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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Steifigkeit
einer Fahrzeugkarosserie, welche auf ein mit einer Aufprallabsorptionsstruktur ausgestattetes
Fahrzeug anzuwenden ist. Die Vorrichtung ist in der Lage, die Steifigkeit
eines Rahmens und dergleichen der Fahrzeugkarosserie zu steuern,
um eine geeignete Reaktionskraft entsprechend Kollisionen und kollidierenden
Objekten bereitzustellen.
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Es
ist eine Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
bekannt, die piezoelektrische Aktuatoren zum Steuern der Steifigkeit
linker und rechter Seitenrahmen aufweist. Ein Aktuator, der an jedem
Seitenrahmen angebracht ist, sorgt selektiv für eine Widerstandskraft gegenüber einer
Aufprallkraft, welche auf die Front eines Fahrzeugs in Rückwärtsrichtung
einwirkt, oder eine der Kollision entsprechende Unterstützungskraft
dafür.
Die japanische veröffentlichte
Patentanmeldung H11-291951 offenbart verwandte Techniken. Das Dokument
offenbart eine Vorrichtung, welche die Steifigkeit von Seitenrahmen
in der folgenden Weise steuert. Im Falle einer Kollision mit voller Überdeckung,
worin die gesamte Front eines Fahrzeugs involviert ist, senkt die Vorrichtung
die Steifigkeit der Seitenrahmen. Andererseits erhöht die Vorrichtung
deren Steifigkeit im Falle einer Offsetkollision, worin eine Aufprallkraft
lokal auf einen der Seitenrahmen wirkt. Auf diese Weise sorgt die
Vorrichtung für
eine optimale Aufprallabsorption entsprechend den Kollisionen.
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Die
oben beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, die Steifigkeit eines
Fahrzeugs gemäß größenkollidierender
Objekte zu variieren, um die auf ein kollidierendes Objekt wirkende
Widerstandskraft zu steuern, zusätzlich
zur Auswahl der Steifigkeit entsprechend den Kollisionen, wie etwa
Vollüberdeckungs-
und Offsetkollisionen.
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Jedoch
erfordert die oben beschriebene Vorrichtung eine große Energiemenge
zum Betrieb des piezoelektrischen Aktuators, der die Widerstandskraft
gegen die Aufprallkraft erzeugt. Dies führt zu einem Nachteil, dass
die Größe des piezoelektrischen Aktuators
und die Größe einer
Batterie zur Stromversorgung tendenziell unvermeidlich größer werden.
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Die
Erfindung hat zur Aufgabe, eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln der
Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie anzugeben, welche in der Lage
ist, eine Steuerung/Regelung mit geringerer Kraft zu implementieren.
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In
einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln
der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie angegeben, enthaltend:
ein Schieberelement, das parallel zur Richtung einer Aufprallkraft,
die auf ein erstes Ende des Schieberelements wirkt, angeordnet ist;
ein Basiselement, das an einem zweiten Ende des Schieberelements
angeordnet ist, wobei das Basiselement einen Schlitz aufweist, in
dem sich das Schieberelement bewegt; ein verformbares Element, das
an dem ersten Ende des Schieberelements angeordnet ist, wobei beide
Enden des verformbaren Elements mit dem Basiselement verbunden sind,
wobei ein Querschnitt des verformbaren Elements im Wesentlichen
U-förmig
ist; und einen Aktuator, der bei einer Kollision entweder zulässt, dass
sich das Schieberelement in dem Schlitz bewegt, oder verhindert,
dass sich das Schieberelement in dem Schlitz bewegt.
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Wenn
die oben beschriebene Vorrichtung erlaubt, dass sich das Schieberelement
in dem in das Basiselement geschnittenen Schlitz bewegt, sinkt die Steifigkeit
des verformbaren Elements, weil sich das Schieberelement ohne Verformung
in dem Schlitz bewegt und das verformbare Element zusammendrückend knickt.
Wenn andererseits die Vorrichtung den Aktuator derart positioniert,
dass er verhindert, dass sich das Schieberelement in dem Schlitz
bewegt, erhöht
sich die Steifigkeit relativ im Vergleich zum ersteren Fall, weil
sich das Schieberelement bei einer Kollision nicht bewegen kann
und in einem ersten Verformungsmodus z. B. mit einem Wellenbauch knickt.
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In
einem anderen Aspekt weist die Vorrichtung ferner ein Begrenzungselement
auf, das eine Verformung des Schieberelements in einer zur Aufprallkraft
im Wesentlichen orthogonalen Richtung begrenzt.
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Wenn
die oben beschriebene Vorrichtung erlaubt, dass sich das Schieberelement
in dem in das Basiselement geschnittenen Schlitz bewegt, sinkt die Steifigkeit
des verformbaren Elements, weil sich das Schieberelement durch den
Schlitz ohne Verformung hindurchbewegt und nur das verformbare Element zusammendrückend knickt.
Wenn andererseits die Vorrichtung den Aktuator derart steuert, um
zu verhindern, dass sich das Schieberelement in dem Schlitz bewegt,
wird die Bewegung des Schieberelements bei einer Kollision begrenzt.
Ferner begrenzt das Begrenzungselement die Verformung des Schieberelements
in einer Richtung angenähert
orthogonal zu einer Kollisionsrichtung. Wenn das Begrenzungselement
z. B. nur eine Stelle des Schieberelements abstützt, wird an der abgestützten Stelle
ein Wellenknoten erzeugt und werden in anderen Teilen des Schieberelements
zwei Wellenbäuche
erzeugt. Weil das Schieberelement in diesem zweiten Verformungsmodus
knickt, nimmt die Steifigkeit, im Vergleich zu dem obigen Fall ohne
Verformung, merklich zu.
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In
einem noch weiteren Aspekt sind in der Vorrichtung beide Enden eines
Begrenzungselements mit aufeinander zuweisenden Abschnitten des verformbaren
Elements verbunden und weist das Begrenzungselement einen Schlitz
auf, durch das sich das Schieberelement hindurchbewegt.
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Die
oben beschriebene Vorrichtung sorgt für einen weiten Steifigkeitsbereich
für das
formbare Element in der gleichen Weise wie in dem vorherigen Aspekt
der Erfindung.
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In
einem noch weiteren Aspekt der Erfindung umfasst in der Vorrichtung
ein Schieberelement eine Formgedächtnislegierung.
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Die
oben beschriebene Formgedächtnislegierung
hat die Eigenschaften, dass sich ihre Knicklast und Verformungsenergie
entsprechend ihren Längen
im Vergleich zu Aluminiumlegierungen und Material auf Eisenbasis
stark verändern.
Insbesondere wenn ihre Länge
nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, hat ihre Last einen
Knickspitzenwert und nimmt anschließend ab. Wenn hingegen ihre
Länge kleiner
als der vorbestimmte Wert ist, beginnt in der Zeit nach dem Knicken
ihre Last wieder zuzunehmen. Wie oben beschrieben, ist die Formgedächtnislegierung
ein Material, das eine zweistufige Beziehung zwischen Belastung
und Verformung hat. Diese Beziehung ist gekennzeichnet durch eine
erste Stufe, die ein erstes Verknicken bei geringer Belastung und
eine anschließende
begrenzte plastische Verformung enthält, sowie eine zweite Stufe,
die eine Wiederaufnahme der elastischen Verformung mit einem Belastungsanstieg
und ein zweites Verknicken enthält.
Auch wenn die Länge
des Schieberelements kleiner als der vorbestimmte Wert ist, nimmt
auf diese Weise die Knicklast entsprechend der Beziehung der zweiten
Stufe zwischen Belastung und Verformung zu.
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Wenn
die oben beschriebene Formgedächtnislegierung
auf das Gebiet der vorliegenden Erfindung angewendet wird, besteht
die Möglichkeit,
die Steifigkeit des Schieberelements merklich zu erhöhen. Dies
ist der Tatsache zuzuordnen, dass die Last des Schieberelements
nach dem ersten Knicken wieder zunimmt, indem die. Länge des
Schieberelements eingestellt wird. Zum Beispiel wird die Einstellung
so vorgenommen, dass die Länge
direkt kleiner wird als der vorbestimmte Wert, oder das Schieberelement
durch Begrenzungselemente gehalten wird, so dass die Länge eines
durch die Begrenzungselemente unterteilten Abschnitts kleiner ist
als der vorbestimmte Wert.
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Weil
die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Steifigkeitseinstellung einer Fahrzeugkarosserie ermöglicht,
durch Wählen
des Zulassens, dass sich das Schieberelement in dem Schlitz bewegt,
oder des Verhinderns, dass sich das Schieberelement in dem Schlitz
bewegt, erfordert dies eine geringere Energie im Vergleich zu einer
herkömmlichen
Vorrichtung. Dies führt
nicht nur zu einer Verkleinerung der Vorrichtung selbst sondern
auch einer Batterie zu deren Stromversorgung.
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Weil
es möglich
ist, das Schieberelement beliebig einzugrenzen, so dass das Schieberelement
in einem mehrfachen Verformungsmodus knickt, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in der Lage, die Steifigkeit des Schieberelements effizienter zu
erhöhen.
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Weil
es möglich
ist, die Verformung des Schieberelements zu begrenzen, indem das
Begrenzungselement mit dem Schlitz an den aufeinander zuweisenden
Abschnitten des verformbaren Elements gesichert wird, bietet die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eine vereinfachte Struktur.
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Es
besteht die Möglichkeit,
die Steifigkeit des Schieberelements z. B. in einem mehrfachen Verformungsmodus
merklich zu erhöhen,
wenn das Schieberelement aus der Formgedächtnislegierung hergestellt
ist. Demzufolge ist es möglich,
eine differenzierte Knicklast zu begründen, je nachdem ob zugelassen
wird, dass sich das Schieberelement in dem Schlitz bewegt, oder
nicht. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage,
die Steifigkeit des Schieberelements sehr weit zu variieren, um hierdurch
einen weiten Einstellbereich für
die Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie bereitzustellen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Perspektivansicht eines vorderen Abschnitts eines Fahrzeugs,
an dem eine Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
angebracht ist;
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2A ist
eine Explosionsperspektivansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung
zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie;
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2B ist
eine vergrößerte Perspektivansicht
mit Darstellung eines Aktuators für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
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3A ist
eine vergrößerte Schnittansicht mit
Darstellung einer Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer
Fahrzeugkarosserie, wenn keine Aufprallkraft auf die Vorrichtung
wirkt;
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3B ist
eine vergrößerte Schnittansicht, welche
das Knicken einer Vorrichtung darstellt, wenn ein Aktuator bei Kollision
ausgeschaltet ist;
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3C ist
eine vergrößerte Schnittansicht mit
Darstellung des Knickens einer Vorrichtung, wenn bei einer Kollision
ein Aktuator eingeschaltet ist;
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4A ist
eine Grafik mit Darstellung der Beziehung zwischen der Verlagerung
eines Schieberelements und der Widerstandslast gegen eine Aufprallkraft
in einem dritten Verformungsmodus in dem Fall, dass das Schieberelement
aus einem anderen Material hergestellt ist als einer Formgedächtnislegierung;
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4B ist
eine ähnliche
Grafik wie in 4A im Falle einer Formgedächtnislegierung;
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5A ist
eine Vorderansicht mit Darstellung eines Beispiels der Vorrichtung,
welche diagonal angeordnete Schieberelemente aufweist;
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5B ist
eine Vorderansicht eines mit Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung,
welche vertikal und horizontal angeordnete Schieberelemente aufweist;
und
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6 stellt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dar, die partiell an einem Teil eines Fahrzeugs angebracht ist.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Fahrzeug M mit einer Vorrichtung 1 zum
Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie einer Mehrzahl
von Sensoren 2 zum Erfassen eines kollidierenden Objekts
sowie einer Steuereinheit 3 ausgestattet. Die Vorrichtung 1 und
die Sensoren 2 sind an einem Vorderanschlussfänger FB
installiert. Die Steuereinheit 3 steuert die Vorrichtung 1 auf
der Basis von durch die Sensoren 2 erfassten Signalen.
Die Sensoren 2 sind der Einfachheit halber von links nach
rechts in Bezug auf das Fahrzeug M klassifiziert als 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f.
In der folgenden Beschreibung beziehen sich Richtungen in Bezug
auf das Fahrzeug M wie folgt: eine Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs M, eine
Links-/Rechts-Richtung des Fahrzeugs M und eine vertikale Richtung
des Fahrzeugs M beziehen sich auf eine Fahrzeugfahrrichtung, eine
Fahrzeugquerrichtung bzw. eine vertikale Fahrzeugrichtung.
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Wie
in den 2A und 2B gezeigt,
enthält
die Vorrichtung 1 zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
hauptsächlich
eine Mehrzahl von Schieberelementen 4, ein Basiselement 5 und ein
verformbares Element 6. Jedes Schieberelement 4 ist
im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugfahrrichtung (Richtung der
Aufprallkraft) angeordnet. Das Basiselement 5 ist im Wesentlichen
orthogonal zu der Fahrzeugfahrrichtung angeordnet. Das verformbare
Element 6 hat einen Querschnitt, der im Wesentlichen U-förmig ist.
Ferner enthält
die Vorrichtung 1 zwei Stück von Rückhalte- bzw. Begrenzungsplatten
(Begrenzungselementen) 7, die zwischen dem Basiselement 5 und
dem verformbaren Element 6 angeordnet sind, sowie eine
Mehrzahl von Aktuatoren 8, die an dem Basiselement 5 angebracht
sind.
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Die
Schieberelemente 4, hier jeweils eine aus Formgedächtnislegierung
hergestellte im Wesentlichen rechteckige Platte, sind entlang einer Längsrichtung
des Basiselements 5 mit angenähert gleichmäßigen Abständen angeordnet.
Ein vorwärtiges
Ende 41 (ein erstes Ende) eines Schieberelements 4 ist
mit dem verformbaren Element 6 verbunden.
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Das
Basiselement 5, das eine im Wesentlichen rechteckige Platte
ist und sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckt, ist an einem
rückwärtigen Ende 42 (einem
zweiten Ende) des Schieberelements 4 angeordnet, so dass
beide Vorder- und Rückseiten 51 und 52 des
Basiselements 5 im Wesentlichen orthogonal zur Fahrzeugfahrrichtung
sind. Das Basiselement 5 hat eine Mehrzahl von Schlitzen 53,
deren Anzahl gleich jener der Schieberelemente 4 ist. Jeder
Schlitz 53 ist derart konfiguriert, dass das Schieberelement 4 sich
hindurchbewegen kann. Ein Aktuator 8, der auswählt, ob
sich das Schieberelement 4 in dem Schlitz 53 bewegen
darf oder nicht, ist in der Nähe
des Schlitzes 53 angebracht. In diesem Zusammenhang ist
ein Teil der Rückseite 52 des
Basiselements 5 an einem vorderen Abschnitt des in 1 gezeigten
Fahrzeugs gesichert, dort, wo der vordere Stoßfänger FB gesichert ist, um einen
Zwischenraum zu belassen, in dem sich das Schieberelement 4 bewegt.
Obwohl das oben beschriebene Basiselement 5 die Vorder-
und Rückseiten 51 und 52 aufweist,
die im Wesentlichen orthogonal zur Fahrzeugfahrrichtung sind, besteht
die Möglichkeit, andere
Typen auszuwählen.
Zum Beispiel könnte
in der praktischen Anwendung ein Basiselement mit gekrümmter Form
benutzt werden, das in Bezug auf die Fahrzeugfahrrichtung im Wesentlichen
symmetrisch ist, so dass das Basiselement an einem gekrümmten Abschnitt
angebracht wird, an dem ein Stoßfänger gesichert
ist. In diesem Fall ist das Basiselement derart angeordnet, dass
eine Tangente an seiner Vorderseite im Wesentlichen parallel zur
Fahrzeugquerrichtung ist.
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Das
verformbare Element 6, dessen Querschnitt im Wesentlichen
U-förmig
ist, hat einen linken Abschnitt 61, einen vorderen Abschnitt 62 und
einen rechten Abschnitt 63. Das verformbare Element 6 ist vor
Vorderenden 41 der Schieberelemente 4 angeordnet,
und der vordere Abschnitt 62 ist an den Schieberelementen 4 gesichert.
Ein Endabschnitt 61a des linken Abschnitts 61 und
ein Endabschnitt 63a des rechten Abschnitts 63 sind
an Endabschnitten 5a und 5b des Basiselements 5 gesichert.
Der linke Abschnitt 61 und der rechte Abschnitt 63 betreffen in
den beigefügten Ansprüchen „aufeinander
zuweisende Abschnitte des verformbaren Elements".
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Zwei
Begrenzungsplatten 7 sind im Wesentlichen rechteckige Elemente,
die in der Fahrzeugquerrichtung verlaufen und sind mit im Wesentlichen gleichmäßigen Abständen in
der Fahrzeugfahrrichtung und im Wesentlichen parallel zu dem Basiselement 5 angeordnet.
Jede Begrenzungsplatte 7 enthält eine Mehrzahl von Schlitzen 71,
durch die hindurch sich die Schieberelemente 4 bewegen.
Die Anzahl der Schlitze 71 ist gleich jener der Schieberelemente 4.
Jede Begrenzungsplatte 7, in deren Schlitze 71 die
Schieberelemente 4 eingesetzt sind, ist an dem linken Abschnitt 61 und
dem rechten Abschnitt 63 des verformbaren Elements gesichert.
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Der
Aktuator 8 ist ein elektromagnetisches Solenoid, das einen
beweglichen Stift 81 und einen Treiber 82 enthält. Der
Treiber 82 treibt den beweglichen Stift 81 an,
so dass sie sich in seiner axialen Richtung bewegen kann. Für jeden
Schlitz 53 ist ein Aktuator 8 vorgesehen. Die
Position des Aktuators 8 ist so, dass sie sich nicht nur
zum Ausfahren des Stifts 81 bewegen kann, um den Schlitz 53 zu überbrücken, sondern
auch den Stift 81 einfahren kann, um den Schlitz 53 freizugeben.
Auf diese Weise wählt
bei einer Kollision, durch Ein- und Ausfahren des beweglichen Stifts 81,
der Aktuator entweder das Zulassen, dass sich das Schieberelement 4 in
dem Schlitz 53 bewegt, oder das Verhindern, dass sich das
Schiebeelement 4 dort hineinbewegt.
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Wenn
in diesem Zusammenhang der Aktuator 8 ausgeschaltet ist,
befindet sich der bewegliche Stift in seiner eingefahrenen Stellung,
und wenn er eingeschaltet ist, bewegt sich der bewegliche Stift
hinaus, um das rückwärtige Ende 82 des
Schieberelements 4 mechanisch abzustützen. Zusätzlich hierzu wird der Aktuator,
der unter Normalbedingungen ausgeschaltet ist (vor dem Ereignis
einer Kollision), bei einer Kollision durch die Steuereinheit von
Aus zu Ein umgeschaltet. Alternativ besteht die Möglichkeit,
eine umgekehrte Beziehung zwischen dem Ein-/Aus des Aktuators 8 und
der Stellung des beweglichen Stifts 81 anzuwenden.
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Die
in 1 gezeigten Sensoren 2a–2f erfassen
die Härte
eines kollidierenden Objekts. Es besteht die Möglichkeit, für diese
Sensoren 2a–2f unterschiedliche
Typen von Vorrichtungen zu verwenden, wie etwa eine Kamera, welche
ein kollidierendes Objekt als Bild erfasst, einen Infrarotsensor,
der die Temperatur eines kollidierenden Objekts erfasst, sowie einen
Verformungssensor, der eine Verformung der Fahrzeugkarosserie bei
einer Kollision erfasst. Die Steuereinheit 3 bestimmt die
Härte eines
kollidierenden Objekts auf der Basis der Ausgabe der Sensoren 2a–2f,
wie etwa Bilddaten, Temperatur und Verformung, um hierdurch den
Aktuator 8 (siehe 2) gemäß der Härte und
der von einem Geschwindigkeitssensor (nicht gezeigt) erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit
zu steuern. Die Erfindung ist nicht auf Sensoren 2a–2f beschränkt, welche
die Härte
eines kollidierenden Objekts erfassen. Zum Beispiel könnte ein
Abstandssensor verewndet werden, der einen Abstand relativ zu einem
kollidierenden Objekt mit Laser- oder Ultraschallwelle misst. In diesem
Fall ist es möglich,
die Steifigkeit der Vorrichtung 1 entsprechend dem Kollisionstyp,
einer Offsetkollision und einer Vollüberdeckungskollision, auszuwählen.
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Die
Steuereinheit 3 bestimmt, dass die Größe eines kollidierenden Objekts
größer ist,
wenn vier oder mehr benachbarte Sensoren von den Sensoren 2a–2f Signale
erzeugen. Hingegen bestimmt die Steuereinheit 3, dass die
Größe kleiner
ist, wenn drei oder weniger benachbarte Sensoren Signale erzeugen.
Die Steuereinheit 3 steuert das Ein und Aus für die Aktuatoren 8 (siehe 2) gemäß der Härte und Größe eines
kollidierenden Objekts. Die Steuereinheit 3 steuert selektiv
die Aktuatoren 8, die für
die jeweiligen Schlitze 53 vorgesehen sind, in Anpassung an
einen Verformungsmodus für
jedes Schieberelement 4.
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Nun
wird ein Verformungsmodus in Bezug auf die 3A–3C beschrieben.
Ein Schieberelement 4 hat zwei Verformungsmodi. Einer ist
ein Nichtverformungsmodus, wie in 3B gezeigt,
worin sich das Schieberelement 4 ohne Verformung durch
den Schlitz 53 hindurchgewegt. Der andere ist ein dritter
Verformungsmodus, wie in 3C gezeigt, worin
sich das Schieberelement 4 mit drei Wellenbäuchen 4c verformt.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung für jeden Modus. In dem in 3B gezeigten
Nichtverformungsmodus bewegt sich das Schieberelement 4 ohne
Verformung in rückwärtige Richtung
des Fahrzeugs, da in Folge des Ausschaltes eines dem Schieberelement 4 zugeordneten
Aktuators 8 ein Schlitz 53 offen ist. In dem in 3C gezeigten
dritten Verformungsmodus wird verhindert, dass sich ein Schieberelement 4 bei
einer Kollision nach hinten bewegt, weil ein Aktuator 8 eingeschaltet ist
und ein beweglicher Stift 8 des Aktuators 8 einen Schlitz 53 überbrückt. Weil
zusätzlich
die Verformung des Schieberelements 4 an zwei Positionen
durch die zwei Begrenzungsplatten begrenzt ist, knickt das Schieberelement 4 in
dem dritten Verformungsmodus.
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Es
besteht die Möglichkeit,
die gesamte Steifigkeit der Schieberelemente 4, nämlich der
Steifigkeit einer Vorrichtung 1 zum Steuern der Steifigkeit einer
Fahrzeugkarosserie zu variieren, indem wie oben beschrieben ein
Verformungsmodus für
jedes Schiebeelement 4 gewählt wird. In der vorliegenden Ausführung ist
anzumerken, dass, weil ein Schieberelement 4 aus Formgedächtnislegierung
hergestellt ist, dieses eine hohe Knicklast bereitstellen kann, wenn
er in dem dritten Verformungsmodus knickt. Nachfolgend wird in Bezug
auf die 4A–4B eine
Last beschrieben, die einer Aufprallkraft widersteht, im Vergleich
zur vorliegenden Ausführung
unter Verwendung der Formgedächtnislegierung
und eines anderen Beispiels unter Verwendung eines üblichen
Materials, wie etwa Aluminium- und
Eisenlegierungen.
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Beruhend
auf den in den 4A und 4B gezeigten
Verlagerungen wird eine Knicklänge
für den
dritten Verformungsmodus erhalten. Die Knicklänge bedeutet eine Länge von
dem vorderen Abschnitt 62 des verformbaren Elements 6 zu
einer vorne angeordneten Begrenzungsplatte 7, eine Länge von
dieser Begrenzungsplatte 7 zu der dahinter angeordneten
anderen Begrenzungsplatte 7 oder eine Länge von der rückwärtigen Begrenzungsplatte 7 zu dem
Basiselement 5, wie in 3A gezeigt.
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Wie
in den 4A und 4B gezeigt,
fällt die
einer Aufprallkraft entgegenwirkende Widerstandslast nach dem Knicken
(Spitze der Kurve in der Grafik) im Falle des üblichen Materials ab. Andererseits
steigt im Falle der Formgedächtnislegierung
die Widerstandslast, die nach dem Knicken einmal abgefallen ist,
erneut an. Auf diese Weise ist die vorliegende Ausführung, welche
die Formgedächtnislegierung verwendet,
in der Lage, die Steifigkeit in dem dritten Verformungsmodus im
Vergleich zu dem üblichen Material
zu erhöhen.
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Nachfolgend
wird die Funktion der Vorrichtung 1 zum Steuern der Steifigkeit
einer Fahrzeugkarosserie anhand der 1–3 beschrieben.
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Zuerst
wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem relativ kleinen
Objekt kollidiert, wie etwa einem Telegrafenmast oder einem Kompaktfahrzeug.
Wenn das Fahrzeug M dabei ist, mit dem relativ kleinen Objekt zu
kollidieren, wird dies z. B. durch zwei benachbarte Sensoren 2b und 2c der Sensoren 2a–2f erfasst,
und die von den Sensoren 2b und 2c erfassten Signale
werden zu der Steuereinheit 3 geschickt. Die Steuereinheit 3 bestimmt, dass
das Objekt relativ klein ist, auf der Basis der Erkenntnis, dass
die Signale von den zwei benachbarten Sensoren 2b und 2c herkommen.
Wenn die Steuereinheit 3 dies bestimmt, hält sie alle
Aktuatoren 8 (siehe 2) ausgeschaltet,
auch unter Berücksichtigung
der Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen. Wie in 3B gezeigt,
bewegen sich, nachdem die Aufprallkraft auf die Vorrichtung 1 einwirkt, alle
Schieberelemente rückwärts ohne
Verformung, so dass die Aufprallkraft durch den vorderen Abschnitt 62 des
verformbaren Elements 2 und die zwei Begrenzungsplatten 7 absorbiert
werden.
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Als
nächstes
wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem relativ großen Objekt
wie etwa einem großen
Automobil kollidiert. Wenn das Fahrzeug M dabei ist, mit dem relativ
großen
Objekt zu kollidieren, wird dieses z. B. durch die vier benachbarten
Sensoren 2a–2d der
Sensoren 2a –2f erfasst, und
die von den Sensoren 2a–2d erfassten Signale werden
zu der Steuereinheit 3 geschickt. Die Steuereinheit 3 bestimmt,
dass das Objekt relativ groß ist, auf
der Basis zur Erkenntnis, dass die Signale von den vier benachbarten
Sensoren 2a–2d herkommen. Wenn
die Steuereinheit 3 dies bestimmt, aktiviert sie alle Aktuatoren 8 (siehe 2), auch unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit
und dergleichen. Wie in 3C gezeigt,
knicken, nachdem die Aufprallkraft auf die Vorrichtung 1 gewirkt
hat, alle Schiebeelemente 4 in dem dritten Verformungsmodus.
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Die
Erfindung ist nicht auf die obige Beschreibung eingeschränkt, worin
die Steuereinheit 3 gleichzeitig alle Aktuatoren 8 ein-
oder ausschaltet, so dass die Schieberelemente 4 gleichmäßig in dem dritten
Verformungsmodus oder dem Nichtverformungsmodus sind. Es besteht
die Möglichkeit
der selektiven Bestimmung eines geeigneten Modus für jedes
Schieberelemet 4 entsprechend den kollidierenden Objekten.
Eine beispielhafte Anordnung kann so sein, dass ein geeigneter Modus
für nur
einige der Schieberelemente 4 gesetzt wird, die sich an
der rechten Hälfte
befinden, welche eine Aufprallkraft erhält.
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Wenn,
wie in 3C gezeigt, die Aktuatoren 8 eingeschaltet
sind, knickt der linke Abschnitt 61 des verformbaren Elements 6 in
dem dritten Verformungsmodus in der gleichen Weise wie ein Schieberelement 4.
Dies gilt auch für
den rechten Abschnitt 63, der in 2 gezeigt
ist. Auf diese Weise wird die Steifigkeit des verformbaren Elements
in ähnlicher Weise
wie das des Schieberelements gesteuert.
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Obwohl
die Aktuatoren 8 entsprechend der Größe eines kollidierenden Objekts
gesteuert werden, wie oben beschrieben, ist die Erfindung nicht darauf
eingeschränkt.
Zum Beispiel besteht die Möglichkeit,
die Aktuatoren 8 entsprechend der Härte eines kollidierenden Objekts
zu steuern. Wenn in diesem Zusammenhang die Steuereinheit 3 bestimmt, dass
die Härte
des kollidierenden Objekts geringer als ein vorbestimmter Wert ist,
schaltet sie alle Aktuatoren 8 aus, um zu erlauben, dass
sich die Schieberelemente 4 ohne Verformung frei nach hinten
bewegen. Wenn die Steuereinheit 3 das Gegenteil bestimmt,
schaltet sie alle Aktuatoren 8 ein, um alle Schieberelemente 4 zu
blockieren, so dass sie in dem dritten Verformungsmodus knicken.
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Die
Erfindung hat folgende Vorteile:
Weil die Steifigkeit einer
Fahrzeugkarosserie gesteuert wird, indem ein Aktuator 8 eingestellt
wird, um entweder zu erlauben, dass sich ein Schieberelement 4 in
einen Schlitz 53 hineinbewegt, oder zu verhindern, dass
sich das Schieberelement 4 dort hineinbewegt, braucht die
Vorrichtung 1 zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
nicht so viel Energie wie eine herkömmliche. Dies führt nicht
nur zur Verkleinerung der Vorrichtung selbst sondern auch der Batterie zur
Stromversorgung der Selben.
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Weil
es möglich
ist, ein Schieberelement 4 in einem dritten Verformungsmodus
knicken zu lassen, in dem es mit zwei Begrenzungsplatten 7 an
zwei Positionen gehalten wird, nimmt die Steifigkeit des Schieberelements 4 zu.
Weil ferner das Schieberelement 4 aus Formgedächtnislegierung
hergestellt ist, ist es mit den zwei Begrenzungsplatten 7 möglich, die Steifigkeit
des Schieberelements 4 merklich zu erhöhen, während es in einem dritten Verformungsmodus verformt
wird. Im Ergebnis ist es möglich,
die Knicklast des Schieberelements 4 in einem weiten Bereich zu
variieren, was zu einer weiten Veränderung der Steifigkeit für die Fahrzeugkarosserie
führt.
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Weil
in dem dritten Verformungsmodus das verformbare Element 6 in
einer gleichen Weise wie das Schieberelement 4 knickt,
kann die Gesamtsteifigkeit der Vorrichtung 1 zum Steuern
der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie im dritten Verformungsmodus
merklich erhöht
werden. Weil ferner das Schieberelement 4 nur durch den
Schlitz 71 der Begrenzungsplatte 7 eingegrenzt
ist, ist es möglich,
die Struktur der Vorrichtung 1 zu vereinfachen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen
beschränkt,
worin das Schieberelement 4 parallel relativ zu der Fahrzeugfahrrichtung
angeordnet ist. Alternativ kann es möglich sein, dass die Vorrichtung 1 beliebig
angeordnet wird, so lange das Schieberelement 4 im Wesentlichen
parallel zur Aufprallkraft ist. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung 1 zum
Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie jeweils an rechten
und linken Seiten eines Fahrzeugs angeordnet werden, so dass ein Schieberelement 4 im
Wesentlichen parallel zur Fahrzeugquerrichtung ist, als Vorsorge
für eine
Seitenkollision.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Ausführung
beschränkt,
welche die Formgedächtnislegierung
nur für
das Schieberelement 4 verwendet. Es kann alternativ möglich sein,
eine Formgedächnislegierung, zusätzlich zu
dem Schieberelement 4, auch für das formbare Element 6 anzuwenden,
oder für
alle anderen Elemente. Wenn in dieser Hinsicht die Formgedächtnislegierung
an dem verformbaren Element 6 angewendet wird, nimmt die
Steifigkeit merklich zu, in Folge des Knickens der rechten und linken
Abschnitte 63 und 61 im dritten Verformungsmodus.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführung beschränkt, worin
die Abmessung der Vorrichtung 1 im Wesentlichen gleich
jeder des vorderen Stoßfängers FB
ist. Zum Beispiel kann es alternativ möglich sein, eine partielle
Vorrichtung 1 für einen
Teil eines Fahrzeugs vorzusehen, dessen Steifigkeit gesteuert werden
soll, wie etwa dem rechten oder linken Abschnitt des vorderen Stoßfängers FB und
das Vorderende eines Seitenrahmens FS, wie in 6 gezeigt.
Obwohl in der Ausführung
der Aktuator 8 entsprechend der Größe des kollidierenden Objekts
gesteuert wird, kann es alternativ möglich sein, den Aktuator 8 entsprechend Kollisionstypen
zu steuern, wie etwa einer Offsettkollision und einer Vollüberdeckungskollision.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Ausführung
beschränkt,
worin die Schieberelemente 4, von der Fahrzeugvorderseite
her betrachtet, vertikal angeordnet sind, in anderen Worten orthogonal
zur Fahrzeugquerrichtung. Es besteht die Möglichkeit, die Schieberelemente 4 beliebig
anzuordnen, so lange sie im Wesentlichen parallel zur Kollisionsrichtung sind.
Zum Beispiel kann es möglich
sein, die Schieberelemente 4, von der Vorderseite des Fahrzeugs her
betrachtet, diagonal anzuordnen, wie in 5A gezeigt.
Ferner kann es möglich
sein, die Schieberelemente 4 abwechselnd in vertikalen
und horizontalen Richtungen anzuordnen, wie in 5B gezeigt. In
diesem Zusammenhang ist es notwendig, die Schlitze 71 der
Begrenzungsplatte 7 und die Schlitze 53 der Basisplatte 5 so
einzustellen, dass sie zu den Richtungen der Schieberelemente 4 passen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Ausführung
beschränkt,
worin die zwei Begrenzungsplatten 7 vorgesehen sind, so
dass die Schieberelemente 4 im dritten Verformungsmodus
knicken. Es kann alternativ möglich
sein, die Schieberelemente 4, durch Weglassen der Begrenzungsplatten 7,
in einem ersten Verformungsmodus zu knicken. Es kann auch alternativ
möglich
sein, eine, drei, vier oder mehr Begrenzungsplatten anzuwenden,
so dass die Schieberelemente in einem zweiten, vierten, fünften oder
höheren
Verformungsmodus knicken.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Ausführung
beschränkt,
worin das Schieberelement 4 plattenartig ist. Es kann alternativ
möglich
sein, ein stangenartiges Element oder ein lineares Element anzuwenden.
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Die
Erfindung ist auch nicht auf die Ausführung beschränkt, in
der ein Plattenelement, nämlich die
Begrenzungsplatte 7 verwendet wird. Zum Beispiel ist es
möglich,
ein Schieberelement 4 auszuwählen, das einen in der Fahrzeugfahrrichtung
verlaufenden Schlitz aufweist. Eine Stange, die eine Bewegung des
Schieberelements 4 entlang dem Schlitz erlaubt, wird an
den rechten und linken Abschnitten 63 und 61 des
verformbaren Elements 6 gehalten. Vorgesehen ist dann ein
Flansch, der eine Bewegung des Schieberelements 4 in der
Fahrzeugquerrichtung begrenzt, aber erlaubt, dass es sich in der
Fahrzeugfahrrichtung frei bewegt. Auf diese Weise kann eine andere
Methode der Begrenzung im Hinblick auf die Begrenzungsplatte 7 eingeführt werden.
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Es
wird eine Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
angegeben, welche ein Schieberelement, ein Basiselement, ein verformbares
Element und einen Aktuator enthält. Das
Schieberelement ist parallel zur Richtung einer Aufprallkraft angeordnet,
die auf ein erstes Ende des Schieberelements wirkt. Das Basiselement,
das an einem zweiten Ende des Schieberelements angeordnet ist, enthält einen
Schlitz, in dem sich das Schieberelement bewegt. Das verformbare
Element ist an dem ersten Ende des Schieberelements angeordnet. Beide
Enden des verformbaren Elements sind mit dem Basiselement verbunden,
und ein Querschnitt des verformbaren Elements ist im Wesentlichen U-förmig. Bei
einer Kollision erlaubt der Aktuator entweder, dass sich das Schieberelement
in dem Schlitz bewegt, oder verhindert, dass sich das Schieberelement
in dem Schlitz bewegt.