DE102004006247A1

DE102004006247A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004006247A1
Application number: DE200410006247
Authority: DE
Inventors: Helmut Schneeweiss
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2004-08-19
Also published as: DE102004006252A1

Abstract

Aus der DE 19820617 C2 ist bereits ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem an einem Boden des Kraftfahrzeuges Vorrichtungen zum Schwingungsausgleich angeordnet sind, die auf eine äußere Anregung durch das Überfahren einer unebenen Fahrbahn reagieren. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem die Steifigkeit der Karosserie erhöht ist. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, dass oberhalb eines Bodens (26) der Karosserie (4) auf beiden Seiten der Karosserie (4) mindestens eine Krafteinleitungsstelle (9) vorgesehen ist, in die in Fahrzeuglängsrichtung x zum Ausgleich einer während des Fahrbetriebes entstehenden Biege- und/oder Torsionsverformung eine Gegenkraft F¶g¶ und/oder ein Gegenmoment M¶g¶ mittels einer Regeleinrichtung (17) einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Cabriolet gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem die Steifigkeit der Karosserie erhöht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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.
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.
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.
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.
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.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird als Gegenkraft eine Druckkraft auf die entsprechende Seitentür übertragen.
Vorteilhafterweise ist die betreffende Seitentür mit Verstärkungen und Versteifungen versehen, so dass die erforderliche Kraft zum Ausgleich von Biegemomenten und Torsionsmomenten übertragbar ist.
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.
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.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Kraftübertragungselement ein piezoelektrisch oder hydraulisch betätigter Aktuator, beispielsweise ein in Fahrzeuglängsrichtung horizontal verschiebbarer Kolben.
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.
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.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht eines nur teilweise, schematisch dargestellten Fahrzeuges mit einem Schaltplan für eine Einrichtung zur Verringerung von Karosserieverformungen durch eine äußere Anregung,
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,
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
4 eine Ausführungsform eines Drehpunktes zwischen einem unteren Ende einer Seitentür und einem Karosserieabschnitt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 F_a sind in der Nähe der Räder 24, 25 angeordnet. Die von außen eingeleiteten Kräfte F_a 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 F_a die über das Kraftübertragungselement 15 aufzubringende Gegenkraft F₉ beispielsweise in einer Näherungsrechnung so, dass die Einwirkung der äußeren Kraft F_a durch eine Gegenkraft F₉ minimiert ist.
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 F_a eingeleitete Biegungsamplitude des Kraftfahrzeuges 1 minimiert.
Über die Regeleinrichtung 17 ist es möglich auch die durch eine äußere Kraft F_a 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.
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 F_a 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 F_a _max an einem der Räder 24, 25 erst nach einer Zeit t₂ das Maximum erreicht.
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 F_a eingebracht werden muss.
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.
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.
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.
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.

Claims

Kraftfahrzeug, mit einer Karosserie, bei der in gegenüberliegenden Seitenwänden Öffnungen für jeweils eine gelenkig angeordnete Tür ausgebildet sind, mit Rädern, die mit der Karosserie verbunden sind, mit Vorrichtungen, die Verformungen der Karosserie erfassen, die beim Überfahren unebener Fahrbahnen auftreten und mit Vorrichtungen, die aufgrund der ermittelten Verformungen eine Schwingungsdämpfung bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb eines Bodens (26) der Karosserie (4) auf beiden Seiten der Karosserie (4) mindestens eine Krafteinleitungsstelle (9) vorgesehen ist, in die in Fahrzeuglängsrichtung x zum Ausgleich einer während des Fahrbetriebes entstehenden Biege- und/oder Torsionsverformung eine Gegenkraft F₉ und/oder ein Gegenmoment M₉ mittels einer Regeleinrichtung (17) einleitbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitung hydraulisch und/oder piezoelektrisch erfolgt.
Kraftfahrzeug nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungsstelle (9) zwischen einem verschwenkbaren Ende (10) einer Seitentür (5) und einer dazu gegenüberliegenden Karosseriesäule (3) an einem oberen Bereich (12a) eines Türkörpers (6) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Krafteinleitungsstelle (9) eine Drehachse (16) zwischen dem verschwenkbaren Ende (10) der Seitentür (5) und der Karosserie (4) im geschlossenen Zustand der Seitentür (5) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen der Krafteinleitungsstelle (9) und der Drehachse (16) eine Versteifung (8) im Türkörper (6) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich über die durch die Regeleinrichtung (17) eingeleitete Ausgleichskraft F₉ ein Drehmoment M₉ mit einem Hebelarm 1 ergibt und dass der Hebelarm 1 durch den Abstand zwischen der Krafteinleitungsstelle (9) und der Drehachse (16) bestimmt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskraft F₉ und das Moment M₉ auf eine Karosseriesäule (2) wirkt, an der die Seitentür (5) angelenkt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (23) zum Erfassen eines Verformungsweges x und/oder einer Vertormungskraft F_a an geeigneten Stellen der Karosserie (4) vorgesehen sind und dass die Regeleinrichtung (17) einen Rechner (22) aufweist, der aufgrund der gemessenen Werte die erforderliche Gegenkraft F₉ errechnet.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (15, 20, 21) vorgesehen sind, durch die die Gegenkraft F₉ an die Krafteinleitungsstelle (9) übertragen wird.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem hydraulischen Kraftübertragungssystem eine Kolbeneinheit (15), ein einstellbares Ventil (20) und ein Energiespeicher (21) vorgesehen sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (16) zwischen der Seitentür (5) und der Karosserie (4) einen Bolzen (21) aufweist und dass der Bolzen (21) im geschlossenen Zustand der Seitentür (5) formschlüssig in eine Buchse (34) eingreift.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (31) und/oder die Buchse (34) in Schließrichtung der Seitentür (5) um einen vorbestimmten Betrag y, verschiebbar ist, der zum Schließen der Seitentür (5) erforderlich ist.