DE102004036332B4

DE102004036332B4 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004036332B4
Application number: DE200410036332
Authority: DE
Inventors: Jochem Fischer
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: DE102004036332A1

Abstract

Kraftfahrzeug mit einer Vorderwagenstruktur, bei welcher bei einem Frontalcrash mit einer Überdeckung von bis zu 15 % ein crashseitiges Vorderrad (3) im Sinne einer Einzelspurvergrößerung um einen Winkel nach innen schräg gestellt wird, so dass das auftreffende Fahrzeug an dem Vorderrad (3) abgleiten kann, wobei zum Verschwenken des crashseitigen Vorderrads (3) in der Vorderwagenstruktur (5) bei einem Crash auf den Bereich der vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) drückende Stützelemente (11, 12, 13, 16) vorgesehen sind, wobei die erforderliche Energie zum Verschwenken des Vorderrads von einem vorderen Stoßfänger (8) in die Stützelemente (11, 12, 13) eingeleitet wird, die ein Element (11) umfassen, das sich in Richtung der vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) erstreckt und benachbart dem Element (11) eine Kotflügelstütze (12) vorhanden ist, die sich von dem Bereich der vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) bis zu einem dem Stoßfänger (8) benachbarten vorderen Endabschnitt der Längsträger (6) des Kraftfahrzeugs...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.

Die Insassenbelastung bei einem Frontalcrash ist unter anderem von der Differenzgeschwindigkeit und dem Überdeckungsgrad abhängig. Bereits bei einem niedrigen Überdeckungsgrad von kleiner als 15 % können sich die Fahrzeuge verhaken, wobei Fahrzeuge mit kleinerer Masse derart einseitig deformiert werden, dass sehr hohe Insassenbelastungen auftreten. Bei niedrigen Überdeckungsgraden und höheren Geschwindigkeiten ist es sinnvoll und insbesondere für die Insassen überlebensnotwendig, die Folgen der Kollision insoweit abzuschwächen, dass der Energieabbau durch vollständiges Abgleiten und gegebenenfalls durch Drehung des Fahrzeugs und Heckeinschlag in die Leitplanke erreicht wird.

Die US 5 275 436 offenbart ein Kraftfahrzeug, bei welchem in den Radkästen Ablenkbleche angeordnet sind. Die Ablenkbleche sollen bei einem Frontal- oder auch bei einem Heckaufprall bewirken, dass die Räder bei Stauchung des Kraftfahrzeugs in Kontakt mit den Ablenkblechen gelangen und mit ihren frontseitigen Enden nach innen verschwenkt werden, so dass sie nicht in den Fahrgastraum eindringen können. An den Ablenkblechen sind Abgleitplatten aus Metall oder Kunststoff befestigt, die unter Eingliederung eines Gleitmittels an den Ablenkblechen befestigt sind. Die Abgleitplatten sind in ihren Eckbereichen über Verbindungselemente mit den Ablenkblechen verbunden, wobei die Verbindungsmittel bei einem Aufprall zerstört werden, damit die Abgleitplatte an dem Abgleitblech abgleiten kann. Das Abgleitblech hat im Crashfall keine tragende Funktion und dient primär zur Herabsetzung des Reibwerts zwischen den genannten Platten. Das Ablenkblech und die Abgleitplatte sind in einem Radgehäuse angeordnet und mit diesem verbunden. Wenn bei einem Frontalcrash ein um das Radgehäuse herum gezogener Stoßfänger verformt wird und das Radgehäuse mit den Ablenkblech und der Abgleitplatte nach hinten verschiebt, wird das Verschwenken des Vorderrads eingeleitet.

Ein ähnlicher Einsatz ist Gegenstand der DE 101 13 098 A1 . Es wird vorgeschlagen, dass die Vorderräder mit einer, mit diesen zusammenwirkenden Einrichtung gekoppelt sind, die bei einer Frontalkollision ein Verschwenken der Vorderräder mit der Innenseite in Richtung auf die Stirnwand der Fahrgastzelle bewirken. Zusätzlich kann die Einrichtung aus einer hinter der Achse am Achsschenkel angelenkten äußeren Spurstange mit einer in dieser angeordneten sensorgesteuerten hydraulischen oder pyrotechnischen Kolben-Zylinder-Einheit gebildet sein. Eine aktive sensorgesteuerte Verschwenkung der Räder ist auch Gegenstand der WO 02/094618 A1. Allerdings sollen hier Sprengladungen gezündet werden, so dass die Vorderräder bei einem Anprall jeweils nach innen eingeschlagen werden.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei welchem Abgleiteigenschaften bei einem Frontalcrash mit niedriger Überdeckung von kleiner als 15 % verbessert sind.

Diese Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer Abgleitkollision wird das crashseitige Vorderrad um einen Winkel nach innen schräg gestellt, so dass das auftreffende Fahrzeug hieran abgleiten kann. Dadurch werden die entstehenden Insassenbelastungen erheblich reduziert. Durch das Abgleiten kann gegebenenfalls eine Drehung des Fahrzeugs und ein Heckeinschlag in eine Leitplanke erreicht werden, was erfahrungsgemäß zu geringeren Insassenbelastungen führt als ein weitgehend vollständiger Energieabbau durch Deformation der Vorderwagenstruktur. Das Schrägstellen des crashseitigen Vorderrads erfolgt durch passive Elemente und gegebenenfalls zusätzliche crashsensitive aktive Verschwenkmittel. Die aktiven Maßnahmen können die passiven Maßnahmen ergänzen. Bei der passiven Realisierung wird das Schrägstellen mit Hilfe einer entsprechend gestalteten Vorderwagenstruktur realisiert. Hierzu sind in der Vorderwagenstruktur bei einem Crash auf den Bereich der vorderen Außenkante des Vorderrads drückende Stützelemente vorgesehen.

Als Bereich der vorderen Außenkante ist derjenige Bereich des Vorderrads zu verstehen, der eine Angriffsfläche für das Schrägstellen des Vorderrads bietet. Eine solche Angriffsfläche sind beispielsweise die Außenflanken des Reifens, sofern sie vor der Schwenkachse liegen und selbstverständlich auch die entsprechenden Bereiche der Felge, insbesondere das Felgenhorn.

Crashsensitive aktive Verschwenkmittel im Sinne der Erfindung sind mechanische Funktionskomponenten, die nach Detektierung eines Crashs aktiv angesteuert werden. Die erforderlichen Informationen können durch Precrash-Sensoren bereitgestellt werden. Das Verschwenkmittel selbst kann beispielsweise an der Radaufhängung angreifen und die Geometrie der Radaufhängung im Crashfall so verändern, dass unabhängig vom Lenkeinschlag eine Vorspurvergrößerung des crashseitigen Vorderrads erfolgt. Idealerweise wird das Schrägstellen in sehr kurzer Zeit, insbesondere in einer Zeitspanne von weniger als 30 ms, realisiert.

Verschwenkmittel sind Stellmittel, die auf unterschiedlichste mechanischen Wirkprinzipien und Wirkmedien basieren können. Beispielsweise kann es sich um Kolben-Zylinder-Einheiten oder auch Fluidmuskel handeln. Es kann z.B. elektrische, pneumatische oder hydraulische Energie zur Versorgung des Verschwenkmittels zum Einsatz kommen. Druckenergie kann durch einen Druckspeicher vorgehalten werden oder im Bedarfsfall durch pyrotechnische Mittel erzeugt werden. Das Verschwenkmittel kann auch eine vorgespannte Feder sein.

Wesentliches Element einer Vorderwagenstruktur sind Stützelemente, die im Crashfall auf das Vorderrad drücken. Die erforderliche Energie stammt aus dem Frontalcrash selbst. Es ist daher vorgesehen, den vorderen Stoßfänger mit Stützelementen zu koppeln, um die Verformung des Stoßfängers zum Verschwenken des Vorderrads zu nutzen. Die Stützelemente umfassen eine Radstütze, die sich zwischen dem Stoßfänger und dem Bereich der vorderen Außenkante des Vorderrads erstreckt. Dieser Radstütze ist als weiteres Stützelement eine Kotflügelstütze zugeordnet, die sich von dem Bereich der vorderen Außenkante des Vorderrads bis zu einer Crashbox erstreckt, wobei sich die Verformung der Crashbox unmittelbar auf die Lage der Kotflügelstütze auswirkt und diese in Richtung Vorderrad verschiebt, ohne dass der Längsträger beeinträchtigt wird. Zusätzlich ist eine Crashstütze vorgesehen, die sich von dem Bereich der vorderen Außenkante des Vorderrads bis zu dem Längsträger des Kraftfahrzeugs erstreckt. Das Zusammenspiel dieser drei Stützelemente führt bei einem Frontalcrash mit geringer Überdeckung zu dem gewünschten Verformungsverhalten der Vorderwagenstruktur in dem dem Vorderrad vorgelagerten Bereich und damit zu einem Verschwenken des Vorderrads. Hierzu sind die Radstütze und die Crashstütze im Bereich der vorderen Außenkante des Vorderrads miteinander verbunden.

Die Vorderwagenstruktur kann in den crashrelevanten Bereichen aus hochfesten Materialien gefertigt sein, um sicherzustellen, dass ein Verhaken der aufeinander treffenden Kraftfahrzeuge unterbleibt. Ziel der Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist eine Abgleitkollision, insbesondere von aufeinander treffenden Kraftfahrzeugen, um die Differenzgeschwindigkeit und die daraus resultierenden Verzögerungswerte zu minimieren.

Bei der Verwendung aktiver Verschwenkmittel ist es von entscheidender Bedeutung, dass diese zeitlich exakt angesteuert werden, um das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs nicht negativ zu beeinflussen. Insbesondere ist es wichtig, dass das aktive Verschwenkmittel unabhängig von einem Lenkgetriebe ansteuerbar ist, so dass die Rückwirkung auf das Lenkrad minimiert wird. Das crashsensitive aktive Verschwenkmittel ist vorzugsweise eine separate Baueinheit, die parallel zu dem Lenkgetriebe vorgesehen ist und unabhängig von diesem arbeitet. Es kann sich vorzugsweise um einen Fluidmuskel handeln. Grundsätzlich wird es als ausreichend angesehen, Stützelemente und gegebenenfalls zusätzlich vorhandene crashsensitive aktive Verschwenkmittel lediglich dem fahrerseitigen Vorderrad zuzuordnen, da dies im Gegenverkehr die crashgefährdetere Seite des Kraftfahrzeugs ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen dargestellten vereinfachten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Vorderwagenstrukturen zweier Kraftfahrzeuge bei einem bevorstehenden Frontalcrash geringer Überdeckung;
2 eine weitere Phase des in 1 eingeleiteten Frontalcrashs mit eingezeichnetem Abgleitwinkel;
3 in der Draufsicht die dritte Phase des Frontalcrashs der 1 und 2 nach Abschluss des Abgleitvorgangs;
4 eine Draufsicht auf eine erste mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur eines Kraftfahrzeugs und
5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt den Vorderwagenbereich zweier Kraftfahrzeuge unmittelbar vor einer Frontalkollision bei einer Überdeckung U von 15 %. Die aufeinander treffenden Kontaktflächen stehen in diesem Beispiel in einem Winkel W1 zueinander. Der Winkel W1 wird zwischen der Mittellängsachse MLA2 des zweiten Kraftfahrzeugs 2 und der Geraden G gemessen, welche die theoretische Gleitfläche G beschreibt. Bei diesem Modell wird davon ausgegangen, dass sich die Fahrzeuge frontal aufeinander zu bewegen, wobei die jeweilige Fahrtrichtung durch die Pfeile P1 und P2 gekennzeichnet ist. Die Mittellängsachsen MLA1, MLA2 der Kraftfahrzeuge 1, 2 verlaufen zu diesem Zeitpunkt der Kollision parallel zueinander.
2 zeigt, wie das Kraftfahrzeug 1 zu einem späteren Zeitpunkt des Frontalcrashs in die Vorderwagenstruktur des Kraftfahrzeugs 2 eingedrungen ist. Das crashseitige Vorderrad 3 ist zu diesem Zeitpunkt im Sinne einer Einzelvorspurvergrößerung verschwenkt, so dass sich durch das Vorderrad 3 eine Gleitfläche G2 ergibt, die mit der Mittellängsachse MLA2 des zweiten Kraftfahrzeugs 2 einen Winkel W2 einschließt, der kleiner ist als der Winkel W1 aus 1. Durch die Gleitfläche G2 wird ein Abgleiten des Kraftfahrzeugs 2 von dem Kraftfahrzeug 1 eingeleitet, wie es in 3 dargestellt ist. Durch das Abgleiten ist die Differenzgeschwindigkeit der Kraftfahrzeuge 1, 2 wesentlich geringer als bei einem gegenseitigen Verhaken. Wird eine Geschwindigkeit der Kraftfahrzeuge 1, 2 von jeweils 100 km/h angenommen, wobei das Kraftfahrzeug 1 eine Masse von 2500 kg und das Kraftfahrzeug 2 eine Masse von 2000 kg besitzt, ergibt sich bei einer Abgleitkollision theoretisch eine Differenzgeschwindigkeit für das zweite Kraftfahrzeug von etwa 40 km/h und eine Differenzge schwindigkeit von etwa 20 km/h für das erste Kraftfahrzeug. Bei einem Frontalcrash ohne Abgleitkollision würde die Differenzgeschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs größer als 140 km/h sein und die Differenzgeschwindigkeit des ersten Fahrzeugs größer als 50 km/h. Hieran lässt sich erkennen, dass die an den Insassen angreifenden Kräfte bei der Abgleitkollision aufgrund geringerer Verzögerungswerte grundsätzlich geringer sind als bei einem Frontalcrash ohne Abgleitkollision. Zusätzliche Energie kann bei einem solchen Crashszenario durch einen Anprall an Fahrbahnbegrenzungen 4 aufgenommen werden, wie sie in 3 dargestellt sind.
4 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorderwagenstruktur 5. Die dargestellten Längsträger 6 sind über Crashboxen 7 mit einem Stoßfänger 8 verbunden. Des Weiteren ist die Radaufhängung 9 der Vorderräder 3 sowie ein Lenkgetriebe 10 schematisch dargestellt. Wesentliches Element dieser Vorderwagenstruktur 5 sind die zwischen den Vorderrädern 3 und dem Stoßfänger 8 angeordneten Stützelemente 11, 12, 13. Diese umfassen zunächst eine Radstütze 11, die sich von dem äußeren Ende des Stoßfängers 8 bis in Richtung der vorderen Außenkante 14 des Vorderrads 3 erstreckt. Der Stoßfänger 8 ist in diesem Beispiel um die Kotflügel herum gezogen, um die seitliche Krafteinleitung in die vordere Außenkante 14 des Vorderrads zu ermöglichen. Des Weiteren ist eine Kotflügelstütze 12 vorgesehen, die einerseits an der Crashbox 7 befestigt ist und sich bis zu dem vorderradseitigen Ende der Radstütze 11 erstreckt. Das dritte Stützmittel ist eine Crashstütze 13, die mit dem einen Ende an dem Längsträger 6 befestigt ist und sich ebenfalls bis zu dem vorderradseitigen Ende der Radstütze 11 und der Kotflügelstütze 12 erstreckt. In diesem Bereich sind alle drei Stützelemente 11, 12, 13 miteinander verbunden, um im Crashfall die Drehbewegung in Richtung des eingezeichneten Pfeils D des Vorderrads 3 um die Hochachse A des Vorderrads 3 einzuleiten.
Die Ausführungsform der 5 unterscheidet sich von derjenigen der 4 dadurch, dass ein zusätzliches crashsensitives Verschwenkmittel 15 angeordnet ist, das im Crashfall aktiv angesteuert wird. Bei dem Verschwenkmittel 15 handelt es sich um einen pneumatischen Muskel, der eine Hubbewegung in Richtung des Pfeils P ausführt. Das Verschwenkmittel 15 bzw. der pneumatische Muskel ist parallel zu dem Lenkgetriebe 10 angeordnet und greift an der Radaufhängung 9 des Vorderrads 3 an. Im Aktivierungsfall zieht der pneumatische Muskel 15 den entsprechenden Be reich der Radaufhängung 9 in Richtung zur Fahrzeugmitte, so dass eine Drehbewegung des Vorderrads in Richtung des eingezeichneten Pfeils D erfolgt. Zusätzlich ist auch bei dieser Ausführungsform ein Stützelement 16 zwischen dem Vorderrad 3 und dem Stoßfänger 8 angeordnet, das die Drehbewegung bzw. das Verschwenken des Vorderrads 3 im Crashfall unterstützt. Das Stützelement 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel L-förmig konfiguriert und an dem Längsträger 6 bzw. einer am vorderen Endabschnitt der Längsträger 6 angeordneten Crashbox 7 befestigt.

1: Kraftfahrzeug
2: Kraftfahrzeug
3: Vorderrad
4: Fahrbahnbegrenzung
5: Vorderwagenstruktur
6: Längsträger
7: Crashbox
8: Stoßfänger
9: Radaufhängung
10: Lenkgetriebe
11: Radstütze
12: Kotflügelstütze
13: Crashstütze
14: vordere Außenkante v. 3
15: Verschwenkmittel
16: Stützelement
A: Hochachse v. 3
D: Drehrichtung
G: Gerade
G2: Gleitfläche
P: Pfeil
P1: Fahrtrichtung v. 1
P2: Fahrtrichtung v. 2
MLA1: Mittellängsachse v. 1
MLA2: Mittellängsachse v. 2
U: Überdeckung
W1: Winkel
W2: Winkel

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Vorderwagenstruktur, bei welcher bei einem Frontalcrash mit einer Überdeckung von bis zu 15 % ein crashseitiges Vorderrad (3) im Sinne einer Einzelspurvergrößerung um einen Winkel nach innen schräg gestellt wird, so dass das auftreffende Fahrzeug an dem Vorderrad (3) abgleiten kann, wobei zum Verschwenken des crashseitigen Vorderrads (3) in der Vorderwagenstruktur (5) bei einem Crash auf den Bereich der vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) drückende Stützelemente (11, 12, 13, 16) vorgesehen sind, wobei die erforderliche Energie zum Verschwenken des Vorderrads von einem vorderen Stoßfänger (8) in die Stützelemente (11, 12, 13) eingeleitet wird, die ein Element (11) umfassen, das sich in Richtung der vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) erstreckt und benachbart dem Element (11) eine Kotflügelstütze (12) vorhanden ist, die sich von dem Bereich der vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) bis zu einem dem Stoßfänger (8) benachbarten vorderen Endabschnitt der Längsträger (6) des Kraftfahrzeugs erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (6) in ihrer Verlängerung über Crashboxen (7) mit dem einen Stoßfänger (8) verbunden sind, dass die Kotflügelstütze (12) auf einer Seite der Crashbox (7) befestigt ist und sich bis zu dem vorderradseitigen Ende der Radstütze (11) erstreckt und dass das Element eine Radstütze (11) ist, die sich von dem äußeren Ende des Stoßfängers (8) bis zur vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) erstreckt und mit ihrem Endbereich mit dem Endbereich der Kotflügelstütze (12) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Crashstütze (13) vorgesehen ist, die sich von dem Bereich der vorderen Außenkante (14) des Vorderrads (3) bis zu dem Längsträger (6) des Kraftfahrzeugs erstreckt und im Endbereich mit den Endbereichen der Radstütze (11) und der Kotflügelstütze (12) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschwenken des crashseitigen Vorderrads (3) crashsensitive Verschwenkmittel (15) angesteuert werden.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Verschwenkmittel (15) unabhängig vom Lenkgetriebe (10) ansteuerbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Verschwenkmittel (15) ein Fluidmuskel ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur dem fahrerseitigen Vorderrad (3) crashsensitive aktive Verschwenkmittel (15) zugeordnet sind.