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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung eines Personenkraftwagens für eine Frontalkollision mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Von Personenkraftwagen ist es bekannt, dass Kollisionen mit einem sich bewegenden oder stehenden Hindernis mit einer geringen Breitenüberdeckung problematisch sind. Bei derartigen Frontalkollisionen besteht nämlich das Problem, dass der Personenkraftwagen 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, bei dem das Hindernis außenseitig des entsprechend seitlich zugeordneten Längsträgers in den Vorbau des Kraftwagens eindringt und auf das korrespondierende Vorderrad auftrifft. Durch die gegebenenfalls erhebliche eingetragene Energie kann das Vorderrad unter Umständen stark beschleunigt werden, so dass es zu einer entsprechenden Intrusion in die hinter dem Vorderrad angeordnete Stirnwand der Fahrgastzelle des Personenkraftwagens kommen kann.
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Diese Problematik wird unter anderem auch durch die Vorderachsgeometrie beeinflusst, insbesondere bei einer entsprechenden Anordnung von jeweiligen Radlenkern zum Führen der Vorderräder. Dies kann bei einer unfallbedingten Rückverlagerung des entsprechenden Vorderrads dazu führen, dass sich dieses in einer Art Zwangsführung in Richtung des entsprechenden Stirnwandbereichs – zur Fahrzeugmitte hin – eindreht. 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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Die
DE 101 13 908 A1 offenbart eine Sicherheitseinrichtung mit Mitteln zur weitgehenden Verhinderung einer unfallbedingten und auch durch Vorderräder des Fahrzeugs bewirkten Intrusion der Stirnwand. Dabei ist eine mit den Vorderrädern zusammenwirkende Einrichtung vorgesehen, durch die die Vorderräder aus einer Normalstellung heraus in eine davon abweichende Schutzstellung verschwenkbar sind. Um diese Verschwenkung zu erreichen, sind Zugseile vorgesehen, welche aufwändig montierbar und gewichts- sowie kostenintensiv sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher sich ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten des Personenkraftwagens auf einfache Weise 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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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Diese zeichnet sich durch wenigstens ein Schutzelement aus, durch dessen Rückverlagerung infolge der Frontalkollision mit dem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung eine gezielte Bewegung des Lagerteils – in Fahrzeuglängsrichtung bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs gesehen – nach hinten, also im Wesentlichen in Richtung auf eine Fahrgastzelle hin bewirkbar ist. Durch diese Bewegung des Lagerteils wird eine Verschiebung eines gedachten Drehpols, um den sich das Rad infolge der Frontalkollision drehen kann, nach hinten bewirkt, so dass die Eindrehbewegung des Rades gering gehalten werden kann und/oder erst zu einem besonders späten Zeitpunkt des Unfallverlaufs erfolgt. Dadurch kann sich das Rad zumindest annähernd translatorisch nach hinten bewegen, das heißt also zumindest im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsmittelachse, und sich an der im Verlagerungsweg befindlichen steifen Karosseriestruktur des Vorbaus, zum Beispiel an einem Längsträger, beispielsweise einem Seitenschweller, und/oder einer Stirnwandstruktur abstützen.
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Die Bewegung des Lagerteils führt somit zu einer gezielten Beeinflussung der Radkinematik, so dass sich das Rad nicht oder erst später als durch den Radlenker an sich vorgegeben in Richtung des dahinterliegenden Stirnwandbereichs der Fahrgastzelle des Personenkraftwagens eindreht und/oder eine solche Eindrehbewegung erst besonders spät während des Unfallverlaufs erfolgt. Das Schutzelement dient ferner zur Darstellung eines Lastpfades, über welchen bei der Frontalkollision unfallbedingte Lasten besonders frühzeitig auf das Lagerteil oder in den Bereich des Lagerteils auf den Kraftwagenrohbau übertragen werden und in der Folge die Verschiebung des Lagerteils nach hinten bewirken können.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Lagerteil ein Lagerteil des Radlenkers, welches durch die Rückverlagerung des Schutzelements zusammen mit einem korrespondierenden, rohbauseitigen Lagerteil in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten bewegbar ist. Infolge dieser Rückverlagerung des radlenkerseitigen Lagerteils zusammen mit dem rohbauseitigen Lagerteil wird der imaginäre Drehpol des Radlenkers und somit des Rades insgesamt nach hinten bewegt, wodurch es im weiteren Verlauf der Frontalkollision im Wesentlichen zu einer translatorischen Verschiebung des Rades nach hinten kommt. Die Eindrehtendenz des Rades kann somit besonders gering gehalten werden. Ferner kann es nur sehr spät zu einem Eindrehen des Rades kommen, wobei es sich dann an der steifen Vorbaustruktur des Personenkraftwagens abstützen kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerteile (radlenkerseitiges Lagerteil und rohbauseitiges Lagerteil) durch das Schutzelement in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und/oder in Fahrzeugquerrichtung nach außen überdeckt sind. Hierdurch kann ein zumindest im Wesentlichen direkter und gerader Lastpfad realisiert werden, so dass die Lagerteile gezielt und frühzeitig beaufschlagt und in der Folge verschoben werden können.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Schutzelement ausgehend von den Lagerteilen schräg zur Fahrzeuglängsrichtung nach vorne außen erstreckt. Das Lagerteil kann somit auch bei einer nur sehr geringen Breitenüberdeckung von einer Barriere bzw. einem Unfallgegner kraftbeaufschlagt werden, diese Kraftbeaufschlagung zu den Lagerteilen leiten und in der Folge eine entsprechende Verschiebung der Lagerteile nach hinten bewirken. Infolge des schrägen Verlaufs des Abstützelements weist der über das Schutzelement verlaufende Kraftpfad auch eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Komponente auf, mittels welcher die Lagerteile effizient nach hinten verschoben werden können.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Lagerteil ein Lagerteil des Radlenkers ist, welches durch Rückverlagerung des Schutzelements von einem korrespondierenden, rohbauseitigen Lagerteil zu lösen und in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten relativ zum rohbauseitigen Lagerteil bewegbar ist. Mit anderen Worten ist es bei dieser Ausführungsform vorgesehen, das radlenkerseitige Lagerteil infolge der Rückverlagerung des Schutzelements vom rohbauseitigen Lagerteil zu lösen, wodurch die Anbindung des Radlenkers an den Rohbau aufgehoben wird. Dadurch wird die Bewegung des Rades im weiteren Verlauf der Frontalkollision nicht mehr durch den Radlenker mitbestimmt, so dass eine Eindrehbewegung des Rades verhindert oder zumindest sehr gering gehalten werden kann. Somit kommt es zu einer zumindest im Wesentlichen translatorischen Bewegung des Rades nach hinten.
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Zur Realisierung einer besonders einfachen und frühzeitigen Trennung der Anbindung des Radlenkers am Rohbau ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Radlenker mittels der Lagerteile einschnittig am Rohbau gehalten ist. Diese einschnittige Halterung ist beispielsweise durch eine fliegende Lagerung des Radlenkers am Rohbau realisierbar, wodurch es bei der Frontalkollision und der daraus resultierenden Kraftbeaufschlagung über das Schutzelement zu einem einschnittigen Abscheren der Verbindung kommt. Selbstverständlich ist es auch mittels einer zweischnittigen oder sonstigen Lagerung eine frühzeitige Trennung der Anbindung des Radlenkers am Rohbau zu realisieren.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Radlenker an einem Rahmenelement eines am Rohbau gehaltenen Hilfsrahmens, insbesondere Integralträgers, gelagert, wobei das Rahmenelement mit einem weiteren Rahmenelement des Hilfsrahmens über wenigstens eine Schraubverbindung verbunden ist, die ein Langloch aufweist. In diesem Langloch ist ein Schraubelement der Schraubverbindung aufgenommen. Das Langloch stellt dabei für das Schraubelement eine Führung dar. Durch das Zusammenwirken des Schraubelements mit dem Langloch kann eine gezielte Bewegung der Rahmenelemente relativ zueinander in eine gewünschte Richtung bewirkt werden, so dass auch zumindest dem radlenkerseitigen Lagerteil eine Bewegung in eine gewünschte Richtung aufgeprägt werden kann.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Schutzelement das diesem zugeordnete Rad nach vorne überragt. Das Schutzelement steht also zumindest mit einer Kante beziehungsweise einem Teilbereich – in Fahrtrichtung bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs und in Fahrzeugslängsrichtung gesehen – über das benachbart angeordnete Vorderrad über. Dadurch wird sichergestellt, dass das Schutzelement zeitlich vor dem Rad mit unfallbedingten Lasten beaufschlagt wird und dass die Verschiebung des Lagerteils nach hinten frühzeitig bewirkt wird. Im weiteren Verlauf der Frontalkollision kann dann die Barriere bzw. der Unfallgegner auch das Rad beaufschlagen, wobei es dann in Folge der zuvor oder im Wesentlichen zeitgleich erfolgten Trennung der Anbindung des Radlenkers vom Rohbau im Wesentlichen zu einer translatorischen Rückverlagerung des Rades kommt.
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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 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht auf eine Schutzeinrichtung eines Personenkraftwagens gemäß einer ersten Ausführungsform, gezeigt vor einer Frontalkollision des Personenkraftwagens mit einem schematisch angedeuteten Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung;
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2 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht auf die Schutzeinrichtung gemäß 1, gezeigt im weiteren Verlauf der Frontalkollision mit dem schematisch angedeuteten Hindernis;
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3 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht auf einen Hilfsrahmen, an welchem wenigstens ein Radlenker zum Führen eines Vorderrads gehalten ist; und
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4 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht auf die Schutzeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt in einer ausschnittsweisen und schematischen Draufsicht einen Hilfsrahmen in Form eines Integralträgers 10 für einen Personenkraftwagen. Vom Integralträger 10 ist vorliegend eine Seite in 1 zu erkennen, wobei das im Folgenden Geschilderte auch auf die in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegende Seite zutrifft.
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Der Integralträger 10 umfasst zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Querbrücken 12, welche über in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längstraversen 14 miteinander verbunden sind. Der Integralträger 10 ist dabei am in 1 nicht dargestellten Kraftwagenrohbau des Personenkraftwagens gehalten. Am Integralträger 10 sind Radlenker 16, 18 einer Radaufhängung 20 gelagert. Der Radlenker 16 ist dabei mittels wenigstens eines Lagerteils 17 am Integralträger 10 gehalten. Bei dem Lagerteil 17 handelt es sich um ein Lagerteil in Form einer Aufnahme des Radlenkers 16. In dieser Aufnahme ist ein Elastomerelement zumindest bereichsweise aufgenommen. Das Elastomerelement ist auf einen Lagerkern aus Stahl oder Aluminium aufgebracht, der wiederum am Integralträger und somit am Rohbau befestigt ist. Somit stellt der Lagerkern ein rohbauseitiges Lagerteil für den Radlenker dar. Der Radlenker 16 ist also mittels des Lagerteils 17, des zwischen dem Lagerteil 17 und dem Lagerkern wirksamen Elastomerelements sowie des Lagerkerns am Integralträger 10 des Kraftwagenrohbaus gelagert.
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Bei dem Radlenker 16 handelt es sich bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Zug-/Druckstab beziehungsweise eine Zug-/Druckstrebe. Die einerseits am Integralträger 10 angebundenen Radlenker 16, 18 sind andererseits mit einem in 1 nicht erkennbaren Radträger eines einer Vorderachse 23 zugeordneten Vorderrads 22 des Personenkraftwagens verbunden. Dadurch ist das Vorderrad 22 über die Radaufhängung 20 am Integralträger 10 und über diesen am Rohbau des Personenkraftwagens angelenkt. Die Radlenker 16, 18 dienen dabei zur Führung des Vorderrads 22.
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Des Weiteren umfasst der Personenkraftwagen eine Schutzeinrichtung 24, mittels welcher auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise die Radkinematik des Vorderrads 22 im Falle einer Frontalkollision mit einem in den Figuren schematisch angedeuteten Hindernis 26 mit geringer Breitenüberdeckung beeinflussbar ist. Bei einer derartigen Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung mit dem Hindernis 26 tritt – falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind – die Problematik auf, dass ein auf Seiten des Hindernisses 26 angeordneter und in 1 nicht erkennbarer Längsträger einer Vorbaustruktur des Personenkraftwagens in Fahrzeugquerrichtung innenseitig des Hindernisses 26 verläuft und somit beim Aufprall nicht getroffen wird.
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Vielmehr wird – neben anderen Bauelementen im Bereich des Vorbaus – insbesondere das korrespondierende Vorderrad 22 getroffen und entgegen der in 1 durch einen Richtungspfeil 28 angedeuteten Vorwärtsfahrtrichtung nach hinten verlagert. Aufgrund entsprechender geometrischer Verhältnisse der Radaufhängung 20, insbesondere infolge des schräg nach hinten verlaufenden Radlenkers 16, kann es hierbei zu einem entsprechenden Eindrehen des Vorderrades 22 vorliegend im Uhrzeigersinn und somit in Richtung eines Stirnwandbereichs der Fahrgastzelle kommen. Mittels der Schutzeinrichtung 24 lässt es sich realisieren, dass sich das Vorderrad 22 nicht oder nur sehr geringfügig eindreht und/oder dass es erst sehr spät im Verlauf der Frontalkollision zu einem solchen Eindrehen kommt.
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Hierzu umfasst die Schutzeinrichtung 24 wenigstens ein Schutzelement 30, durch dessen Rückverlagerung infolge der Frontalkollision mit dem Hindernis 26 mit geringer Breitenüberdeckung eine gezielte Bewegung zumindest des Lagerteils 17 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten bewirkbar ist. Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist das radlenkerseitige Lagerteil 17 zusammen mit dem korrespondierenden, rohbauseitigen und in 1 nicht erkennbaren Lagerteil (Lagerkern) in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten bewegbar. Wie aus 1 erkennbar ist, ist das Schutzelement 30 im Bereich der Anbindung des Radlenkers 16 am Integralträger 10 angebracht. Dabei sind das Lagerteil 17 und das rohbauseitige Lagerteil in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne sowie in Fahrzeugquerrichtung nach außen jeweils zumindest teilweise durch das Schutzelement 30 überdeckt.
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Ferner ist das Schutzelement 30 derart ausgerichtet, dass es ausgehend von den Lagerteilen schräg zur Fahrzeuglängsrichtung nach vorne außen verläuft. Die Länge des Schutzelements 30 ist so abgestimmt, dass dieses von dem Hindernis 26 vor dem Vorderrad 22 getroffen wird. In der Folge bildet sich über das Schutzelement 30 ein Kraftpfad aus, über den unfallbedingte Lasten auf den Anbindungsbereich mit den Lagerteilen übertragen werden. Dadurch wird eine gewünschte Deformation im Bereich der Anbindung des Radlenkers 16 an den Integralträger 10 gezielt bewirkt, so dass es zur Bewegung der Lagerteile in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten kommt. Dadurch wird ein durch die Anbindung des Radlenkers 16 am Integralträger 10 bestimmter Drehpol des Vorderrads 22 zumindest in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) nach hinten verschoben, bevor es zu einer unfallbedingten Verlagerung und Eindrehung des Vorderrads 22 kommt.
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Dieses Verschieben des Drehpols hat zum einen den Effekt, dass die Eindrehtendenz des Vorderrads 22 durch die geänderte Lage des Drehpols zumindest gering gehalten wird. Zum anderen findet der Beginn der Eindrehbewegung zu einem späteren Zeitpunkt der Frontalkollision statt. Dadurch kann erreicht werden, dass das Vorderrad 22 tendenziell eine translatorische Rückverschiebung beschreibt und sich an der dahinterliegenden Rohbaustruktur, beispielsweise dem Seitenschweller des Personenkraftwagens abstützen kann. Hierdurch können schwerwiegende Intrusionen in einen hinter dem Vorderrad 22 liegenden Stirnwandbereich vermieden werden.
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3 zeigt in einer ausschnittsweisen Draufsicht eine weitere Ausführungsform des Integralträgers 10. Üblicherweise werden die Querbrücken 12 jeweils mit den Längstraversen 14 verschweißt. Vorliegend ist jedoch die in Vorwärtsfahrtrichtung vordere der Querbrücken 12, an der der Radlenker 16 befestigt ist, durch zwei Schraubverbindungen 32 mit der Längstraverse 14 verbunden. Die Schraubverbindungen 32 weisen jeweils eine Schraube 34 und jeweils ein geschlitztes Durchgangsloch 36 auf, das auch als Langloch bezeichnet wird. Die Schrauben 34 durchdringen dabei die geschlitzten Durchgangslöcher 36. Durch die Langlöcher sind Führungen für die Schrauben 34 gebildet. Die Anordnung der Langlöcher (Durchgangslöcher 36) ist so gewählt, dass deren Längsachse parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Verlagerungsrichtung des Schutzelements 30 verlaufen.
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Die Längstraversen 14 und die Querbrücke 12 können sich entlang dieser Führungen/Durchgangslöcher 36 relativ zueinander bewegen, sobald im Crashfall ein entsprechendes Kraftniveau überschritten wird, wodurch die Verschiebung des Drehpols des Vorderrads 22 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten unterstützt wird. Durch die Schraubverbindungen 32 mit den geschlitzten Durchgangslöchern 36 anstelle einer Schweißverbindung zwischen der Querbrücke 12 und der Längstraverse 14 kann auch ein diagonales Abscheren der Anbindung des Radlenkers 16 und so eine verstärkte Verschiebung des Drehpols erreicht werden.
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4 zeigt die Schutzeinrichtung 24 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Funktionsprinzip der Schutzeinrichtung 24 gemäß 4 basiert ebenfalls auf einer Rückverschiebung des Drehpols, der durch einen weiteren, im Folgenden erläuterten Mechanismus realisiert wird. Dabei kommt als weiteres, rohbauseitiges Lagerteil 19 in Form eines verlängerten Lagerkerns zum Einsatz, auf den ein Elastomerelement aufgebracht, beispielsweise aufvulkanisiert ist, welches zumindest auch zur Schwingungsentkopplung zwischen Vorderrad und Rohbau dient. Die Lagerteile 17, 19 sind dabei in einer Aufnahme 38 der Querbrücke 12 aufgenommen. Diese zweite Ausführungsform ermöglicht eine große Öffnungsmaulweite der Querbrücke 12 und ermöglicht ein axiales Trennen des radlenkerseitigen Lagerteils 17 vom integralträgerseitigen Lagerteils, indem das Elastomerelement abgeschert wird. Mittels des Schutzelements 30 und dessen Rückverlagerung wird das Lagerteil 17 vom Lagerteil 19 gelöst und in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten relativ zu dem rohbauseitigen Lagerteil 19 bewegt. Festzuhalten bleibt, dass eine vollständige Trennung des Radlenkers 16 vom Integralträger vermieden wird, da der Lagerkern weder vom Integralträger gelöst noch zerstört wird und sich das Lagerteil 17 mit seinem den Lagerkern umgreifenden, ösenartigen Verbindungsabschnitt entlang dem Lagerkern bewegen kann.
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Wie aus 4 erkennbar ist, kommt das Schutzelement 30 bei seiner durch das Hindernis 26 bewirkten Rückverlagerung in direkte Stützanlage mit dem Radlenker 16, wodurch der Radlenker 16 beaufschlagt und in Axialrichtung des Lagerkerns, also relativ zum Lagerteil 19 verschoben wird. Wenn sich im weiteren Verlauf der Rückverschiebung der Radlenker 16 am Integralträger 10 anlegt, kann durch das Schutzelement 30 der Radlenker 16 und der Integralträger 10 zusätzlich verformt werden, wodurch sich der Drehpol des Vorderrads 22 ebenfalls nach hinten bewegt. Ein zusätzlicher positiver Effekt kann sich dabei auch ergeben, wenn der Radlenker 16 durch die gezielte Beaufschlagung mittels des Schutzelements 30 vollständig vom Integralträger 10 oder von der radseitigen Befestigung getrennt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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