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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug,
insbesondere ein Cabriolet gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 198 20 617 C2 ist bereits
ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem an einer Bodengruppe Streben
angeordnet sind, die zur Schwingungsdämpfung und zur Aussteifung
einer selbsttragenden Karosserie bzw. eines tragenden Teils innerhalb
eines Rahmens eines Kraftfahrzeuges dienen. Durch die vorbekannten
Streben wird die Verwindungssteifigkeit in Abhängigkeit von einer Außenanregung,
wie sie etwa durch das Überfahren
unebener Fahrbahnen auftritt, erhöht. Zu diesem Zweck sind in
einer Aufnahmeeinheit und/oder einem Stellglied beispielsweise Piezoelemente
enthalten. Zur Ausbildung einer ausreichend hohen Aussteifung sind
jedoch sehr hohe Kräfte
erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem die Steifigkeit der Karosserie
erhöht
ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sind
oberhalb der Bodengruppe in den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden Vorrichtungen
vorgesehen, die bei einer äußeren Anregung
der Karosserie Kräfte
ausüben,
die zu einem Ausgleich der auf die Karosserie wirkenden Torsions-
und/oder Biegemomente führen.
Durch einen langen Hebelarm I, der maximal der Höhe eines Türkörpers entspricht, sind die
aufzubringenden Gegenkräfte
um ein Vielfaches geringer, als wenn diese Gegenkräfte wie
beim obengenannten Stand der Technik auf der Fahrbahnebene aufgebracht
werden. Der erforderliche Aktuator kann entsprechend kleiner bauen.
Durch die Ausbildung der Krafteinleitungsstelle oberhalb der Bodengruppe
bleibt die Bodenfreiheit erhalten. Durch die erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden in einfacher Weise die Verformung der Karosserie durch äußere auf
das Fahrzeug einwirkende Kräfte
verringert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
dient jeweils eine Seitentür
des Kraftfahrzeuges als ein Kraftübertragungselement. An einer
entsprechend ausgebildeten Krafteinleitungsstelle an der Tür greift ein
ansteuerbares Betätigungselement
an, das eine einstellbare Kraft auf die Tür überträgt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
befindet sich die Krafteinleitungsstelle an einem verschwenkbaren
oberen Ende der Tür,
wobei dieses Ende der Tür
mit einer Säule
der Karosserie verriegelbar ist. Die Tür ist über Gelenke oder dgl. an einer weiteren
Säule der
Karosserie drehbar angeordnet. Beabstandet zur Krafteinleitungsstelle
ist ein Drehpunkt zwischen dem beweglichen Ende der Tür und der
Karosserie ausgebildet, so dass die Tür um einen vorbestimmten Winkel
a bewegbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Drehpunkt zwischen einem unteren Ende der Tür und der
Karosseriesäule
und/oder einem Fahrzeugschweller ausgebildet. Vorteilhafterweise
wird die Tür über den
Drehpunkt um eine waagrechte, in Fahrzeugquerrichtung verlaufende
Drehachse in einer in etwa senkrechten Ebene verdreht. Zwischen
dem Drehpunkt der Tür
und der Karosseriesäule
und der Krafteinleitungsstelle liegt ein relativ großer Hebelarm
vor, so dass bereits mit geringen Kräften ein hohes Moment auf die
Karosseriesäule
aufbringbar ist, an der die Tür
angelenkt ist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine
Regelvorrichtung auf, die aufgrund an der Karosserie an geeigneten
Stellen angeordneten Sensoren erkennt, an welchem der vorhandenen
Räder eine
zusätzliche,
von der Fahrbahn kommende Kraft in die Karosserie eingeleitet wird.
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung
ist so gestaltet, dass vor einem Erreichen der maximalen Kraft auf
die Karosserie das Betätigungselement
eine entgegengesetzte Kraft auf der entsprechenden Seite des Kraftfahrzeuges
erzeugt, so dass eine eventuell entstehende Verbiegung oder Torsion
der Karosserie vermieden ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
wird als Gegenkraft eine Druckkraft auf die entsprechende Seitentür übertragen.
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Vorteilhafterweise ist die betreffende
Seitentür
mit Verstärkungen
und Versteifungen versehen, so dass die erforderliche Kraft zum
Ausgleich von Biegemomenten und Torsionsmomenten übertragbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Türkörper mit
einer dreieckförmigen
Versteifung versehen, wobei ein Schenkel sich zwischen der Krafteinleitungsstelle
und dem Drehpunkt zwischen Tür und
Karosseriesäule
erstreckt, ein weiterer Schenkel zwischen der Krafteinleitungsfläche und
einem dazu gegenüberliegenden
Gelenk zur Anbindung der Tür verläuft und
eine dritte Seite des Dreiecks sich zwischen dem Gelenk und dem
Drehpunkt erstreckt. Das Dreieck kann in Form von Profilen oder
einstöckig
durch ein entsprechend geformtes und ausgelegtes Profilteil ausgebildet
sein.
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Vorteilhafterweise besteht in einer
Ausführungsform
die Krafteinleitungsstelle aus einer federbelasteten Zapfen-Buchsen-Konstruktion,
so dass beim Schließen
der betreffenden Seitentür
ein Überfahrweg
möglich
ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Drehpunkt zwischen der betreffenden Seitentür und der
Karosseriesäule über eine
im geschlossenen Zustand der Seitentür ineinander greifende Zapfen-Buchsen-Konstruktion
gebildet, die einen Verschiebeweg in Richtung der Schließbewegung
der Tür
aufweisen kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Kraftübertragungselement
ein piezoelektrisch oder hydraulisch betätigter Aktuator, beispielsweise ein
in Fahrzeuglängsrichtung
horizontal verschiebbarer Kolben.
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Die Regeleinrichtung weist einen
Rechner auf, der beim Auftreten einer äußeren Anregung der Karosserie,
z.B. durch das Überfahren
einer unebener Fahrbahn, über
die vorhandenen Sensoren mindestens zwei zeitlich versetzte Punkte
misst.
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Aus dieser Messung wird eine Abschätzung der
Verformung berechnet. Die Berechnung ergibt einen Wert, der als
ein Signal an den Aktuator übermittelt
wird. Der Aktuator betätigt
den Kolben, so dass der Kolben mit der erforderlichen Gegenkraft
die betreffende Seitentür
beaufschlagt. Die Erfassung der äußeren Anregung,
die Berechnung der erforderlichen Gegenkraft und die Beaufschlagung
der betreffenden Seitentür
erfolgt in einer so kurzen Zeitspanne, dass die gegenläufige Verformung
in ausreichender Höhe
aufgebaut ist, bevor das Verformungsmaximum über die äußere Anregung die Karosserie
erreicht.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend
anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines nur teilweise, schematisch dargestellten Fahrzeuges
mit einem Schaltplan für
eine Einrichtung zur Verringerung von Karosserieverformungen durch
eine äußere Anregung,
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2 eine
schematische Darstellung eines durch die Einrichtung erzeugten Biegemomentenverlaufs
aufgrund einer äußeren Anregung
und eines Biegemomentenverlaufs aufgrund eines durch die oben gezeigte
Einrichtung erzeugten Biegemomentes,
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3 ein
Diagramm der Kraft bzw. des Weges über der Zeit einer äußeren Anregung
sowie eine Gerade, die aus zwei Messpunkten gebildet ist und deren
Neigung ein Maß für die Größe der äußeren Anregung
ist und
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4 eine
Ausführungsform
eines Drehpunktes zwischen einem unteren Ende einer Seitentür und einem
Karosserieabschnitt.
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Die 1 zeigt
eine Seitenansicht eines nur teilweise dargestellten Kraftfahrzeuges 1.
Zwischen einer vorderen A-Säule 2 und
einer dazu gegenüberliegenden
B-Säule 3 einer
Karosserie 4 ist eine Seitentür 5 schwenkbar angeordnet,
von der in der 1 lediglich
ein Türkörper 6 im
aufgeschnittenen Zustand dargestellt ist. In einem Hohlraum 7 des
Türkörpers 6 ist
ein dreieckförmiges
Versteifungsbauteil 8 mit einer Krafteinleitungsstelle 9 an
einem äußeren Ende 10 eines
waagrechten Versteifungsabschnittes 11 vorgesehen.
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In der gezeigten Ausführungsform
befindet sich die Krafteinleitungsstelle 9 an einem oberen Ende 12a einer
der B-Säule 3 zugewandten
Stirnfläche 13 des
Türkörpers 6.
Gegenüberliegend
der Krafteinleitungsstelle 9 ist in einem Hohlraum 14 der Karosserie 4 ein
Kraftübertragungselement 15 vorgesehen,
das zum Ausgleich eine Zug- oder Druckkraft F9 über eine Übertragungsfläche A auf
die Krafteinleitungsstelle 9 der Seitentür 5 übertragen
kann.
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Unterhalb der Krafteinleitungsstelle 9 ist
in einem vorbestimmten Abstand mit einem Hebelarm I ein Drehpunkt 16 zwischen
einem unteren Ende 12b der Seitentür 5 und der Karosserie 4 im
geschlossenen Zustand der Seitentür 5 ausgebildet. In
der in der 1 dargestellten
Ausführungsform
ist der Drehpunkt oder die Drehachse 16a in Höhe einer
in Bezug auf von außen
einwirkende Kräfte
oder Momente neutralen Ebene oder Phase 16b angeordnet,
wobei die neutrale Phase 16b in einer waagrechten Ebene x-y
liegt.
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Zur Übertragung eines hohen Ausgleichsmomentes
oder Gegenmomentes M9 ist das Versteifungsbauteil 8 ein
in sich geschlossenes Bauteil. Das Gegenmoment M9 ergibt
sich aus der an der Krafteinleitungsstelle 9 eingebrachten
Ausgleichskraft oder Gegenkraft F9 und dem
Hebelarm I, d.h. M9 = F9 × 1. Das
geschlossene Versteifungsbauteil 8 weist in der in der 1 gezeigten Ausführungsform
neben dem waagrechten Abschnitt 11 einen senkrechten Abschnitt 18 sowie
eine diagonalen Abschnitt 19 auf. Die Abschnitte 18, 19 sind
so miteinander verbunden, dass der senkrechte Abschnitt 18 des
Versteifungsbauteils 8 zwischen der Krafteinleitungsstelle 9 und dem
Drehpunkt 16 verläuft.
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In der 1 ist
schematisch eine Regeleinrichtung 17 dargestellt, die in
einer Ausführungsform die
nachfolgenden Bauteile aufweist. An das Kraftübertragungselement 15,
das beispielsweise eine hydraulische Druckkolbeneinheit oder ein
piezoelektrisch betriebener Aktuator sein kann, ist eine Vorrichtung 20 angeschlossen, über die
die Höhe
der zu übertragenden
Kraft F9 einstellbar ist.
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Eine solche Vorrichtung 20 kann
beispielsweise ein Ventil sein, das beliebig zwischen einem Minimalwert
und einem Maximalwert einstellbar ist. Das Ventil 20 ist
mit einem Energiespeicher 21 verbunden, über den
bei einem geöffneten
Ventil 20 das Kraftübertragungselement 15 sofort
die eingestellte Kraft F9 auf die Krafteinleitungsstelle 9 übertragen wird.
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Die Vorrichtung 20 und der
Energiespeicher 21 sind an einen Rechner 22 angeschlossen.
Sensoren 23 zur Erfassung von in die Karosserie 4 von
außen
eingeleitete Kräfte
Fa sind in der Nähe der Räder 24, 25 angeordnet.
Die von außen
eingeleiteten Kräfte
Fa bewirken beispielsweise Verformungen,
die über
die Sensoren 23 aufgenommen werden und als ein Signal an
den Rechner 22 weitergeleitet werden. Aufgrund der von
den Sensoren 23 gemessenen Werte ermittelt der Rechner 22 vor
einer Maximalverformung der Karosserie 4 durch eine äußere Kraft
Fa die über
das Kraftübertragungselement 15 aufzubringende
Gegenkraft F9 beispielsweise in einer Näherungsrechnung
so, dass die Einwirkung der äußeren Kraft
Fa durch eine Gegenkraft F9 minimiert
ist.
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In der 2 erzeugt
eine Kraft Fa, die über das
Vorderrad 24 in eine Bodengruppe 26 der Karosserie 4 eingeleitet
wird, eine Verbiegung der Bodengruppe 26 nach unten, wie
dies durch die Linie 27 dargestellt ist. Durch die Regeleinrichtung 17 wird
vor einer Verformung der Karosserie 4 die Gegenkraft F9 über die Seitentür 5 in
die Karosserie 4 eingeleitet, so dass die mit dem Bezugszeichen 28 versehene
Verformungslinie entsteht, die gegenläufig zu der Verformungslinie 27 ausgebildet
ist. Aufgrund der Einleitung der Gegenkraft F9 wird
die durch eine äußere Kraft
Fa eingeleitete Biegungsamplitude des Kraftfahrzeuges 1 minimiert.
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Über
die Regeleinrichtung 17 ist es möglich auch die durch eine äußere Kraft
Fa in die Karosserie 4 des Kraftfahrzeuges 4 eingeleitete
Torsionsamplitude zu minimieren, in dem auf der Fahrzeugseite, die der
Krafteinleitungsstelle der äußeren Kraft
Fa gegenüberliegt,
eine Kraft F9 in die Karosserie 4 eingeleitet
wird, so dass ein Gegentorsionsmoment über die Regeleinrichtung 17 aufgebaut
ist.
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Die 3 zeigt
ein Diagramm, bei dem der Verlauf eines Stoßes auf die Karosserie 4 dargestellt ist.
Auf der Ordinate ist ein Verformungsweg x sowie eine Verformungskraft
Fa über
der Zeit t aufgetragen. Zusätzlich
ist der Verlauf einer Gegenkraft F9 in der 3 dargestellt, wobei die
Kraft F9 bereits nach einer Zeit t1 an der Krafteinleitungsstelle 9 anliegt,
während
die maximale Kraft Fa max an
einem der Räder 24, 25 erst
nach einer Zeit t2 das Maximum erreicht.
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In der gezeigten Ausführungsform
messen die Sensoren 23 an mindestens zwei zeitlich voneinander
beabstandeten Punkten den Verformungsweg x und/oder die Verformungskraft
Fa an zwei Zeitpunkten t0 und t1.
Durch ein geeignetes Näherungsverfahren
steht zum Zeitpunkt t, näherungsweise
die erforderliche Gegenkraft F9 fest, die
an der Krafteinleitungsstelle 9 in die Karosserie 4 zum
Ausgleich des Stoßes
durch die Kraft Fa eingebracht werden muss.
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In der 3 ist
ein lineares Näherungsverfahren
in Form einer Geraden dargestellt. Der Rechner 22 öffnet spätestens
zum Zeitpunkt t, bei einer hydraulischen Anlage die als Ventil ausgebildete
Vorrichtung 20, so dass das Kraftübertragungselement 15 mit
einem entsprechenden Druck p oder einer entsprechenden Kraft F9 die Krafteinleitungsstelle 9 an der
Seitentür 5 beaufschlagt.
In der gezeigten Ausführungsform
ergibt sich dadurch ein Zeitgewinn Δt1, so
dass der von außen
in die Karosserie eingebrachte Stoß nahezu nicht spürbar ist.
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Die 4 zeigt
einen Längsschnitt
durch die im geschlossenen Zustand der Seitentür 5 gebildete Drehachse 16 zwischen
der Seitentür 5 und
der Karosserie 4, beispielsweise der B-Säule 3 oder
einem Schwellerbereich 26a. An einem unteren Ende 12b der
Seitentür 5 ist
an einer Innenfläche 30 der
Seitentür 5 ein
Bolzen 31 mit einem konischen Kopf 32 beispielsweise über eine
Schraubverbindung befestigt.
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Ein Fußteil 37 des Bolzens 31 ist
in der in der 4 gezeigten
Ausführungsform
in einem in der vertikalen z-x-Ebene einstellbaren Bauteil 38 angeordnet,
wobei das Bauteil 38 beispielsweise über eine Schraubverbindung
an einem Außenblech 39 der
Seitentür 5 befestigt
ist. Der Kopfteil 32 des Bolzens 31 ragt in eine Öffnung 33 einer
Buchse 34, die in einem in der Karosserie 4 ausgebildeten
Hohlraum 35 geführt
ist.
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Die Buchse 34 ist über eine
Feder 36 in Richtung einer Schließbewegung der Seitentür 5 um
einen Betrag y1 in Fahrzeugquerrichtung
verschiebbar, der erforderlich ist, um den Schließvorgang
der Seitentür 5 in
dem jeweils vorhandenen Schloss zwischen der Seitentür 5 und
der Karosseriesäule 3 in Form
eines Überfahrweges
zu bewerkstelligen.