DE102021125565B4 - Adaptive system for use in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Aufprallschutzsystem (300), aufweisend:ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 304) aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente (150, 204, 306), welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 304) gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 304) integriert sind und welche eingerichtet sind, eine Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 304) zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente (150, 204, 306);ein Sensorsystem (312) zum Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation, in der ein Objekt und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 304) kollidieren oder kollidieren könnten; undein Steuerungssystem (314), welches eingerichtet ist eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente (150, 204, 306) zu verursachen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation von dem Sensorsystem (312) ermittelt wurde zum Ändern der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (100, 202, 304) während der Kollisionssituation, wobei das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 304) einen Faserverbundwerkstoff aufweist, oder wobei das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (100, 202, 304) aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist, und wobei mindestens ein Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente (150, 204, 306) zumindest abschnittsweise textiltechnisch mit Fasern des Faserverbundwerkstoffs verbunden ist.Impact protection system (300), comprising: a fiber-plastic composite component (100, 202, 304) having one or more actuator elements (150, 204, 306) which are coupled to the fiber-plastic composite component (100, 202, 304) and /or are integrated into the fiber-plastic composite component (100, 202, 304) and which are set up to change a stiffness of the fiber-plastic composite component (100, 202, 304) based on a contraction of the one or more actuator elements ( 150, 204, 306); a sensor system (312) for determining an existence of a collision situation in which an object and the fiber-plastic composite component (100, 202, 304) collide or could collide; anda control system (314) which is set up to cause a contraction of the one or more actuator elements (150, 204, 306) when the presence of a collision situation has been determined by the sensor system (312) for changing the stiffness of the fiber-plastic composite component ( 100, 202, 304) during the collision situation, wherein the fiber-plastic composite component (100, 202, 304) comprises a fiber-composite material, or wherein the fiber-plastic composite component (100, 202, 304) is formed from a fiber-composite material, and wherein at least one actuator element of the one or more actuator elements (150, 204, 306) is textile-technically connected to fibers of the fiber composite material at least in sections.
Description
Verschiedene Aspekte betreffen ein Aufprallschutzsystem und Verfahren davon (z.B. ein Verfahren zum Betreiben eines Aufprallschutzsystems) .Various aspects relate to a crash protection system and methods thereof (e.g., a method of operating a crash protection system).
Im Allgemeinen kann ein Fahrzeug intelligente Systeme aufweisen, welche bewegliche Komponenten steuern, um komplexe Funktionen dynamisch und adaptiv zu realisieren. Solche Komponenten und Systeme können für verschiedene Aspekte des Fahrzeugbetriebs vorgesehen sein, z.B. zur Unterstützung des Fahrens, zur Reaktion auf eine plötzliche Gefahr, zur Verbesserung des Komforts der Fahrer usw. Beispielsweise kann ein Auto oder ein Flugzeug eine aerodynamische Vorrichtung zur aktiven Anpassung ihrer aerodynamischen Eigenschaften (z.B. des Luftwiderstands) aufweisen. Als weiteres Beispiel kann ein Auto mit einer aufklappbaren Motorhaube ausgestattet sein, welche bei einem Aufprall Fußgänger schützen kann. Beim Erkennen eines Aufpralls kann ein Signal an die Motorhaube gesendet werden, und die Motorhaube sich nach Erhalt des Signals vom Sensor nach oben bewegt, um den Abstand zwischen Motorhaube und Fußgängern zu verringern. Das minimiert die Aufprallenergie im Falle einen Fußgänger/Auto-Kollision, dadurch kann das Risiko schwerer Verletzungen für den Fußgänger verringert werden.In general, a vehicle can have intelligent systems that control moving components in order to dynamically and adaptively implement complex functions. Such components and systems may be provided for various aspects of vehicle operation, e.g. to assist driving, to react to a sudden hazard, to improve driver comfort, etc. For example, a car or an airplane may have an aerodynamic device to actively adjust its aerodynamic properties (e.g. air resistance). As another example, a car may be equipped with an opening hood that can protect pedestrians in a crash. Upon detecting an impact, a signal may be sent to the hood and, upon receiving the signal from the sensor, the hood may move up to close the hood from pedestrians. This minimizes the impact energy in the event of a pedestrian/car collision, thereby reducing the risk of serious injury to the pedestrian.
Herkömmlicherweise basieren adaptive kinematische und schwingende Systeme (z.B. eine herkömmliche Motorhaube) mittels bisheriger konventioneller Kinematiken auf einer so genannten Differenzialbauweise, bei dem eine Vielzahl von Einzelteilen miteinander verbunden wird (z.B. mittels Fügetechnologie). Eine derartige Differenzialbauweise geht jedoch im Allgemeinen mit einer Vielzahl schädigungsanfälliger Einzelbaugruppen, einem erhöhten Platzbedarf sowie einer größeren Anzahl bewegter und unbewegter Massen einher. Die Vielzahl von Einzelteilen ist auch mit einem erhöhten Potenzial zur Vibrations- und Geräuschentwicklung sowie mit einem höheren Energieverbrauch verbunden. Anschaulich können die differentiellen Bauteile nicht langzeitstabil sein, und somit können sie wartungs- und kostenintensiv sein.Conventionally, adaptive kinematic and oscillating systems (e.g. a conventional engine hood) are based on what is known as a differential construction using conventional kinematics, in which a large number of individual parts are connected to one another (e.g. using joining technology). However, such a differential design is generally accompanied by a large number of individual assemblies that are susceptible to damage, an increased space requirement and a larger number of moving and unmoving masses. The large number of individual parts is also associated with an increased potential for vibration and noise development, as well as higher energy consumption. Clearly, the differential components cannot be stable over the long term, and they can therefore be maintenance-intensive and costly.
In der
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbundbauteil bereitzustellen, welches die oben-genannten Nachteile der herkömmlichen Bauteile beseitigt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.The object of the present invention is to provide a composite component which eliminates the above-mentioned disadvantages of conventional components. This object is solved by the features of the independent claims. Further refinements emerge from the dependent claims.
Verschiedene Aspekte betreffen ein adaptives (kinematisches) System zur Verwendung in einem Fahrzeug, welches sich auf der Verwendung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils ausgestaltet als Fahrzeugkomponente basiert. Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) können in verschiedenen Vorrichtungen zum Einsatz kommen, wobei die Faser-Kunststoff-Verbunde ein Leichtbaupotenzial und vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweisen können verglichen mit traditionell eingesetzten Metallbauteilen. Mittels einer Strukturintegration von Bauelementen aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) in einen Faser-Kunststoff-Verbund können beispielsweise integral gefertigte adaptive FKV-Bauteile auf effizienter Weise hergestellt werden. Als Beispiele kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil als Motorhaube, Karosseriebauteil, Flügelspitze, Störklappe, Luftbremse, usw. eingerichtet (z.B. geformt) sein bzw. werden.Various aspects relate to an adaptive (kinematic) system for use in a vehicle, which is based on the use of a fiber-plastic composite part configured as a vehicle component. Fiber-plastic composites (FRP) can be used in various devices, whereby the fiber-plastic composites can have lightweight construction potential and advantageous mechanical properties compared to traditionally used metal components. By means of a structural integration of components made of a shape memory alloy (SMA) in a fiber-plastic composite, for example, integrally manufactured adaptive FRP components can be produced efficiently. As examples, the fiber-plastic composite component can be configured (e.g., molded) as a hood, body panel, wing tip, spoiler, airbrake, etc.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden verschiedene Aspekte insbesondere in Bezug auf ein Verbundbauteil aufweisend einen Faser-Kunststoff-Verbund bzw. bestehend aus einem Faser-Kunststoff-Verbund beschrieben. Eine solche Ausgestaltung stellt eine günstige Konfiguration bereit, zum Ermöglichen einer effizienten Kraftübertragung und eines flexiblen Aufbaus einer Fahrzeugkomponente. Es versteht jedoch sich, dass die hierin beschriebenen Aspekte in ähnlicher Weise für Verbundbauteile aufweisend bzw. bestehend aus anderen (z.B. verformbaren) Materialien gelten können.Within the scope of this description, various aspects are described, in particular with regard to a composite component having a fiber-plastic composite or consisting of a fiber-plastic composite. Such a configuration provides a favorable configuration for enabling efficient power transmission and flexible assembly of a vehicle component. However, it should be understood that the aspects described herein may apply in a similar manner to composite components comprising or consisting of other (e.g. deformable) materials.
Verschiedene Aspekte können somit auf der Erkenntnis beruhen, dass die Verwendung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils einen einfachen und kostengünstigen Ansatz ermöglicht, um bewegliche und/oder verformbare Bauteile, z.B. für den Einsatz in einem Fahrzeug, bei geeigneter Robustheit und Stabilität bereitzustellen. Somit ist ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gut geeignet, um eine steuerbare und anpassungsfähige Komponente für ein Fahrzeug bereitzustellen. Es versteht sich jedoch, dass das hier beschriebene adaptive System mit einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil auch für andere Arten von Anwendungen bereitgestellt werden kann, z.B. für den Einbau in eine feststehende Struktur, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird.Various aspects can thus be based on the knowledge that the use of a fiber-plastic composite component enables a simple and cost-effective approach to moving Liche and / or deformable components, eg for use in a vehicle to provide with suitable robustness and stability. Thus, a fiber-plastic composite part is well suited to provide a controllable and adaptable component for a vehicle. However, it goes without saying that the adaptive system described here with a fiber-plastic composite component can also be provided for other types of applications, for example for installation in a fixed structure, as will be described in more detail below.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das hier beschriebene adaptive System derart eingerichtet sein, dass es eine sensorbasierte Änderung ein oder mehrerer mechanischer Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils durchführt. Die sensorbasierte Änderung kann die Anpassung der Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils an ein aktuelles Szenario ermöglichen, z.B. an ein aktuelles Szenario des Fahrzeugs (z.B. eine aktuelle Betriebssituation). Die sensorbasierte Steuerung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils kann somit eine adaptive Konfiguration für die Implementierung intelligenter Funktionalitäten ermöglichen, ohne auf komplexe mechanische Systeme und Komponenten zurückzugreifen.According to various aspects, the adaptive system described here can be set up in such a way that it carries out a sensor-based change in one or more mechanical properties of the fiber-plastic composite component. The sensor-based change can allow the properties of the fiber-plastic composite component to be adapted to a current scenario, e.g. to a current scenario of the vehicle (e.g. a current operating situation). The sensor-based control of the fiber-plastic composite component can thus enable an adaptive configuration for the implementation of intelligent functionalities without resorting to complex mechanical systems and components.
In verschiedenen Aspekten kann sich das adaptive (kinematische) System auf der Aktivierung maßgeschneiderter, auf faserbasierte Strukturen mit Formgedächtniseffekt (FGE) basieren, z.B. auf Formgedächtnislegierung (FGL) basierender Aktuatoren-Netzwerke, welche mittels eines textilen Herstellungsprozesses (z.B. Weben, Sticken, Flechten oder Stricken) mit einer textilen Verstärkungsstruktur (anschaulich in einem Faser-Kunststoff-Verbund) gekoppelt bzw. in die textile Verstärkungsstruktur integriert werden können.In various aspects, the adaptive (kinematic) system can be based on the activation of tailor-made fiber-based shape memory effect (SFM) structures, e.g. shape memory alloy (SFM) based actuator networks, which are produced by means of a textile manufacturing process (e.g. weaving, embroidery, braiding or knitting) can be coupled with a textile reinforcement structure (clearly in a fiber-plastic composite) or integrated into the textile reinforcement structure.
Die Verwendung von Formgedächtnislegierungen als Aktorelemente ermöglicht einen einfachen, fehlerunanfälligen sowie kostengünstigeren konstruktiven Aufbau. Formgedächtnislegierungen bieten eine energieeffiziente Betätigungsstrategie für den Einsatz in einem adaptiven System, z.B. in einer FKV-basierten Fahrzeugkomponente. Die Anordnung von FGL-basierten Aktoren in textile Trägerstrukturen bietet somit einen umweltfreundlichen und einfachen Mechanismus zur Bereitstellung von steuerbaren adaptiven Systemen. Der hierin beschrieben Ansatz kann ermöglichen, komplexe aufgebaute Mechanismen mit integrierten Getrieben und Motoren durch textilbasierte Teile zu substituieren.The use of shape memory alloys as actuator elements enables a simple, error-free and more cost-effective design. Shape memory alloys offer an energy-efficient actuation strategy for use in an adaptive system, e.g. in an FRP-based vehicle component. The arrangement of SMA-based actuators in textile support structures thus offers an environmentally friendly and simple mechanism for providing controllable adaptive systems. The approach described here can make it possible to replace complex built-up mechanisms with integrated gears and motors with textile-based parts.
Die Integration von Faserstrukturen mit FGE in textile Strukturen, mittels welcher die Funktionsintegration adaptiver Systeme erzielt wird, ermöglicht die Realisierung eines adaptiven Systems (z.B. einer Fahrzeugkomponente) für verschiedene Anwendungen in weniger wartungs- und kostenintensiven Weise im Vergleich zu konventionellen Ausführungen. Darüber hinaus kann das vorgeschlagene System integral aufgebaut sein bzw. werden, so dass es über lange Zeiträume stabil, wartungsarm und kostengünstig ist.The integration of fiber structures with FGE into textile structures, by means of which the functional integration of adaptive systems is achieved, enables the realization of an adaptive system (e.g. a vehicle component) for various applications in a less maintenance and cost-intensive way compared to conventional designs. In addition, the proposed system can be constructed integrally, so that it is stable, low-maintenance and cost-effective over long periods of time.
Der hierin beschriebene Ansatz ermöglicht, ein adaptives System bereitzustellen, ohne die herkömmlichen Motoren und externen Antrieben, sowie eine Reduzierung der Getriebegliederzahl zu erreichen zu einer signifikanten Vereinfachung bei gleichzeitiger Erhaltung oder sogar zur Steigerung bzw. Verbesserung des bestehenden kinematischen Funktionsumfanges.The approach described here makes it possible to provide an adaptive system without the conventional motors and external drives, and to achieve a reduction in the number of gear links, leading to a significant simplification while at the same time maintaining or even increasing or improving the existing kinematic range of functions.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann der Begriff „Fahrzeug“ verwendet werden zum Beschreiben verschiedener Arten von Fahrzeugen, wie beispielsweise ein Landfahrzeug, ein Luftfahrzeug und/oder ein Wasserfahrzeug. Als Beispiel kann ein „Fahrzeug“ ein Landfahrzeug sein, wie ein Auto, ein Fahrrad, eine Land-Drohne, usw. Als weiteres Beispiel kann ein „Fahrzeug“ ein Luftfahrzeug sein, wie ein Flugzeug, ein Hubschrauber, ein Luft-Drohne, usw. Als weiteres Beispiel kann ein „Fahrzeug“ ein Wasserfahrzeug sein, wie ein Schiff, ein Unterseebot, ein Boot, ein Wasser-Drohne, usw.Throughout this specification, the term "vehicle" may be used to describe various types of vehicles, such as a land vehicle, an aircraft, and/or a watercraft. As an example, a "vehicle" may be a land vehicle, such as a car, bicycle, land drone, etc. As another example, a "vehicle" may be an aircraft, such as an airplane, helicopter, airborne drone, etc As another example, a "vehicle" may be a watercraft, such as a ship, submarine, boat, water drone, etc.
Im Folgenden kann ein adaptives System insbesondere in Bezug auf ihre Verwendung in einem Flugzeug oder in einem Auto beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass das hierin beschriebene adaptive System auch in anderen Anwendungsbereichen verwendet werden kann, z.B. in anderen Fahrzeugtypen (wie ein Fahrrad, ein Schiff, usw., wie oben beschrieben wurde).In the following, an adaptive system can be described in particular with regard to its use in an airplane or in a car. However, it should be understood that the adaptive system described herein can also be used in other areas of application, for example in other types of vehicles (such as a bicycle, a ship, etc., as described above).
Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Aufprallschutzsystem bereitgestellt werden, das Aufprallschutzsystem aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind und welche eingerichtet sind, eine Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente; ein Sensorsystem zum Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation, in der ein Objekt und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil kollidieren oder kollidieren könnten; und ein Steuerungssystem, welches eingerichtet ist eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente zu verursachen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation von dem Sensorsystem ermittelt wurde zum Ändern der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation.According to various aspects, an impact protection system can be provided, the impact protection system having: a fiber-plastic composite component having one or more actuator elements which are coupled to the fiber-plastic composite component and/or integrated into the fiber-plastic composite component and which are set up to change a stiffness of the fiber-plastic composite component based on a contraction of the one or more actuator elements; a sensor system for determining an existence of a collision situation in which an object and the fiber-plastic composite component collide or could collide; and a control system, which is set up to cause a contraction of the one or more actuator elements if the sensor system has determined that a collision situation exists, in order to change the stiffness of the fiber-plastic composite component during the collision situation.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Verfahren zum Betreiben eines Aufprallschutzsystems bereitgestellt werden, das Aufprallschutzsystem aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind, das Verfahren aufweisend: Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation, in der ein Objekt und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil kollidieren oder kollidieren könnten; und Verursachen einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation ermittelt wurde zum Ändern einer Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation.According to various aspects, a method for operating an impact protection system can be provided, the impact protection system having a fiber-plastic composite component having one or more actuator elements which are coupled to the fiber-plastic composite component and/or integrated into the fiber-plastic composite component, the method comprising: determining an existence of a collision situation in which an object and the fiber-plastic composite component collide or could collide; and causing a contraction of the one or more actuator elements if the existence of a collision situation has been determined to change a stiffness of the fiber-plastic composite component during the collision situation.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann der Begriff „Aktor“ (auch Aktuator genannt), wie er beispielsweise bezüglich einer Anordnung, einer Komponente oder eines Elements verwendet wird, derart verstanden werden, dass die Anordnung, die Komponente oder das Element ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung oder in andere physikalische Größen umsetzen kann.In the context of this description, the term "actuator" (also called an actuator), as it is used, for example, in relation to an arrangement, a component or an element, can be understood in such a way that the arrangement, the component or the element converts an electrical signal into a mechanical one Movement or can convert into other physical quantities.
Unter dem Begriff „Formgedächtnislegierung“ wird eine Legierung verstanden, welche die Eigenschaft besitzt, temporär bzw. reversibel nach einer mechanischen Deformation, beispielsweise einer elastischen Deformation eine andere Form als seine ursprüngliche Form aufzuweisen und seine ursprüngliche Form mittels eines externen Stimulus wieder anzunehmen. Die Formgedächtnislegierung kann umgeformt und derart ausgeprägt sein oder werden, dass spezifische Konfigurationen und Formänderungen der Formgedächtnislegierung erhalten werden können. Das Phänomen der Formgedächtniseigenschaft ist eine Funktion der Legierung als solche, welche die Legierung nach geeigneten Schritten, beispielsweise nach einem Umformen der Formgedächtnislegierung über der Übergangstemperatur der Formgedächtnislegierung und einem schnellen Kühlen der Formgedächtnislegierung, erlangen kann. Die Übergangstemperatur der Formgedächtnislegierung kann hierin auch als Phasenumwandlungstemperatur bezeichnet werden.The term “shape memory alloy” is understood to mean an alloy that has the property of temporarily or reversibly exhibiting a shape other than its original shape after a mechanical deformation, for example an elastic deformation, and of resuming its original shape by means of an external stimulus. The shape memory alloy can be deformed and shaped such that specific configurations and shape changes of the shape memory alloy can be obtained. The phenomenon of the shape memory property is a function of the alloy as such, which the alloy can acquire after suitable steps, for example after deforming the shape memory alloy above the transition temperature of the shape memory alloy and rapidly cooling the shape memory alloy. The transition temperature of the shape memory alloy can also be referred to herein as the phase transformation temperature.
Der Begriff „verformbar“, wie hier beispielsweise bezüglich eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils verwendet wird, kann im Rahmen dieser Beschreibung mit der Bedeutung verwendet sein, dass das jeweilige Bauteil (z.B. das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil) beschädigungsfrei biegbar, biegsam, elastisch, beweglich und/oder gelenkig ist.The term "deformable", as used here for example with regard to a fiber-plastic composite component, can be used in the context of this description to mean that the respective component (e.g. the fiber-plastic composite component) can be bent, flexible, elastic, is movable and/or articulated.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Exemplary embodiments are shown in the figures and are explained in more detail below.
Es zeigen
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1A ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten; -
1B ein Aktorelement in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten; -
2A und2B jeweils eine Aktorkomponente aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil und ein Aktorelement in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten; -
2C eine Verbindung zwischen einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil und einem Aktorelement, gemäß verschiedenen Aspekten; -
3 ein adaptives System aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Aspekten; -
4 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines adaptiven Systems, gemäß verschiedenen Aspekten; und -
5 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Aufprallschutzsystems, gemäß verschiedenen Aspekten.
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1A a fiber-plastic composite component in a schematic view, according to various aspects; -
1B an actuator element in a schematic view, according to various aspects; -
2A and2 B each having an actuator component having a fiber-plastic composite component and an actuator element in a schematic view, according to various aspects; -
2C a connection between a fiber-plastic composite component and an actuator element, according to various aspects; -
3 an adaptive system comprising a fiber-plastic composite component in a schematic view, according to various aspects; -
4 a schematic flow diagram of a method for operating an adaptive system, according to various aspects; and -
5 a schematic flow diagram of a method for operating an impact protection system, according to various aspects.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil der Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann entsprechend dem Verwendungszweck eingerichtet (z.B. geformt) sein bzw. werden, z.B. entsprechend der Anwendung eines adaptiven Systems aufweisend das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100. Im Rahmen dieser Beschreibung kann die Verwendung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (z.B. des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100) beispielsweise in Bezug auf einem adaptiven System für Einsetzung in ein Auto bzw. in ein Flugzeug beschrieben werden. In diesem Zusammenhang kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart geformt sein, dass es sich in ein Auto bzw. in ein Flugzeug angebracht werden kann, z.B. um in der Karosserie eines Autos oder in einer Tragfläche eines Flugzeugs angeordnet zu werden. Es versteht sich jedoch, dass die Verwendung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils nicht auf eine Autokomponente bzw. Flugzeugkomponente beschränkt ist, und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 kann derart eingerichtet (z.B. geformt) sein bzw. werden, dass es an anderen Fahrzeugen (z.B. ein Fahrrad, ein Drohne, usw.) und/oder an anderen Strukturen angebracht werden kann.The fiber-
Als beispielhafte Ausgestaltung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine langgestreckte Form haben. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eine Länge haben, die größer ist als seine Breite (und als seine Dicke). Als numerisches Beispiel kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine Länge im Bereich von 20 cm bis 200 cm haben, zum Beispiel im Bereich von 40 cm bis 100 cm. Als weiteres numerisches Beispiel kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine Breite im Bereich von 10 cm bis 150 cm, z.B. im Bereich von 20 cm bis 100 cm haben. Die Dicke des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 kann geringer sein als seine Länge, z.B. im Bereich von 1 cm bis 10 cm, z.B. im Bereich von 2 cm bis 5 cm. Die langgestreckte Form kann eine Ausgestaltung bereitstellen, um eine effiziente Kraftübertragung an das Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 zu gewährleisten. Es versteht jedoch sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 auch eine andere Form (und andere Abmessungen) haben kann, z.B. zur Anpassung an einer anderen Art von Fahrzeug bzw. an einer anderen Art von Struktur.As an exemplary configuration, the fiber-
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eine Longitudinalachse 102 aufweisen. Eine Longitudinalachse (z.B. die Longitudinalachse 102) kann eine Achse entlang der Länge des Körpers eines Objekts (z.B. des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100) von einem Ende zum anderen sein (vom Kopf zum Schwanz). Eine Longitudinalachse kann die Längsachse eines Objekts sein und kann auf die Länge des Objekts ausgerichtet sein.The fiber-
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eine Querachse 104 aufweisen. Eine Querachse (z.B. die Querachse 104) kann eine Achse entlang der Breite des Körpers eines Objekts (z.B. des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100) von einem Ende zum anderen sein. Eine Querachse kann die kurze Achse eines Objekts sein und kann auf die Breite des Objekts ausgerichtet sein. Die Querachse eines Objekts kann senkrecht zur Longitudinalachse des Objekts ausgerichtet sein. Eine Querachse kann hierin auch als Horizontalachse bezeichnet werden.The fiber-
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann ein oder mehrere mechanische Eigenschaften aufweisen, welche das mechanische (und geometrische) Verhalten des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 beschreiben. Die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften können beispielsweise eine Steifigkeit, eine Dehnung, eine Form, eine Verformung und/oder eine Festigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 beschreiben. Im Zusammenhang mit der Verwendung in einem Fahrzeug können die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 sein Verhalten in Bezug auf die Stoßfestigkeit und die Aerodynamik beschreiben. Die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 können durch kontrollierte Anwendung einer Kraft (z.B. einer Zugkraft) auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 verändert werden.The fiber-
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann zumindest abschnittsweise verformbar sein. Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 mindestens einen verformbaren Abschnitt aufweisen. Als beispielhafte Ausgestaltung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 einen zentralen Abschnitt 106a aufweisen, welcher verformbar ist, und zwei seitliche Abschnitte 106b (welche mit dem zentralen Abschnitt 106a verbunden sind), die nicht oder weniger verformbar sind als der zentrale Abschnitt 106a. In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 vollständig verformbar sein, d.h. sowohl der zentrale Abschnitt 106a als auch die seitlichen Abschnitte 106b können verformbar sein. Der zentrale Abschnitt 106a kann hierin auch als Funktionsabschnitt bezeichnet werden, und die zwei seitlichen Abschnitte 106b können hierin auch als Befestigungsabschnitte bezeichnet werden. Als numerisches Beispiel kann sich der zentrale Abschnitt 106a über mindestens 50% der Länge des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 erstrecken, z.B. über mindestens 70% der Länge, z.B. über mindestens 90% der Länge.The fiber-
Im Hinblick auf die Verformbarkeitseigenschaften kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine erste Form 110a aufweisen, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 hat, wenn es keiner (Verformung-)Kraft ausgesetzt ist. Die erste Form 110a kann beispielhaft eine Ausgangsform oder eine ursprüngliche Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 sein. Bei der ersten Form 110a kann es sich um die Form handeln, in welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 nach einer Verformung zurückkehrt, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird. Das Material des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 kann derart ausgestaltet sein, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 energetisch die erste (z.B. gerade) Form 110a bevorzugt. Die erste Form 110a kann hierin auch als erster Zustand, Ruhezustand oder Ausgangszustand des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 bezeichnet werden.With regard to the deformability properties, the fiber-
Bei Verformung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine zweite Form 110b annehmen, welche sich von der ersten Form 110a unterscheidet. Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 zumindest abschnittsweise verformbar sein, so dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 zumindest in eine erste Form 110a und in eine zweite Form 110b gebracht werden kann, welche sich von der ersten Form 110a unterscheidet. Bei der zweiten Form 110b kann es sich um eine verformte Form handeln, d.h. eine Form, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 annehmen kann, wenn eine Kraft (z.B. eine Zugkraft) auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 ausgeübt wird.When deformed, the fiber-
Als beispielhafte Ausgestaltung, wie in
Als beispielhafte Ausgestaltung, wie in
Es versteht auch sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 mehr als eine verformte Form aufweisen kann, z.B. das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann eingerichtet sein, eine Vielzahl verschiedener (zweiter) verformter Formen anzunehmen, abhängig von der auf es ausgeübten Kraft (z.B. abhängig von der Größe der Kraft, der Richtung der Kraft, usw.).It is also understood that the fiber-
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart eingerichtet sein, dass es die erste (ursprüngliche) Form 110a beibehält oder wieder annimmt, wenn keine Verformungskraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 ausgeübt wird. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann federelastisch verformbar sein, z.B. abschnittsweise federelastisch (z.B. mindestens der zentrale Abschnitt 106a kann federelastisch sein). In der beispielhaften Ausgestaltung in
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann ein Material mit solchen federelastisch verformbaren Eigenschaften aufweisen oder daraus bestehen. Das Material des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 kann derart ausgestaltet sein, dass das Material dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 eine Rückstellkraft verleiht. Beispielsweise kann das Material bei der Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 100 Energie speichern und die gespeicherte Energie abgeben, sobald keine Verformungskraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 einwirkt (um das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 wieder in seine erste (Ruhe-)Form 110a zu bringen).The fiber-
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann derart eingerichtet sein, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 aus der ersten (ursprünglichen, z.B. geraden) Form 110a ausgelenkt wird. Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 derart abschnittsweise federelastisch verformbar sein, dass eine rücktreibende Kraft erzeugt wird, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 von der zweiten (gekrümmten) Form 110b in die erste (gerade) Form 110a bringt. Es versteht sich, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 alternativ derart eingerichtet sein kann, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 aus einer gekrümmten Form in eine gerade Form ausgelenkt wird.The fiber-
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann ein Faser-Kunststoff-Verbund sein bzw. ein Faser-Kunststoff-Verbund (als Material) aufweisen oder aus einem Faser-Kunststoff-Verbund bestehen. Der Faser-Kunststoff-Verbund kann ein Fasermaterial und ein Kunststoffmaterial aufweisen. Der Faser-Kunststoff-Verbund kann aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix bestehen, wie allgemein bekannt ist. Der Faser-Kunststoff-Verbund kann sich integral von dem zentralen Abschnitt 106a in die zwei seitlichen Abschnitte 106b erstrecken. Ein Faser-Kunststoff-Verbund kann eine optimale Kraftübertragung zum Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 gewährleisten, z.B. von einem Aktorelement (siehe
Als Beispiel kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 aus einem textiltechnisch hergestellten Faserwerkstoff (z.B. einem Gewebe aus Glasfaser, Keramikfaser, Kohlefasern, etc.) gebildet sein. Beispielsweise kann das Fasermaterial des Faser-Kunststoff-Verbundes gestrickt sein. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 100 kann ferner aus einem Kunststoff (z.B. ein Polymermatrixmaterial) gebildet sein, in welchen der textiltechnisch hergestellte Faserwerkstoff eingebettet ist. Der Faserwerkstoff kann hierin auch als Faserverbundwerkstoff bezeichnet werden.As an example, the fiber-
Die Fasern des Faserwerkstoffes können beispielsweise in ein Matrixmaterial eingebettet sein, z.B. in ein Polymermatrixmaterial, wie in Epoxidharz, in Polyethylen oder in ein anderes geeignetes Polymermatrixmaterial. Eine funktionalisierte Preform kann entsprechend der gewünschten Form des Funktionselements 100 (z.B. entsprechend der Form einer Fahrzeugkomponente) mit dem Matrixmaterial infiltriert werden. Die Fasern des Faserwerkstoffes können vergleichsweise lange Fasern sein, welche textiltechnisch miteinander verbunden sind. Als numerisches Beispiel können die jeweiligen Fasern eine Länge von mehr als 5 cm aufweisen, z.B. von mehr als 10 cm. Eine textiltechnische Verbindung der Fasern miteinander kann beispielsweise mittels Webens, Flechtens, Strickens, usw., erzeugt werden.For example, the fibers of the fibrous material may be embedded in a matrix material, e.g., in a polymer matrix material such as epoxy resin, in polyethylene or in another suitable polymer matrix material. A functionalized preform can be infiltrated with the matrix material according to the desired shape of the functional element 100 (e.g. according to the shape of a vehicle component). The fibers of the fiber material can be comparatively long fibers which are connected to one another by textile technology. As a numerical example, the respective fibers may have a length greater than 5 cm, for example greater than 10 cm. A textile-technical connection of the fibers to one another can be produced, for example, by means of weaving, braiding, knitting, etc.
Das Aktorelement 150 kann eine Formgedächtnislegierung aufweisen bzw. daraus bestehen. Das Aktorelement 150 kann in einigen Aspekten ein Formgedächtnislegierungs-Aktorelement sein (und als solches hierin bezeichnet). Ein Formgedächtnislegierung-basiertes Aktorelement 150 ermöglicht eine einfache Betätigungsstrategie, z.B. für den Einsatz in einem kinematischen System, ohne auf komplexe mechanische Motoren und Komponenten angewiesen zu sein. Formgedächtnislegierungen stellen eine hohe nutzbare Energiedichte bereit (z.B. größer als 10 MJ/m3). Es versteht jedoch sich, dass das Aktorelement 150 auch ein anderes Material mit geeigneter Eigenschaften aufweisen bzw. daraus bestehen kann, um eine Kraftübertragung an ein Funktionselement zu ermöglichen.The
In einigen Aspekten kann das Aktorelement 150 ein oder mehrere dielektrische Elastomere aufweisen bzw. daraus bestehen (z.B. Silikone, Acryle, usw.). Das Aktorelement 150 kann in einigen Aspekten ein dielektrisches Elastomer-Aktorelement (DEA) sein, beispielsweise kann somit die Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils nur mittels Aktoren basierend auf einem dielektrischen Elastomer erzielt werden. Ein Aktorelement 150 aufweisend ein dielektrisches Elastomer bzw. bestehend aus einem dielektrischen Elastomer kann eine vergleichsweise (z.B. relativ zu einem FGL-Aktor) schnelle Aktivierung und schnelle Ausführung der Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften gewährleisten. Dies kann für die Verwendung beispielsweise in einem Fahrzeug von Vorteil sein, wenn eine schnelle Reaktion (z.B. in Zusammenhang mit einem möglichen Unfall) gewünscht wird. Dielektrische Elastomere können beispielsweise höhere aktorische Grenzfrequenzen (z.B. größer als 100 Hz) ermöglichen, im Vergleich zu einer Formgedächtnislegierung.In some aspects,
Es versteht sich, dass das Aktorelement 150 in einigen Aspekten auch eine Kombination von mindestens einem FGL-Aktor und mindestens einem Aktor basierend auf ein oder mehreren dielektrischen Elastomere aufweisen kann. Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Aktorelement 150 mindestens zwei Aktoren aufweisen, die sich in deren aktorischen Grenzfrequenzen (anschaulich die Reaktionszeit bzw. Aktionsgeschwindigkeit) voneinander unterscheiden. Dadurch können beispielsweise mögliche Antworten auf spontane Ereignisse schneller bzw. gezielter erfolgen.It is understood that in some aspects the
Die Aktivierung des Aktorelements 150 in
Das Aktorelement 150 kann derart eingerichtet sein, dass es ein empfangenes Steuersignal in eine Kraft (z.B. in eine Zugkraft) umwandelt. Das Aktorelement 150 kann derart eingerichtet sein, dass sich eine oder mehrere seiner (z.B. geometrischen) Eigenschaften bei Empfang eines geeigneten Steuersignals (z.B. eines elektrischen Signals) ändern.The
Das Aktorelement 150 kann als Einweg-Aktorelement ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Aktorelement 150 derart eingerichtet sein, dass sich ein oder mehrere seiner Eigenschaften bei Empfang eines geeigneten Steuersignals ändern, und dann kann eine externe Kraft an das Aktorelement 150 aufgebracht werden, um das Aktorelement 150 in seinen Ausgangszustand wieder zu bringen. Das Aktorelement 150 kann anschaulich in einigen Aspekten ein Einweg-Formgedächtnislegierungs-Aktorelement sein (und als solches hierin bezeichnet).The
Beispielsweise kann die Formgedächtnislegierung des Aktorelements 150 derart eingerichtet sein, dass aufgrund einer Phasenumwandlung eine Längenänderung, ΔL, (z.B. eine Kontraktion) des Aktorelements 150 erzeugt wird. Die Phasenumwandlung kann erfolgen, wenn die Formgedächtnislegierung auf eine Temperatur, T, oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur, TU, erwärmt wird. Bei der entgegengesetzten Phasenumwandlung tritt beispielsweise keine Längenänderung auf (auch als intrinsischer Einweg-Aktor-Effekt bezeichnet). Die entgegengesetzte Phasenumwandlung kann erfolgen, wenn die Formgedächtnislegierung auf eine Temperatur, T, unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur, TU, abgekühlt wird. Das Aktorelement 150 kann dann aber mittels einer äußeren Kraft gedehnt werden, z.B. zurück auf seine Ausgangslänge L1 gebracht werden.For example, the shape memory alloy of the
Als beispielhafte Ausgestaltung, wie in
Das Aktorelement 150 kann einen ersten Aktorzustand 152a haben, welcher ein Anfangszustand des Aktorelements 150 sein kann (in Abwesenheit eines angelegten Steuersignals). In dem ersten Aktorzustand 152a kann das Aktorelement 150 eine erste (anfängliche bzw. ursprüngliche) Länge L1 haben. In dem ersten Aktorzustand 152a kann eine Temperatur, T, des Aktorelements 150 (z.B. eine Temperatur der Formgedächtnislegierung des Aktorelements 150) unter dessen Phasenumwandlungstemperatur, TU, liegen. Der erste Aktorzustand 152a kann hierin auch als inaktiver Zustand bezeichnet werden.The
Das Aktorelement 150 kann einen zweiten Aktorzustand 152b haben, welcher ein betätigter Zustand des Aktorelements 150 sein kann (bei Vorhandensein eines angelegten Steuersignals oder nach dem Anlegen des Steuersignals). In dem zweiten Aktorzustand 152b kann das Aktorelement 150 eine zweite Länge L2 (variiert z.B. um ΔL) haben. In dem zweiten Aktorzustand 152b kann die Temperatur T des Aktorelements 150 (z.B. die Temperatur der Formgedächtnislegierung des Aktorelements 150) über dessen Phasenumwandlungstemperatur, TU, liegen. Der zweite Aktorzustand 152b kann hierin auch als aktiver Zustand bezeichnet werden. Die zweite Länge L2 kann somit kleiner als die erste Länge L1 sein. Die Längenänderung, ΔL, kann von der Ausgestaltung des Aktorelements 150 abhängen. Als numerisches Beispiel kann die Längenänderung, ΔL, in einem Bereich von 1 cm bis 100 cm sein, z.B. in einem Bereich von 2 cm bis 70 cm, z.B. in einem Bereich von 5 cm bis 50 cm.The
Es versteht sich, dass das Aktorelement 150 mehr als zwei Zustände haben kann, z.B. den Ausgangszustand und eine Vielzahl von betätigten Zuständen, die jeweils zu einer entsprechenden Temperatur oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur zugeordnet sind (z.B. jeweils zu einer entsprechenden Längenänderung).It is understood that the
Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Länge des Aktorelements 150 seine Hauptabmessung sein. Beispielhaft kann das Aktorelement 150 derart geformt sein, dass seine Dicke kleiner ist als seine Länge (z.B. mindestens 1000 Mal kleiner oder mindestens 10000 Mal kleiner). In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Aktorelement 150 ein Draht (anschaulich ein Formgedächtnislegierungsdraht) sein oder als Draht ausgestaltet sein. In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung kann das Aktorelement 150 ein dünnes Plättchen sein oder aufweisen, dessen Breite größer ist als seine Dicke (z.B. mindestens das Zweifache, mindestens das Dreifache oder mindestens das Fünffache der Dicke). Es versteht sich jedoch, dass das Aktorelement 150 auch eine andere Art von Geometrie aufweisen kann, welche geeignet ist, eine effiziente Kraftübertragung vom Aktorelement 150 auf ein Bauteil zu ermöglichen.In various aspects, the length of
Das Aktorelement 150 kann eine planare Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann das Aktorelement 150 gleichbleibende Abmessungen entlang ihrer Länge haben. Alternativ kann das Aktorelement 150 eine Verjüngung (z.B. eine Querschnittverjüngung) haben. Beispielsweise kann das Aktorelement 150 an seinen seitlichen Abschnitten dicker und/oder breiter sein als in seinem zentralen Abschnitt.The
Es versteht sich, dass die Form des Aktorelements 150 nicht auf die in
Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein (siehe auch
Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können sich im Wesentlichen über die gesamte Ausdehnung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstrecken, z.B. über die gesamte Länge oder die gesamte Breite, je nach Anordnung der ein oder mehreren Aktorelemente 204. Als numerisches Beispiel können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 bei einer Ausgestaltung, bei der die können Aktorelemente 204 entlang oder parallel zur Längsachse 206 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 angeordnet sind (siehe
Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein derart, dass die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 204 eine Zugkraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 erzeugt. Anschaulich können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 derart eingerichtet sein, dass sie aktiviert werden können, um eine Kraft auf das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 auszuüben. Die Aktivierung der ein oder mehreren Aktorelemente 204 kann eine jeweilige Änderung (z.B. eine Verringerung) seiner Länge bewirken, wie in Bezug auf
Anschaulich können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 derart mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekoppelt bzw. in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein, dass ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 mittels Aktivierung der ein oder mehreren Aktorelemente 204 verändert werden können. Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können derart in dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 angeordnet sein, dass ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 204 verändert werden können. Die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 204 (bei Aktivierung) kann eine Änderung in ein oder mehreren der mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 verursachen. Die Kraftübertragung von den ein oder mehreren Aktorelementen 204 an das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 kann somit eine Steuerung von ein oder mehreren der mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 ermöglichen.Clearly, the one or more
Als Beispiel können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 eingerichtet sein, eine Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 zu ändern basierend auf der Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 204. Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können im Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 derart angeordnet sein, dass eine Aktivierung (oder Deaktivierung) der ein oder mehreren Aktorelemente 204 eine Veränderung der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 bewirkt (z.B. eine Erhöhung oder eine Verringerung, abhängig von der Anordnung der ein oder mehreren Aktorelemente 204).As an example, the one or more
Beispielsweise können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 im inaktiven Zustand unter Spannung stehen und so zu einer höheren Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 beitragen. Bei Aktivierung können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 nicht mehr unter Spannung stehen und somit zu einer geringeren (reduzierten) Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 beitragen. In dieser Konfiguration können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 entlang einer Körperachse des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 angeordnet sein, um eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 zu minimieren und gleichzeitig die Variation der Steifigkeit zu ermöglichen.For example, the one or more
Die Steifigkeit eines Objekts (z.B. des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202) kann zu seiner Form zugeordnet sein, wie in der Technik bekannt ist. Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können in dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 derart angeordnet sein, dass eine Kontraktion der ein oder der mehreren Aktorelemente 204 eine Veränderung der Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 bewirkt, um eine entsprechende Veränderung der Steifigkeit zu verursachen. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann eine (erste) Untergruppe von Aktorelementen 204 in dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 derart angeordnet sein, dass ihre Kontraktion eine Formänderung verursacht, welche mit einer Erhöhung der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 verbunden ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine andere (zweite) Untergruppe von Aktorelementen 204 in dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 derart angeordnet sein, dass ihre Kontraktion eine Formänderung verursacht, welche mit einer Abnahme der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 verbunden ist.The stiffness of an object (e.g., the fiber-plastic composite part 202) may be associated with its shape, as is known in the art. The one or more
Als weiteres Beispiel, zusätzlich oder alternativ, können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 eingerichtet sein, dass sie mittels deren Kontraktion eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 bewirken, z.B. um es von seiner ersten (z.B. geraden) Form in seine zweite (z.B. gekrümmte) Form zu bringen. Anschaulich kann die Längenänderung ΔL der ein oder mehreren Aktorelemente 204 eine Biegung (oder allgemein eine Verformung) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erzeugen.As a further example, additionally or alternatively, the one or more
Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können derart mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 gekoppelt bzw. in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 mittels einer von den ein oder mehreren Aktorelementen 204 erzeugten Zugkraft aus seiner ersten (ursprünglichen, z.B. geraden) Form in seine zweite (verformte, z.B. gekrümmte) Form gebracht werden kann. Die ein oder mehreren Aktorelemente 204 können derart eingerichtet sein, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 durch eine Kontraktion des Aktorelements 2040 in mindestens zwei voneinander verschiedenen Formen gebracht werden kann. Die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 204 kann somit die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 beeinflussen. Anschaulich können die ein oder mehreren Aktorelemente 204 derart angeordnet sein, dass die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 204 eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 (z.B. entlang seiner Longitudinalachse 206 und/oder entlang seiner Querachse 208) bewirkt.The one or more
Als beispielhafte Ausgestaltung (siehe auch
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 kann derart ausgestaltet sein, dass die ein oder mehreren Aktorelemente 204 wieder auf (s)eine Ausgangslänge L1 gebracht werden, wenn die Formgedächtnislegierung auf eine Temperatur, T, unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur, TU, abgekühlt wird. Anschaulich wird eine rücktreibende Kraft von dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 auf die ein oder mehreren Aktorelemente 204 übertragen, so dass die ein oder mehreren Aktorelemente 204 bezüglich der Längenänderung, ΔL, reversibel betrieben werden können (auch als extrinsischer Zweiwege-Aktor bezeichnet).The fiber-
Die Anordnung der ein oder mehreren Aktorelemente 204 in Bezug auf die Longitudinalachse 206 und/oder der Querachse 208 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 kann derart gewählt werden, dass ein vordefinierter Betrieb der Aktorkomponente 200a, 200b ermöglicht wird. In
Wie in
In einer alternativen Ausgestaltung (nicht gezeigt) kann die Aktorkomponente 200a, 200b ein Aktorelement 204 aufweisen, welches sich entlang einer Richtung in einem Winkel zu der Longitudinalachse 206 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstreckt. Beispielsweise kann die Aktorkomponente 200a ein Aktorelement 204 aufweisen, welches sich entlang der Querachse 208 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstreckt (anschaulich in einem Winkel von 90° zur Longitudinalachse 206). Als weiteres Beispiel kann die Aktorkomponente 200a, 200b eine Vielzahl von Aktorelementen 204 aufweisen, welche sich entlang einer Richtung in einem Winkel zu der Longitudinalachse 206 (z.B. entlang bzw. parallel zu der Querachse 208) erstrecken. Beispielsweise kann die Aktorkomponente 200a, 200b ein Array von Aktorelementen 204 aufweisen, von denen sich jedes entlang einer Richtung in einem Winkel zur Longitudinalachse 206 erstreckt (z.B. entlang einer Richtung parallel zur Querachse 208) und welche entlang der Longitudinalachse 206 verteilt sind (z.B. in regelmäßigen Abständen). Die Ausrichtung orthogonal zur Longitudinalachse 206 kann eine effiziente Konfiguration für einer Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 entlang seiner Querachse 208 bereitstellen, anschaulich für eine Verformung (z.B. eine Biegung) um die Longitudinalachse 206.In an alternative configuration (not shown), the
Diese Konfigurationen können miteinander kombiniert werden. Als weiteres Beispiel kann eine Aktorkomponente 200a, 200b Aktorelemente 204 aufweisen, die entlang bzw. parallel zu beider Achsen des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Aktorkomponente 200a, 200b eine Vielzahl von Aktorelementen 204 aufweisen, und mindestens ein (erstes) Aktorelement kann sich entlang der Longitudinalachse 206 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstrecken, und mindestens ein weiteres (zweites) Aktorelement kann sich entlang der Querachse 208 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstrecken. In einer alternativen Konfiguration kann die Aktorkomponente 200a, 200b mindestens ein (erstes) Aktorelement 204 aufweisen, welches sich entlang der Longitudinalachse 206 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstreckt, und eine Vielzahl weiterer (zweiter) Aktorelemente 204, welche sich entlang bzw. parallel zu der Querachse 208 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstrecken. Es versteht sich, dass auch eine weitere Konfiguration vorgesehen werden kann, bei dem die Aktorkomponente 200a, 200b eine Vielzahl von ersten Aktorelementen 204, welche sich entlang bzw. parallel zu der Longitudinalachse 206 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstrecken, und eine Vielzahl von zweiten Aktorelementen 204, welche sich entlang der Querachse 208 des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 erstrecken, aufweist.These configurations can be combined with each other. As a further example, an
Die „gekreuzten“ Konfigurationen können erhöhte Fähigkeiten der Aktorkomponente 200a, 200b bieten. Die Vielzahl von Aktorelementen 204 können es ermöglichen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 mittels der Vielzahl von Aktorelementen 204 in mehrere voneinander verschiedene Formen gebracht werden kann und somit beispielsweise mehrere voneinander verschiedene Stellungen für die Aktorkomponente 200a, 200b definiert bzw. ermöglicht werden können.The "crossed" configurations may offer increased capabilities of the
Die kontrollierte Änderung der Steifigkeit und die kontrollierte Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 sind von besonderem Interesse für die Verwendung der Aktorkomponente 200a, 200b in einem adaptiven System für ein Fahrzeug (siehe auch
Gemäß verschiedenen Aspekten, wie in
Eine textiltechnische Verbindung kann eine Formschlussverbindung sein, beispielsweise gebildet zwischen Elementen (z.B. Fasern, bandförmigen Elementen, etc.) des Faserverbundwerkstoffs und dem Aktorelement 204. Beispielsweise kann die Formgedächtnislegierung des Aktorelements 204 parallel zur Kett- oder Schussrichtung oder in einem beliebigen Winkel zur Faserrichtung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 (anschaulich, der textilen Verstärkungsstruktur) angeordnet sein. Beispielsweise kann das Aktorelement 204 mindestens in den Befestigungsabschnitten 214b des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 textiltechnisch gekoppelt bzw. integriert sein. Das Aktorelement 204 kann einen gewellten Abschnitt aufweisen, welcher in die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 eingebettet ist.A textile connection can be a positive connection, for example formed between elements (e.g. fibers, band-like elements, etc.) of the fiber composite material and the
Die textiltechnische Verbindung stellt eine robuste Anordnung bereit, welche eine feste Verbindung zwischen dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 und dem Aktorelement 204 gewährleistet, ohne auf komplexere und kostenintensivere Techniken (z.B. Fügetechnologie) angewiesen zu sein.The textile-technical connection provides a robust arrangement which ensures a firm connection between the fiber-
Gemäß verschiedenen Aspekten kann in einem Bereich 214a (z.B. im zentralen Abschnitt) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 eine Gleitschicht 216 zwischen dem Aktorelement 204 und dem Faserverbundwerkstoff bereitgestellt sein zum Entkoppeln des Aktorelements 204 von dem Faserverbundwerkstoff (siehe
Die Gleitschicht 216 kann Kurzfasern (z.B. Fasern mit einer Länge von weniger als 1 mm), Partikel (z.B. Graphit-Partikel), oder ein anderes geeignetes Material mit Gleiteigenschaften aufweisen oder daraus bestehen. Anschaulich kann die Gleitschicht 216 in dem Matrixmaterial des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 202 einen Kanal bilden, durch welchen hindurch sich das Aktorelement 204 (z.B. als Formgedächtnislegierungsdraht ausgestaltet) erstreckt.The sliding
In einigen Aspekten kann das Aktorelement 204 vollständig textiltechnisch mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 (z.B. mit den Fasern) gekoppelt sein und/oder vollständig textiltechnisch in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 202 integriert sein (z.B. sowohl in den seitlichen Abschnitten 214b als auch in dem zentralen Abschnitt 214a).In some aspects, the
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 kann eingerichtet (z.B. geformt) sein bzw. werden, je nach Verwendungszweck des adaptiven Systems 300. Als Beispiel kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 eine Motorhaube oder ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs sein bzw. als solches ausgestaltet sein. Als weitere Beispiele kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 eine Flügelspitze, eine Störklappe und/oder eine Luftbremse sein bzw. als solche ausgestaltet sein (z.B. für ein Auto oder für ein Flugzeug).The fiber-
Die ein oder mehreren Aktorelemente 306 können mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 integriert sein, wie oben beschrieben wurde. Als eine beispielhafte Ausgestaltung können die ein oder mehreren Aktorelemente 306 ein oder mehrere Drahte sein bzw. ein oder mehrere Drahte aufweisen (z.B. ein oder mehrere Formgedächtnislegierungsdrahte). In
Das adaptive System 300 kann ein Sensorsystem 312 zum Bereitstellen von Sensordaten aufweisen, welche eine Umgebung des adaptiven Systems 300 beschreiben. Das Sensorsystem 312 kann ein oder mehrere Sensoren aufweisen, welche derart eingerichtet sind, dass sie verschiedene Arten von Erfassung durchführen (z.B. optische, schallbasierte, usw.), sowie ein oder mehrere Prozessoren, welche derart eingerichtet sind, dass sie die Ausgabe des einen oder der mehreren Sensoren verarbeiten. Das Sensorsystem 312 kann derart eingerichtet sein, dass es Sensordaten bereitstellt, welche zur Steuerung der Aktorkomponente 302 verwendet werden können, z.B. zur Steuerung der einen oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304. Als Beispiele kann das Sensorsystem 312 mindestens eine Kamera, einen LIDAR-Sensor (Light Detection and Ranging), einen RADAR-Sensor (Radio Detection and Ranging), einen Ultraschallsensor, ein GPS-Gerät (Global Positioning System), einen Beschleunigungsmesser und/oder ein Gyroskop aufweisen.The
In einigen Aspekten kann das Sensorsystem 312 zum Ermitteln einer Betriebssituation eines Fahrzeugs eingerichtet sein. Das Sensorsystem 312 kann derart eingerichtet sein, dass es ein aktuelles Szenario ermittelt, in dem sich das Fahrzeug befindet. Das Sensorsystem 312 kann somit Daten liefern, welche dieses Szenario beschreiben. Die Betriebssituation kann somit als eine aktuelle Situation des Fahrzeugs in Bezug auf einen oder mehrere Aspekte verstanden werden, welche relevant dafür sind, was das Fahrzeug tut und wie sich das Fahrzeug verhalten sollte. Die Betriebssituation kann beispielsweise ein oder mehrere der folgenden Aspekte aufweisen: eine Trajektorie des Fahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Witterung in der Umgebung des Fahrzeugs, Kollisionszustand bezüglich eines Fahrzeugs, Fehlerzustand eines Fahrzeugs, Lage (z.B. Ortsposition und/oder Ausrichtung) eines Fahrzeugs, Beschleunigung (z.B. Längs- und/oder Querbeschleunigung) eines Fahrzeugs, und/oder das Vorhandensein ein oder mehrerer Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs. Die Betriebssituation kann beispielsweise ein aktuelles Verhalten des Fahrzeugs und eine Umgebung des Fahrzeugs (z. B. eine Verkehrssituation) beschreiben.In some aspects,
In einigen Aspekten kann das Sensorsystem 312 zum Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation eingerichtet sein, in der ein Objekt und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 kollidieren oder kollidieren könnten. Anschaulich kann das adaptive System 300 in einigen Aspekten als Aufprallschutzsystem eingerichtet sein.In some aspects, the
Eine Kollisionssituation kann ein Szenario beschreiben, in dem ein Aufprall zwischen dem Objekt und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 unmittelbar bevorsteht oder bereits stattfindet. Eine Kollisionssituation kann zum Beispiel ein Szenario beschreiben, in dem ein Aufprall zwischen dem Objekt und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 95%, zum Beispiel mehr als 99%, stattfinden wird.A collision situation may describe a scenario in which an impact between the object and the fiber-
Das Sensorsystem 312 kann derart eingerichtet sein, dass es das Vorliegen der Kollisionssituation in Abhängigkeit von ein oder mehreren Parametern ermittelt, welche die Umgebung des adaptiven Systems 300 beschreiben. Beispielsweise kann das Sensorsystem 312 derart eingerichtet sein, dass es das Vorliegen der Kollisionssituation in Abhängigkeit von ein oder mehreren der Folgenden ermittelt: einem Abstand zwischen dem Objekt und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304, einer Geschwindigkeit (und/oder einer Beschleunigung) des Objekts, einer Geschwindigkeit (und/oder einer Beschleunigung) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304, einer Trajektorie des Objekts und/oder einer Trajektorie des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304. Anschaulich kann das Sensorsystem 312 derart eingerichtet sein, dass es das Vorliegen einer Kollision zwischen dem Objekt und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 vorhersagt, z.B. basierend auf den Sensordaten.The
In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Sensorsystem 312 kann derart eingerichtet sein, dass es das Vorliegen der Kollisionssituation in Abhängigkeit von der Betriebssituation ermittelt. Beispielsweise kann das Sensorsystem 312 derart eingerichtet sein, dass es das Vorliegen der Kollisionssituation in Abhängigkeit von ein oder mehreren der folgenden Parameter bestimmt: einem Abstand zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug, einer Geschwindigkeit (und/oder einer Beschleunigung) des Objekts, einer Geschwindigkeit (und/oder einer Beschleunigung) des Fahrzeugs, einer Trajektorie des Objekts und/oder einer Trajektorie des Fahrzeugs.In an exemplary embodiment, the
In einem beispielhaften Szenario kann es sich bei dem Objekt um einen Fußgänger handeln, welcher mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 zusammenstößt (oder zusammenzustoßen wird), z.B. mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 ausgestaltet als Motorhaube oder Karosseriebauteil eines Autos.In an exemplary scenario, the object may be a pedestrian who is (or will be) impacted by the fiber-
Es versteht sich, dass die Konfiguration des adaptiven Systems 300 als Aufprallschutzsystem nicht auf die Verwendung in einem Fahrzeug beschränkt ist. Das Aufprallschutzsystem kann alternativ auch in einer feststehenden Struktur, wie z.B. einer Wand, einer Säule, einer Straßenlaterne usw. angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 als Teil der feststehenden Struktur eingerichtet sein, z.B. als Teil, welcher möglichen Kollisionen ausgesetzt sein kann. Das Sensorsystem 312 kann derart eingerichtet sein, dass es eine Kollisionssituation zwischen einem Objekt und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 in der feststehenden Struktur ermittelt, z.B. einen Fußgänger oder ein Auto, welcher/welches gegen die Wand oder die Straßenlaterne läuft/fährt.It should be understood that the configuration of the
In einigen Aspekten, zusätzlich oder alternativ, können die Sensordaten einen Pfad oder einen erwarteten Pfad des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 beschreiben (z.B. einen Pfad eines Fahrzeugs). Der Pfad kann beschreiben, dass sich das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 (bzw. das Fahrzeug) entlang einer linearen Trajektorie oder entlang einer Kurve oder bergauf/bergab bewegt, als Beispiele. Als weiteres Beispiel können die Sensordaten eine bestimmte Phase einer Bewegung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 beschreiben (z.B. eine bestimmte Phase der Bewegung des Fahrzeugs). Bei der Phase kann es sich beispielsweise um eine Abfahrt, eine Ankunft, einen Start oder eine Landung (im Falle eines Luftfahrzeugs, wie eines Flugzeugs) handeln. Anschaulich kann die Betriebssituation einen Pfad des Fahrzeugs und/oder eine Phase der Fahrt des Fahrzeugs beschreiben.In some aspects, additionally or alternatively, the sensor data may describe a path or an expected path of the fiber-plastic composite component 304 (e.g., a path of a vehicle). The path can describe that the fiber-plastic composite component 304 (or the vehicle) moves along a linear trajectory or along a curve or uphill/downhill, as examples. As another example, the sensor data may describe a particular phase of movement of the fiber-plastic composite component 304 (e.g., a particular phase of vehicle movement). The phase can be, for example, a departure, an arrival, a take-off or a landing (in the case of an aircraft, such as an airplane). The operating situation can clearly describe a path of the vehicle and/or a phase of the journey of the vehicle.
Das adaptive System 300 kann ferner ein Steuerungssystem 314 aufweisen, welches eingerichtet ist zum Ansteuern der Aktorkomponente 302 (anschaulich zum Ansteuern der Aktivierung und Deaktivierung der ein oder mehreren Aktorelemente 306). Das Steuerungssystem 314 kann eingerichtet sein, zum Ansteuern der Aktorkomponente 302 basierend auf der Ausgabe des Sensorsystems 312. Es versteht sich, dass das adaptive System 300 mehr als eine Aktorkomponente 302 umfassen kann, und das Steuerungssystem 314 kann derart eingerichtet sein, dass es jede der Aktorkomponenten 302 steuert. Das Steuerungssystem 314 kann ein oder mehrere Prozessoren aufweisen. Das Steuerungssystem 314 kann hierin auch als Steuergerät bezeichnet werden.The
Das Steuerungssystem 314 kann derart eingerichtet sein, dass es die Aktivierung der ein oder der mehreren Aktorelemente 306 steuert, um die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 zu beeinflussen und es an die ermittelte Umgebung anzupassen. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 314 eingerichtet sein, eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 zu verursachen, zum Ändern der ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebssituation.The
Die Veränderung einer oder mehrerer der mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 kann das Verhalten des Fahrzeugs bzw. der Struktur, in welche(s) das adaptive System 300 integriert ist, beeinflussen (z.B. die Reaktion auf eine Kollision). In einigen Aspekten kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 derart eingerichtet sein, dass eine Veränderung seiner ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften (z.B. eine Veränderung seiner Form) eine Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs bereitstellt (mit anderen Worten verursacht).The change in one or more of the mechanical properties of the fiber-
Alle Beispiele kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 derart eingerichtet sein, dass die Variation der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 eine oder mehrere der folgenden Variationen verursacht: eine Variationen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Variation einer Beschleunigung des Fahrzeugs, eine Variation einer Trajektorie des Fahrzeugs und/oder eine Variation ein oder mehrerer mechanischer Eigenschaften des Fahrzeugs.In all examples, the fiber-
Das Steuerungssystem 314 kann somit derart eingerichtet sein, dass es die Sensordaten vom Sensorsystem 312 empfängt und die Aktorkomponente 302 entsprechend steuert, um die mechanischen Eigenschaften (z.B. die Form, die Steifigkeit) des Steuerungssystem 304 an die ermittelte (z.B. Fahr-) Situation anzupassen. Diese Konfiguration kann eine adaptive Strategie bereitstellen, um die Gesamtreaktion eines Fahrzeugs (oder einer Struktur), das/die mit dem adaptiven System 300 ausgestattet ist, auf ein aktuelles Szenario zu verbessern.The
Beispielsweise kann das Steuerungssystem 314 derart eingerichtet sein, dass es eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 steuert, um eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 zu bewirken, um einen durch das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 definierten Luftstrompfad zu beeinflussen. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 kann derart zumindest abschnittsweise verformbar sein (siehe
Das Steuerungssystem 314 kann derart eingerichtet sein, dass es die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 steuert, um die aerodynamischen Eigenschaften des adaptiven Systems 300 (z.B. die aerodynamischen Eigenschaften eines Fahrzeugs) an die aktuelle Situation anzupassen. In einem beispielhaften Szenario, in dem das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 als aerodynamische Komponente (z.B. als Spoiler oder Luftbremse) ausgestaltet ist, kann das Steuerungssystem 314 derart eingerichtet sein, dass es die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 steuert, um die Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 in kontrollierter Weise zu verändern, um den Luftwiderstand des Fahrzeugs zu erhöhen oder zu verringern, beispielsweise um die Stabilität des Fahrzeugs zu erhöhen (z.B. in einer Kurve oder bei der Landung). Beispielsweise kann die Aktivierung der ein oder mehreren Aktorelemente 306 das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 in die gekrümmte Form bringen, wodurch der Luftwiderstand erhöht werden kann.The
In einigen Aspekten kann das Steuerungssystem 314 eingerichtet sein, eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 zu verursachen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation von dem Sensorsystem 312 ermittelt wurde zum Ändern der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 während der Kollisionssituation. Das Steuerungssystem 314 kann eingerichtet sein, die Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 (mittels der Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306) anzupassen, um auf den Aufprall zu reagieren.In some aspects, the
Als Beispiel kann die Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 während der Kollisionssituation reduziert werden. Diese Ausgestaltung kann das Objekt schützen, welches mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil kollidiert, z.B. kann sie das Verletzungsrisiko für einen Fußgänger verringern, welcher mit der Motorhaube oder der Karosserie eines Autos kollidiert.As an example, the stiffness of the fiber-
Als weiteres Beispiel kann die Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation erhöht werden. Diese Ausgestaltung kann eine weitere Komponente eines Fahrzeugs von dem Aufprall schützen (z.B. eine elektronische Schaltung). Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 steifer werden, um das Risiko von Schäden an einem weiteren Fahrzeugteil zu verringern.As a further example, the rigidity of the fiber-plastic composite component can be increased during the collision situation. This configuration can protect another component of a vehicle (e.g., an electronic circuit) from the impact. Clearly, the fiber-
Als zusätzliche oder alternative Konfiguration kann das Steuerungssystem 314 (ferner) eingerichtet sein die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 zu verursachen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation von dem Sensorsystem 312 ermittelt wurde zum Ändern der Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 während der Kollisionssituation. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 314 eingerichtet sein die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 zu verursachen, um das Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 von seiner ersten (z.B. geraden) Form in seine zweite (z.B. gekrümmte) Form zu bringen.As an additional or alternative configuration, the
Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 304 in einer gekrümmten Form kann eine Konfiguration bereitstellen, die besser geeignet ist, einem Aufprall zu widerstehen. Beispielsweise kann die Verformung des als Motorhaube ausgestalteten Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 der Abstand zwischen Motorhaube und Motor vergrößern, so dass zusätzlicher Raum zur Verfügung steht, um den Aufprall abzufangen und das Verletzungsrisiko für einen Fußgänger zu verringern.The fiber-
Wie oben beschrieben wurde kann der Aufprallschutz nicht auf Anwendungen in einem Fahrzeug beschränkt sein, sondern kann auch in anderen Szenarien eingesetzt werden, z.B. für den Einbau in eine Wand oder in einer Säule, um die mechanischen Eigenschaften (z.B. die Form oder die Steifigkeit) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 bevor einem Aufprall oder während eines Aufpralls anzupassen.As described above, impact protection cannot be limited to in-vehicle applications, but can also be used in other scenarios, e.g. for installation in a wall or in a pillar to improve the mechanical properties (e.g. the shape or the rigidity) of the Adjust fiber-
In einigen Aspekten kann das Steuerungssystem 314 eingerichtet sein, die ein oder mehreren Aktorelemente 306 aus dem (jeweiligen) ersten (inaktiven) Aktorzustand in den zweiten (aktiven) Aktorzustand zu bringen, um die ein oder mehrere mechanische Eigenschaften (z.B. die Form, die Steifigkeit) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 304 zu verändern. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 314 eingerichtet sein, die ein oder mehreren Aktorelemente 306 durch Steuern einer Temperatur der ein oder mehreren Aktorelemente 306 (z.B. einer Temperatur der jeweiligen Formgedächtnislegierung) zu aktivieren und deaktivieren. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 314 derart eingerichtet sein, dass es die ein oder mehreren Aktorelemente 306 erwärmt (auf eine Temperatur, die höher ist als die Phasenumwandlungstemperatur), um die ein oder mehreren Aktorelemente 306 aus dem ersten Aktorzustand in den zweiten Aktorzustand zu bringen (um eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente 306 zu verursachen).In some aspects, the
Das Verfahren 400 wird in Bezug auf die Verwendung des adaptiven Systems in einem Fahrzeug beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Aspekte des Verfahrens 400 in entsprechender Weise auch für den Einsatz des adaptiven Systems in einem anderen Szenario (z.B. in einer feststehenden Struktur) gelten können.The
Das Verfahren 400 kann aufweisen, in 410, Ermitteln einer Umgebung des adaptiven Systems, z.B. Ermitteln einer Betriebssituation. Das Ermitteln der Umgebung des adaptiven Systems kann beispielsweise aufweisen, das Ermitteln von Sensordaten, welche die welche die Umgebung des adaptiven Systems (z.B. die Betriebssituation) beschreiben. Die Sensordaten können mittels verschiedener Arten von Erfassungsstrategien ermittelt werden, z.B. mittels optischer Erfassung, schallbasierter Erfassung, usw. Anschaulich kann das Verfahren 400 aufweisen das Bereitstellen von Sensordaten zum Steuern der ein oder mehreren Aktorelemente des adaptiven Systems (z.B. zur Steuerung der einen oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils). In einigen Aspekten kann das Ermitteln der Umgebung des adaptiven Systems das Ermitteln einer Kollisionssituation aufweisen (siehe auch
Das Verfahren 400 kann aufweisen, in 420, Steuern der ein oder mehreren Aktorelemente, um eine Änderung von ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils in Abhängigkeit von der ermittelten Umgebung (z.B. von der ermittelten Betriebssituation) zu verursachen. Anschaulich kann das Verfahren 400 aufweisen das Steuern des adaptiven Systems basierend auf den ermittelten Sensordaten. Das Steuern des ein oder mehreren Aktorelemente kann ein Erwärmen der ein oder mehreren Aktorelemente aufweisen, um eine jeweilige Kontraktion zu verursachen. In einigen Aspekten kann die Steuerung der ein oder mehreren Aktorelemente auf einer ermittelten Kollisionssituation basieren.The
Die Änderung der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils kann beispielsweise eine Verformung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils aufweisen, z.B. um das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil von seiner ersten (z.B. geraden) Form in seine zweite (z.B. gekrümmte) Form zu bringen.The change in one or more mechanical properties of the fiber-plastic composite component can include, for example, a deformation of the fiber-plastic composite component, e.g. around the fiber-plastic composite component from its first (e.g. straight) shape to its second (e.g. curved) shape bring to.
Als weiteres Beispiel kann die Änderung der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils eine Änderung (mit anderen Worten eine Variation) der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu verändern (z.B. um die Steifigkeit zu erhöhen oder zu verringern). Beispielsweise kann die Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils bevor oder währen einer Kollisionssituation verändert werden.As another example, changing the one or more mechanical properties of the fiber-plastic composite part can cause a change (in other words, a variation) in the stiffness of the fiber-plastic composite part (e.g., to increase or decrease the stiffness). For example, the rigidity of the fiber-plastic composite component can be changed before or during a collision situation.
Das Verfahren 500 kann das Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation aufweisen, in der ein Objekt und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil kollidieren oder kollidieren könnten. Beispielsweise, in 510, kann eine Kollisionssituation an einem Zeitpunkt bevor dem Aufprall ermittelt bzw. vorhergesagt werden.The
Das Verfahren 500 kann das einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente aufweisen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation ermittelt wurde zum Ändern einer Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation. Als beispielhafte Implementierung kann das Verfahren 500, in 520, das Erzeugen eines Signals vom Sensorsystem, welches das Vorliegen der Kollisionssituation repräsentiert. Das Verfahren 500 kann ferner, in 530, das Steuern der ein oder mehreren Aktorelemente durch das Steuerungssystem aufweisen, um die Aktivierung der ein oder mehrere Aktorelemente, in 540, zu verursachen. Beispielsweise kann das Verfahren 500 das Erwärmen der ein oder mehreren Aktorelemente aufweisen, um eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente zu bewirken. Die Aktivierung der ein oder mehrere Aktorelemente kann, in 550, die Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (z.B. erhöhen oder verringern) während der Kollisionssituation. Beispielsweise kann die Aktivierung der ein oder mehrere Aktorelemente eine Reduzierung der Steifigkeit verursachen, um einen Fußgänger während einem Aufprall mit einem Auto (z.B. mit der Motorhaube) zu schützen. Als beispielhaftes Szenario kann unmittelbar vor dem Unfall der Sensor ein Signal an das Steuerungssystem übertragen, welches den FGL aktiviert, damit die adaptive Kinematik im Inneren der Motorhaube als Crash-Absorberstruktur fungieren kann, indem sie die Steifigkeit des adaptiven FKV reduziert.
Zur Realisierung des hierin beschriebenen adaptiven kinematischen Systems (am Beispiel einer Motorhaube) werden adaptive Funktionselemente, z.B. FGL, automatisiert einstufig in die textile Verstärkungsstruktur auf Basis von Hochleistungsfasern integriert. Für die optimale Kraftübertragung von adaptiven kinematischen Systems ist die textiltechnische Integration von adaptiven Funktionselementen in die Verstärkungsstruktur von Vorteil. Die adaptiven Funktionselemente können textiltechnisch parallel zur Kett- und Schussrichtung oder in einem beliebigen Winkel zur Faserrichtung sowohl in der Ober- und der Unterseite oder in der Mittelachse der textilen Verstärkungsstruktur integriert werden.To implement the adaptive kinematic system described here (using the example of a hood), adaptive functional elements, e.g. SMA, are automatically integrated in a single stage into the textile reinforcement structure based on high-performance fibers. The textile-technical integration of adaptive functional elements in the reinforcement structure is advantageous for the optimal power transmission of adaptive kinematic systems. In terms of textile technology, the adaptive functional elements can be integrated parallel to the warp and weft direction or at any angle to the fiber direction, both in the upper and lower side or in the central axis of the textile reinforcement structure.
Die hierin beschriebene Anordnung stellt eine gewichtsparende und kostengünstige Lösung für adaptive kinematische und schwingende System (am Beispiel einer Fahrzeugkomponente) bereit, welche auf Basis energie- und materialeffizienter aktorischer Prinzipien unter Berücksichtigung des Leichtbaugedankens anforderungsspezifische Bewegungen generieren können.The arrangement described here provides a weight-saving and cost-effective solution for adaptive kinematic and oscillating systems (using the example of a vehicle component), which can generate requirement-specific movements on the basis of energy- and material-efficient actuator principles, taking into account the lightweight construction concept.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und Dargestellte beziehen (z.B. auf das adaptive System 300 und auf das Verfahren 400, 500). Es versteht sich, dass die Aspekte, welche in Bezug auf das adaptive System beschrieben sind, in entsprechender Weise für das/die Verfahren gelten können, und umgekehrt.Various examples are described below that relate to what has been described and illustrated above (e.g., to the
Beispiel 1 ist ein adaptives System zur Verwendung in einem Fahrzeug, das adaptive System aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind und welche eingerichtet sind, ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente; ein Sensorsystem zum Ermitteln einer Betriebssituation des Fahrzeugs; und ein Steuerungssystem, welches eingerichtet ist eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente zu verursachen, zum Ändern der ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebssituation.Example 1 is an adaptive system for use in a vehicle, the adaptive system comprising: a fiber-plastic composite component comprising one or more actuator elements which are coupled to the fiber-plastic composite component and/or integrated into the fiber-plastic composite component and which are set up to change one or more mechanical properties of the fiber-plastic composite component based on a contraction of the one or more actuator elements; a sensor system for determining an operating situation of the vehicle; and a control system, which is set up to cause a contraction of the one or more actuator elements in order to change the one or more mechanical properties of the fiber-plastic composite component depending on the determined operating situation.
In Beispiel 2 kann das adaptive System gemäß Beispiel 1 optional ferner aufweisen, dass die Betriebssituation ein oder mehrere der Folgenden aufweist (z.B. beschreibt): eine Trajektorie des Fahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Witterung in der Umgebung des Fahrzeugs, Kollisionszustand bezüglich eines Fahrzeugs, Fehlerzustand eines Fahrzeugs, Lage (z.B. Ortsposition und/oder Ausrichtung) eines Fahrzeugs, Beschleunigung (z.B. Längs- und/oder Querbeschleunigung) eines Fahrzeugs, und/oder das Vorhandensein ein oder mehrerer Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs.In example 2, the adaptive system according to example 1 can optionally further comprise that the operating situation comprises (e.g. describes) one or more of the following: a trajectory of the vehicle, a speed of the vehicle, weather conditions in the vicinity of the vehicle, collision state with respect to a vehicle , fault condition of a vehicle, location (e.g. spatial position and/or orientation) of a vehicle, acceleration (e.g. longitudinal and/or lateral acceleration) of a vehicle, and/or the presence of one or more objects in the vicinity of the vehicle.
In Beispiel 3 kann das adaptive System gemäß Beispiel 1 oder 2 optional ferner aufweisen, dass das Sensorsystem mindestens eine Kamera, einen LIDAR-Sensor (Light Detection and Ranging), einen RADAR-Sensor (Radio Detection and Ranging), einen Ultraschallsensor, ein GPS-Gerät (Global Positioning System), einen Beschleunigungsmesser und/oder ein Gyroskop aufweist.In Example 3, the adaptive system according to Example 1 or 2 can optionally further include that the sensor system has at least one camera, a LIDAR (Light Detection and Ranging) sensor, a RADAR (Radio Detection and Ranging) sensor, an ultrasonic sensor, a GPS device (Global Positioning System), an accelerometer and/or a gyroscope.
In Beispiel 4 kann das adaptive System gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass eine Veränderung seiner ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften (z.B. eine Veränderung seiner Form) eine Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs bereitstellt (mit anderen Worten verursacht).In example 4, the adaptive system according to one of examples 1 to 3 can optionally also have that the fiber-plastic composite component is set up in such a way that a change in its one or more mechanical properties (e.g., a change in its shape) provides (in other words, causes) a change in the vehicle's aerodynamic properties.
In Beispiel 5 kann das adaptive System gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass die Variation der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils eine oder mehrere der folgenden Variationen verursacht: eine Variationen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Variation einer Beschleunigung des Fahrzeugs, eine Variation einer Trajektorie des Fahrzeugs und/oder eine Variation ein oder mehrerer mechanischer Eigenschaften des Fahrzeugs. In Example 5, the adaptive system according to one of Examples 1 to 4 can optionally further include that the fiber-plastic composite component is set up such that the variation of the one or more mechanical properties of the fiber-plastic composite component includes one or more of the following variations causes: a variation in a speed of the vehicle, a variation in an acceleration of the vehicle, a variation in a trajectory of the vehicle, and/or a variation in one or more mechanical properties of the vehicle.
In Beispiel 5 kann das adaptive System gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional ferner aufweisen, dass das Fahrzeug ein Auto oder ein Flugzeug ist.In Example 5, the adaptive system according to any one of Examples 1 to 4 may optionally further include the vehicle being a car or an airplane.
Beispiel 6 ist ein Fahrzeug aufweisend ein oder mehrere adaptive Systeme gemäß einem der Beispiele 1 bis 5.Example 6 is a vehicle having one or more adaptive systems according to any one of examples 1 to 5.
Beispiel 7 ist ein Aufprallschutzsystem, aufweisend: ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind und welche eingerichtet sind, eine Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente; ein Sensorsystem zum Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation, in der ein Objekt und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil kollidieren oder kollidieren könnten; und ein Steuerungssystem, welches eingerichtet ist eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente zu verursachen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation von dem Sensorsystem ermittelt wurde zum Ändern der Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation.Example 7 is an impact protection system comprising: a fiber-plastic composite component having one or more actuator elements which are coupled to the fiber-plastic composite component and/or integrated into the fiber-plastic composite component and which are configured to have a stiffness of the fiber - to change the plastic composite component based on a contraction of the one or more actuator elements; a sensor system for determining an existence of a collision situation in which an object and the fiber-plastic composite component collide or could collide; and a control system, which is set up to cause a contraction of the one or more actuator elements if the sensor system has determined that a collision situation exists, in order to change the stiffness of the fiber-plastic composite component during the collision situation.
In Beispiel 8 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 7 optional ferner aufweisen, dass das Sensorsystem derart eingerichtet ist, dass es das Auftreten der Kollisionssituation in Abhängigkeit von ein oder mehreren der Folgenden ermittelt: einem Abstand zwischen dem Objekt und dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, einer Geschwindigkeit (und/oder einer Beschleunigung) des Objekts, einer Geschwindigkeit (und/oder einer Beschleunigung) des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils, einer Trajektorie des Objekts und/oder einer Trajektorie des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils.In Example 8, the impact protection system according to Example 7 can optionally also have that the sensor system is set up in such a way that it determines the occurrence of the collision situation depending on one or more of the following: a distance between the object and the fiber-plastic composite component, a Speed (and/or an acceleration) of the object, a speed (and/or an acceleration) of the fiber-plastic composite component, a trajectory of the object and/or a trajectory of the fiber-plastic composite component.
In Beispiel 9 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 7 oder 8 optional ferner aufweisen, dass die Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation reduziert wird.In example 9, the impact protection system according to example 7 or 8 can optionally also have that the rigidity of the fiber-plastic composite component is reduced during the collision situation.
In Beispiel 10 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 9 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil zumindest abschnittsweise verformbar ist derart, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil zumindest in eine erste Form und eine zu der ersten Form unterschiedliche zweite Form gebracht werden kann, und dass die ein oder mehreren Aktorelemente derart mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil mittels einer von den ein oder mehreren Aktorelementen erzeugten Zugkraft aus der ersten Form in die zweite Form gebracht werden kann.In Example 10, the impact protection system according to one of Examples 7 to 9 can optionally also have that the fiber-plastic composite component is deformable at least in sections such that the fiber-plastic composite component at least has a first shape and a second shape that is different from the first shape shape can be brought, and that the one or more actuator elements are coupled to the fiber-plastic composite component and/or integrated into the fiber-plastic composite component in such a way that the fiber-plastic composite component is produced by means of one of the one or more actuator elements Tensile force can be brought from the first form into the second form.
In Beispiel 11 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 10 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil federelastisch verformbar ist.In example 11, the impact protection system according to one of examples 7 to 10 can optionally also have the fiber-plastic composite component being resiliently deformable.
In Beispiel 12 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 11 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass es aus der ersten Form federelastisch in die zweite Form verformbar ist; oder dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass es aus der zweiten Form federelastisch in die erste Form verformbar ist.In example 12, the impact protection system according to example 11 can optionally also have that the fiber-plastic composite component is set up in such a way that it can be deformed from the first shape into the second shape in a resilient manner; or that the fiber-plastic composite component is set up in such a way that it can be elastically deformed from the second shape into the first shape.
In Beispiel 13 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 10 bis 12 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aus einem Material derart ausgestaltet ist, dass das Material dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eine Rückstellkraft verleiht.In example 13, the impact protection system according to one of examples 10 to 12 can optionally further have that the fiber-plastic composite component is made of a material such that the material imparts a restoring force to the fiber-plastic composite component.
In Beispiel 14 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 10 bis 13 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aus der ersten Form ausgelenkt wird; oder dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart eingerichtet ist, dass eine Rückstellkraft erzeugt wird, wenn das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aus der zweiten Form ausgelenkt wird.In Example 14, the impact protection system according to any one of Examples 10 to 13 can optionally further include the fiber-plastic composite component being configured in such a way that a restoring force is generated when the fiber-plastic composite component is deflected from the first shape; or that the fiber-plastic composite component is set up in such a way that a restoring force is generated when the fiber-plastic composite component is deflected from the second shape.
In Beispiel 15 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 10 bis 14 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil derart abschnittsweise federelastisch verformbar ist, dass eine rücktreibende Kraft erzeugt wird, welche das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil von der zweiten Form in die erste Form bringt.In Example 15, the impact protection system according to one of Examples 10 to 14 can optionally also have the fiber-plastic composite component being resiliently deformable in sections in such a way that a restoring force is generated, which pushes the fiber-plastic composite component from the second mold into the brings first form.
In Beispiel 16 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 15 optional ferner aufweisen, dass das Steuerungssystem ferner eingerichtet ist die Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente zu verursachen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation von dem Sensorsystem ermittelt wurde zum Ändern der Form des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation.In example 16, the impact protection system according to one of examples 7 to 15 can optionally further have that the control system is further set up to cause the contraction of the one or more actuator elements when the presence of a collision situation has been determined by the sensor system to change the shape of the fiber Plastic composite component during the collision situation.
In Beispiel 17 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 16 optional ferner aufweisen, dass mindestens ein Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente eine Formgedächtnislegierung aufweist oder daraus besteht. In einigen Aspekten kann mindestens Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente ein oder mehrere dielektrische Elastomere aufweisen bzw. daraus bestehen. Alternativ, in einigen Aspekten, kann mindestens Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente eine Kombination von mindestens einem FGL-Aktor und mindestens einem Aktor basierend auf ein oder mehreren dielektrischen Elastomere aufweisen.In example 17, the impact protection system according to one of examples 7 to 16 can optionally further have that at least one actuator element of the one or more actuator elements has or consists of a shape memory alloy. In some aspects, at least one of the one or more actuator elements may include or consist of one or more dielectric elastomers. Alternatively, in some aspects, at least one of the one or more actuator elements may include a combination of at least one SMA actuator and at least one actuator based on one or more dielectric elastomers.
In Beispiel 18 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 17 optional ferner aufweisen, dass mindestens ein Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente als Einweg-Aktorelement ausgestaltet ist.In example 18, the impact protection system according to one of examples 7 to 17 can optionally also have that at least one actuator element of the one or more actuator elements is designed as a one-way actuator element.
In Beispiel 19 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 18 optional ferner aufweisen, dass mindestens ein Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente in einem ersten (inaktiven) Aktorzustand und in einem zweiten (aktiven) Aktorzustand sein kann. Beispielsweise kann das mindestens eine Aktorelement eingerichtet sein, in dem zweiten Aktorzustand die Zugkraft zu erzeugen.In example 19, the impact protection system according to any one of examples 7 to 18 can optionally further comprise that at least one actuator element of the one or more actuator elements can be in a first (inactive) actuator state and in a second (active) actuator state. For example, the at least one actuator element can be set up to generate the tensile force in the second actuator state.
In Beispiel 20 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 19 optional ferner aufweisen, dass, wenn das mindestens eine Aktorelement in dem ersten Aktorzustand ist, die Formgedächtnislegierung des mindestens einen Aktorelements eine Temperatur unterhalb dessen Phasenumwandlungstemperatur aufweist, und wenn das mindestens eine Aktorelement in dem zweiten Aktorzustand ist, die Formgedächtnislegierung des mindestens einen Aktorelements eine Temperatur oberhalb dessen Phasenumwandlungstemperatur aufweist.In example 20, the impact protection system according to example 19 can optionally further comprise that when the at least one actuator element is in the first actuator state, the shape memory alloy of the at least one actuator element has a temperature below its phase transformation temperature, and when the at least one actuator element is in the second actuator state , The shape memory alloy of the at least one actuator element has a temperature above its phase transformation temperature.
In Beispiel 21 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 20 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil einen Faserverbundwerkstoff aufweist, oder dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist. Anschaulich kann das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil ein Fasermaterial aufweisen oder aus einem Fasermaterial bestehen, welches in einem Matrixmaterial eingebettet ist.In example 21, the impact protection system according to one of examples 7 to 20 can optionally further have that the fiber-plastic composite component has a fiber-composite material, or that the fiber-plastic composite component is formed from a fiber-composite material. Clearly, the fiber-plastic composite component can have a fiber material or consist of a fiber material that is embedded in a matrix material.
In Beispiel 22 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 21 optional ferner aufweisen, dass mindestens ein Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente in dem Faserverbundstoff des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils eingebettet ist. Beispielsweise kann das mindestens eine Aktorelement mit Fasern des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils verbunden sein (z.B. mittels einer textiltechnischen Verbindung).In example 22, the impact protection system according to example 21 can optionally also have that at least one actuator element of the one or more actuator elements is embedded in the fiber composite of the fiber-plastic composite component. For example, the at least one actuator element can be connected to fibers of the fiber-plastic composite component (e.g. by means of a textile connection).
In Beispiel 23 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 21 oder 22 optional ferner aufweisen, dass mindestens ein Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente zumindest abschnittsweise textiltechnisch mit Fasern des Faserverbundwerkstoffs verbunden ist. Beispielsweise kann ein Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffs mit zumindest einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt des mindestens einen Aktorelements textiltechnisch verbunden sein.In example 23, the impact protection system according to example 21 or 22 can optionally also have that at least one actuator element of the one or more actuator elements is at least partially textile-connected to fibers of the fiber composite material. For example, a fiber material of the fiber composite material can be textile-technically connected to at least a first end section and a second end section of the at least one actuator element.
In Beispiel 24 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 23 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eine Gleitschicht aufweist zum Entkoppeln des mindestens einen Aktorelements von dem Faserverbundwerkstoff.In example 24, the impact protection system according to example 23 can optionally also have that the fiber-plastic composite component has a sliding layer for decoupling the at least one actuator element from the fiber-composite material.
In Beispiel 25 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 24 optional ferner aufweisen, dass mindestens ein Aktorelement der ein oder mehreren Aktorelemente ein Formgedächtnislegierungsdraht ist bzw. als Formgedächtnislegierungsdraht ausgestaltet ist.In example 25, the impact protection system according to one of examples 7 to 24 can optionally also have that at least one actuator element of the one or more actuator elements is a shape memory alloy wire or is configured as a shape memory alloy wire.
In Beispiel 26 kann das Aufprallschutzsystem gemäß einem der Beispiele 7 bis 25 optional ferner aufweisen, dass das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil eine Motorhaube oder ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs ist bzw. als solche(s) ausgestaltet ist.In example 26, the impact protection system according to one of examples 7 to 25 can optionally also have that the fiber-plastic composite component is a hood or a body component of a vehicle or is configured as such.
In Beispiel 27 kann das Aufprallschutzsystem gemäß Beispiel 26 optional ferner aufweisen, dass das Objekt ein Fußgänger ist, und wobei die Kollisionssituation einen Aufprall des Fußgängers mit der Motorhaube bzw. mit dem Karosseriebauteil aufweist.In example 27, the impact protection system according to example 26 can optionally further include that the object is a pedestrian, and the collision situation includes an impact of the pedestrian with the hood or with the body component.
Beispiel 28 ist ein Fahrzeug aufweisend ein oder mehrere Aufprallschutzsysteme gemäß einem der Beispiele 7 bis 27.Example 28 is a vehicle having one or more impact protection systems according to any one of Examples 7 to 27.
Beispiel 29 ist ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Systems, das adaptive System aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind, das Verfahren aufweisend: Ermitteln einer Betriebssituation; und Steuern der ein oder mehreren Aktorelemente, um eine Änderung von ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebssituation zu verursachen.Example 29 is a method for operating an adaptive system, the adaptive system comprising a fiber-plastic composite component having one or more actuator elements which are coupled to the fiber-plastic composite component and/or integrated into the fiber-plastic composite component, the method comprising: determining an operating situation; and controlling the one or more actuator elements in order to cause a change in one or more mechanical properties of the fiber-plastic composite component as a function of the determined operating situation.
In Beispiel 30 kann das Verfahren gemäß Beispiel 29 ein oder mehrere Merkmale der Beispiele 1 bis 28 aufweisen.In Example 30, the method of Example 29 may have one or more of the features of Examples 1-28.
Beispiel 31 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Aufprallschutzsystems, das Aufprallschutzsystem aufweisend ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil integriert sind, das Verfahren aufweisend: Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation, in der ein Objekt und das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil kollidieren oder kollidieren könnten; und Verursachen einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation ermittelt wurde zum Ändern einer Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils während der Kollisionssituation.Example 31 is a method for operating an impact protection system, the impact protection system having a fiber-plastic composite component having one or more actuator elements which are coupled to the fiber-plastic composite component and/or integrated into the fiber-plastic composite component, the method having : determining an existence of a collision situation in which an object and the fiber-plastic composite component collide or could collide; and causing a contraction of the one or more actuator elements if the existence of a collision situation has been determined to change a stiffness of the fiber-plastic composite component during the collision situation.
In Beispiel 32 kann das Verfahren gemäß Beispiel 31 ein oder mehrere Merkmale der Beispiele 1 bis 30 aufweisen.In Example 32, the process of Example 31 may include one or more features of Examples 1-30.
Beispiel 33 ist ein adaptives System zur Verwendung in einem Fahrzeug, das adaptive System aufweisend: ein Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Verbundbauteil integriert sind und welche eingerichtet sind, ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente; ein Sensorsystem zum Ermitteln einer Betriebssituation des Fahrzeugs; und ein Steuerungssystem, welches eingerichtet ist eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente zu verursachen, zum Ändern der ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Verbundbauteils in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebssituation.Example 33 is an adaptive system for use in a vehicle, the adaptive system comprising: a composite component comprising one or more actuator elements which are coupled to the composite component and/or integrated into the composite component and which are configured one or more mechanical properties of the composite component to change based on a contraction of the one or more actuator elements; a sensor system for determining an operating situation of the vehicle; and a control system, which is set up to cause the one or more actuator elements to contract in order to change the one or more mechanical properties of the composite component as a function of the determined operating situation.
Beispiel 34 ist ein Aufprallschutzsystem, aufweisend: ein Verbundbauteil aufweisend ein oder mehrere Aktorelemente, welche mit dem Verbundbauteil gekuppelt und/oder in das Verbundbauteil integriert sind und welche eingerichtet sind, eine Steifigkeit des Verbundbauteils zu ändern basierend auf einer Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente; ein Sensorsystem zum Ermitteln eines Vorliegens einer Kollisionssituation, in der ein Objekt und das Verbundbauteil kollidieren oder kollidieren könnten; und ein Steuerungssystem, welches eingerichtet ist eine Kontraktion der ein oder mehreren Aktorelemente zu verursachen, wenn ein Vorliegen einer Kollisionssituation von dem Sensorsystem ermittelt wurde zum Ändern der Steifigkeit des Verbundbauteils während der Kollisionssituation.Example 34 is an impact protection system, comprising: a composite component having one or more actuator elements which are coupled to the composite component and/or integrated into the composite component and which are configured to change a stiffness of the composite component based on a contraction of the one or more actuator elements; a sensor system for determining an existence of a collision situation in which an object and the composite component collide or may collide; and a control system, which is set up to cause a contraction of the one or more actuator elements if the sensor system has determined that a collision situation exists, in order to change the stiffness of the composite component during the collision situation.
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DE102011078029B3 (en) | 2011-06-24 | 2012-10-31 | Robert Bosch Gmbh | Device for changing rigidity of cross beam of motor car, has stiffening element movably arranged at cross beam and producing rigidities of cross beam in positions, and actuator moving stiffening element between positions |
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