DE102018221353A1

DE102018221353A1 - Modulares sicherheitskit

Info

Publication number: DE102018221353A1
Application number: DE102018221353.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Volkmann
Original assignee: Joyson Safety Systems Inc
Current assignee: Joyson Safety Systems Inc
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-06-27
Also published as: US20190193658A1

Abstract

Ein modulares Sicherheitspaket für Fahrzeuge weist eine Notfallsteuereinheit (Emergency Control Unit, ECU), eine Vielzahl von Sensoren und eine oder mehrere Sicherheitsvorrichtungen auf. Die Notfallsteuereinheit ist ein Computerprozessor mit einer Vielzahl von Verbindungsanschlüssen zum Empfangen von Sensorinformationen und zum Senden von Aktivierungssignalen an eine oder mehrere, angeschlossene Sicherheitsvorrichtungen. Die Sensoren umfassen mindestens einen, mit einem Anschluss verbundenen Thermofühler, und mindestens einen linearen, mit einem Anschluss verbundenen Wärmeerfassungsdraht. Die eine oder mehreren, mit den Anschlüssen verbundenen Sicherheitsvorrichtungen umfassen eine Brandbekämpfungsvorrichtung, eine Leitungsschneidevorrichtung, eine Leitungssperrvorrichtung und eine Vorrichtung zum Brechen von Glas.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Sicherheitspaket für Fahrzeuge. Paket verwendet eine automatische Erkennung zur Aktivierung einer Vielzahl von Geräten, zum Löschen von Bränden, zum Abschalten der Stromversorgung, zum Verhindern von Kraftstofflecks, und verschiedene andere optionale Merkmale zum Schützen von Insassen und Ersthelfers im Falle eines Vorfalls.
Hintergrund der Erfindung
Gegenwärtig sind verschiedene Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtungen als Zusatzkomponenten für Fahrzeuge verfügbar, wie beispielsweise Branderkennungs- und Brandbekämpfungsvorrichtungen. Das Hauptproblem solche Systeme sind die zusätzlichen Kosten für den Einbau der Vorrichtungen in ein Fahrzeug. Die im Folgenden beschriebene, vorliegende Erfindung stellt ein einzigartiges System mit einer einzigen ECU, der Notfallsteuereinheit (emergency control unit), bereit, welche eine beliebige Anzahl von Sicherheitsvorrichtungen aktivieren kann, die mit der ECU verbunden sind. Dies senkt die Gesamtkosten erheblich und bietet eine Möglichkeit, eine Vielzahl von derzeit nicht verfügbaren Sicherheitsfunktionen zu integrieren.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Paket bereit, das skalierbar und modular ist, wodurch es für Personenkraftwagen und Kleinlastwagen geeignet ist. Das Paket funktioniert gut für Erdöl betriebene Fahrzeuge, für sowie Hybrid- und Elektrofahrzeuge mit Hochspannungs-Elektrik.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein modulares Sicherheitssystem, das als modulares Sicherheitspaket für Fahrzeuge konfiguriert ist, weist eine Notfallsteuereinheit (ECU), eine Vielzahl von Sensoren und eine oder mehrere Sicherheitsvorrichtungen auf. Die Notfallsteuereinheit ist ein Computerprozessor mit einer Vielzahl von Verbindungsanschlüssen zum Empfangen von Sensor-Informationen und zum Senden von Aktivierungssignalen an eine oder mehrere angeschlossene Sicherheitsvorrichtungen. Die Sensoren umfassen mindestens einen, mit einem Anschluss verbundenen Thermofühler und mindestens einen linearen, mit einem Anschluss verbundenen Wärmeerfassungsdraht. Die eine oder die mehreren, mit Anschlüssen verbundenen Sicherheitsvorrichtungen umfassen eine Brandbekämpfungsvorrichtung, eine Leitungsschneidevorrichtung, eine Leitungssperrvorrichtung und eine Vorrichtung zum Brechen von Glas.
Das modulare Sicherheitspaket weist ferner eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI) auf, die dazu eingerichtet ist, einen Fahrer des Fahrzeugs optisch und akustisch zu warnen. Das HMI ist an das Steuergerät angeschlossen. Das modulare Sicherheitspaket verfügt außerdem über einen manuellen, mit dem HMI verbundenen Aktivierungsschalter, zum Anweisen der ECU, eine oder mehrere der angeschlossenen Sicherheitsvorrichtungen zu aktivieren. Das Fahrzeug weist ferner ein Gefahrenwarnsystem auf, das entweder direkt mit der ECU oder einer separaten Fahrzeug-ECU verbunden ist, die mit dem HMI oder direkt mit der ECU verbunden ist. Das Gefahrenwarnsystem umfasst Fahrzeugaufprallsensoren, die im Falle eines Fahrzeugaufpralls ein Signal an die ECU senden. Das modulare Sicherheitspaket eignet sich besonders für gewerbliche Transportfahrzeuge wie Busse oder Lastkraftwagen.
Figurenliste
Die Erfindung wird beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1A eine schematische Ansicht des modularen Sicherheitspakets im Allgemeinen gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
1B ist eine schematische Ansicht, welche die Grundfunktionen des Pakets beschreibt.
2A ist eine zweite schematische Ansicht, in welche die Standardsystemfunktionen weiter erläutert werden.
2B zeigt eine fortgeschrittene, schematische Systemfunktion gemäß der ersten Ausführungsform I.
2C zeigt eine fortgeschrittene Systemfunktion gemäß der zweiten Ausführungsform II.
In 3 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm für das modulare Sicherheitspaket der vorliegenden Erfindung dargestellt.
4 stellt eine beispielhafte Querschnittsansicht einer Leitungssperrvorrichtung dar.
5 ist eine beispielhafte Querschnittsansicht einer Leitungsschneidevorrichtung zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine beispielhafte Querschnittsansicht eines Hochspannungsleitungsschneiders zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezüglich 1A ist ein modulares Sicherheitssystem veranschaulicht, das als modulares Sicherheitspaket 100 eingerichtet ist. Das modulare Sicherheitspaket 100 ist ein modulares System mit einer Reihe von Sicherheitskomponenten, die zum Schutz eines Fahrzeugs im Falle eines Fahrzeugbrandes oder -unfalls verwendet werden, wobei das System eine Vielzahl von Sicherheitsvorrichtungen zum Schutz der Insassen vor Feuer oder elektrischen Gefahren oder anderen Gefahren durch Kraftstoffe oder verschüttete Flüssigkeiten. Wie gezeigt, ist eine Hauptkomponente des modularen Sicherheitspakets 100 eine Notfallsteuereinheit (Emergency Control Unit, ECU). Die ECU besteht aus einem Computer mit einem Mikroprozessor, der eine Vielzahl von Verbindungsanschlüssen aufweist, an die eine Vielzahl von Sensoren angeschlossen werden kann. Wenn die Sensoren als Thermofühler verwendet werden, können sie einen Wärmeanstieg bestimmen. Zusätzlich befinden sich entlang der elektrischen Leitungen lineare Wärmeerfassungsdrähte, welche wie gezeigt in das System eingebaut und an die ECU angeschlossen werden können. Im Falle eines Feuers oder eines thermischen Wärmeanstiegs, bei denen eine Gefahrensituation eintreten kann, stellen diese Erfassungssensoren der ECU Eingabedaten bereit. Auf der rechten Seite der Abbildung befindet sich eine Vielzahl von Vorrichtungen, wobei ein Brandbekämpfungssystem, eine Leitungsschneidevorrichtung und eine Leitungssperrvorrichtung mit der ECU verbunden sind. Zusätzlich kann eine Vorrichtung zum Brechen von Glas zur Sicherheit der Insassen bereitgestellt werden, falls ein Fahrzeug sofort verlassen werden muss. Diese Glasbrecher sind besonders nützlich in Nutzfahrzeugen wie Bussen, bei denen die Insassen möglicherweise so schnell wie möglich aus dem Fahrzeug aussteigen müssen.
Im Falle eines Ereignisses, insbesondere eines thermischen Ereignisses, liefern die Sensoren Informationen an die ECU, welche dann die verschiedenen, mit der ECU verbundenen Sicherheitsvorrichtungen aktiviert.
Zusätzlich zur ECU kann eine Mensch-Maschine-Schnittstellen-Vorrichtung (Human Machine Interface, HMI) mit der ECU verbunden werden, wobei das HMI ein Touchscreen oder eine Anzeige auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs sein kann, so dass der Fahrer den Zustand der ECU und des Fahrzeugs jederzeit erkennen kann. Das HMI wird mit akustischen und optischen Warnfunktionen ausgestattet, die den Fahrer auf jeden Zustand aufmerksam machen. Zusätzlich wird dem Fahrer eine manuelle Auslösevorrichtung zur Verfügung gestellt, falls er eine oder mehrere der Vorrichtungen in einer Weise aktivieren muss, die einer automatischen Reaktion der ECU vorausgeht. Im Idealfall ist das HMI mit einer zusätzlichen Fahrzeug-ECU verbunden, welche zur Aktivierung der Gefahrenwarnung im Falle eines Fahrzeugunfalls dient. Die Fahrzeug-ECU ist in den meisten Fahrzeugen eine sekundäre Standard-ECU, welche das Fahrzeug alarmieren und Airbags und andere derartige Vorrichtungen aktivieren würde, wenn es in einem Fahrzeug derartig zum Schutz der Insassen eingesetzt würde. Wenn ein Signal von der Fahrzeug-ECU zurück an das HMI gelangt, wird es an die modulare Sicherheitspaket-ECU übertragen, um sicherzustellen, dass die modulare Sicherheitspaket-ECU die Tatsache eines stattgefundenen Fahrzeugzusammenstoßes oder -unfalls kennt.
Die beispielhafte Funktionsspezifikation für das modulare Sicherheitspaket 100 besteht darin, dass das Sicherheitspaket immer arbeitet, sobald das System an die Fahrzeugbatterie angeschlossen ist, egal ob man fährt oder nicht. Zur Redundanz sind mindestens zwei Temperatursensoren vorgesehen. Für Nutzfahrzeuge sollte jedoch die Anzahl der Thermofühler bestimmt und entsprechend der Bewertung des Wärmeverteilungsprofils des Motorraums definiert werden. Die Arbeit mit der Stromversorgung liegt im Bereich von 12 bis 24 Volt Gleichstrom. Der lineare Wärmeerfassungsdraht oder LHDW (linear heat detection wire, LDHW) bildet ein Backup-System, welches zum Auslösen der Brandbekämpfungsvorrichtung innerhalb von 30 Sekunden oder weniger verwendet wird, sobald die Temperaturschwelle erreicht ist. Während der Auslösung der Brandbekämpfung verwendet eine Fahrerwarnung einen Summer und ein Licht, um sowohl eine optische als auch eine akustische Warnung für den Fahrer zu erzeugen. Das System führt zur Überprüfung des Status des Kontrollsystems und der damit verbundenen Thermofühler kontinuierlich Selbstdiagnosen durch, um festzustellen, dass bei einer pyrotechnischen Sicherheitsvorrichtung, wie z. B. einem Leitungsschneider oder einer Leitungssperrvorrichtung, keine Fehler des Zünders auftreten, sowie eine Analyse von Kleinst-Funktionsstörungen, um sicherzustellen, dass im Computersystem keine Fehler vorhanden sind. Wenn Fehler gefunden werden, werden sie zur Korrektur gemeldet. Wie bereits erwähnt, ist für die Außerkraftsetzung durch den Menschen ein manueller Auslöser bereitgestellt. Das System speichert einen Fehlerschlüssel und die Auslösung zum Zweck der Nachprüfung nach dem Einsatz. Die Temperatursensoren können unter Verwendung der Temperaturanstiegsrate und ihrer Schwelle konfiguriert werden.
Bezüglich 1B ist ein typisches modulares Sicherheitspaket 100 für einen kommerziell betriebenen Bus in einem Blockdiagramm dargestellt. Wie angegeben, befinden sich das Gefahrenwarnsignal und die Bus-ECU auf der rechten Seite des Diagramms, welche dann mit einem Gateway am HMI verbunden werden, und eine Ethernet-Verbindung ist bereitgestellt zurück zur modularen Sicherheitspaket-ECU. Wie angegeben, sind Leitungssensoren bereitgestellt, die mit einem Ein-/Aus-Schalter verbunden sind. Nach Aktivierung eines Leitungssensors wird ein Signal an die ECU gesendet, und an einer beliebigen Anzahl von mit der ECU verbundenen Sicherheitsvorrichtungen kann ein Zünder abgefeuert werden.
Das in 1 B gezeigte Diagramm stellt das grundlegendste der bereitgestellten Systeme da und stellt die grundlegendsten Funktionen bereit. In 2A ist ein etwas erweitertes System gezeigt, welches auf der rechten Seite oberhalb der Bus-ECU die Diagnoseanordnung, die Warnanzeige für Warnmeldungen und die an das HMI angeschlossenen Schalter bereitstellt. Ansonsten sind die Komponenten den in 1B gezeigten sehr ähnlich. 2B ist ein noch weiter entwickeltes System, das zusätzliche Funktionen bietet, wie in 2C gezeigt. Wie in 2B dargestellt, sind Leitungsschneider und Leitungssperrvorrichtungen, sowie Feuerlösch- und Brandbekämpfungssysteme mit Pulver und Gas sowie eine Anzahl von Leitungssensoren und Punktsensoren vorgesehen. Darüber hinaus sind Sensoren an das HMI angeschlossen, die zusätzliche Funktionen und Warnhinweise für den Fahrer bereitstellen.
In 2C ist ein mit einem lokalen Schalter verbundener Glasbrecher für einen kommerziell betriebenen Bus vorgesehen, der zum Brechen der Fenster aktiviert wird, so dass Insassen im Falle eines Fahrzeugunfalls aus dem Fahrzeug aussteigen können. Zusätzliche Warnungen und Systeme sind vorgesehen, sodass es sich dabei um ein erweitertes System handelt. Idealerweise alarmiert das System nicht nur den Fahrer, sondern sendet GPS-Koordinaten und Warnhinweise an die Ersthelfer, sodass das Fahrzeug schnell identifiziert werden kann und die Rettungskräfte den Brand- oder Unfallort erreichen können.
In 3 ist ein Flussdiagramm dargestellt, welches die Funktion des modularen Sicherheitspakets 100 im Falle eines Einsatzes erläutert. Das System führt kontinuierlich Selbstdiagnosen und -überprüfungen durch, um festzustellen, ob das System fehlerfrei funktioniert. Der Einsatz der Sicherheitsvorrichtungen erfolgt automatisch im Fall einer Auslesung der Sensoren, wie in den Flussdiagrammen dargestellt.
Zurückverweisend auf 1A ist ein Brandbekämpfungssystem im Bereich „Maßnahme“ gezeigt. Das Brandbekämpfungssystem kann entweder Pulver oder Gas verwenden und stellt eine Möglichkeit bereit, um z.B. einen Brand im Motorraum zu löschen. Zusätzlich kann ein Leitungsschneider vorgesehen sein. Ein Leitungsschneider kann z. B. die unter Druck stehende Leitung der Klimaanlage durchschneiden, so dass das Freon der Klimaanlage entweicht und bei einem unfallbedingten Ausfall des Systems nicht in den Fahrgastraum des Fahrzeugs gelangt. Eine beispielhafte Leitungsschneidevorrichtung 10C ist in 5 dargestellt.
Zusätzlich befinden sich in Nutzfahrzeugen verschiedene Kraftstoffe, wie z.B. Benzin oder Diesel. Im Falle eines Unfalls mit einem Brand kann eine Leitungssperre verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Kraftstoff aus den Kraftstofftanks nicht in einen brennenden Motorraum gelangt. Eine Kraftstoffleitungssperre 10B ist in 4 dargestellt. Die Leitungssperre 10B weist eine pyrotechnische Zündkapsel 40 und einen Kolben 20 mit einem abgerundeten Ende 21 auf, welches eine um die Leitung 4 gewickelte, verformbare Abschirmung 15 zusammen presst. Diese Anordnung ist eine zweiteilige Anordnung, welche an jede Leitung angeschraubt werden kann. Das innere Gehäuse 30 weist einen oberen Abschnitt 36 auf, welcher die Zündkapsel 40 beinhaltet, die elektrisch mit der ECU verbunden ist und dann aktiviert wird, wenn ein Sensor eine Leitungssperre 10B zum Schließen der Leitung 4 aktiviert. Beim Schließen zündet die Zündkapsel 40 den Kolben 20, der die Leitung 4 zusammendrückt und verschließt, so dass keine Flüssigkeiten den Tank verlassen können.
Eine beispielhafte Leitungssperrvorrichtung 10B ist an einem Abschnitt einer beispielhaften Flüssigkeitsleitung 4 gezeigt, wobei es sich bei der Leitung 4 eine Leitung zum Führen einer brennbaren Flüssigkeit wie Benzin oder Dieselkraftstoff handeln kann. In einer bevorzugten Ausführungsform klemmt die Vorrichtung 10 an der Außenseite der Leitung 4, sie dringt nicht ein. Bei einem Flüssigkeitsleitungssystem bestehen immer Bedenken hinsichtlich Schwachstellen des Systems. Die Vorrichtung 10 bildet keinen potentiellen Leckpfad des Systems aus. Es klemmt über der Leitung 4 und weist eine elektrische Verbindung an der Außenseite und ein oder mehrere Entlüftungslöcher 12 im unteren Abschnitt oder einer Abdeckung 35 des Gehäuses 30 auf. Die elektrische Verbindung weist einen in einer Röhre verlaufenden und sich zu einem Stecker erstreckenden Kabelbaum auf, welcher mit einem Fahrzeugaufprallerkennungssystem, oder in diesem Fall mit der modularen Sicherheitspaket 100-ECU, verbunden werden kann. Bei Empfang eines Unfallsignals, ähnlich dem Signal, das einen Airbags auslösen würde, würde auch diese Vorrichtung 10 aktiviert und die Flüssigkeitsleitung zum Motorraum außerhalb des Fahrgastraums, vorzugsweise in der Nähe des Kraftstofftanks, sofort gesperrt werden. Es soll sichergestellt werden, dass für den Kraftstoff keine Möglichkeit besteht, auf einen heißen Motor oder Auspuff zu gelangen und sich zu entzünden, oder aber, dass die Gasdämpfe dort entlüftet werden, wo sich die Insassen befinden, da die Dämpfe ausreichend hohe Konzentrationen in der Luft des Fahrgastraums erreichen könnten, z.B. bis zu einem toxischen oder explosiven Niveau. Die vorliegende Erfindung ist auch eine Sicherheitsvorrichtung zur Kontrolle des Überlaufens der Leitung und zur Sicherstellung, dass die Insassen nicht einem durch Kraftstoff gespeisten Feuer ausgesetzt werden.
Der Zünder 40 ist in seiner einfachsten Form vorzugsweise eine pyrotechnische Vorrichtung. Wenn von diesem Zünder 40 ein Signal empfangen wird, verbrennt ein Brennelement und entzündet eine benachbarte pyrotechnische Ladung, welche eine einen Kolben vorwärtstreibende Stoßwelle erzeugt, um die Leitung 4 zu schließen und nicht zuzulassen, dass Flüssigkeit ausläuft und durch irgendwelche Leitungsbrüche austritt. Eine andere, mehr bevorzugte Art und Weise ist es, die Leitung 4 zu sperren, indem ein Kolben 20 in ein an oder neben der Leitung angeordnetes, verformbares Element 15 bewegt wird. Das verformbare Element 15 verformt sich, wenn es durch den Kolben 20 gegen die Leitung gedrückt wird, wodurch die Leitung 4 ihre Form ändert und sich schließt, so dass ein Abschnitt der Leitung vollständig geschlossen wird, wobei die Leitung versiegelt und dicht verschlossen bleibt. In diesem Zustand klemmt die Vorrichtung 10 über einer Leitung 4, so dass sie zur Wartung abgenommen und ausgewechselt werden kann, ohne mit dem Flüssigkeitsleitungssystem in irgendeiner Weise zu interferieren.
Eines der Hauptmerkmale der Vorrichtung ist die fehlende Invasivität und die Nicht-Beeinträchtigung des Kraftstoffsystems. Die Vorrichtung kann gewartet werden; sie kann von der Kraftstoffleitung abgeklemmt und aus Garantiegründen ersetzt werden. Um die Funktionsfähigkeit des Zünders 40 sicherzustellen, kann ein Überwachungsimpuls an den Zünder 40 gesendet, sowie die Integrität des elektrischen Schaltkreises kontinuierlich überprüft und ein Warnlicht im Fahrzeug aktiviert werden, sollte die Vorrichtung 10 defekt und nicht funktionsfähig werden. Dieser Ansatz ähnelt einer Funktion in Airbags zur Überwachung des Stromkreises. Wenn die Vorrichtung 10 defekt wird, kann sie, wie vorstehend beschrieben, einfach getrennt und ausgetauscht werden, ohne mit dem Kraftstoffleitungssystem zu interferieren.
In der obigen Ausführungsform kann die Leitung 4 aus vielen Materialien bestehen, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, aus Kunststoff oder aus Gummi, und das verformbare Element 15 kann aus einem verformbaren Metall bestehen. Um jegliche Probleme hinsichtlich der Reaktivität unterschiedlicher Materialien oder hinsichtlich Korrosion zu vermeiden, kann die Vorrichtung 10B aus Aluminium bestehen mit Ausnahme des Gehäuses des Zünders 40 und der elektrischen Schnittstelle, welche aus Kunststoff bestehen. Idealerweise wird in der Vorrichtung so viel Kunststoff wie möglich verwendet, um Kosten und Gewicht zu reduzieren. Da Kunststoff nicht mit Aluminium reagiert, kann das gesamte Gehäuse aus Kunststoff bestehen.
Die Vorrichtung 10B weist drei zusammengebaute Gehäuseteile auf: einen oberen Gehäuseabschnitt 36, einen inneren Stützabschnitt 32 und den unteren Abdeckungsabschnitt 35. Sie werden so zusammengerastet oder zusammengeschraubt, dass eine ausreichend hohe Klemmkraft auf die Leitung 4 aufgebracht wird, um Vibration zu verringern und die Drehung des Teils um die Leitung zu verhindern. Es ist wichtig, dass die Vorrichtung 10B nicht vibriert oder sich nicht relativ zur Leitung 4 dreht. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 10 so ausgerichtet, dass der obere Abschnitt mit dem Zünder nach oben zeigt. Diese Ausrichtung minimiert das Eindringen von Wasser oder Ablagerungen im Bereich des Zünders und die Behinderung der Funktion des Zünders 40. Die Anordnung der elektrischen Verbindung in einer aufrechten Position und die Ausrichtung im Fahrzeug würden das Abtropfen des Wassers vom Zünder 40 erlauben und das Verfestigen bei Gefriertemperaturen usw. verhindern.
Das Sperrelement 20 kann aus einem beliebigen Metall bestehen, vorzugsweise aus Edelstahl oder aus Aluminium, um eine Reaktion mit dem Gehäuse 30 zu verhindern, welches auch aus Aluminium oder sogar aus Kunststoff bestehen kann. Im Rahmen einer Qualifizierung muss die Vorrichtung 10B für 700 Stunden einem Salznebel ausgesetzt sein, so dass es wichtig ist, dass keine reaktiven Elemente vorhanden sind.
Der innere Stützabschnitt 32 kann aus einer zylindrischen Stütze im unteren Abdeckungsabschnitt 35 bestehen. Wenn insbesondere bei dieser Vorrichtung der untere Abdeckungsabschnitt 35 eingeschraubt wird, weist die Spitze der zylindrischen Stütze 32 eine Konkavität auf, die direkt gegen die Leitung 4 nach oben drückt. Der obere Abschnitt 36 weist einen Innendurchmesser auf, welcher groß genug ist, den Sperrkolben oder das Sperrelement 20 aufzunehmen. Wie in 5 dargestellt, sitzt der Kolben 20 tatsächlich in der Kammer 34 im oberen Abschnitt 36. Die Kammer 34 dient dazu, den Kolben in das verformbare Element 15 zu führen und dieses in Richtung der Konkavität am oberen Rand des zylindrischen Pfostens 32 zusammenzudrücken. Dadurch kollabiert das verformbare Element 15 und verschließt die Leitung 4. Wenn der Zünder 40 gezündet wird, bewegt sich der Kolben 20. Der Kolben 20 stößt gegen das verformbare Element 15 und drückt es gegen einen oberen Abschnitt der Leitung 4, um die Leitung 4 zu verschließen und verschlossen zu halten, wenn das verformbare Element 15 oberhalb der verschlossenen Leitung 4 verriegelt ist. Die Vorrichtung 10B ist dazu eingerichtet, dass das Ende von Element 15 derart gehalten wird, dass das Element 15 nach dem Zusammendrücken nicht aufspringen kann, wodurch es in der Position der verschlossenen Leitung arretiert wird.
Im oberen Abschnitt 32 befindet sich der Zünder 40, dargestellt mit einem Körper, wobei der breitere Durchmesser aus einem geformten Kunststoff mit einem Durchmesser von 11 mm bestehen kann. Am oberen Abschnitt 36 des Gehäuses 30 ist eine formgegossene Verbindertaschen-Schnittstelle gezeigt. In Airbags ist diese eingearbeitet, jedoch bietet das Formgießen des Steckverbinders einen Kostenvorteil. Der Verbinder ist als Einsatz in den oberen Gehäuseabschnitt 36 dargestellt, wobei die elektrische Schnittstelle ein geformtes Teil ist. Der Zünder 40 würde dann unterhalb des oberen Gehäuseteils 36 von unten angebracht werden, eingesetzt über dem Kolben 20 und dem verformbaren Element 15 und der inneren Gehäusestütze 32 und dem unteren Abdeckungsabschnitt 35. Der obere Gehäuseabschnitt 36 kann aus Aluminium bestehen. Der Kolben 20 weist ein Ende mit einer unteren, kugelförmigen Endkammer 21 auf, welche, wie gezeigt, den Zünder 40 umgibt und zum Halten des Zünders 40 verwendet werden kann. Vorzugsweise ist der Zünder 40 in das obere Gehäuse 36 eingeformt oder mechanisch in das obere Gehäuse 36 eingerastet. Das Ende der Kolbenkammer 21 ist becherförmig ausgestaltet und umschließt den Ladebecher des Zünders 40 derart, dass der Zünder 40 in das Ende der Kolbenkammer 21 des Kolbens 20 hineinpasst. Dadurch, dass das Ende der Kolbenkammer 21 den Ladebecher umschließt, erhält der Kolben 20 die richtige Nähe zur Maximierung des Vortriebs, so dass nach Freisetzung der Zündungs-Energie diese den Kolben 20 am effektivsten vorwärts treiben kann. Wenn die Kolbenkammer zu weit vom Ladebecher entfernt ist, geht viel Zündungs-Energie verloren, und diese verschwendete Energiemenge geht verloren, noch bevor der Kolben 20 überhaupt bewegt wird. Das verformbare Element 15 ist vorzugsweise direkt über der Leitung 4 positioniert.
Ein neuartiger Aspekt dieser Vorrichtung 10B besteht darin, dass es sich um eine Vorrichtung handelt, die zu jeder Zeit an eine beliebige Leitung eines beliebigen Systems geklemmt werden und ohne Beeinträchtigung der Leitungen angebracht und abgenommen werden kann.
In 5 ist ein Leitungsschneider 10C dargestellt. Der Leitungsschneider 10C verwendet, wie dargestellt, ebenfalls einen Zünder 40C, jedoch ist in diesem Fall anstelle eines Kolbens ein Schneidelement 20C vorgesehen. In einem solchen Fall kann die Leitung 4C, welche Freon oder andere gasförmige Fluide führen kann, im Motorraumbereich geschnitten und ein Ablassen der Gase in die Atmosphäre ermöglicht werden, um die Insassen vor dem Zerreißen einer derartigen Leitung im Fahrgastraum zu schützen. Im Gegensatz zur Leitungssperre 10B kommt es nicht zum Auffangen oder zur Verhinderung des Flüssigkeitsflusses, sondern eher zur Freisetzung und Entlüftung der Flüssigkeiten.
Eine beispielhafte Leitungsschneidevorrichtung 10C ist an einem Abschnitt der Leitung 4C gezeigt, welche im Betriebsbereich des Kühlsystems mit Druck beaufschlagt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform klemmt die Vorrichtung 10C an der Außenseite der Leitung 4C, sie dringt nicht ein. Bei einem Hochdrucksystem gibt es immer Bedenken hinsichtlich Schwachstellen des Systems. Die Vorrichtung 10C fügt dem System keinen potentiellen Leckpfad hinzu. Es klemmt über der Leitung 4C und weist eine elektrische Verbindung an der Außenseite und in den Seiten des Gehäuses einander gegenüberliegende Entlüftungslöcher auf, so dass das Gas beim Austreten schubneutral ist und keine Tendenz zeigt, in irgendeiner Richtung vorwärtstreiben. Ein Unfallsignal, ähnlich dem einen Airbag auslösenden Signal, würde auch dieser Vorrichtung 10C signalisieren und diese sofort damit beginnen, das unter Hochdruck stehende Kohlendioxid im Motorraum außerhalb des Fahrgastraums abzulassen. Damit soll sichergestellt werden, dass das CO₂ nicht in den Fahrgastraum entweichen kann, da das CO₂ in der Luft des Fahrgastraum eine ausreichend hohe Konzentration erreichen könnte, bis zu einem toxischen Niveau. Die Vorrichtung ist daher eine Kontrollvorrichtung zum Steuern der Entlüftung, um sicherzustellen, dass die Insassen keinen hohen Konzentrationen an CO₂-Kühlmittel ausgesetzt sind.
Die Funktionsweise besteht darin, einen Zünder 40C, vorzugsweise eine pyrotechnische Vorrichtung, zu verwenden; in seiner einfachsten Form brennt ein Element ab, wenn ein Signal diesen Zünder 40C erreicht, und zündet die pyrotechnische Ladung, die eine die Leitung 4C tatsächlich zerreißende Stoßwelle erzeugt, wodurch das unter Druck stehende CO₂ durch die Entlüftungsöffnungen an den Seiten des Gehäuses hervor- und austreten kann. Eine andere Möglichkeit, die Leitung 4C zu öffnen, besteht darin, einen Kolben oder Schneideelement 20C mit einer Schneidekante anzutreiben, welche die Leitung 4C tatsächlich durchschneidet und einen Abschnitt der Leitung vollständig entfernt, wobei beide Enden der Leitung offen bleiben, um das gesamte komprimierte Medium über die Entlüftungslöcher abzugeben. Diese spezielle Ausführungsform wird einfach über eine Leitung geklemmt, sodass sie zur Wartung abgenommen und ersetzt werden kann, ohne die Klimaanlage in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.
Eines der Hauptmerkmale der Vorrichtung ist die fehlende Invasivität und die Nichtbeeinträchtigung der Klimaanlage. Die Vorrichtung kann gewartet werden; sie kann von der Klimaanlage abgenommen werden und aus Garantiegründen ersetzt werden. Mit dem Zünder 40C ist das Merkmal verbunden, dass ein Überwachungsimpuls an den Zünder 40C gesendet werden kann, um die Integrität des elektrischen Schaltkreises kontinuierlich zu überprüfen und ein Warnlicht im Fahrzeug einzuschalten, sollte die Vorrichtung 10C defekt und nicht funktionsfähig werden. Dieser Ansatz ähnelt einer Funktion in Airbags Überwachung des Stromkreises. Wenn die Vorrichtung 10C defekt wird, kann sie einfach getrennt und ausgetauscht werden, ohne mit der Leitung zu interferieren oder den Druck in der Klimaanlage zu verringern.
Das Material der Leitungen 4C ist Aluminium. Um Probleme hinsichtlich der Reaktivität unterschiedlicher Materialien oder hinsichtlich Korrosion zu vermeiden, besteht die Vorrichtung 10C aus Aluminium mit Ausnahme des Gehäuses des Zünders und der elektrischen Schnittstelle, welche aus Kunststoff bestehen. Idealerweise wird in der Vorrichtung so viel Kunststoff wie möglich verwendet, um Kosten und Gewicht zu reduzieren. Da Kunststoff nicht mit Aluminium reagiert, kann das Gehäuse entsprechend aus Kunststoff bestehen. Es besteht derzeit keine Absicht, das Teil aus Stahl oder Edelstahl zu fertigen, da dieser die Möglichkeit der Reaktivität birgt. Es könnte in Zukunft Systeme mit Edelstahlleitungen geben, in denen es vorteilhaft sein kann, dieses Teil aus Edelstahl herzustellen, aber im Moment liegt der Fokus auf Aluminium und Kunststoff.
In einem früheren Prototypentwurf wurden die beiden Gehäuseteile zusammengebracht, indem das obere Gehäuse ein Innengewinde und der untere Abschnitt ein Außengewinde aufwies. Sie wurden miteinander verschraubt, um aus Gründen der Vibration auf die Leitung eine Klemmkraft aufzubringen und um zu verhindern, dass sich die Vorrichtung hinsichtlich der Leitung dreht. Es ist wichtig, dass die Vorrichtung sich nicht dreht oder vibriert. Vorzugsweise sind die Vorrichtungen 10C so ausgerichtet, dass das Teil mit dem Zünder 40C nach oben gerichtet ist. Dadurch würde verhindert, dass Wasser oder Sediment in den Bereich des Zünders gelangt und die Funktion des Zünders 40C behindert. Die Anordnung der elektrischen Verbindung in einer aufrechten Position und die Ausrichtung im Fahrzeug würden das Abtropfen des Wassers vom Zünder 40 erlauben und das Verfestigen bei Gefriertemperaturen usw. verhindern.
Das Schneideelement 20C besteht zur Verhinderung einer Reaktion mit dem Gehäuse aus Aluminium, wobei das Gehäuse ebenfalls aus Aluminium besteht. Im Rahmen einer Qualifizierung muss es für 700 Stunden eine Salznebel ausgesetzt sein, so dass es wichtig ist, dass keine reaktiven Elemente vorhanden sind.
im Bodenabschnitt befindet sich ein hohlzylindrischer Pfosten. In dem speziellen Prototypentwurf drückt das Ende des zylindrischen Pfostens beim Einschrauben gegen die Leitung 4C; der Pfosten weist einen Innendurchmesser auf, groß genug, um den Kolben oder das Schneideelement 20C aufzunehmen.
Eine elektrische Leitungsschneidevorrichtung 10H für Hochspannungsstromschienen 2 ist in 6 dargestellt. Die Vorrichtung 10H weist ein oberes Gehäuse 12H und ein unteres Gehäuse 14H auf. Zwischen dem oberen Gehäuse 12H und dem unteren Gehäuse 14H ist eine Stromschiene 2 angeordnet. Die Stromschiene 2 ist ausgelegt zur Leitung von Hochspannungsströmen und kann beispielsweise als Mittel zum Transportieren von Energie von einem Batteriesystem zu den verschiedenen Komponenten eines Fahrzeugs eingesetzt werden.
In einem oberen Abschnitt der Vorrichtung 10H sind elektrische Verbindungen für einen Zünder 30H gezeigt. Dieser ist als eine pyrotechnische Vorrichtung ausgebildet, welche einen in den Kammern 16, 18 enthaltenen Kolben 36H antreiben kann. Der Kolben 36H ist in der Kammer 16 des oberen Gehäuses 12H enthalten. Die Kammer 18 des unteren Gehäuses 14H ist mit einer leicht nach innen gerichteten Verjüngung gezeigt. Wenn der Zünder 30H durch ein vom Fahrzeugunfallerfassungssystem, wie der ECU des modularen Sicherheitspakets 100, gesendetes elektronisches Signal aktiviert wird, zündet die Zündkapsel das Treibmittel und treibt den Kolben 36H in Richtung der Sammelschiene 2 vorwärts. Wenn im Fahrzeug ein Feuer auftritt, kann die Sammelschiene durchtrennt werden, nachdem der Schneider ein definiertes Signal empfangen hat. Ein pyrotechnischer Aktuator trennt die elektrische Verbindung zur elektrischen Hochspannungsbatterie eines Elektrofahrzeugs irreversibel vom Antriebsstrang. Er wird im Falle eines Unfalls durch die ECU ausgelöst, um die von Stromschlägen oder Bränden aufgrund von Batterieüberlastung oder Kurzschlüssen im System ausgehende Gefahr zu verhindern. Der Zünder empfängt dabei eine bestimmte Stromstärke von beispielsweise 1,75 A für eine bestimmte Zeit, beispielsweise 500 ms.
Wie in 6 gezeigt, weist die Stromschiene 2 auf jeder Seite der Stromschiene 2 ein Paar Bruchstellen 4H auf. Diese Bruchstellen 4H sind Abschnitte von geringerer Dicke der Stromschiene 2, welche zwar Strom leiten können, jedoch Mittel bereitstellen, um die Stromschiene 2 zur Unterbrechung des Stromflusses in zwei Teile zu brechen. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Stromschiene 2 durchgehend, aber während eines Unfalls empfängt der Zünder 30H ein spezifisches Signal eines Unfalls-Erfassungssystem oder einer anderen Steuereinheit, beispielsweise eines Sicherheitscomputer oder der Airbag-ECU, vorzugsweise eines Unfalls-Erkennungssystem im Airbag, und wird aktiviert. Wenn dieser Fall eintritt, wird der Kolben 36H nach unten in die Kammer 18 getrieben. Während des Brechens der Stromschiene 2 und der Unterbrechung des Stroms können Lichtbögen auftreten. Diese Lichtbögen erzeugen Entladungen und Gasentladungen innerhalb der elektrischen Schneidevorrichtung 10H; diese Gase können durch Durchgänge 20H abgegeben werden, welche offene Entlüftungsdurchgänge zum Ablassen der Gase schaffen. Der Kolben 36H besteht aus nicht leitendem Material (typischerweise Kunststoff). Das Material kann aber auch Keramik sein. Der Kolben 36H hat mehrere Funktionen: Umwandlung des Gasdrucks vom Zünder 30H in kinetische Energie des Kolbens 36H; Schneiden der Isolierung der zwei stumpfen Enden der elektrischen Stromschiene nach dem Schneiden; Aufteilung des Stroms in zwei getrennte Stromflüsse und Lichtbögen; Verlängerung der Lichtbögen durch Bewegen des ausgeschnittenen Teils der Sammelschiene von den stumpfen Enden der Stromschiene.
die Aufgabe besteht darin, die sehr hohen Ströme von bis zu 16 kA und die Spannungen bis 1000 V auf kleinstem Raum in sehr kurzer Zeit <2 ms abschalten zu können.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine galvanische Trennung einer Stromschiene 2 unter Verwendung einer pyrotechnischen Vorrichtung 30 und durch gleichzeitiges Auslöschen des Lichtbogens mittels mehrerer Methoden: Verlängerung des Lichtbogens bei gleichzeitigem Abkühlen und Quetschen.
Die oben beschriebenen Vorrichtungen und der optionale Glasbrecher bieten ein ideales Sicherheitssystem für Nutzfahrzeuge wie Busse oder Lastkraftwagen. Im Falle eines Fahrzeugzusammenstoßes oder eines Brandes, bei dem die Insassen sofort aus dem Fahrzeug aussteigen müssen, können Glasbrecher bereitgestellt werden, um die Insassen beim Verlassen durch die Fensteröffnungen zu unterstützen; auch in Fällen, bei denen sich das Fahrzeug überschlagen hat und die Türen blockiert sind, können so die Insassen das Fahrzeug in angemessener Zeit verlassen. Wie gezeigt, kann das modulare Sicherheitspaket 100 eine beliebige Anzahl von Sensoren aufweisen, und diese Sensoren können verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von Sicherheitsvorrichtungen zu aktivieren, abhängig von der Größe des Fahrzeugs und den entsprechenden Spezifikationen, welche die Anwesenheit derartiger Vorrichtungen vorschreiben.
Wie gezeigt, bietet das beschriebene modulare Sicherheitssystem 100 eine besondere Möglichkeit zur Erfüllung der UNECER107-Vorschriften für Busse, die die automatische Erkennung von, die Warnung vor und das Löschen von Bränden in Motorräumen und in Abteilen mit Verbrennungsheizgeräten wie etwa Zusatzheizgeräten erfordern. Das System stellt eine besondere Möglichkeit bereit, für das System zusätzliche Funktionen wie Leitungssperren, Leitungsschneider und Glasbrecher sowie Notausgangswarnungen bereitzustellen, unter Verwendung der gemeinsamen ECU und des HMI-Systems des modularen Sicherheitspakets 100. Wie bereits erwähnt, kann das System an die genauen Spezifikationen eines kommerziell betriebenen Fahrzeugs oder Busses angepasst werden. Wenn gewünscht, kann es auch in Personenkraftwagen eingesetzt werden. In Pkws gibt es neue Anforderungen an Elektro- und Hochvolt-Hybridfahrzeuge. Im Falle eines Unfalls muss das Hochspannungssystem vom Fahrzeug getrennt werden, damit Ersthelfer helfen und Insassen das Fahrzeug ohne Angst vor Stromschlägen verlassen können. Wie in 6 gezeigt, ist das System ein Leitungsschneider für Hochspannungssysteme, jedoch mit einem Unterdrückungssystem für elektrische Lichtbögen, so dass ein Elektrofahrzeug auf Wunsch mit einem modularen Sicherheitspaket 100 ausgestattet werden kann. Zur Hilfeleistung bei einem Unfall können sich die Ersthelfer können so sicher den Insassen nähern, ohne dass die Gefahr des Flusses von Hochspannungsstrom durch den Fahrzeugrahmen besteht, welcher bei jedem Helfer einen Stromschlag verursachen könnte. Dies ist eine zusätzliche, für das modulare Sicherheitspaket 100 bereitgestellte Modifikation; und viele derartige Modifikationen können für jeden zukünftig verwendeten Fahrzeugtyp bereitgestellt werden.
Modifikationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts der hier gegebenen Beschreibung möglich. Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details zur Veranschaulichung des Erfindungsgegenstandes gezeigt wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang des Erfindungsgegenstandes abzuweichen. Es versteht sich daher, dass Änderungen an den bestimmten, beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, welche innerhalb des gesamten, beabsichtigten Schutzumfangs der Erfindung liegen, wie er durch die folgenden, beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Modulares Sicherheitspaket für Fahrzeuge, umfassend: eine Notfallsteuereinheit (Emergency Control Unit, ECU), wobei die Notfallsteuereinheit ein Computerprozessor mit einer Vielzahl von Verbindungsanschlüssen zum Empfangen von Sensorinformationen und zum Senden von Aktivierungssignalen an eine oder mehrere angeschlossene Sicherheitsvorrichtungen ist; wobei die Sensoren umfassen: mindestens einen, mit einem Anschluss verbundenen Thermofühler; mindestens einen linearen, mit einem Anschluss verbundenen Wärmeerfassungsdraht; und eine oder mehrere, mit Anschlüssen verbundene Sicherheitsvorrichtungen, einschließlich: einer Brandbekämpfungsvorrichtung, einer Leitungsschneidevorrichtung, einer Leitungssperrvorrichtung und einer Vorrichtung zum Brechen von Glas.
Modulares Sicherheitspaket gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI), welche dazu eingerichtet ist, einen Fahrer des Fahrzeugs optisch und akustisch zu warnen, wobei das HMI mit der ECU verbunden ist.
Modulares Sicherheitspaket gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen manuellen, mit dem HMI verbundenen Aktivierungsschalter, zur Anweisung der ECU, eine oder mehrere der angeschlossenen Sicherheitsgeräte zu aktivieren.
Modulares Sicherheitspaket gemäß Anspruch 1, wobei das Fahrzeug ferner ein Gefahrenwarnsystem umfasst, welches entweder direkt mit der ECU oder einer separaten Fahrzeug-ECU verbunden ist, welche mit der HMI oder direkt mit der ECU verbunden ist.
Modulares Sicherheitspaket gemäß Anspruch 4, wobei das Gefahrenwarnsystem Fahrzeugaufprallsensoren umfasst, die im Falle eines Fahrzeugunfalls ein Signal an die ECU senden.
Modulares Sicherheitspaket gemäß Anspruch 1, wobei das Fahrzeug ein Bus oder ein gewerblicher Lastkraftwagen ist.