjusted by the operation of an adjustable exhaust valve. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch entsprechende Steuerung eines verstellbaren Auslassventils ein höherer Druck im Zylinder einstellt, der zum Ansprechen eines oder mehrerer Überströmventile führt, durch deren Öffnung das Dämpfungsgas in eine weitere Kammer einströmt und dort zu einem Anpressen von Reibbacken an die Mantelfläche des Zylinderkolbens führt.Apparatus and method according to claim 7, characterized in that adjusts by appropriate control of an adjustable exhaust valve, a higher pressure in the cylinder, which leads to the response of one or more overflow valves, through the opening of the damping gas flows into another chamber and there to a pressing of Friction jaws leads to the lateral surface of the cylinder piston. Vorrichtung und Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Energieabsorptionsvorrichtung unmittelbar vor Eintreten des Kollisionsereignisses aus einer Grundstellung vorausschauend in eine ausgefahrene Stellung gebracht wird.Device and method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the active energy absorption device is brought forward from a basic position in an extended position immediately before the occurrence of the collision event. Vorrichtung und Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Energieabsorptionsvorrichtung durch die Überwindung der Rückstellkraft einer Feder durch Gasdruck in eine ausgefahrene Stellung gebracht wird.Device and method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the active energy absorption device is brought by overcoming the restoring force of a spring by gas pressure in an extended position. Vorrichtung und Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Energieabsorptionsvorrichtung nach der Aufnahme der Kollisionsenergie durch die Rückstellkraft einer Feder zurück in die Ausgangsstellung gebracht wird, in der die Vorrichtung erneut verwendet werden kann.Device and method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the active energy absorption device is brought back to the initial position after receiving the collision energy by the restoring force of a spring in which the device can be reused. Vorrichtung und Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionsvorrichtung mit weiteren derartigen Vorrichtungen parallel geschaltet werden kann.Device and method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the energy absorption device can be connected in parallel with other such devices.

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