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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung eines Kraftwagens für eine Frontalkollision mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Serienfahrzeugbau insbesondere von Personenkraftwagen ist es bekannt, dass Frontalkollisionen mit einem sich bewegenden oder stehenden Hindernis mit einer geringen Breitenüberdeckung äußerst problematisch sind, und zwar insbesondere im Hinblick auf Verletzungen der vorderen Fahrzeuginsassen. Bei derartigen Frontalkollisionen besteht nämlich das Problem, dass der Kraftwagen derart versetzt mit dem Hindernis kollidiert, dass ein jeweiliger, innenseitig des korrespondierenden Vorderrads angeordneter Längsträger nicht durch das Hindernis beaufschlagt wird und somit nicht zur Absorption von Aufprallenergie beitragen kann. Vielmehr ergibt sich bei derartigen Frontalkollisionen ein Unfallszenario, dass das Hindernis außenseitig des entsprechend seitlich zugeordneten Längsträgers in den Vorbau des Kraftwagens eindringt und dabei auf das korrespondierende Vorderrad auftrifft. Durch die gegebenenfalls erhebliche eingetragene Energie kann das Vorderrad unter Umständen stark beschleunigt werden, so dass es zu einer Rückverlagerung des Vorderrads in Richtung auf einen Seitenschweller oder einer Stirnwand einer Fahrgastzelle kommen kann. Ein ungünstige Belastung des Seitenschwellers durch das auftreffende Vorderrad und/oder eine Intrusion der Stirnwand durch das möglicherweise dabei eindrehende Vorderrad kann die Folge sein.
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Diese Problematik verstärkt sich bei entsprechenden Vorderachsgeometrien, insbesondere bei einer entsprechenden Anordnung von jeweiligen Radgliedern. Das kann bei einer unfallbedingten Rückverlagerung des korrespondierenden Vorderrades dazu führen, dass sich dieses in einer Art Zwangsführung in Richtung des entsprechenden Stirnwandbereichs – zur Fahrzeugmitte hin – eindreht und in diesen eindringt.
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Insbesondere Achskonzepte, bei denen die Radkräfte über eine Zugstrebe nach vorne in den Achsträger und die Karosserie geleitet werden, zeigen diese Tendenz.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher sich ein verbessertes Unfallverhalten des Kraftwagens realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher bei einer Frontalkollision des Kraftwagens mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung eine übermäßige Intrusion des unfallbedingt rückverlagerten Rades in einen hinter diesem liegenden Stirnwandbereich der Fahrgastzelle des Kraftwagens vermieden werden kann, weist die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung wenigstens ein über ein Zugmittel mit einem der Radglieder des korrespondierenden Rades verbundenes Betätigungselement auf, durch dessen Rückverlagerung in Folge der Frontalkollision mit dem Hindernis eine gezielte Deformation des Radgliedes und eine damit einhergehende Ausweichbewegung des Rades initiierbar ist. Da der sich innenseitig des entsprechenden Rades befindende Längsträger bei solchen Frontalkollisionen nicht getroffen und damit in einer frühen Aufprallphase nicht deformiert wird, sondern vielmehr der Bereich des Vorbaus, der außenseitig davon angeordnet ist, wird erfindungsgemäß in diesem Bereich ein entsprechendes Betätigungselement angeordnet und über ein Zugmittel mit einem der Radglieder des seitlich korrespondierenden Rades verbunden. Dringt nun das Hindernis in diesen Bereich des Vorbaus seitlich des entsprechenden Längsträgers ein, so wird das Betätigungselement in Folge der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung rückverlagert und diese Bewegung unter Vermittlung des Zugmittels dazu genutzt, das entsprechende Radglied zu deformieren. Die Deformation des Radgliedes führt zu einer gezielten Beeinflussung der Radkinematik bzw. zu einer Ausweichbewegung des Rades, so dass sich dieses nicht – wie an sich durch die Vorderachsgeometrie vorgegeben – in Richtung des dahinter liegenden Stirnwandbereichs der Fahrgastzelle des Kraftwagens bewegt, sondern vielmehr die besagte Ausweichbewegung vornimmt.
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Durch das jeweilige Zugmittel wird dabei insbesondere ein Ausknicken des entsprechenden Radgliedes und somit vorzugsweise eine Ausweich-Schwenkbewegung in etwa um die Fahrzeughochachse erreicht. Diese Ausweich-Schwenkbewegung wird vorzugsweise so erzeugt, dass sich das Rad in die entgegengesetzte Richtung nach hinten außen schwenkt, als dies bei einer entsprechenden Beaufschlagung ohne Schutzeinrichtung der Fall wäre.
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Die Auslösung der Deformation des entsprechenden Radgliedes und die damit einhergehende Ausweichbewegung werden dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise zumindest initiiert, bevor das Hindernis auf das korrespondierende Rad auftrifft und somit dessen unfallbedingte Rückverlagerung startet. Somit wird das Rad zumindest bereits teilweise in eine entsprechende Position gebracht, welche bei einer dann startenden unfallbedingten Rückverlagerung des Rades unschädlich ist bezüglich einer Intrusion in den dahinter liegenden Stirnwandbereich.
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Eine solche Abfolge zunächst des Startens der Ausweichbewegung des Rades, bevor gegebenenfalls eine entsprechende Rückverlagerung erfolgt, kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Betätigungselement der Schutzeinrichtung in Fahrzeuglängsrichtung vor dem Rad, also auch außenseitig des entsprechenden Längsträgers, angeordnet ist. Bei einem Auftreffen des Hindernisses ist somit sichergestellt, dass zunächst eine Beschleunigung des Betätigungselements – mit der dann startenden Funktionskette bis zur Ausweichbewegung des Rades – beginnt, bevor eine nennenswerte Rückverlagerung des Rades starten kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Zugmittel an einer Spurstange eines Lenkgetriebes als Radglied angreift. Die Spurstange ist relativ günstig deformierbar bzw. ausknickbar, beispielsweise im Bereich eines ohnehin vorgesehenen Außengewindes in einem Teillängenbereich der Spurstange, und der Abstand der Lagerung der Spurstange im Bezug zur Lagerstelle anderer Radglieder ermöglicht die Einleitung eines hinreichend großen Momentes, um die Ausweichbewegung des Rades zu initiieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Betätigungselement als Nebenaggregat, beispielsweise als Ladeluftkühler für den Motor des Kraftwagens oder als Ausgleichsgefäß für den Kühlkreislauf des Kraftwagens, ausgebildet. Somit kann dieses Nebenaggregat in vorteilhafter Weise doppelt genutzt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es zudem, das Betätigungselement über einen Hebelarm beispielsweise am korrespondierenden Längsträger abzustützen, so dass bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung am Ende des Hebelarms eine Lagerstelle geschaffen ist, um welche das Betätigungselement zu bewegen insbesondere zu verschwenken, ist. Somit können bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Betätigungselements äußerst reproduzierbare und vorhersehbare Kräfte und deren Kraftrichtungen, welche in das entsprechende Radglied eingeleitet werden, bestimmt werden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Rad durch die Ausweichbewegung in eine insbesondere um die Fahrzeughochachse verschwenkte Ausweichlage bringbar ist, in welcher dieses bei einer unfallbedingten Rückverlagerung an einem dahinter liegenden Seitenschweller außenseitig vorbei gelangt. Mit anderen Worten hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, die Schutzeinrichtung, den Kraftwagenrohbau und die Achsgeometrien so aufeinander abzustimmen, dass vorzugsweise die hintere Innenseite des Rades, also beispielsweise im Bereich eines Felgenhorns, so nach außen verschwenkt wird, dass dieses bei einer unfallbedingten Rückverlagerung außenseitig am korrespondierenden Seitenschweller vorbeigelangt und entsprechend außen vorbei geführt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass selbst wenn das Rad durch die Ausweichbewegung in eine Ausweichlage gebracht wird, in welcher dieses bei einer unfallbedingten Rückverlagerung an einem dahinter liegenden Seitenschweller außenseitig zwar nicht ganz vorbei gelangt beziehungsweise möglicherweise auch noch teilweise die Stirnwand trifft beziehungsweise streift, die Beschädigungen an der Tragstruktur, insbesondere an der Stirnwand und der Seitenschwellerstruktur deutlich geringer sind, als ohne die Wirkung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine ausschnittsweise und schematische Draufsicht auf einen Kraftwagenrohbau mit einer Schutzeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, gezeigt vor einer Frontalkollision des Kraftwagens mit einem schematisch angedeuteten Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung;
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2 eine ausschnittsweise und schematische Draufsicht auf den Kraftwagenrohbau und die Schutzeinrichtung gemäß 1, gezeigt im weiteren Verlauf der Frontalkollision mit dem schematisch angedeuteten Hindernis und
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3 eine ausschnittsweise und schematische Draufsicht auf den Kraftwagenrohbau mit einer Schutzeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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In 1 ist in einer ausschnittsweisen und schematischen Draufsicht ein Kraftwagenrohbau 10 in Form einer Personenkraftwagenkarosserie dargestellt. Als wesentliche Bauteile des Kraftwagenrohbaus 10 sind dabei zwei Längsträger 12 einer Hauptlängsträgerebene im Bereich einer Vorbaustruktur 14 erkennbar, welche sich nach hinten hin bis zu einem Querträger 16 erstrecken, welcher im Bereich einer ansonsten nicht weiter erkennbaren Stirnwand 18 verläuft. Die Stirnwand 18 bildet dabei in üblicher Weise das vordere Ende einer Fahrgastzelle 20 des Kraftwagens. Mit jeweiligen Enden 22 schließt der Querträger 16 an jeweils korrespondierende seitliche Längsträger bzw. Seitenschweller 23 an, welche im Bereich einer jeweiligen Fahrzeugseitenwand in Fahrzeuglängsrichtung überlaufen.
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Am vorderen Ende der Längsträger 12 ist des Weiteren ein Stoßfängerquerträger 24 angeordnet, und zwar unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente 26, welche auch als Crashboxen bezeichnet werden.
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Unterseitig der Längsträger 12 ist ein Integralträger 28 festgelegt, welcher unter anderem entsprechende Bauteile einer Vorderachse 30 trägt. Insbesondere sind dabei von der Vorderachse jeweilige Radglieder 32, 34, 36, 38 erkennbar, welche zumindest mittelbar mit einem jeweiligen Vorderrad 40 verbunden sind. Im Einzelnen ist das Radglied 32 eine Spurstange für ein Lenkgetriebe 42, über welche das jeweilige Vorderrad 40 um eine Radachse R verlagerbar ist. Bei dem Radglied 34 handelt es sich um ein Lenkerelement in Form einer Zugstrebe, welche ausgehend vom Integralträger 28 in Fahrzeuglängsrichtung schräg nach hinten in Richtung des Radglieds 38 in Form einer Radnabe verläuft. Ein weiteres Lenkerelement, welches das Radglied 36 bildet, ist vorliegend als weitere Strebe ausgebildet, welche zusammen mit der Zugstrebe 34 die Radaufhängung bildet.
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Von dem jeweiligen Rad 40 selbst ist insbesondere eine Felge 44 und ein Reifen 46 erkennbar.
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Des Weiteren umfasst der Kraftwagen eine Schutzeinrichtung, mittels welcher auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise die Radkinematik des jeweils korrespondierenden Vorderrads 40 im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und Rückverlagerung bei einer Frontalkollision mit einem in den Figuren schematisch angedeuteten Hindernis 48 mit geringer Breitenüberdeckung beeinflussbar ist. Bei einer derartigen Frontalkollision mit geringen Breitenüberdeckung des Vorbaus des Kraftwagens mit dem Hindernis 48 tritt die Problematik auf, dass insbesondere der auf Seiten des Hindernisses 48 angeordnete Längsträger 12 der Vorbaustruktur 14 in Fahrzeugquerrichtung innenseitig des Hindernisses 48 verläuft und somit beim Aufprall nicht getroffen wird. Vielmehr wird – neben anderen Bauelementen im Bereich des Vorbaus – insbesondere das korrespondierende Vorderrad 40 getroffen und entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung nach hinten bewegt. Aufgrund der Vorderachsgeometrie bei entsprechenden Vorderachskonzepten, insbesondere in Folge des schräg nach hinten verlaufenden Radglieds 34, kann es hierbei zu einem entsprechenden Eindrehen des Rades 40 vorliegend in Richtung entgegen des Uhrzeigersinns bzw. in Richtung eines entsprechenden Stirnwandbereichs 50 kommen, welches mittels der Schutzeinrichtung wirkungsvoll vermieden werden kann.
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Hierzu umfasst die Schutzeinrichtung zunächst ein vorliegend schematisch angedeutetes Betätigungselement 52, welches unter Vermittlung eines Hebelarms 54 um eine Lagerstelle 56 – zwischen dem Hebelarm 54 und dem Längsträger 12 bzw. dessen Energieabsorptionselement 26 – auf im Weiteren beschriebene Weise bewegbar beziehungsweise verlagerbar ist.
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Außerdem umfasst die Schutzeinrichtung ein längliches, eine gewisse Flexibilität aufweisendes Zugmittel 58, welches vorliegend in Form eines Zugseils ausgebildet ist. Dieses Zugmittel 58 ist mit einem Ende am Betätigungselement 52 und mit dem anderen Ende mit dem Radglied 32 in Form der Spurstange auf der entsprechenden Seite des Lenkgetriebes 42 verbunden. Dabei ist eine Umlenkung 60 in Fahrzeuglängsrichtung vor dem Betätigungselement 52 vorgesehen, mittels welcher die im Crashfall aufgezwungene Bewegung des Betätigungselements 52 in eine entsprechende Zugbewegung am Radglied 32 umgesetzt werden kann. Im vorliegenden Fall ist die Umlenkung 60 im Eckbereich zwischen dem Energieabsorptionselement 26 des Längsträgers 12 und dem Stoßfängerquerträger 24 angeordnet.
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Der Ort der Anbringung der Umlenkung 60 ist grundsätzlich variierbar, das heißt, die Umlenkung könnte sich auch beispielsweise am Stoßfängerquerträger 24 oder seitlich am Längsträger 12 befinden. Wichtig ist, dass bei einer crashbedingten Intrusion die Barriere das Betätigungselement 52 so trifft und quasi mitnimmt, das heißt vor sich herschiebt/-drückt, dass am Zugmittel 58 so gezogen wird, dass das Radglied 32 in Richtung zur Fahrzeugfront hin ausgelenkt wird, insbesondere ausknickt beziehungsweise durchbiegt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Umlenkung 60 eine Halterung auf, welche wie gesagt am stirnseitigen Endbereich der Crashbox, vorzugsweise in deren dem Vorderrad benachbarten Eckbereich, am Stoßfängerquerträger oder am Längsträger, vorzugsweise auf der dem Vorderrad zugewandten Längsseite des Längsträgers angebracht ist. Die Halterung umfasst ein Umlenkelement, über welches das Zugmittel, insbesondere Zugseil oder -band, geführt ist. Dabei kann das Umlenkelement beispielsweise als feststehende, drehbare oder schwenkbare Rolle oder Walze ausgeführt sein, wobei die jeweilige Achse beziehungsweise Dreh-/Schwenkachse des Umlenkelement in zumindest im Wesentlichen vertikaler Richtung (z-Achse) verläuft, oder aber als feststehendes Umlenkelement mit einer vorzugsweise gekrümmten Leit-/Anlagefläche, über die das Zugmittel geführt ist.
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Aus 2, welche den Kraftwagenrohbau 10 analog zu 1 zeigt, wird die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung m Falle einer Kollision mit dem Hindernis 48 deutlich. 2 zeigt dabei eine Phase des Unfallsszenarios, bei welcher das Hindernis 48 seitlich am korrespondierenden Längsträger 12 vorbei in den Vorbau eingedrungen ist. Dabei ist das Betätigungselement 52 in Folge des Auftreffens auf dem Hindernis 48 um die Lagerstelle 56 nach hinten verschwenkt beziehungsweise verlagert worden, wodurch das Zugmittel mitgenommen wurde und infolge der auf das Zugmittel aufgebrachten Zugkraft es zu einer gezielten Deformation der Spurstange 32 gekommen ist. Diese gezielte Deformation, welche im vorliegenden Fall ein Ausknicken ist, kann vorliegend sehr gut in seinem Weg und seiner Richtung bestimmt werden, und zwar aufgrund der geometrischen Anordnung des Zugmittels 58 und der Umlenkung 60 bzw. der Befestigungsstelle des Zugmittels 58 an der Spurstange 32.
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Die Deformation bzw. das Ausknicken der Spurstange 32 bewirkt somit eine einhergehende Ausweichbewegung des Vorderrades 40, so dass dieses in eine Ausweichlage bringbar ist, in welcher es in seinem hinteren Ende schräg nach außen ausgestellt wird. Das Vorderrad 40 wird also so angelenkt, wie wenn das Fahrzeug bei Geradeausfahrt eine Rechtskurve fahren würde. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Zugmittel 58 eine entsprechende Zugkraft unter Vermittlung der Spurstange 32 auf die Radnabe 38 erzeugt, so dass sich das Vorderrad 40 mit seiner Rückseite nach außen hin aufstellt. Wesentlicher Grundgedanke ist es also dabei, die Relativbewegung des Betätigungselements 52 in Folge der Kraftbeaufschlagung durch das Hindernis 48 zu nutzen, um damit die Spurstange 32 der Radaufhängung zum Ausknicken zu bringen und über dieses eine Rad-Schwenkbewegung um die Fahrzeughochachse zu erzeugen. Es wird also eine Radbewegung erzeugt, die das Vorderrad in entgegengesetzter Richtung schwenkt als bei einer direkten Beaufschlagung des Vorderrades 40 ohne Schutzeinrichtung.
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Des Weiteren ist aus 2 erkennbar, dass die Kraftbeaufschlagung des Betätigungselements 52 und somit die Deformation der Spurstange 32, welche zur Ausweichbewegung des Rades 40 führt, in einem Zeitabstand vor der unfallbedingten Rückverlagerung des Rades 40 initiiert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das Betätigungselement 52 entsprechend – in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet – vor dem korrespondierenden Rad 40 angeordnet ist. Trifft demzufolge das Hindernis 48 auf dem Vorderrad 40 auf, ist dessen Ausweichbewegung zumindest teilweise bzw. überwiegend bereits abgeschlossen.
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Vorzugsweise ist die Schutzeinrichtung geometrisch so ausgelegt bzw. auf die Vorderachsgeometrie und den Kraftwagenrohbau 10 angepasst, dass das Rad 40 in eine dementsprechende Ausweichlage zu bringen ist, in welcher dieses bei einer unfallbedingten Rückverlagerung an dem dahinterliegenden Seitenschweller 23 vorbei gelangt. Dies erfolgt gegebenenfalls in einer überlagerten Ausdrehbewegung des Rades 40 in Folge der Kraftbeaufschlagung der Spurstange 32 durch das Zugmittel 58 sowie durch die Rückverlagerung des Rades 40 in Folge des Auftreffens auf dem Hindernis 48.
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Das Betätigungselement 52 kann in einer besonders einfachen Ausgestaltung lediglich beispielsweise ein Blechgebilde oder dergleichen sein. Prinzipiell wäre es auch denkbar, ein entsprechendes Ende 62 des Stoßfängerquerträgers 24 als Betätigungselement einzusetzen. Eine besondere Ausführungsform sieht überdies vor, als Betätigungselement 52 ein Nebenaggregat, beispielsweise einen Ladeluftkühler für den Motor des Kraftwagens oder ein Ausgleichsgefäß für den Kühlmittelkreislauf des Motors zu verwenden. Andere Aggregate sind selbstverständlich ebenfalls denkbar.
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Das Betätigungselement 52 muss dabei nicht zwingender Maßen am Kraftwagenrohbau 10 um die Lagerstelle 56 verschwenkbar angeordnet sein. Gleichfalls wäre es auch denkbar, ein sich abscherendes oder dergleichen frei bewegendes Bauteil als Betätigungselement 52 einzusetzen, um unter Vermittlung des Zugmittels 58 das entsprechende Radglied 32 in Form der Spurstange zu beaufschlagen. Auch wäre es denkbar, eines der anderen Radglieder 34, 36, 38 mit dem Zugmittel 58 zu verbinden. Hierbei ist das jeweilige Radglied 32, 34, 34, 38 beispielsweise einfach mittels des Zugmittels 58 umschlungen oder dergleichen verbunden. Prinzipiell soll lediglich erreicht werden, dass bei einer entsprechenden Rückverlagerung des Betätigungselements 52 eine Biegebelastung des entsprechenden Radglieds 32 erzeugt wird, die im vorliegenden Fall zum Ausklinken der Spurstange führt.
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Schließlich zeigt 3 eine leicht modifizierte Ausführungsform der Schützeinrichtung, welche prinzipiell identisch wie diejenige gemäß den 1 und 2 ausgeführt ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich lediglich durch eine etwas andere Ausgestaltung der Umlenkung 60, welche im vorliegenden Fall eine flaschenzugartige Übersetzung aufweist. Dies wird insbesondere durch eine doppelte Umlenkung 60 erreicht, mittels welcher ein relativ kleiner Rückverlagerungsweg des Betätigungsmittels 52 in einem größeren Verformungsweg des Radglieds 32 umgesetzt werden kann. Natürlich sind auch andere Übersetzungen denkbar.
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Damit die vorstehend beschriebene Schutzeinrichtung nicht bereits bei einem sogenannten Reparaturcrash, also einem Anprall einer Barriere an der Fahrzeugfront mit geringer Geschwindigkeit aktiviert wird, was nicht gewünscht ist und nur zu übermäßig hohen Reparaturkosten bei sogenannten Parkremplern führen würde, weist das Zugmittel beispielsweise eine sogenannte Lose auf, die eine crashbedingte Bewegung des Betätigungsmittel 52 über eine geringe Wegstrecke ermöglicht, ohne dass dabei bereits das Radglied 32 verlagert/ausgeknickt und damit beschädigt wird. Das Zugmittel ist hierzu beispielsweise ein Stück länger als die Wegstrecke vom Radglied 32 über die Umlenkung 60 zum Betätigungsmittel 52, so dass zu Beginn der crashbedingten Rückverlagerung des Betätigungsmittels 52 das Zugmittel zunächst quasi gespannt beziehungsweise auf Zug gebracht wird, ohne dass dabei Teile der Vorderachse oder der Robbautragstruktur reparaturbedürftig beschädigt werden.
