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Die
Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie,
zum Steuern der Steifigkeit eines Fahrzeughauptrahmens und dgl.,
um in der Lage zu sein, in Abhängigkeit
vom Kollisionsmuster und eines Kollisionsobjekts in eine Fahrzeugkollisionsaufprallabsorptionsstruktur,
eine adäquate
Reaktionskraft zu erhalten.
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Herkömmlich gibt
es eine Steuervorrichtung für
die Karosseriesteifigkeit eines Fahrzeugs, wo die Steifigkeit von
Seitenrahmen zur Aufnahme unterschiedlicher Kollisionsmuster umgeschaltet
wird, indem den Seitenrahmen durch piezoelektrische Aktuatoren eine
Widerstands/Begünstigungskraft
für eine von
der Fahrzeugfront erhaltene Kollisionslast hinzugefügt wird,
wobei die Aktuatoren an den links und rechts des Fahrzeugs angeordneten
Seitenrahmen vorgesehen sind (siehe die Absätze 0010 bis 0017 und die
2 bis
5 der
JP-11-291951 A ).
Genauer gesagt, die Vorrichtung macht die Steifigkeit der Seitenrahmen
in einem Kollisionsmuster (Vollüberdeckungskollision)
niedrig, wo die Vorderseite der Fahrzeugkarosserie vollständig kollidiert;
macht die Steifigkeit des Seitenrahmens in einem anderen Kollisionsmuster
(Offset-Muster)
hoch, wo sich die Kollisionslast auf einen Seitenrahmen konzentriert;
und bildet hierdurch eine Struktur, wo in beiden Kollisionsmustern
eine optimale Aufprallabsorption stattfindet.
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Zusätzlich ist
es in dieser Vorrichtung auch möglich,
die an ein Objekt abgegebene Reaktionskraft zu steuern, indem die
Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie in Abhängigkeit nicht nur vom Kollisionsmuster,
wie etwa Vollüberdeckungskollision,
Offset-Kollision und dgl., verändert
wird, sondern auch in Abhängigkeit
von den Größen eines
Kollisionsobjekts.
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Jedoch
ist eine größere Energie
zum Aktivieren des piezoelektrischen Aktivators erforderlich, um die
der Kollisionslast widerstehende Kraft zu erzeugen, d.h. die Kraft
zum direkten Aufnehmen des Kollisionslast in der oben beschriebenen
Struktur. Daher entstehen Probleme der Vergrößerung der piezoelektrischen
Aktuatoren selbst und der Vergrößerung einer
Batterie, die die piezoelektrischen Aktuatoren mit Strom versorgt.
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Aus
der
US 6,286,895 B1 ist
eine Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
bekannt, in der eine Reihe von Basiselementen durch jeweilige Verformungsbereiche
und parallel hierzu durch stangenförmige Aktuatoren miteinander verbunden
sind. Die Aktuatoren können
aus piezoelektrischem Material, aus Formgedächtnislegierung oder magnetostriktivem
Material hergestellt sein. In einer Ausführung sind die Aktuatoren U-förmig gekrümmt, und
an ihren Enden mit den gegenüberliegenden
Innenseiten eines Basiselements verbunden. Die U-förmigen
Aktuatoren benachbarter Basiselemente sind an ihren Scheiteln in
Längsrichtung
der Basiselemente aneinander abgestützt.
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Die
DE 196 03 957 A1 zeigt
einen einstückigen
Aggregateträger
für ein
Kraftfahrzeug, der einen Abschnitt eines gepressten, gekammerten
Leichtmetallstrangpressprofils dargestellt, so dass der Träger insgesamt
gekrümmt
leiterförmig
ist, mit zwei Längsstegen
und diese verbindenden geradlinigen Versteifungsrippen.
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Demzufolge
gibt es einen starken Bedarf nach einer Vorrichtung zum Steuern
der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie, die die Steifigkeit der
Karosserie mit einer geringeren Kraft steuert.
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Eine
Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
in Bezug auf einen ersten Aspekt der Erfindung zur Lösung der
oben beschriebenen Probleme umfasst: ein angenähert U-förmiges Element; ein Basiselement
zum Stützen
beider Enden des U-förmigen
Elements; und ein Begrenzungselement zum Begrenzen einer Verformung
des U-förmigen
Elements in ein zur Kollisionslast im Wesentlichen orthogonalen
Richtung und zum Lösen
der Begrenzung.
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Hier
kann das "U-förmige" Element durch Biegen
eines beliebigen Elements gebildet werden, das eine lange Form,
wie etwa eine geradlinige Form, eine Stangenform und eine Streifenform,
wie etwa eine U-Form aufweist; und auch durch Kombinieren einer
Mehrzahl solcher Elemente.
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Wenn
gemäß dem ersten
Aspekt der Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
eine Kollisionslast zu dem U-förmigen
Element hinzugefügt
wird, resultiert dies in einem Verknicken in einem mehrfachen Verformungsmodus,
wobei eine Mehrzahl von Wölbungen
durch das Begrenzungselement begrenzt wird und hierdurch die Steifigkeit
des U-förmigen Elements
hoch wird. Wenn darüber
hinaus die Kollisionslast zu dem U-förmigen Elementen hinzugefügt wird,
resultiert dies in einem Verknicken in einem primären Verformungsmodus mit
nur einer Wölbung, indem
die Begrenzung des Begrenzungselements gelöst wird und hierdurch dessen
Steifigkeit niedrig wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl der U-förmigen Elemente, worin das
Begrenzungselement ein plattenförmiges Element
aufweist, dessen eines Ende mit den U-förmigen Elementen verbunden
ist, sowie einen Aktuator zum Verbinden des anderen Endes des plattenförmigen Elements
mit den U-förmigen
Elementen und zum Lösen
der Verbindung, und worin das plattenförmige Element innerhalb der
U-förmigen
Elemente angeordnet ist.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Vorrichtung wird, durch Verbinden des anderen Endes des
plattenförmigen
Elements und der U-förmigen
Elemente durch den Aktuator, eine Verformung der U-förmigen Elemente
in einer zur Kollisionslast im Wesentlichen orthogonalen Richtung
durch das plattenförmige
Element begrenzt. Die U-förmigen
Elemente knicken in dem mehrfachen Verformungsmodus mit einer Mehrzahl
von Wölbungen
während
der Kollision, und hierdurch wird deren Steifigkeit hoch. Zusätzlich werden beim
Lösen der
Verbindung des anderen Endes des plattenförmigen Elements und der U-förmigen Elemente
durch den Aktuator die U-förmigen
Elemente durch das plattenförmige
Element nicht eingeschränkt,
wodurch sie in dem primären
Verformungsmodus knicken und deren Steifigkeit niedrig wird.
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Gemäß einem
dritten Aspekt umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl der U-förmigen Elemente, worin worin
das Begrenzungselement zwei Verbindungselemente aufweist, deren
eine Enden jeweils mit zwei benachbarten U-förmigen Elementen verbunden
sind, und einen Aktuator zum gegenseitigen Verbinden der anderen
Enden der Verbindungselemente und zum Lösen der Verbindung.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der Vorrichtung werden, durch gegenseitiges Verbinden der
Verbindungselemente durch den Aktuator, die zwei U- förmigen Elemente gegenseitig
eingeschränkt.
Sie knicken in dem mehrfachen Verformungsmodus während der Kollision und daher
wird ihre Steifigkeit hoch. Zusätzlich
werden durch das Lösen
der gegenseitigen Verbindung der Verbindungselemente durch den Aktuator
die beiden U-förmigen Elemente
nicht eingeschränkt,
wodurch sie in dem primären
Verformungsmodus knicken und ihre Steifigkeit niedrig wird.
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In
einem vierten Aspekt ist bevorzugt das U-förmige Element aus einer Formgedächtnislegierung
gebildet.
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Hier
hat die "Formgedächtnislegierung" die Eigenschaft,
dass sich ihre Knicklasten und ihr Spannungsenergiewerte aufgrund
der Länge
stark unterscheiden, im Vergleich zu Aluminiumlegierungen und Materialien
auf Stahlbasis. Genauer gesagt, obwohl dann, wenn die Länge der
Formgedächtnislegierung nicht
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die Knicklast eine Spitze
erreicht und dann beim Knicken geringer wird, genauso wie Aluminiumlegierungen
und Materialien auf Stahlbasis, hat die Formgedächtnislegierung eine weitere
Eigenschaft, dass die Knicklast nach dem Knicken erneut ansteigt,
falls die Länge kleiner
als der vorbestimmte Wert ist. Die Formgedächtnislegierung ist ein Material
(ein Material, das bei niedriger Belastung nachgibt, während es
konstanter Belastung elastisch verformt wird, dann wieder elastisch
verformt wird, die Belastung ansteigt und wiederum ein Nachgiebigkeitspunkt
auftritt), das eine zweistufige Belastungs-Spannungs-Beziehung aufweist.
Wenn daher die Länge
kleiner als der vorbestimmte Wert ist, hat die Belastungs-Spannungs-Beziehung
der zweiten Stufe einen starken Einfluss, und die Knicklast steigt
an.
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Wenn
nämlich
eine solche Formgedächtnislegierung
für die
vorliegende Erfindung angewendet wird, befindet sich ein Abschnitt
einer Knickverformung in einem längsten
Zustand, falls das U-förmige Element
nicht eingegrenzt ist, wobei das U-förmige Element durch eine kleinere
Last knickt. Wenn man nämlich
durch Eingrenzen einer beliebigen Position des U-förmigen Elements
den Abschnitt der Knickverformung teilt und ihn bis zu dem vorbestimmten Wert
verkürzt,
steigt nach dem Knicken die Knicklast wieder an, wobei das U-förmige Element
durch eine viel stärkere
Last knickt als die kleinere Last.
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Weil
gemäß dem vierten
Aspekt der Vorrichtung das U-förmige
Element aus der Formgedächtnislegierung
gebildet ist, führt
dies zu einer Knicklast proportional zum Young's-Modul und einer Nachgiebigkeits-Belastungsverformung
der ersten Stufe mit längerer
Teilung (z.B. dem primären
Verformungsmodus), und einer hohen Knicklast proportional zur Nachgiebigkeits-Belastungsverformung
der zweiten Stufe, nach Verformung mit der ersten Knicklast bei verkürzter Teilung
(z.B. dem Mehrfach-Verformungsmodus). Somit kann eine starke Differenz
zwischen den Knicklasten in dem U-förmigen Element bereitgestellt
werden, das mit der längeren
Teilung verformt wird (z.B. in dem primären Verformungsmodus) und der
kürzeren
Teilung (z.B. dem Mehrfachverformungsmodus). In anderen Worten,
weil die Knicklasten des U-förmigen
Elements über
einen weiten Bereich verändert
werden können,
kann die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie über einen weiten Bereich eingestellt
werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis
auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert.
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1 ist
eine Perspektivansicht eines Frontabschnitts eines Fahrzeugs, das
eine Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit gemäß einer ersten
Ausführung
aufweist;
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2A und 2B sind
Perspektivansichten der in 1 gezeigten
Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit: 2A ist
eine Perspektivansicht der gesamten Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit; 2B ist
eine Perspektivansicht, worin Begrenzungselemente vergrößert gezeigt
sind.
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3A und 3B sind
vergrößerte Perspektivansichten
einer Struktur in der Nähe
eines Aktuators: 3A ist eine Perspektivansicht,
wo ein bewegbarer Stift ausgefahren ist; 3B ist
eine Perspektivansicht, wo der bewegbare Stift eingefahren ist.
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4A bis 4E sind
Seitenansichten von Verformungsmodi eines linearen Element: 4A ist eine
Seitenansicht eines primären
Verformungsmodus; 4B ist eine Seitenansicht eines
sekundären Verformungsmodus; 4C ist
eine Seitenansicht eines tertiären
Verformungsmodus; 4D ist eine Seitenansicht eines
quartären
Verformungsmodus; 4E ist eine Seitenansicht eines
quintären
Verformungsmodus.
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5A und 5B zeigen
in Graphiken eine Beziehung zwischen einer Verlagerung eines linearen
Elements und einer einer Kollisionslast widerstehenden Last in jedem
Verformungsmodus: 5A ist eine Graphik der Beziehung
zwischen der Verlagerung und der Last eines Nicht-Formgedächtnislegierungsmaterials; 5B ist
eine Graphik der Beziehung zwischen der Verlagerung und der Last
einer Formgedächtnislegierung.
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6A und 6B sind
Perspektivansichten einer Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit
gemäß einer
zweiten Ausführung: 6A ist
eine Perspektivansicht der gesamten Vorrichtung zum Steuern der
Karosseriesteifigkeit; 6B ist eine Perspektivansicht,
welche Begrenzungselemente vergrößert zeigt.
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7A und 7B sind
vergrößerte Perspektivansichten
mit Darstellung einer Struktur in der Nähe von Aktuatoren der 6A und 6B: 7A ist
eine Perspektivansicht eines Zustands, wo Verbindungselemente verbunden
sind; 7B ist eine Explosionsperspektivansicht
eines Zustands, wo die Verbindung der Verbindungselemente gelöst ist.
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8A ist
eine Vorderansicht einer Anordnung der linearen Elemente in der
ersten Ausführung; 8B ist
eine Vorderansicht einer Anordnung der linearen Elemente in einer
anderen Ausführung.
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[Erste Ausführung]
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Nachfolgend
wird eine erste Ausführung
der Erfindung anhand der 1, 2A und 2B erläutert.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst ein Fahrzeug M eine Vorrichtung
zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 sowie Kollisionsobjekterfassungssensoren 2,
die innerhalb seines vorderen Stoßfängers FB vorgesehen sind, sowie
einen Controller 3 zum Steuern/Regeln der Vorrichtung zum
Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 auf der Basis der Erfassungssignale von
den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2. Nachfolgend sind
der Einfachheit halber eine Mehrzahl der Kollisionsobjekterfassungssensoren 2 von der
rechten Seite des Fahrzeugs M in der Reihenfolge 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f beschrieben.
Zusätzlich werden
in der folgenden Beschreibung eine Längsrichtung, eine Querrichtung
und eine Höhenrichtung des
Fahrzeugs M einfach als Fahrzeuglängsrichtung, Fahrzeugquerrichtung
und Fahrzeughöhenrichtung bezeichnet.
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Wie
in den 2A und 2B gezeigt,
umfasst die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 hauptsächlich eine
Mehrzahl linearer Elemente (U-förmiger
Elemente) 4, die im Wesentlichen U-förmig gebogen sind, ein Basiselement 5 zum
Tragen beider Enden der linearen Elemente 4 sowie Begrenzungselemente 6 zum
Begrenzen einer Verformung der linearen Elemente 4 in einer
zur Kollisionslast angenähert
orthogonalen Richtung und zum Lösen
der Kollisionslast.
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Die
linearen Elemente 4 sind aus Formgedächtnislegierung gebildet, sind
mit angenähert
gleichem Abstand entlang einer Längsrichtung
des Basiselements 5 angeordnet und sind mit dem Basiselement 5 in
einem Zustand verbunden, wo beide Enden der linearen Elemente 4 in
der Höhenrichtung
fluchten. D.h. die linearen Elemente 4 sind so angeordnet, dass
obere Abschnitte 41 und untere Abschnitte 42 entsprechend
beiden Seitenabschnitten der U-Form jeweils parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung
werden.
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Das
Basiselement 5 ist ein rechteckiges plattenförmiges Element,
das sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckt, und seine beiden
Seiten 51 und 52 (nachfolgend auch als "Vorderseite 51" und "Rückseite 52" bezeichnet) sind
orthogonal zur der Fahrzeuglängsrichtung
angeordnet. In dem Basiselement 5 wird die Rückseite 52 mit
einem Frontabschnitt (einem Abschnitt, wo der vordere Stoßfänger FB
angebracht ist) des in 1 gezeigten Fahrzeugs M in einem
Zustand verbunden, in dem die linearen Elemente 4 mit der
Vorderseite 51 verbunden worden sind. Obwohl in der Ausführung der
einfacheren Beschreibung wegen das Basiselement 5 ein Element ist,
das in der Fahrzeuglängsrichtung
orthogonale Flächen
aufweist, sind tatsächlich
die Seiten des Basiselements 5 in einer angenäherten Kreisform
ausgebildet, die links/rechts symmetrisch ist, in Anpassung an einen
Halterungsabschnitt eines gekrümmten
Stoßfängers. Daher
wird ein Basiselement in diesem Falle so angeordnet, dass eine durch
ihren Scheitel hindurchgehende Tangente parallel zur Fahrzeugquerrichtung
wird.
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Jedes
der Begrenzungselemente 6 umfasst hauptsächlich Platten 61,
deren Unterenden (eine Enden) 61a mit jedem unterseitigen
Abschnitt 42 der linearen Elemente 4 verbunden
sind, und Aktuatoren 62 zum Verbinden und Lösen der
Oberenden (der anderen Enden) 61b der Platten 61 und
jedes oberseitigen Abschnitts 41 der linaren Elemente.
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Die
Platten 61 sind plattenförmige Elemente, die so angeordnet
sind, dass sie innerhalb der Mehrzahl angenähert U-förmiger linearer Elemente 4 hindurchtreten,
und vier Stücke
der Platten 61 sind mit angenähert gleichem Abstand in der
Längsrichtung in
einem Zustand angeordnet, wo sie im Wesentlichen parallel zu dem
Basiselement 5 werden. Obwohl in der Ausführung die
Anzahl der Platten 61 vier ist, ist die vorliegende Erfindung
darauf nicht beschränkt,
und die Anzahl kann beliebig sein. Zusätzlich sind an den Oberenden 61b der
Platten 61 eine Mehrzahl von Nutabschnitten 61c (nur
einer davon ist dargestellt) ausgebildet, in die die Mehrzahl linearer Elemente 4 eindringen
können,
wie in 3A und 3B vergrößert gezeigt.
Mit beiden Seiten, die jeweils die Nutabschnitte 61c zwischen
sich aufnehmen, ist jeweils ein Element von Aktuator 62 und
konkavem Element 63 verbunden, das einen Lochabschnitt 63a aufweist,
in den ein beweglicher Stift 62a jedes der Aktuatoren 62 eingesetzt
wird. Die Nutabschnitte 61 begrenzen eine Verformung in
der Fahrzeugquerrichtung der linearen Elemente 4 durch
beide Seiten ihrer Seitenwände,
sowie eine andere Verformung in der Fahrzeughöhenrichtung durch ihre Bodenwände und
die beweglichen Stifte 62a der Aktuatoren 62.
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Jeder
der Aktuatoren 62 ist ein sogenanntes Magnetsolenoid und
umfasst hauptsächlich
den beweglichen Stift 62a, der sich in seiner Achsrichtung frei
vorwärts
und rückwärts bewegen
kann, und einen Antriebsabschnitt 62b, der den beweglichen
Stift 62a ein- und ausfährt.
Jeder der Aktuatoren 62 fährt den beweglichen Stift 62a aus,
indem er durch den Controller 3 eingeschaltet wird (siehe 1),
und schließt hierdurch
eine Öffnung
der Nut 61c und verbindet das betreffende lineare Element 4 mit
der Platte 61. Zusätzlich
fährt jeder
der Aktuatoren 62 den beweglichen Stift 62a ein,
indem er durch den Controller 3 ausgeschaltet wird (siehe 1),
und öffnet
hierdurch die Öffnung
der Nut 61c und löst
die Verbindung des linearen Elements 4 und der Platte 61.
Der bewegliche Stift 62a, der zum Schließen der Öffnung der
Nut 61c ausfährt,
ist übrigens
so ausgestaltet, dass er in der Lage ist, eine Aufwärtsverformung
des linearen Elements 4 durch Eingriff des konkaven Elements 63 massiv
einzuschränken.
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Wie
in 1 gezeigt, sind die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f Einrichtungen
zum Erfassen der Härte
eines Kollisionsobjekts. Als die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f kann z.B.
eine Kamera verwendet werden, um das Kollisionsobjekt als Bild zu
erfassen, Infrarotsensoren zum Erfassen einer Temperatur des Kollisionsobjekts,
ein Belastungs- bzw. Dehnungssensor zum Erfassen einer Dehnung einer
Fahrzeugkarosserie während
der Kollision und dgl. Zusätzlich
bestimmt der Controller 3 die Härte des Kollisionsobjekts auf
der Basis von Ausgaben (z.B. Bilddaten, Temperaturen, Belastung und
dgl.) von den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f und
steuert jeden der Aktuatoren 62 (siehe 2)
der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 in
Abhängigkeit
von der Härte des
Kollisionsobjekts, einer von einem nicht gezeigten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und dgl. an. Obwohl in der Ausführung die
Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f Einrichtungen
bilden, um die Härte
des Kollisionsobjekts zu erfassen, ist die Erfindung darauf nicht
beschränkt.
Z.B. können
als die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f ein
Abstandsensor verwendet werden, der einen Abstand zu dem Kollisionsobjekt
mithilfe eines Lasers, einer Ultraschallwelle und dgl. erfasst.
In diesem Fall kann die Steifigkeit der Vorrichtung zum Steuern
der Karosseriesteifigkeit 1 umgeschaltet werden, um die
Offset-Kollision und die Vollüberdeckungskollision
des Fahrzeugs aufzunehmen.
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Zusätzlich bestimmt
der Controller 3, dass das Kollisionsobjekt groß ist, wenn
bewertet wird, dass die Erfassungssignale von nicht weniger als
vier benachbarten Sensoren von den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f ausgegeben
werden. Der Controller 3 bestimmt, dass das Kollisionsobjekt klein
ist, wenn bewertet wird, dass die Kollisionserfassungssignale von
nicht mehr als drei benachbarten Sensoren ausgegeben werden. Der
Controller 3 schaltet eine Mehrzahl der Aktuatoren 62 (siehe 2A und 2B)
in Abhängigkeit
von der Größe und Härte des
wie oben bestimmten Kollisionsobjekts EIN/AUS. Genauer gesagt, der
Controller 3 steuert Verformungsmodi des oberseitigen Abschnitts 41 und
des unterseitigen Abschnitts 42 jedes der linearen Elemente 4 durch
geeignetes Ansteuern der vier Aktuatoren 62, die in der
Nähe des
oberseitigen Abschnitts 41 jedes der in den 2A und 2B gezeigten
linearen Elemente 4 angeordnet sind.
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Hier
sind die Verformungsmodi der Ausführung ein primärer Verformungsmodus,
wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt
werden und jeweils nur eine Aufwölbung 41a und 42a haben,
wie in 4A gezeigt; ein sekundärer Verformungsmodus,
wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt werden
und jeweils zwei Wölbungen 41b und 42b aufweisen,
wie in 4B gezeigt; ein tertiärer Verformungmodus,
wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt
werden und jeweils drei Wölbungen 41c und 42c aufweisen,
wie in 4C gezeigt, ein quartärer Verformungsmodus, wo
der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt
werden und jeweils vier Wölbungen 41d und 42d aufweisen,
wie in 4D gezeigt, sowie ein quintärer Verformungsmodus,
wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt
werden und jeweils fünf
Wölbungen 41e und 42e aufweisen,
wie in 4E gezeigt.
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Von
diesen Verformungsmodi wird der in 4A gezeigte
primäre
Verformungsmodus geschaltet, indem alle vier Aktuatoren 62 AUSgeschaltet
werden; wird der in 4B gezeigte sekundäre Verformungsmodus
geschaltet, indem keiner bis auf einen der vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet
wird; wird der in 4C gezeigte tertiäre Verformungsmodus geschaltet,
indem keiner bis auf zwei der vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet
wird; wird der in 4D gezeigte quartäre Verformungsmodus
geschaltet, indem keiner bis auf drei der vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet
wird; und wird der in 4E gezeigte quintäre Verformungsmodus
geschaltet, indem alle vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet
werden.
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Durch
geeignetes Umschalten der Verformungsmodi der linearen Elemente 4,
wie oben beschrieben, kann deren Steifigkeit verändert werden. Hier wird eine
Last beschrieben, die einer Kollisionslast in Abhängigkeit
von jedem Verformungsmodus widersteht, anhand der 5A und 5B im
Vergleich einer Formgedächtnislegierung
eines Materials der Ausführung
mit einem anderen Material, das keine Formgedächtnislegierung ist.
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Wie
in den 5A und 5B gezeigt,
ist es für
jedes der Materialien gemeinsam, dass, je mehr Verformungsmodi man
macht, desto größer die der
Kollisionslast widerstehende Last wird, d.h. die Steifigkeit der
linearen Elemente 4 erhöht
werden kann. Es gibt einen merklichen Unterschied zwischen der Formgedächtnislegierung
der Erfindung und einem anderen Material aus Nicht-Formgedächtnislegierung,
wenn das lineare Element 4 in dem quintären Verformungsmodus verknickt.
In anderen Worten, obwohl in dem in 5A gezeigten
Material der Nicht-Formgedächtnislegierung
die der Kollisionslast widerstehende Last absinkt und nach dem Knicken (Scheitel
der Graphik) absinkt, steigt in der in 5B gezeigten
Formgedächtnislegierung
die Last, die nach dem Knicken absinkt, immer weiter an. Daraus ergibt
sich, dass bei der Anwendung der Formgedächtnislegierung wie in der
Ausführung
die Steifigkeit in dem quintären
Verformungsmodus dramatisch erhöht
werden kann, im Vergleich zu dem Material der Nicht-Formgedächtnislegierung.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 in
Bezug auf die 1, 2A, 2B und 4A bis 4E beschrieben.
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Zuerst
wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem kleinen Objekt
kollidiert (z.B. einem Versorgungspfosten, einem Kompaktfahrzeug und
dgl.), in Bezuf auf 1. Wenn das Fahrzeug M mit dem
kleinen Kollisionsobjekt kollidiert, wird dies z.B. durch zwei benachbarte
Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c der
Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst
und deren Signale werden an den Controller 3 ausgegeben.
In dem Controller 3 wird bewertet, dass die Erfassungssignale
von den zwei Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c ausgegeben
wurden, und es wird bestimmt, dass das Kollisionsobjekt kompakt
ist. Der Controller 3, der das Kollisionsobjekt als kompakt
bestimmt hat, bewirkt, dass alle linearen Elemente 4 (siehe 2A und 2B)
in dem primären
Verformungsmodus (siehe 4A) knicken,
indem er z.B. alle Aktuatoren 62 AUSschaltet, während er
sich ansonsten auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht.
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Anschließend wird
ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem großen Objekt
(z.B. einem großen
Fahrzeug) kollidiert, in Bezug auf 1. Wenn
das Fahrzeug M mit dem großen
Kollisionsobjekt kollidiert, wird dies z.B. durch vier benachbarte Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d der Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst,
und deren Signale werden an den Controller 3 ausgegeben.
Der Controller 3 bewertet, dass die Erfassungssignale von
den vier Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d ausgegeben
werden, und bestimmt das Kollisionsobjekt als groß. Somit
bewirkt der Controller 3, der das Kollisionsobjekt als
groß bestimmt
hat, dass alle linearen Elemente 4 (siehe 2A und 2B)
in dem quintären
Verformungsmodus (siehe 4E) knickt,
indem er z.B. alle Aktuatoren 62 EINschaltet, während er
sich ansonsten auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht.
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Obwohl
in der Beschreibung alle linearen Elemente 4 in dem quintären Verformungsmodus
geknickt werden, indem alle Aktuatoren 62 EIN/AUSgeschaltet
werden, kann ansonsten jedes der linearen Elemente 4 in
dem sekundären
bis quartären
Verformungsmodus knicken, wie in den 4B bis 4D gezeigt,
indem auf jedem der linearen Elemente 4 angeordnete vier
Aktuatoren 62 selektiv und geeignet angesteuert werden.
Zusätzlich
ist es nicht erforderlich, den Verformungsmodus aller linearer Elemente 4 zu
verändern,
wie oben beschrieben, wobei nur die einem Kollisionsabschnitt entsprechenden
linearen Elemente 4 (z.B. ausschließlich die linearen Elemente 4 einer
rechten Hälfte
und dgl.) zu dem für
das Kollisionsobjekt geeigneten Verformungsmodus umgeschaltet werden
können.
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Obwohl
in der obigen Beschreibung jeder der Aktuatoren 62 in Abhängigkeit
von der Größe des Kollisionsobjekts
angesteuert wird, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und
z.B. kann jeder der Aktuatoren 62 in Abhängigkeit
von der Härte
des Kollisionsobjekts angesteuert werden. Z.B. bewirkt der Controller 3 in
diesem Fall, dass alle linearen Elemente 4 in dem primären Verformungsmodus
knicken, indem alle Aktuatoren 62 AUSgeschaltet werden,
wenn gewertet wird, dass die Härte
des Kollisionsobjekts, die durch die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst
wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Der Controller 3 bewirkt,
dass alle linearen Elemente 4 in dem quintären Verformungsmodus
knicken, indem alle Aktuatoren 62 EINgeschaltet werden,
wenn gewertet wird, dass die Härte des
Kollisionsobjekts nicht kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
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Daher
lässt sich
in der ersten Ausführung
der folgende Effekt erhalten:
Weil die Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
nur dadurch erhöht
werden kann, dass die Aktuatoren 62 eine Verformung der
linearen Elemente 4 in einer zur Kollisionslast angenähert orthogonalen
Richtung einschalten, kann die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie mit
einer kleineren Kraft gesteuert werden als mit einer herkömmlichen
Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit. Daher kann die
Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit selbst, eine Batterie,
die der Vorrichtung Strom zuführt,
und dgl. klein gemacht werden.
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Weil
die linearen Elemente 4 aus der Formgedächtnislegierung gebildet sind
und hierdurch z.B. in dem quintären
Verformungsmodus die der Kollisionslast widerstehende Last nach
dem Knicken erneut ansteigt, kann die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie
weiter verbessert werden. Auch wenn darüber hinaus das Fahrzeug M schräg kollidiert,
werden die linearen Elemente 4 nicht eingeschlagen, weil
die linearen Elemente 4 durch die Platten 61 in
der Fahrzeugquerrichtung gestützt
werden, was zu einer bevorzugten Funktionsweise führt.
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[Zweite Ausführung]
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Nachfolgend
wird eine zweite Ausführung der
Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit in Bezug auf die 6A, 6B, 7A und 7B beschrieben.
Weil in dieser zweiten Ausführung
die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 der
ersten Ausführung
teilweise verändert ist,
werden gleiche Komponenten wie in der ersten Ausführung mit
den gleichen Symbolen versehen, und eine Beschreibung davon wird
weggelassen.
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Wie
in den 6A und 6B gezeigt,
umfasst die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1A die
linearen Elemente 4 und das Basiselement 5 wie
in der ersten Ausführung,
und ferner hauptsächlich
Begrenzungselement 7 mit einer Struktur, die sich jener
der ersten Ausführung
unterscheidet. Im Unterschied zur ersten Ausführung sind beide Enden der
linearen Elemente 4 so angeordnet, dass sie in der Höhenrichtung
nicht fluchten. Hingegen sind ihre oberseitigen Abschnitte 41 an
der linken Seite des Fahrzeugs angeordnet und sind mit dem Basiselement 5 schräg verbunden,
sodass die unterseitigen Abschnitte 42 an der rechten Seite
des Fahrzeugs angeordnet sind. Zusätzlich ist eine Mehrzahl der
linearen Elemente 4 so angeordnet, dass der oberseitige
Abschnitt 41 eines linearen Elements 4 benachbarter
linearer Elemente 4 über
dem unterseitigen Abschnitt 42 des anderen linearen Elements 4 angeordnet
ist.
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Jedes
der Begrenzungselemente 7 enthält hauptsächlich zwei Verbindungselemente 71,
deren eine Enden jeweils mit zwei benachbarten linearen Elementen 4 verbunden
sind, sowie einen Aktuator 72 zum gegenseitigen Verbinden
der anderen Enden der Verbindungselemente 71 und Lösen derselben. Die
Verbindungselemente 71 werden ein Zweierpaar und jedes
des Paares ist spiralig zwischen zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet.
Genauer gesagt, jeweils fünf
Paare der Verbindungselemente 71 sind zwischen zwei benachbarten
linearen Elementen 4 angeordnet, sodass sie von einem vorderen
Paar zu einem rückwärtigen hin
allmählich
ansteigen: Von diesen ist das vorderste Paar der Verbindungselemente 71 angenähert parallel
zu der Fahrzeugquerrichtung angeordnet; das hinterste Paar der Verbindungselemente 71 im
Wesentlichen parallel zu der Fahrzeughöhenrichtung angeordnet. In
anderen Worten, jedes Paar der Verbindungselemente 71,
die zwischen zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet
sind, ist mit angenähert dem
gleichen Abstand in der Fahrzeuglängsrichtung angenähert parallel
zu den Seiten des Basiselements 5 und quer zum oberseitigen
Abschnitt 71 eines linearen Elements und dem unterseitigen
Abschnitt 42 des anderen linearen Elements 4 von
den zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet.
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Zusätzlich ist,
wie in den 7A und 7B gezeigt,
an jedem der anderen Enden zweier Verbindungselemente 71 zur
Konfiguration jedes Paars ein Überlappungsabschnitt 71a mit
einer Stufe ausgebildet, sodass die Verbindungselemente 71 in
einem koaxialen Zustand überlappen
können;
an jedem Überlappungsabschnitt 71 ist
ein Durchgangsloch 71b, das bei Überlappung des Überlappungsabschnitts 71a einen
Durchdringungszustand einnimmt, so ausgebildet, dass es in einer
Achsrichtung jedes der Verbindungselemente 71 orthogonal
ist. Ein Antriebsabschnitt 72b, der einen bewegbaren Stift 72a in
dessen axialer Richtung ein- und ausfährt, ist mit dem anderen Ende
eines Verbindungselements 71 verbunden, sodass der bewegbare
Stift 72a des Aktuators 72 frei eingesetzt wird.
Der Aktuator 72 wird durch den Controller 3 EINgeschaltet
(siehe 1), um hierdurch den bewegbaren Stift 72a auszufahren und
die zwei Verbindungselemente 71 zu verbinden; andererseits
wird der Aktuator 72 durch den Controller 3 AUSgeschaltet,
um hierdurch den bewegbaren Stift 72a einzufahren und die
zwei Verbindungselemente 71 zu lösen.
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Als
Nächstes
wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1A in
Bezug auf die 1, 4A bis 4E, 6A und 6B beschrieben.
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Zuerst
wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem kleinen Objekt
kollidiert (z.B. einem Versorgungspfosten, einem Kompaktfahrzeug und
dgl.), in Bezug auf 1. Wenn das Fahrzeug M mit dem
kleinen Kollisionsobjekt kollidiert, wird dies zuerst z.B. durch
zwei benachbarte Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c von
den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst,
und deren Signale werden an den Controller 3 ausgegeben.
In dem Controller 3 wird gewertet, dass die Erfassungssignale
von den zwei Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c ausgegeben
werden, und es wird bestimmt, dass das Kollisionsobjekt kompakt ist.
Daher bewirkt der Controller 3, der das Kollisionsobjekt
als kompakt bestimmt hat, dass alle linearen Elemente 4 in
dem primären
Verformungsmodus (siehe 4A) knicken,
indem er z.B. keinen bis auf den in den 6A und 6B gezeigten
vordersten Aktuator 72 EINschaltet, während er sich ansonsten auf
die Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht. Obwohl, wenn alle linearen
Elemente 4 in dem primären
Verformungsmodus knicken, der vorderste Aktuator 72 AUSgeschaltet
werden kann, kann ein Verkippen der linearen Elemente 4 im
Falle einer schräg
einwirkenden Kollisionslast verhindert werden, indem der vorderste
Aktuator 72 EINgeschaltet wird.
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Anschließend wird
ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem große Objekt
kollidiert (z.B. einem großen
Fahrzeug), in Bezug auf 1. Wenn das Fahrzeug M mit dem
große
Kollsionsobjekt kollidiert, wird dies zuerst z.B. durch vier benachbarte
Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d von
den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst,
und die Signale davon werden an den Controller 3 ausgegeben.
In dem Controller 3 wird gewertet, dass die Erfassungssignale
von den vier Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d ausgegeben
wurden, und es wird bestimmt, dass das Kollisionsobjekt groß ist. Daher
bewirkt der Controller, der das Kollisionsobjekt als groß bestimmt
hat, dass alle linearen Elemente 4 in dem quintären Verformungsmodus
knicken (siehe 4E), indem er z.B. alle in den 6A und 6B gezeigten
Aktuatoren 72 EINschaltet, während er sich ansonsten auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht.
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Obwohl
in der Beschreibung alle linearen Elemente 4 so angesteuert
werden, dass sie in den primären
und quintären
Verformungsmodi knicken, werden anderenfalls die fünf Paare
der Verbindungselemente, die zwischen zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet
sind, selektiv und geeignet verbunden/gelöst. Hierdurch lässt sich
bewirken, dass jedes der linearen Elemente 4 in den sekundären, tertiären und
quartären
Verformungsmodi knickt, wie in den 4B bis 4D gezeigt.
Darüber
hinaus ist es nicht erforderlich, alle linearen Elemente 4 während einer
Kollision umzuschalten, wie oben beschrieben, wobei ausschließlich jene
linearen Elemente 4 eines Kollisionsabschnitts so angesteuert werden
können,
dass sie zu einem für
das Kollisionsobjekt geeigneten Verformungsmodus umgeschaltet werden.
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Somit
lässt sich
mit der zweiten Ausführung der
folgende Effekt erhalten:
Auch wenn eine Kollisionslast schräg einwirkt,
kann ein Verkippen der linearen Elemente 4 verhindert werden,
weil die linearen Elemente 4 zu dem Basiselement 5 schräg angeordnet
sind. Weil darüber
hinaus benachbarte lineare Elemente 4 durch die Verbindungselemente 71 verbunden
sind, kann ein Verkippen der linearen Elemente 4 während der
Kollsion sicher verhindert werden.
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Daher
its die Erfindung nicht auf die obigen Ausführungen beschränkt, sonder
kann in verschiedenen Mustern in die Praxis umgesetzt werden.
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Obwohl
in den Ausführungen
die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 und 1A und die
Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f innerhalb
des vorderen Stoßfängers FB
vorgesehen sind, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und sie
kann z.B. auch in einem hinteren Stoßfänger vorgesehen sein, der an
einem Heckabschnitt des Fahrzeuges M angeordnet ist, Seitenschwellern,
die an der linken und rechten Seite des Fahrzeugs M angeordnet sind
und dgl. Obwohl darüber
hinaus in den Ausführungen
die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 und 1A im
Wesentlichen in der gleichen Größe wie der
vordere Stoßfänger FB
ausgebildet sind, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und
die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit kann teilweise
lediglich an einem erforderlichen Abschnitt der Steifigkeitseinstellung vorgesehen
sein (z.B. an einem linken Seitenabschnitt und dem rechten Seitenabschnitt
innerhalb des vorderen Stoßfängers FB).
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Obwohl
in den Ausführungen
die Aktuatoren 62 und 72 in Abhängigkeit
von der Härte
eines Kollisionsobjekts angesteuert werden, ist die Erfindung darauf
nicht beschränkt,
und die Aktuatoren 62 und 72 können auch in Abhängigkeit
von Kollisionsmustern, wie etwa dem der Offset-Kollision und der
Vollüberdeckungskollision,
angesteuert werden. Zusätzlich
ist die Beziehung zwischen dem EIN/AUSschalten der Aktuatoren 62 und 72 und
des Aus-/Einfahrens der bewegbaren Stifte 62a und 72a nicht
auf die obigen Ausführungen
beschränkt,
und kann umgekehrt sein.
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Obwohl
in der ersten Ausführung
die linearen Elemente 4 so angeordnet sind, dass sie parallel
zu der Fahrzeughöhenrichtung
werden, wenn man sie von der Fahrzeugfront her betrachtet, wie in 8A gezeigt,
ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Z.B. können, wie in 8B gezeigt,
zwei benachbarte lineare Elemente 4 zur Fahrzeughöhenrichtung gekippt
angeordnet werden, sodass sie von der Fahrzeugfront her betrachtet
eine unten offene umgekehrte V-Form einnehmen, d.h., sodass die
oberseitigen Abschnitte 41 (anderenfalls die unterseitigen
Abschnitte 42) einander benachbart sind. Weil die Isotropie
für eine
Eingaberichtung einer Kollisionslast durch dieses Anordnen jedes
dieser linearen Elemente 4 nach Art einer nach unten offenen
umgekehrten V-Form beibehalten werden kann, kann ein seitliches
Kippen jedes der linearen Elemente 4 weiter verhindert
werden.
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Eine
Vorrichtung 1, 1A zum Steuern der Steifigkeit
einer Fahrzeugkarosserie umfasst erfindungsgemäß ein angenähert U-förmiges Element 4,
ein Basiselement 5 zum Tragen beider Enden des U-förmigen Elements
sowie ein Begrenzungselement 6; 7 zum Begrenzen
einer Verformung des U-förmigen Elements 4 in
einer zu einer Kollisionslast angenähert orthogonalen Richtung
und zum Lösen
der Begrenzung.