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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches mindestens ein tragendes Element einer tragenden Struktur des Fahrzeugs umfasst, das mit mindestens einer strukturellen Schwächung versehen ist, so dass das mindestens eine tragende Element bei Überschreiten einer vorgegebenen Belastungsgrenze im Bereich der mindestens einen strukturellen Schwächung gezielt deformierbar ist.
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Fahrzeuge können mit strukturellen Schwächungen, beispielsweise mit Sollbruchstellen, versehen sein, um im Falle einer Kollision des Fahrzeugs mit einem kollidierenden Objekt eine gezielte Deformation der tragenden Struktur des Fahrzeugs zu ermöglichen. Insbesondere kann hierdurch eine gezielte Deformation der tragenden Struktur des Fahrzeugs außerhalb eines Fahrgastraumes ermöglicht werden, so dass Personen, welche sich in dem Fahrgastraum befinden, die Kollision möglichst unverletzt überstehen. Durch die Verwendung von solchen strukturellen Schwächungen kann jedoch die Stabilität der tragenden Struktur im Normalbetrieb des Fahrzeugs beeinträchtigt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine stabile tragende Struktur aufweist, die im Falle einer Kollision des Fahrzeugs mit einem kollidierenden Objekt gezielt deformierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Fahrzeug mindestens eine Kompensationsvorrichtung umfasst, welche mindestens ein Kompensationselement aufweist, das zur Kompensation mindestens einer strukturellen Schwächung mindestens eines tragenden Elements in einer Kompensationsstellung und zur Freigabe der mindestens einen strukturellen Schwächung in einer Freigabestellung anordenbar ist.
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Dadurch, dass das Fahrzeug mindestens eine Kompensationsvorrichtung umfasst, welche mindestens ein Kompensationselement aufweist, kann wahlweise eine Kompensation der strukturellen Schwächung zur Bereitstellung einer stabilen tragenden Struktur oder eine Freigabe mindestens einer strukturellen Schwächung zur gezielten Deformation des mindestens einen tragenden Elements der tragenden Struktur im Falle einer Kollision des Fahrzeugs mit einem kollidierenden Objekt erfolgen.
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Unter einer tragenden Struktur ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere die Summe derjenigen Elemente des Fahrzeugs zu verstehen, welche die Stabilität, Biegesteifigkeit und/oder die Torsionssteifigkeit des Fahrzeugs im Fahrbetrieb und/oder im Falle einer Kollision mit einem kollidierenden Objekt gewährleisten.
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Ein tragendes Element der tragenden Struktur dient insbesondere der Aufnahme und/oder Weiterleitung von statischen und/oder dynamischen Kräften.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung und/oder aus der Freigabestellung in die Kompensationsstellung bringbar ist.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Kompensationselement im Wesentlichen unbeschädigt aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung und/oder im Wesentlichen unbeschädigt aus der Freigabestellung in die Kompensationsstellung bringbar. Auf diese Weise kann das mindestens eine Kompensationselement wartungsfrei wiederholt betätigt werden.
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Günstig ist es, wenn mindestens eine Kompensationsvorrichtung mindestens eine Antriebsvorrichtung umfasst, mittels welcher mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung und/oder aus der Freigabestellung in die Kompensationsstellung bringbar ist. Auf diese Weise kann das mindestens eine Kompensationselement automatisch, insbesondere gesteuert und/oder geregelt, aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung und/oder aus der Freigabestellung in die Kompensationsstellung gebracht werden.
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Mindestens eine Antriebsvorrichtung kann beispielsweise als eine pneumatische Antriebsvorrichtung, insbesondere als ein Gasgenerator, ausgebildet sein. Die mindestens eine Antriebsvorrichtung wird vorzugsweise mittels Druckluft betätigt.
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Ein Gasgenerator ermöglicht insbesondere eine besonders schnelle Betätigung mindestens eines Kompensationselements, so dass dieses besonders schnell aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar ist.
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Die Kompensationsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Rückholmechanismus, insbesondere eine Rückholvorrichtung, mittels welcher das Kompensationselement nach einer Bewegung desselben aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung zurück in die Kompensationsstellung bringbar ist.
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Die Rückholvorrichtung kann beispielsweise durch die Antriebsvorrichtung gebildet sein. Insbesondere dann, wenn die Antriebsvorrichtung als ein Gasgenerator ausgebildet ist, kann jedoch vorgesehen sein, dass die Rückholvorrichtung eine von der Antriebsvorrichtung separate Vorrichtung ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Rückholvorrichtung eine Feder umfasst. Auf diese Weise ist das mindestens eine Kompensationselement besonders einfach aus der Freigabestellung zurück in die Kompensationsstellung bringbar.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Antriebsvorrichtung elektrisch angetrieben ist. Insbesondere umfasst die Antriebsvorrichtung dann einen Elektromotor, mittels welchem mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung und/oder aus der Freigabestellung in die Kompensationsstellung bringbar ist.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens eine Antriebsvorrichtung wartungsfrei wiederholt betätigbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels mindestens einer Antriebsvorrichtung wartungsfrei mindestens ein Kompensationselement, vorzugsweise wiederholt, aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung und/oder aus der Freigabestellung in die Kompensationsstellung bringbar ist.
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Günstig ist es, wenn mindestens eine Antriebsvorrichtung ohne einen Eingriff eines Benutzers, insbesondere ohne einen Austausch von Teilen, mehrfach hintereinander betätigbar ist, so dass das Kompensationselement ohne einen Eingriff eines Benutzers, insbesondere ohne einen Austausch von Teilen, mehrfach hintereinander aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung und zurück in die Kompensationsstellung bringbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Kompensationselement zur Kompensation mindestens einer strukturellen Schwächung des mindestens einen tragenden Elements verschiebbar an dem mindestens einen tragenden Element angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Kompensationselement als eine Hülse ausgebildet ist, welche das mindestens eine tragende Element zumindest teilweise umgibt und verschiebbar an demselben angeordnet ist.
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Günstig kann es sein, wenn mindestens eine strukturelle Schwächung in mindestens einem tragenden Element durch eine formbedingte und/oder materialbedingte Schwachstelle in dem mindestens einen tragenden Element gebildet ist.
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Vorzugsweise ist mindestens eine formbedingte und/oder materialbedingte Schwachstelle mittels mindestens eines in der Kompensationsstellung angeordneten Kompensationselements kompensierbar. Auf diese Weise kann die Stabilität und/oder Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit und/oder Verwindungssteifigkeit, des mindestens einen tragenden Elements zumindest soweit erhöht werden, dass dessen Stabilität und/oder Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit und/oder Verwindungssteifigkeit, derjenigen eines im Wesentlichen baugleichen tragenden Elements ohne Schwachstelle entspricht.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Sensorvorrichtung umfasst, mittels welcher ermittelbar ist, ob eine Kollision des Fahrzeugs mit einem kollidierenden Objekt bevorsteht. Auf diese Weise kann das Fahrzeug in einen Vorbereitungszustand zur Vorbereitung des bevorstehenden Aufpralls gebracht werden. Insbesondere kann hierdurch mindestens ein Kompensationselement in dessen Freigabestellung gebracht werden, um die gezielte Deformation der tragenden Struktur des Fahrzeugs durch die bevorstehenden Kollision zu ermöglichen.
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Insbesondere ist mittels der Sensorvorrichtung ermittelbar, ob eine Kollision des Fahrzeugs mit einem kollidierenden Objekt unvermeidbar ist. Hierzu kann insbesondere eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, mittels welcher verschiedene Fahrzeugdaten, insbesondere Telemetriedaten, erfasst und ausgewertet werden, so dass auf eine nicht mehr oder nicht mehr ausreichend veränderbare voraussichtliche Bewegungsbahn des Fahrzeugs und/oder des kollidierenden Objekts und somit auf deren Kollision miteinander geschlossen werden kann.
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Unter einer Kollision ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen nicht ausschließlich ein Zusammenprall eines Fahrzeugs mit einem Hindernis, sondern auch ein Überschlag des Fahrzeugs zu verstehen, in welchem beispielsweise eine Seitenwand oder das Dach des Fahrzeugs mit der Fahrbahn kollidiert.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn das Fahrzeug eine Sensorvorrichtung umfasst, mittels welcher ermittelbar ist, ob eine Kollision des Fahrzeugs mit einem kollidierenden Objekt erfolgt. Insbesondere kann hierbei eine beginnende Deformation einer äußeren Beplankung, insbesondere einer Außenhaut des Fahrzeugs, erfasst werden. Vorzugsweise kann mindestens ein Kompensationselement in eine Freigabestellung gebracht werden, bevor die bei der Kollision eingeleitete Kraft eine unerwünschte Deformation der tragenden Struktur bewirkt oder die eingeleitete Kraft in einer unerwünschten Richtung mittels der tragenden Struktur weitergeleitet wird.
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Mittels der Sensorvorrichtung ist vorzugsweise mindestens eine Kompensationsvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar, dass mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar ist, bevor aufgrund der Kollision Kräfte in das tragende Element eingeleitet werden.
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Vorzugsweise werden gezielt einzelne Bereiche des Fahrzeugs aktiviert, das heißt, dass vorzugsweise mehrere tragende Elemente mit mehreren Kompensationselementen vorgesehen sind und dass, in Abhängigkeit von einem ermittelten Schweregrad der bevorstehenden und/oder erfolgenden Kollision, gezielt einzelne oder sämtliche Kompensationselemente in die Freigabestellung bringbar sind.
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Mittels der Sensorvorrichtung ist ferner vorzugsweise mindestens eine Kompensationsvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar, dass mindestens ein Kompensationselement aus der Freigabestellung in die Kompensationsstellung bringbar ist, wenn eine ermittelte bevorstehende Kollision ausbleibt. Auf diese Weise kann eine automatische Wiederherstellung eines Ausgangszustands des Fahrzeugs erfolgen. Insbesondere ist hierfür kein Wartungseingriff notwendig.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein tragendes Element ein Längsträger, ein Querträger, eine Längsstrebe und/oder eine Querstrebe der tragenden Struktur des Fahrzeugs ist.
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Grundsätzlich kann das Fahrzeug ein beliebiges Fahrzeug, insbesondere ein Landfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Kleintransportfahrzeug, sein.
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Ferner kann das erfindungsgemäße Fahrzeug die nachfolgend beschriebenen Vorteile aufweisen:
Mittels der erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung kann ein Fahrzeug mit einer aktiven Sicherheitsstruktur bereitgestellt werden, wobei Crashenergie gezielt aufgenommen und, insbesondere durch Verformung, abgebaut werden kann.
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Mittels der Kompensationsvorrichtung kann das Fahrzeug vorzugsweise an unterschiedliche Crashszenarien angepasst werden, wobei vorzugsweise zugleich eine geringe Gesamtmasse des Fahrzeugs gewährleistet werden kann.
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Durch die Verwendung mindestens einer Kompensationsvorrichtung kann ein üblicherweise bei passiven Triggerungsmechanismen notwendiger Materialmehraufwand vermieden werden.
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Vorzugsweise weist das Fahrzeug einen aktiven Triggerungsmechanismus auf, welcher unter Nutzung von Pre-Crash-Sensorik im Falle eines (bevorstehenden) Crashs freigeschaltet werden kann. Im Normalbetrieb weist die tragende Struktur des Fahrzeugs vorzugsweise ausschließlich kompensierte Schwächungen und somit effektiv keine tatsächlichen Schwächungen auf.
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Vorzugsweise kann die aktive Triggerung an den jeweiligen Crashfall spezifisch angepasst werden.
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Durch die Verwendung mindestens einer Kompensationsvorrichtung kann die Strukturfestigkeit und Steifigkeit näher an das Optimum aus gewichtsspezifischer Festigkeit und Steifigkeit gebracht werden. Bei gleichem Gewicht kann eine höhere Fahrzeugverwindungssteifigkeit und/oder Biegesteifigkeit erreicht werden, wodurch sich die Gesamthandlingeigenschaften des Fahrzeugs verbessern.
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Ferner kann bei gleichem Strukturgewicht eine höhere Crashsicherheit (bei Intrusion, Verformung und/oder Innenraumbeschleunigung) bei dem Fahrzeug und/oder bei dem kollidierenden Objekt erreicht werden.
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Insbesondere beim Einsatz von aktiven Triggerungen in tragenden Biegestrukturen können diese in ihrer gewichtsspezifischen Festigkeit verbessert werden.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist vorzugsweise eine wahlweise aktivierbare und deaktivierbare Strukturschwächung auf. Vorzugsweise kann eine Strukturschwächung unabhängig voneinander in mehreren Richtungen, beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung und/oder in Fahrzeugquerrichtung, erfolgen.
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Günstig kann es sein, wenn mehrere strukturelle Schwächungen bezüglich einer vorgegebenen Richtung hintereinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind diese strukturellen Schwächungen unabhängig voneinander aktivierbar und/oder deaktivierbar.
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Die tragende Struktur des Fahrzeugs kann beispielsweise ein Karosserie-Rohbau (ohne Türen) sein.
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Mindestens ein Kompensationselement mindestens einer Kompensationsvorrichtung ist vorzugsweise relativ zu mindestens einem tragenden Element mechanisch bewegbar, insbesondere verschiebbar.
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Durch die Verwendung mindestens einer Kompensationsvorrichtung und die Möglichkeit der Freigabe mindestens einer strukturellen Schwächung kann eine Krafteinleitung in mindestens ein tragendes Element der tragenden Struktur derart erfolgen, dass sich ein zunehmendes oder gleichbleibendes Lastniveau ergibt und insbesondere eine hohe Lastspitze unmittelbar nach Kollisionsbeginn vermieden wird.
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Mindestens ein tragendes Element der tragenden Struktur umfasst vorzugsweise ein metallisches Material, beispielsweise Stahl, Aluminium und/oder Magnesium, oder ist aus einem metallischen Material, beispielsweise Stahl, Aluminium oder Magnesium, gebildet.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein tragendes Element der tragenden Struktur ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffmaterial, beispielsweise glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) und/oder aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFK), umfasst oder aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder aus aramidfaserverstärktem Kunststoff (AFK), gebildet ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Kompensationselement mindestens einer Kompensationsvorrichtung Sprengstoff umfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in mindestens ein Kompensationselement mindestens einer Kompensationsvorrichtung ein Sprengstoff integriert ist.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Sprengstoff ein Sprengstoff ist, welcher bei der Gebäudeabrisstechnik oder im Bergbau zum Einsatz kommt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sprengstoff Bleiazid, Tetryl und/oder Nitropenta umfasst oder aus Bleiazid, Tetryl und/oder Nitropenta gebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sprengstoff als ein plastischer Sprengstoff (Plastiksprengstoff) ausgebildet ist. Insbesondere kann der Sprengstoff Semtex® umfassen oder aus Semtex® gebildet sein.
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Günstig kann es sein, wenn mindestens ein Kompensationselement einen Schichtaufbau, insbesondere einen faserverstärkten Schichtaufbau, aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Schicht Sprengstoff umfasst oder durch Sprengstoff gebildet ist.
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Mindestens ein Kompensationselement mindestens einer Kompensationsvorrichtung ist vorzugsweise dadurch aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar, dass das mindestens eine Kompensationselement beschädigt oder zerstört wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Kompensationselement, welches zunächst in der Kompensationsstellung angeordnet ist, wegsprengbar ist. Die mindestens eine strukturelle Schwächung kann hierdurch freigelegt werden, so dass effektiv das (zerstörte) Kompensationselement in der Freigabestellung angeordnet ist.
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Mindestens ein Kompensationselement umfasst vorzugsweise mindestens ein faserverstärktes Material, beispielsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) und/oder aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFK). Ein solches Kompensationselement ist mittels Sprengstoff besonders leicht sprengbar.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug eine Sensorvorrichtung, mittels welcher die Größe und/oder die Art des kollidierenden Objekts ermittelbar ist.
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Insbesondere ist mittels der Sensorvorrichtung vorzugsweise dann, wenn das kollidierende Objekt ein Fahrzeug ist, ein Abstand zweier Außenspiegel des Fahrzeugs voneinander ermittelbar. Hieraus kann vorzugsweise auf die Größe und somit (indirekt) auf die Masse des kollidierenden Objekts geschlossen werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels der Sensorvorrichtung eine Silhouette des kollidierenden Objekts ermittelbar ist, um auf die Art, die Größe und/oder (indirekt) die Masse des kollidierenden Objekts schließen zu können. Beispielsweise ist mittels der Sensorvorrichtung ermittelbar, ob das kollidierende Objekt ein Lastkraftwagen, ein Personenkraftwagen oder ein Kleintransportfahrzeug ist.
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Mittels der Sensorvorrichtung des Fahrzeugs ist vorzugsweise mindestens eine Kompensationsvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar, dass in Abhängigkeit von einer ermittelten Größe und/oder Art und/oder Masse des kollidierenden Objekts mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar ist.
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Bei der Steuerung und/oder Regelung mittels der Sensorvorrichtung kann somit vorzugsweise die Größe, die Art und/oder die Masse des kollidierenden Objekts berücksichtigt werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels der Sensorvorrichtung mindestens eine Kompensationsvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar ist, dass in Abhängigkeit von der Größe, der Art und/oder der Masse des Fahrzeugs mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar ist.
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Besonders günstig kann es sein, wenn mittels der Sensorvorrichtung mindestens eine Kompensationsvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar ist, dass in Abhängigkeit von einem Verhältnis der Größen und/oder Massen des kollidierenden Objekts einerseits und des Fahrzeugs andererseits mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar ist. Auf diese Weise kann insbesondere ein großer Größenunterschied und/oder Massenunterschied zwischen dem Fahrzeug und dem kollidierenden Objekt bei der Aktivierung der Kompensationsvorrichtung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann ein Längsträger des Fahrzeugs gezielt geschwächt werden, wenn mittels der Sensorvorrichtung ermittelt wird, dass eine Kollision mit einem kollidierenden Objekt kleinerer Größe und/oder kleinerer Masse als derjenigen des Fahrzeugs bevorsteht oder erfolgt. Hierdurch kann eine gezielte Schwächung des Längsträgers des Fahrzeugs erzielt werden, so dass eine größere Energiemenge in dem Fahrzeug absorbierbar ist und somit eine geringere Deformation des kollidierenden Objekts erfolgt. Auf diese Weise kann ein Partnerschutz, das heißt ein Schutz des Kollisionspartners, erzielt werden. Insbesondere dann, wenn das kollidierende Objekt ein Fahrzeug mit Fahrzeuginsassen ist, kann hierdurch ein zusätzlicher Schutz der in dem kollidierenden Objekt befindlichen Personen realisiert werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels der Sensorvorrichtung mindestens eine Kompensationsvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar ist, dass in Abhängigkeit von von dem kollidierenden Objekt übertragenen und mittels der Sensorvorrichtung erhaltenen Daten, beispielsweise Telemetriedaten und/oder Daten bezüglich der Größe, der Art und/oder der Masse des kollidierenden Objekts, mindestens ein Kompensationselement aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar ist.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug eine tragende Struktur, welche eine Integralbauweise und/oder eine Profilbauweise aufweist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die tragende Struktur des Fahrzeugs zumindest abschnittsweise aus Profilen, vorzugsweise stranggepressten Profilen, gebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die tragende Struktur mehrere, insbesondere stranggepresste, Profile umfasst, welche miteinander verschweißt sind.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Profil der tragenden Struktur des Fahrzeugs aus Aluminium gebildet.
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Mindestens ein Profil der tragenden Struktur des Fahrzeugs bildet vorzugsweise ein tragendes Element. Auf diese Weise kann die tragende Struktur besonders einfach mit einer strukturellen Schwächung und/oder einer Kompensationsvorrichtung versehen werden. Insbesondere können derartige Profile vorzugsweise besonders einfach mit Strukturtriggerungen versehen werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs, welches eine tragende Struktur mit einer Vielzahl von tragenden Elementen aufweist;
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2 eine schematische Draufsicht von unten auf eine Unterseite des Fahrzeugs aus 1 und eines weiteren Fahrzeugs vor einer Kollision der beiden Fahrzeuge miteinander;
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3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I in 2, wobei ein Kompensationselement einer Kompensationsvorrichtung in einer Kompensationsstellung zur Kompensation einer strukturellen Schwächung eines tragenden Elements der tragenden Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist;
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4 eine der 3 entsprechende schematische Darstellung des Bereichs I in 2, wobei das Kompensationselement in einer Freigabestellung zur Freigabe der strukturellen Schwächung des tragenden Elements der tragenden Struktur des Fahrzeugs angeordnet ist;
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5 eine schematische Darstellung eines tragenden Elements zur Illustration der Funktionsweise der Kompensationsvorrichtung;
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6 eine der 5 entsprechende schematische Darstellung des tragenden Elements, wobei das tragende Element mit einem Kompensationselement versehen ist, welches in einer Kompensationsstellung angeordnet ist; und
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7 eine der 6 entsprechende schematische Darstellung des tragenden Elements, wobei das Kompensationselement in einer Freigabestellung angeordnet ist.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein in den 1 bis 7 dargestelltes, als Ganzes mit 100 bezeichnetes Fahrzeug ist beispielsweise als ein Kraftfahrzeug ausgebildet und umfasst als solches eine tragende Struktur 102, welche beispielsweise als eine selbsttragende Fahrzeugkarosserie ausgebildet ist.
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Die tragende Struktur 102 umfasst eine Vielzahl von tragenden Elementen 104, welche beispielsweise als Längsträger 106, die sich längs einer Fahrzeuglängsrichtung 108 erstrecken, oder als Querträger 110, die sich längs einer senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung 108 und im Wesentlichen horizontal erstreckenden Fahrzeugquerrichtung 112 erstrecken, ausgebildet sind.
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Die tragende Struktur 102 des Fahrzeugs 100 dient insbesondere der Gewährleistung der Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit, und der Stabilität des Fahrzeugs 100. Insbesondere können mittels der tragenden Struktur 102 in dem Fahrzeug 100 befindliche Personen im Falle eines Unfalls, beispielsweise einer Kollision des Fahrzeugs 100 mit einem weiteren Fahrzeug 100, vor Verletzungen geschützt werden.
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Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, umfasst das Fahrzeug 100 eine Sensorvorrichtung 114, mittels welcher das ebenfalls in 2 dargestellte weitere Fahrzeug 100 erfassbar ist.
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Insbesondere ist mittels der Sensorvorrichtung 114 erfassbar, ob eine Kollision der beiden Fahrzeuge 100 miteinander bevorsteht.
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Bei dem in 2 dargestellten Beispiel steht eine Kollision der beiden Fahrzeuge 100 miteinander derart bevor, dass das eine Fahrzeug 100 das andere Fahrzeug 100 seitlich in einem Vorderbereich 116 des Fahrzeugs 100 (Vorderwagen) trifft, das heißt, in der Fahrzeugquerrichtung 112 auf das erste Fahrzeug 100 aufprallt.
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Das seitlich auftreffende Fahrzeug 100 bildet somit für das zuvor beschriebene Fahrzeug 100 ein kollidierendes Objekt 118, welches insbesondere auf einen in dem Vorderbereich 116 des Fahrzeugs 100 angeordneten Querträger 110 der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 auftrifft.
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Mittels der Sensorvorrichtung 114 des Fahrzeugs 100 kann die Art und der Schweregrad der voraussichtlichen Kollision des Fahrzeugs 100 mit dem kollidierenden Objekt 118 ermittelt werden.
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Das Fahrzeug 100 kann dann in einen Vorbereitungszustand gebracht werden, in welchem das Fahrzeug 100 auf die bevorstehende Kollision vorbereitet wird.
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Wie insbesondere den 3 und 4 zu entnehmen ist, umfasst das Fahrzeug 100 hierzu mindestens eine Kompensationsvorrichtung 120, welche mindestens ein Kompensationselement 122 aufweist.
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Mittels des mindestens einen Kompensationselements 122 kann eine strukturelle Schwächung 124 in dem tragenden Element 104 (in dem Querträger 110) kompensiert werden. Das Kompensationselement 122 ist hierzu als eine Hülse 126 ausgebildet, welche das tragende Element 104 umgibt und auf dem tragenden Element 104 verschiebbar angeordnet ist.
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Das Kompensationselement 122 kann somit auf dem tragenden Element 104 in verschiedenen Stellungen angeordnet werden.
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Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, kann das Kompensationselement 122 in einer Kompensationsstellung angeordnet werden, in welcher das Kompensationselement 122 die strukturelle Schwächung 124 in dem tragenden Element 104 umgibt. In dieser Kompensationsstellung kompensiert das Kompensationselement 122 die strukturelle Schwächung 124 in dem tragenden Element 104, so dass die Stabilität und die Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit und/oder Torsionssteifigkeit, des tragenden Elements 104 zumindest näherungsweise derjenigen Stabilität und Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit und/oder Torsionssteifigkeit, eines tragenden Elements 104 entspricht, welches im Wesentlichen baugleich mit dem tragenden Element 104 ausgebildet ist, jedoch keine strukturelle Schwächung 124 aufweist.
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Die strukturelle Schwächung 124 in dem tragenden Element 104 ist beispielsweise als eine Kerbe und somit als eine formbedingte Schwachstelle 128 in dem tragenden Element 104 ausgebildet.
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Bei einer Krafteinleitung in das tragende Element 104 kann somit an der Stelle der strukturellen Schwächung 124 gezielt ein Versagensvorgang, beispielsweise ein Knick- und/oder Faltvorgang (bei metallischen Materialien) und/oder ein Crushingvorgang (bei faserverstärkten Kunststoffen), eingeleitet werden.
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Wenn jedoch das Kompensationselement 122 in der Kompensationsstellung (siehe 3) angeordnet ist, verhält sich das tragende Element 104 so, als ob keine strukturelle Schwächung 124 vorhanden wäre.
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Die Kompensationsvorrichtung 120 weist eine Antriebsvorrichtung 130 auf, mittels welcher das Kompensationselement 122 entlang des tragenden Elements 104 verschiebbar ist.
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Insbesondere ist das Kompensationselement 122 mittels der Antriebsvorrichtung 130 aus der Kompensationsstellung (siehe 3) in eine in 4 dargestellte Freigabestellung bewegbar.
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Die Antriebsvorrichtung 130 ist beispielsweise als eine pneumatische oder elektrische Antriebsvorrichtung ausgebildet. Wesentlich hierbei ist, dass das Kompensationselement 122 sehr schnell von der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar ist.
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Vorzugsweise kann das Kompensationselement 122 nach einer Bewegung desselben aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung erneut zurück in die Kompensationsstellung bewegt werden. Insbesondere kann diese Zurückbewegung mittels der Antriebsvorrichtung 130 erfolgen.
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Bei einer Kollision des Fahrzeugs 100 mit dem weiteren Fahrzeug 100 (kollidierendes Objekt 118) funktioniert die Sensorvorrichtung 114 und die Kompensationsvorrichtung 120 wie folgt:
Mittels der Sensorvorrichtung 114 wird erkannt, ob sich das kollidierende Objekt 118 in einer Weise nähert, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Kollision erwarten lässt. Wenn nun eine solche Kollision bevorsteht, so wird mittels der Sensorvorrichtung 114 ein Signal an die Kompensationsvorrichtung 120 gesendet, so dass mittels der Kompensationsvorrichtung 120 das tragende Element 104 auf die Kollision vorbereitet werden kann.
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Das Kompensationselement 122 wird hierzu mittels der Antriebsvorrichtung 130 aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung gebracht, so dass die strukturelle Schwächung 124 an dem tragenden Element 104 freigelegt ist.
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Wenn nun das kollidierende Objekt 118 auf das Fahrzeug 100 aufprallt, so kann das tragende Element 104 in dem Bereich der strukturellen Schwächung 124 gezielt versagen und somit gezielt Energie aufgenommen werden. Die Belastung der tragenden Struktur 102 des Fahrzeugs 100 und insbesondere die Belastung von in dem Fahrzeug 100 befindlichen Personen wird hierdurch reduziert.
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Es kann vorkommen, dass die Sensorvorrichtung 114 eine bevorstehende Kollision an die Kompensationsvorrichtung 120 meldet und die Kompensationsvorrichtung 120 das Kompensationselement 122 aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringt, eine Kollision dann jedoch nicht erfolgt.
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Der ursprüngliche Benutzungszustand des Fahrzeugs 100 kann in einem solchen Fall dadurch wiederhergestellt werden, dass mittels der Antriebsvorrichtung 130 das Kompensationselement 122 aus der in 4 dargestellten Freigabestellung zurück in die in 3 dargestellte Kompensationsstellung gebracht wird. Die strukturelle Schwächung 124 in dem tragenden Element 104 ist dann mittels des Kompensationselements 122 erneut kompensiert, so dass das Fahrzeug 100 in den fahrbereiten Zustand zurückversetzt wird und normal weiterverwendbar ist.
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Zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise der Kompensationsvorrichtung 120 dienen die 5 bis 7.
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In 5 ist hierzu ein tragendes Element 104 mit einer strukturellen Schwächung 124 dargestellt, welches nicht mit einer Kompensationsvorrichtung 120 versehen ist. Bei einer starken Belastung des tragenden Elements 104 kann das tragende Element 104 im Bereich der strukturellen Schwächung 124 versagen. Ohne die Anordnung einer Kompensationsvorrichtung 120 kann nicht zwischen einer zu starken Belastung durch eine Kollision einerseits und einer anderweitigen zu starken Belastung, welche jedoch keine Gefährdung der in dem Fahrzeug 100 befindlichen Personen zur Folge hat, andererseits unterschieden werden. Das tragende Element 104 in 5 ist folglich anfällig für unerwünschte Beschädigungen.
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Wie den 6 und 7 zu entnehmen ist, ermöglicht die Verwendung einer Kompensationsvorrichtung 120, die strukturelle Schwächung 124 wahlweise zu kompensieren (6) oder freizulegen (7).
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Das Kompensationselement 122 der Kompensationsvorrichtung 120 bildet dabei in der Kompensationsstellung insbesondere eine Brücke 132 im Bereich der strukturellen Schwächung 124, so dass in das tragende Element 104 eingeleitete Kräfte mittels des tragenden Elements 104 ohne eine Beschädigung desselben aufgenommen und/oder weitergeleitet werden können.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der Kompensationsvorrichtung 120 kann vorgesehen sein, dass das Kompensationselement 122 nicht verschiebbar an dem tragenden Element 104 angeordnet, sondern an dem tragenden Element 104 in der Kompensationsstellung festgelegt ist. Das Kompensationselement 122 ist beispielsweise als eine Hülse 126 ausgebildet, welche das tragende Element 104 zumindest abschnittsweise umgibt und eine strukturelle Schwächung 124 in dem tragenden Element 104 kompensiert. Das Kompensationselement 122 umfasst Sprengstoff, mittels welchem das Kompensationselement 122 deformiert oder zerstört werden kann. Hierdurch ist das Kompensationselement 122 aus der Kompensationsstellung in die Freigabestellung bringbar, in welcher die strukturelle Schwächung 124 in dem tragenden Element 104 freigegeben ist. Eine Rückkehr in die Kompensationsstellung ist dann selbstverständlich nicht möglich. Vielmehr kann die Kompensationsstellung der Kompensationsvorrichtung 120 dadurch wiederhergestellt werden, dass ein neues Kompensationselement 122 an dem tragenden Element 104 angeordnet wird.
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Dadurch, dass das Fahrzeug 100 mindestens eine Kompensationsvorrichtung 120 umfasst, welche mindestens ein Kompensationselement 122 aufweist, das zur Kompensation mindestens einer strukturellen Schwächung 124 mindestens eines tragenden Elements 104 in einer Kompensationsstellung und zur Freigabe der mindestens einen strukturellen Schwächung 124 in einer Freigabestellung anordenbar ist, kann die tragende Struktur 102 des Fahrzeugs 100 besonders stabil ausgebildet werden. Zugleich kann hierdurch eine gezielte Deformation der tragenden Struktur 102 im Falle einer Kollision des Fahrzeugs 100 mit einem kollidierenden Objekt 118 ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- tragende Struktur
- 104
- tragendes Element
- 106
- Längsträger
- 108
- Fahrzeuglängsrichtung
- 110
- Querträger
- 112
- Fahrzeugquerrichtung
- 114
- Sensorvorrichtung
- 116
- Vorderbereich
- 118
- kollidierendes Objekt
- 120
- Kompensationsvorrichtung
- 122
- Kompensationselement
- 124
- strukturelle Schwächung
- 126
- Hülse
- 128
- formbedingte Schwachstelle
- 130
- Antriebsvorrichtung
- 132
- Brücke
