DE10016916A1

DE10016916A1 - Anordnung zur Abstützung eines Anbauteils, insbesondere eines Kotflügels an einem Fahrzeugrahmen

Info

Publication number: DE10016916A1
Application number: DE2000116916
Authority: DE
Inventors: Frank Welsch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: DE10016916B4

Abstract

Ein Anbauteil, insbesondere ein Kotflügel (1), ist an einem Fahrzeugrahmen (7) über ein Abstützelement (8) gelagert. Das Abstützelement (8) ist in Form eines mit einem elektrorheologischen Medium gefüllten, nachgiebigen Bauelementes ausgebildet, an das ein elektrischer Schaltkreis zum Vermindern und/oder Erhöhen der Viskosität des elektrorheologischen Mediums angeschlossen ist. Hiermit ist es möglich, bei einen Zusammenstoß eines Kraftfahrzeuges mit einer ungeschützten Person die Verletzungsrisiken für die verunfallte Person zu vermindern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Unfallschutzes von Passanten beim Zusammenprall mit einem Kraftfahrzeug. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Abstützung eines Anbauteiles, insbesondere eines Kotflügels, an einem Fahrzeugrahmen.

Zusammenstöße zwischen Fußgängern und Kraftfahrzeugen ereignen sich zumeist im Frontbereich des Fahrzeuges. Beim Zusammenprall mit einem Kraftfahrzeug wird der Fußgänger in einer ersten Phase in der Regel durch die Stoßstange des Fahrzeuges erfaßt und in einer zweiten Phase auf die Fronthaube des Fahrzeuges geschleudert, wobei der Aufprall dann zuerst mit dem Kopf oder dem Oberkörper erfolgt. Der Aufprall auf die breitflächige Fronthaube ist hierbei weniger kritisch. Die größten Risiken für die Verletzungsgefahr resultieren vielmehr aus den verhältnismäßig starren Seitenkanten der Fronthaube sowie insbesondere den Kanten von Anbauteilen, wie beispielsweise den Oberkanten der Kotflügel im Bereich der Trennfuge zu der Fronthaube. Gerade die Oberkanten der Kotflügel weisen eine besonders hohe Steifigkeit auf, da der Kotflügel im Bereich der Oberkante nach innen umgebogen ist, um sich mit einem Befestigungsabschnitt gegen die Fahrzeugkarosserie abzustützen. Schon aus der umgebogenen Oberkante ergibt sich eine deutliche Steifigkeitszunahme, die durch einen zumeist im wesentlichen vertikalen Wandverlauf des Befestigungsabschnittes zwischen der Oberkante und dem Fahrzeugrahmen weiter verstärkt wird. Tritt der Aufprall im Bereich der Oberkante auf, so ist die Verletzungsgefahr bzw. die Schwere der Verletzungen besonders hoch.

Aus diesem Grunde wird versucht, die strukturelle Steifigkeit der Kanten der Anbauteile zu vermindern. Dabei ist jedoch zu beachten, daß an dem Fahrzeug eine hinreichend stabile Außenhaut erhalten bleiben muß.

Zur Verminderung der Steifigkeit des Bereiches der Oberkante eines Kotflügels sind aus dem Stand der Technik bereits eine Vielzahl von Lösungen bekannt.

So ist es beispielsweise aus der DE 29 22 893 A1 bekannt, Fahrzeugpartien zur Verminderung der Verletzungsgefahr bei Personenunfällen energieabsorbierend auszubilden. In diesem Zusammenhang wird dort vorgeschlagen, eine Oberkante eines Kotflügels über ein Deformationselement in Form eines liegenden U-Profils gegen einen Fahrzeugrahmen abzustützen, wobei ein Schenkel mit der Oberkante, der andere Schenkel hingegen mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist. Bei einem Aufprall auf die Oberkante gibt das Deformationselement nach, um die Kräfte, welche auf die verunfallte Person einwirken, gering zu halten.

Weitere Deformationselemente werden beispielsweise auch in der DE 29 34 060 A1 und der DE 30 47 969 A1 im Zusammenhang mit der Abstützung eines Kotflügels gegen einen Fahrzeugrahmen offenbart.

Werden die Deformationselemente sehr nachgiebig ausgebildet, was für einen Personenunfall günstig ist, so leidet hierunter die Stabilität der Fahrzeugaußenhaut. Bei einer nachgiebigen Fahrzeugaußenhaut besteht dann im abgestellten Zustand des Fahrzeuges die Gefahr von Beschädigungen, wenn ein Fußgänger versehentlich gegen ein solchermaßen abgestütztes Anbauteil des Fahrzeuges stößt, oder sich auf ein solches setzt. Der Nachgiebigkeit der Fahrzeugaußenhaut sind damit Grenzen gesetzt. Hier existiert gewissermaßen ein Zielkonflikt zwischen einer möglichst nachgiebigen Gestaltung der Anbauteile im Hinblick auf einen Personenunfall einerseits und einer ausreichenden Stabilität der Fahrzeugaußenhaut andererseits.

Trotz der bisher erreichten Erfolge besteht ein starkes Interesse daran, bei einem Personenunfall die Verletzungsrisiken für die verunfallte Person weiter zu vermindern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur Abstützung eines Anbauteils, insbesondere eines Kotflügels an einem Fahrzeugrahmen mittels mindestens eines Abstützelementes in Form eines mit einem elektro-rheologischen Medium gefüllten, nachgiebigen Bauelementes, an das ein elektrischer Schaltkreis zum Vermindern und/oder Erhöhen der Viskosität des elektro-rheologischen Mediums angeschlossen ist.

Diese Anordnung erlaubt es, über die Viskosität des elektro-rheologischen Mediums die Nachgiebigkeit der Abstützung des Anbauteils an dem Fahrzeugrahmen bedarfsgerecht einzustellen. Unter elektro-rheologischen Medien werden hier alle Stoffe verstanden, die in Abhängigkeit der Anlage einer elektrischen Spannung ihre Viskosität ändern. Solche sind aus dem Stand der Technik generell bekannt. So werden beispielsweise elektro- rheologische Flüssigkeiten dazu verwendet, die Feder- und Dämpfungskennlinien von Stoßdämpfern zu beeinflussen. Ein Beispiel hierfür ist in der EP 0 183 039 A1 beschrieben. Weiterhin ist aus der DE 41 20 099 A1 bekannt, elektro-rheologische Flüssigkeiten in Dämpfungsgliedern für eine Motoraufhängung zu verwenden, um in Abhängigkeit der Erregerfrequenzen eine Schwingungsunterdrückung zu bewirken.

Schließlich werden, wie beispielsweise in der DE 195 48 714 C1 dargestellt, elektro- rheologische Medien auch in nachgiebigen Funktionsteilen für einen Innenraum eines Kraftfahrzeuges verwendet, um eine individuelle, ergonomisch günstige Griffgestaltung von Formelementen zu ermöglichen. Durch die Beaufschlagung des elektro-rheologischen Mediums mit einer elektrischen Spannung wird ein Griffbereich des Funktionsteils weich, so daß dieser an einen Bediener angepaßt werden kann. Eine nachfolgende Spannungsminderung ermöglicht die Fixierung des Griffes in seiner Form. Durch eine Kopplung mit einem Unfallsensor kann der Griff bei einem Unfall durch Spannungsbeaufschlagung auf weich geschaltet werden, um die Verletzungsgefahr zu vermindern. Da jedoch die Komponenten der Fahrzeugaußenhaut in der Regel aus Blech gefertigt werden, ist eine solche Lösung, die eine Befüllung der nachgiebigen Prallflächen mit der elektro-rheologischen Flüssigkeit erfordert, für die Verbesserung der Unfallsicherheit beim Zusammenstoß mit Passanten nicht praktikabel.

Nach der Erfindung werden daher separate Abstützelemente verwendet. So können die Eigenschaften elektro-rheologischer Medien, worunter hier sowohl Flüssigkeiten als auch pastöse oder feste Stoffe zu verstehen sind, zur Verbesserung der Unfallsicherheit an Außenteilen der Fahrzeugkarosserie genutzt werden.

Durch eine niedrige Viskosität, die gleichbedeutend ist mit einem harten Abstützelement, kann für eine ausreichende Stabilität der Fahrzeugaußenhaut gesorgt werden. Damit wird im ruhenden Zustand des Fahrzeuges eine ausreichende Sicherheit gegen Beschädigungen bei versehentlichen Stößen gewährleistet. Im Fahrbetrieb wird, zumindest in einem Geschwindigkeitsbereich, in dem Personenunfälle üblicherweise auftreten, die Viskosität erhöht, wodurch über mindestens ein weiches Abstützelement eine hohe Nachgiebigkeit an dem Anbauteil, beispielsweise an einem Kotflügel eingestellt wird. Damit lassen sich die Verletzungsrisiken für eine verunfallte Person erheblich vermindern.

Die Verwendung der Abstützelemente ist nicht auf die Kotflügel der Fahrzeugaußenhaut beschränkt. Vielmehr können die Abstützelemente auch zur Abstützung anderer Außenhautabschnitte eingesetzt werden. Beispielsweise ist es auch möglich, über elektro- rheologische Abstützelemente die aerodynamischen Eigenschaften von Abschnitten der Fahrzeugaußenhaut zu beeinflussen, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit.

In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist das Abstützelement zwischen zwei Zuständen schaltbar, wobei in einem ersten Zustand an das elektro- rheologische Medium eine elektrische Spannung angelegt ist und in einem zweiten Zustand keine Spannung angelegt ist. Damit bleibt der Aufwand zur Erzielung einer in bestimmten Situationen weichen Abstützung und in anderen Situationen harten Abstützung des Anbauteiles sehr gering.

Es ist jedoch auch möglich, eine stufenlose Einstellbarkeit der an das elektro-rheologische Medium angelegten Spannung vorzusehen. Dies ist zwar aufwendiger, jedoch kann so beispielsweise eine Nachgiebigkeit des Abstützelementes von der Fahrgeschwindigkeit oder von anderen Parametern verwirklicht werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein elektro-rheologisches Medium verwendet, das bei Anlegen einer Spannung eine Viskositätsverminderung erfährt. Daraus resultiert eine Verhärtung des Abstützelementes, die sich besonders für die vorgenannte Einstellbarkeit von Anbauteilen im Hinblick auf die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges eignet.

Bevorzugt wird jedoch ein elektro-rheologisches Medium verwendet, das bei Anlegen einer Spannung eine Viskositätserhöhung erfährt. Damit wird bei dem Anlegen der Spannung das Abstützelement weicher, somit die Nachgiebigkeit des Anbauteiles bei einem Personenunfall größer.

Vorzugsweise ist der elektrische Schaltkreis, der mit dem elektro-rheologischen Medium zusammenwirkt, mit dem elektrischen Schaltkreis der Zündung des Fahrzeugs gekoppelt, derart, daß bei eingeschalteter Zündung an das elektro-rheologische Medium eine Spannung angelegt wird.

Hierdurch wird bei einem elektro-rheologische Medium der letztgenannten Art sichergestellt, daß nach einem Abschalten der Zündung, das in aller Regel mit einem Stillstand des Fahrzeuges verbunden ist, das bzw. die Abstützelemente selbsttätig auf hart schalten, wodurch dann die Außenhaut des Fahrzeuges eine für den Stillstand günstige, hohe Stabilität aufweist. Beim Einschalten der Zündung wird die Viskosität des elektro- rheologischen Mediums erhöht, womit dieses, im Hinblick auf einen Personenunfall günstig, weicher wird.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Oberkante des Kotflügels gegen den Fahrzeugrahmen über mindestens ein Abstützelement in einer im wesentlichen vertikalen Richtung abstützt. Damit wird ein besonders wirkungsvoller Personschutz im Bereich der größten Gefährdung bei einem Zusammenprall mit einem Fußgänger erzielt. Da üblicherweise der Kotflügel in diesem Bereich an einem Abschnitt des Fahrzeugsrahmens angebunden ist, läßt sich das Abstützelement bzw. lassen sich die Abstützelemente dort besonders einfach eingliedern. Beispielsweise ist es möglich, bei einer Kotflügelanordnung der in der DE 29 22 893 A9 offenbarten Art das oben erwähnte U-Profil durch ein oder mehrere elektro-rheologische Abstützelemente zu ersetzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Abstützung eines Anbauteils in Form eines Kotflügels an einem Fahrzeugrahmen mit elektro-rheologischen Abstützelementen in einer Schnittdarstellung quer zu einer Fahrzeuglängsrichtung.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte, erste Ausführungsbeispiel zeigt eine Anordnung zur Abstützung eines Anbauteils an einem Fahrzeugrahmen. Das Anbauteil, das einen Teil oder Abschnitt der Fahrzeugaußenhaut darstellt, ist hier als ein vorderer Kotflügel 1 ausgebildet. Der Kotflügel 1 weist eine Oberkante 2 auf, die sich im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt und hier parallel zu einer Seitenkante 3 einer Fahrzeugfronthaube 4 verläuft. Zwischen der Seitenkante 3 der Fahrzeugfronthaube 4 und der Oberkante 2 befindet sich eine Fuge 5.

Bei herkömmlichen Kotflügelanordnungen weist der Bereich um die Oberkante 2 und die Seitenkante 3 eine erhöhte Steifigkeit auf, da sich der Kotflügel 1 dort in der Regel über eine sich im wesentlichen vertikal erstreckende Wand 6 unmittelbar gegen einen Fahrzeugrahmen 7 abstützt.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der sich im wesentlichen vertikal erstreckenden Wand 6 und dem Fahrzeugrahmen 7 ein Abstützelement 8 angeordnet, über das im wesentlichen vertikal auf die Oberkante 2 einwirkende Kräfte auch vertikal in den Fahrzeugrahmen 7 eingeleitet werden. Für eine günstige Kraftübertragung ist es vorteilhaft, wenn das Abstützelement 8 unter der Oberkante 2 liegt.

Das Abstützelement 8 ist als ein mit einem elektro-rheologischen Medium gefülltes, nachgiebiges Bauelement ausgebildet. Dieses Bauelement ist beispielsweise ein Hohlkörper aus einem elastischen Material oder auch aus einem dünnen Blech, der hier mit einem elektro-rheologischen Fluid befüllt ist. Dieses Fluid besitzt unter elektrischer Spannung vorzugsweise eine pastöse Konsistenz, ist im elektrisch spannungsfreien Zustand hingegen hart.

Weiterhin sind an dem Abstützelement 8 elektrische Anschlüsse 9 vorgesehen, um das Abstützelement 8 in einen hier im Detail nicht dargestellten elektrischen Schaltkreis zum Vermindern und/oder Erhöhen der Viskosität des elektro-rheologischen Mediums einzukoppeln. Über die Anschlüsse 9 werden in dem Hohlkörper vorgesehene Elektroden mit einer elektrischen Spannung versorgt, um die Viskosität des elektro-rheologischen Mediums spannungsabhängig zu verändern.

Zur Ermöglichung einer lösbaren Befestigung des Anbauteils bzw. Kotflügels 1 an dem Fahrzeugrahmen 7 wird das Anbauteil bzw. der Kotflügel 1 hier mit dem Abstützelement 8 über eine Schraubverbindung 10 gekoppelt. Weiterhin ist das Abstützelement 8 auf einem Abschnitt des Fahrzeugrahmens 7 gelagert und befestigt, wobei zur Befestigung ebenfalls eine Schraubverbindung 11 vorgesehen ist. Allerdings kann das Abstützelement 8 auch in anderer Art und Weise an dem Fahrzeugrahmen fixiert werden, beispielsweise indem dieses mit dem Fahrzeugrahmen 7 verklebt wird. Es ist auch möglich, das Abstützelement 8 an dem Anbauteil dauerhaft zu befestigen, so daß diese gemeinsam eine an dem Fahrzeugrahmen lösbar ankoppelbare Einheit bilden.

In Fig. 1 ist lediglich ein Abstützelement 8 von einer Vielzahl von sich in Längserstreckungsrichtung der Oberkante 2 angeordneten Abstützelementen 8 dargestellt. In einer Ausführungsvariante sind diese Abstützelemente 8 in ein einziges Abstützelement integriert. Weitere elektro-rheologische Abstützelemente können jedoch an zusätzlichen Abstützpunkten zwischen dem Kotflügel 1 und dem Fahrzeugrahmen 7 vorgesehen werden.

Durch das Anlegen einer Spannung an die elektrischen Anschlüsse 9 wird bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel die Viskosität des elektro-rheologischen Mediums gegenüber einem spannungsfreien Zustand erhöht. Damit erhöht sich gleichzeitig die Nachgiebigkeit des Abstützelementes 8, das heißt dieses wird weicher. Bei einem Aufprall einer Person auf die Oberkante 2 des Kotflügels 1 wird folglich ein Teil der Stoßenergie des Aufpralls in dem dann nachgiebigen Abstützelement 8 absorbiert. Die auf Seiten der Person maximal auftretenden Verzögerungen bzw. Kräfte werden vermindert, wodurch das Verletzungsrisiko sinkt.

Bei einem Spannungsabfall nimmt die Viskosität ab, so daß das Abstützelement 8 verhärtet. Dieser Zustand ist insbesondere bei einem Abstellen des Fahrzeuges erwünscht, um Beschädigungen der Außenhaut und insbesondere der Aufhängung der Anbauteile zu verhindern, die beispielsweise dann auftreten könnten, wenn eine Person gegen das Fahrzeug stößt oder sich gegen ein Anbauteil lehnt.

Grundsätzlich ist es möglich, die unterschiedlichen Zustände des Abstützelementes 8 durch den Fahrzeugführer einstellen zu lassen, wozu beispielsweise im Fahrzeuginnenraum ein geeigneter Schalter vorgesehen werden kann. Um Fehlbedienungen zu vermeiden, ist der elektrische Schaltkreis des Abstützelementes 8 mit der Zündung des Fahrzeuges gekoppelt. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei einem Abstellen des Fahrzeuges, das gewöhnlich mit einem Ausschalten der Zündung verbunden ist, die Abstützelemente 8 ihren harten Zustand für eine stabile Außenhaut einnehmen. Überdies wird gewährleistet, daß bei einem Einschalten der Zündung die Viskosität in den Abstützelementen 8 erhöht wird, um die für einen Personenaufprall günstige, große Nachgiebigkeit der Anbindung der Anbauteile, hier des Kotflügels 1 zu bewirken. Für eine solche Ansteuerung der Abstützelemente 8 ist es vorteilhaft, ein elektro-rheologisches Medium zu verwenden, dessen Viskosität bei einer Spannungserhöhung ansteigt, da dann beim Parken keinen Strom zur Aufrechterhaltung des gewünschten harten Zustandes des Abstützelementes 8 benötigt wird.

In einer Ausführungsvariante werden die Abstützelemente 8 in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit angesteuert, um bei höheren Fahrgeschwindigkeiten und damit verbundenen größeren Windlasten wieder eine größere Stabilität der Fahrzeugaußenhaut einzustellen. Hierbei wird berücksichtigt, daß die meisten Zusammenstöße mit ungeschützten Personen im Innerortsverkehr auftreten, so daß eine Umschaltung der Abstützelemente 8 in einen harten Zustand bei höheren Geschwindigkeiten, beispielsweise bei Autobahnreisegeschwindigkeit, für die Unfallsicherheit unkritisch ist.

Eine alternative oder auch ergänzende Anwendungsmöglichkeit der Erfindung liegt in der Verwendung elektro-rheologischer Abstützelemente in Zusammenwirkung mit für die Aerodynamik der Fahrzeugaußenhaut relevanten Anbauteilen. Bei diesen kann durch die Erhöhung oder Verminderung der Viskosität in dem bzw. in den Abstützelementen eine zumindest geringfügige Veränderungen der Anströmung des Anbauteils erzielt werden, wodurch sich mitunter die Strömung um das Fahrzeug verbessern läßt oder Windgeräusche vermieden werden können. In diesem Zusammenhang ist zweckmäßig, die Abstützelemente selbst als nachgiebige Formkörper auszubilden, die in ihrem weichen Zustand, das heißt bei hoher Viskosität etwas zusammengedrückt sind, wozu gegebenenfalls das Anbauteil durch zusätzliche Spannelemente in geeigneter Weise vorbelastet ist. Bei einer Verminderung der Viskosität werden die Abstützelemente härter und streben nach einer Aufhebung des zusammengedrückten Zustandes, wodurch das Anbauteil verstellt wird. Vorzugsweise ist hierfür eine Ansteuereinrichtung vorgesehen, die im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel eine stufenlose Einstellung der an das elektro-rheologische Medium angelegten Spannung ermöglicht. Die Einstellung der Spannung erfolgt in Abhängigkeit von weiteren Fahrzeugparametern wie beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit. Neben einem elektro-rheologischen Medium, das bei Anlegen einer Spannung eine Viskositätsverminderung erfährt, kann hier auch ein elektro-rheologisches Medium verwendet werden, dessen Viskosität bei Anlegen einer Spannung steigt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Kotflügel

2

Oberkante

3

Seitenkante

4

Fahrzeugfronthaube

5

Fuge

6

vertikale Wand

7

Fahrzeugrahmen

8

Abstützelement

9

elektrische Anschlüsse

10

Schraubverbindung

11

Schraubverbindung

Claims

1. Anordnung zur Abstützung eines Anbauteiles, insbesondere eines Kotflügels (1), an einem Fahrzeugrahmen (7) mittels mindestens eines Abstützelementes (8) in Form eines mit einem elektro-rheologischen Medium gefüllten, nachgiebigen Bauelementes, an das ein elektrischer Schaltkreis zum Vermindern und/oder Erhöhen der Viskosität des elektro-rheologischen Mediums angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (8) zwischen zwei Zuständen schaltbar ist, wobei in einem ersten Zustand an das elektro- rheologische Medium eine elektrische Spannung angelegt ist und in einem zweiten Zustand keine Spannung angelegt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an das elektro- rheologische Medium angelegte Spannung stufenlos einstellbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches elektro-rheologisches Medium verwendet wird, das bei Anlegen einer Spannung eine Viskositätsverminderung erfährt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches elektro-rheologisches Medium verwendet wird, das bei Anlegen einer Spannung eine Viskositätserhöhung erfährt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schaltkreis mit dem elektrischen Schaltkreis der Zündung eines Fahrzeugs gekoppelt ist, derart, daß bei eingeschalteter Zündung an das elektro-rheologische Medium eine Spannung angelegt wird.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (8) eine Oberkante (2) des Kotflügels (1) gegen den Fahrzeugrahmen (7) in einer im wesentlichen vertikalen Richtung abstützt.