DE102012204856A1

DE102012204856A1 - Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012204856A1
Application number: DE102012204856A
Authority: DE
Inventors: Gian Antonio D'Addetta; Josef Kolatschek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-02
Also published as: US9469183B2; JP6063033B2; JP2015511559A; EP2830901A1; WO2013143747A1; US20150053492A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Massekopplungsanordnung (12) für ein Fahrzeug (10) mit einem Masseaufnahmeelement (14) zur Aufnahme eines Masseobjekts (16), einer Führungsanordnung (18), mittels der das Masseaufnahmeelement (14) relativ zu dem Fahrzeug (10) beweglich gelagert ist, und mit Kopplungsmitteln (20), die dazu eingerichtet sind, das Masseaufnahmeelement (14) mit einer mit dem Fahrzeug (10) fest verbundenen Fahrzeugstruktur zu koppeln und/oder zumindest teilweise von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln, wobei die Kopplungsmittel (20) einen Aktuator (22) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, Fahrzeuge alleine mittels eines Elektromotors (Elektrofahrzeug) oder mittels einer Kombination eines Elektromotors und einer Antriebsmaschine einer anderen Art (Hybridantrieb) anzutreiben. Dabei wird die zum Antreiben des Elektromotors notwendige elektrische Energie in einem elektrischen Energiespeicher, wie z.B. einer Batterie bzw. einem Akkumulator gespeichert. Die Batterie kann von Zeit zu Zeit mittels einer externen elektrischen Energiequelle aufgeladen werden und kann dazu dienen, zurückgewonnene Bremsenergie (Rekuperationsenergie) zu speichern.
Bekannte konstruktive Ausgestaltungen von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sehen einen überproportional großen Massenanteil der Batterie im Vergleich zum Gesamtfahrzeug vor. Zur Erzielung einer großen Reichweite werden die elektrisch angetriebenen Fahrzeuge mit großen Batterien ausgestattet, die eine Masse von mehreren 100 kg aufweisen können (beispielsweise 100 bis 400 kg). Somit bildet die Batterie bis zu 30% der Gesamtfahrzeugmasse. Durch die hohe Masse stellt die Batterie im Falle eines Unfalls eine potentielle Gefahr dar. Die Befestigung der Batterie an der Karosserie des Kraftfahrzeugs spielt daher eine wichtige Rolle. Bekannte Konzepte für elektrisch angetriebene Fahrzeuge sehen die Batterie als einheitlichen steifen Block im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs (idealerweise zwischen Vorder- und Hinterachse) vor. Die Batterie trägt infolgedessen zur Absenkung des Gesamtschwerpunkts des Fahrzeugs bei. Außerdem kann die Batterie durch die umgebende Tragstruktur gut geschützt werden oder als Tragstruktur selbst zum Schutz der Fahrgastzelle beitragen.
Eine höhere Gesamtmasse des Fahrzeugs kann ferner in einer Fahrzeug-Fahrzeugkollision oder auch in einer Kollision mit einem starren Objekt, wie einer Barriere oder einem Pfahl, positive wie auch negative Folgen auf die Insassen des Fahrzeugs haben. In einer Fahrzeug-Fahrzeugkollision werden von einem theoretischen Standpunkt her die Insassen im leichteren Fahrzeug einer größeren Beschleunigung (Aufprallimpuls) ausgesetzt als die des schwereren Fahrzeugs. Wesentlich für den Aufprallimpuls ist die zu einem bestimmten Zeitpunkt aktive Masse und sein energetischer Anteil an der Gesamtimpulsbilanz.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug bereit, wobei die Massekopplungsanordnung ein Masseaufnahmeelement zur Aufnahme eines Masseobjekts, eine Führungsanordnung, mittels der das Masseaufnahmeelement relativ zu dem Fahrzeug beweglich gelagert ist, und Kopplungsmittel aufweist, die dazu eingerichtet sind, das Masseaufnahmeelement mit einer mit dem Fahrzeug fest verbundenen Fahrzeugstruktur zu koppeln und/oder zumindest teilweise von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln, wobei die Kopplungsmittel einen Aktuator aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einzustellen.
Vorteile der Erfindung
Durch die aktuatorbasierte An- bzw. Abkopplung des Masseaufnahmeelements des Fahrzeugs bei einer Fahrzeugkollision wird die Insassenbelastung reduziert, da zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht die gesamte Fahrzeugmasse, sondern nur ein verringerter Anteil der Gesamtfahrzeugmasse wirkt. Dabei wird das Masseobjekt (z.B. eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs) während einer Kollision des Fahrzeugs von einem an die Fahrzeugstruktur (z.B. eine Karosserie des Fahrzeugs) angekoppelten Zustand in einen von der Fahrzeugstruktue (zumindest teilweise) entkoppelten Zustand und wieder zurück geschaltet. Damit kann in vorteilhafter Weise der Aufprallimpuls beeinflusst werden. Die auf die Fahrzeuginsassen wirkende Belastung wird reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Kopplungsmittel ein Befestigungselement auf, das dem Aktuator zugeordnet ist, und das dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement an der Fahrzeugstruktur des Fahrzeugs festzulegen und durch den Aktuator betätigt im Falle eines Aufpralls oder eines bevorstehenden Aufpralls von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln.
Durch das Befestigungselement, das beispielsweise elektronisch angesteuert werden kann, wird das z.B. im Unterboden oder Tunnel eines Fahrzeugs befindliche Masseaufnahmeelement inklusive des darauf befestigten Masseobjekts umschaltbar starr oder nachgiebig an die Fahrzeugstruktur angebunden. Mittels des Befestigungselements kann während einer Fahrzeugkollision und während das gesamte Fahrzeug verzögert wird, das Masseobjekt von dem Fahrzeug abgekoppelt werden. Damit wird die in diesem Zeitraum verzögerte Masse verringert. Durch diese Vorrichtung wird die auf das gesamte Fahrzeug wirkende Verzögerung so beeinflusst, dass die Belastung und damit die Verletzungsgefahr für die Insassen gegenüber einem Fahrzeug ohne ein solches System deutlich verringert wird. Dabei kann das Befestigungselement auf mechanischen, elektrischen oder magnetischen Kraftwirkungen basieren. Beispielsweise kann es sich bei dem Befestigungselement um einen starken Elektromagneten handeln, der das Masseobjekt fixiert und bei Abschalten eines Stromes freigibt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Aktuator ein elektromechanischer, pyrotechnischer, hydraulischer oder pneumatischer Aktuator.
Bei Verwendung z.B. eines pyrotechnischen Aktuators wird das Befestigungselement "weggesprengt, ähnlich einer Batterieabsprengung (12V Bordnetz-Batterie) bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor oder eines Motorhaubenaufstellelements aus dem Fußgängerschutz. Damit wird ab einem bestimmten Zeitpunkt die freie Bewegung des Masseaufnahmeelements und des Masseobjekts zumindest in einer Richtung relativ zu der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (z.B. in Längsrichtung des Fahrzeugs) erlaubt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Kopplungsmittel ein Dämpfungselement auf, das dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masseaufnahmeelements relativ zu dem Fahrzeug zu dämpfen.
Durch diese Maßnahme erfolgt die An- und Abkopplung des Masseobjekts dämpfend. Damit ist die Wiederankopplung des Masseobjekts kein schlagartiger Vorgang. Vielmehr erfolgt durch die Dämpfungselemente eine schrittweise Ankopplung des Masseobjekts.
Als Dämpfungselement kann beispielsweise ein Federdämpfersystem oder auch eine Wirbelstrombremse eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dämpfungselement zwischen einem vorderen Bereich des Fahrzeugs und dem Masseaufnahmeelement oder zwischen einem hinteren Bereich des Fahrzeugs und dem Masseaufnahmeelement angeordnet.
Falls das Dämpfungselement zwischen dem vorderen Bereich des Fahrzeugs und dem Masseaufnahmeelement angeordnet ist, kann das Dämpfungselement entweder selbst an dem Masseaufnahmeelement oder aber an einer Aufnahmestruktur des Fahrzeugs befestigt sein, die das Masseaufnahmeelement im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs aufnimmt. Bei einer Anordnung des Dämpfungselements zwischem dem hinteren Bereich des Fahrzeugs und dem Masseaufnahmeelement wird das Masseaufnahmeelement inklusive des Masseobjekts im Falle eines Aufpralls von dem rückwärtigen Teil des Fahrzeugs über entsprechende Strukturen abgefangen. Dies setzt voraus, dass diese Strukturen im Hinblick auf die Steifigkeit entsprechend ausgestaltet werden. Beispielsweise können transversale Strukturen im rückwärtigen Bereich des Fahrzeugs verwendet werden, die der Lastabtragung bei einem Seitenaufprall dienen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Dämpfungselement als Aktuator ausgebildet, um das Masseaufnahmeelement mit einem variablen Dämpfungsfaktor an die Fahrzeugstruktur zu koppeln.
Durch diese Maßnahme kann der Aufprallimpuls sehr gut beeinflusst werden. Die Belastungen der Insassen des Fahrzeugs werden damit reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dämpfungselement ein Federdämpferelement, dessen Federkraft einstellbar ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Federdämpfersystem als schaltbares Element ausgelegt, das eine adative Einstellung der Federkraft erlaubt. Damit kann ein hohes Steifigkeitsniveau des Federdämpfersystems den Standardfall abbilden und ein niedriges Steifigkeitsniveau die Aufprallsituation des Fahrzeugs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Dämpfungselement als elektronisches Element ausgebildet, dessen Dämpfungsfaktor auf elektrischen oder magnetischen Kraftwirkungen basiert.
Dieses Element muss für den Standardfall (Masseaufnahmelement an der Fahrzeugstruktur fixiert) wie auch für die Aufprallsituation (Masseaufnahmeelement zumindest teilweise von der Fahrzeugstruktur entkoppelt) ausgelegt werden. Durch das adaptronische Element kann eine päzise Beeinflussung des Aufprallimpulses realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Kopplungsmittel ein Aufprallelement auf, das zwischen dem vorderen Bereich des Fahrzeugs und dem Masseaufnahmeelement angeordnet ist, um die Bewegungen des zumindest teilweise entkoppelten Masseaufnahmeelements zu beschränken.
Durch das Aufprallelement wird keine zeitgesteuerte sondern eine weggesteuerte An- und Abkopplung realisiert. Damit liegt in der Konstruktion des Fahrzeugs ein vorgegebener Freiraum zur freien Bewegung des Masseaufnahmeelements bzw. des Masseobjekts vor.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Aufprallelement mit einer Teilstruktur des Fahrzeugs einstückig ausgebildet, die in dem Fahrzeug als transversale Struktur zur Lastabtragung eines Seitenaufpralls ausgebildet ist.
Das Aufprallelement wird als wesentliches Auffang- bzw. Ankoppelungselement für das freigegebene Masseobjekt eingesetzt. Da hohe Kräfte aufgenommen werden müssen, handelt es sich dabei vorteilhafterweise um eine Teilstruktur, die innerhalb des Fahrzeugs als transversaler Lastpfad zur Abdeckung von Seitenkollisionen integriert ist. Alternativ kann das Aufprallelement als Teil eines mittragenden Gehäuses des Masseobjekts (z.B. Batteriegehäuse) ausgebildet sein, das zur Gesamtsteifigkeit des Fahrzeugs beiträgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Massekopplungsanordnung eine Sensoranordnung zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, Sensordaten zu erfassen, auszuwerten und Ergebnisse der Auswertung an ein Steuergerät weiterzuleiten, das den Aktuator steuert.
Durch die Sensoranordnung kann eine bestehende oder in naher Zukunft auftretende Aufprallsituation so genau bestimmt werden, dass daraus eine Ansteuerstrategie für die Kopplungsmittel abgeleitet werden kann. Zur Bestimmung der Aufprallcharakteristik können Algorithmen zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise im Airbagbereich üblich sind. Die darauf resultierende Ansteuerung des Aktuators kann über ein Regelwerk erfolgen. Beispielsweise wird bei einem Aufprall auf einen Pfahl die Masse vorzugsweise zu Beginn des Aufpralls entkoppelt, um größere Verzögerungswerte zu erhalten. Im weiteren Verlauf des Aufpralls wird dann das Masseaufnahmeelement wieder angekoppelt, um die Verzögerung zu reduzieren. Ohne diese Ansteuerung wären die wirkenden Beschleunigungen zu Beginn des Aufpralls sehr gering, dafür ab Mitte des Aufpralls jedoch umso höher. Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung wird ein Glätten des Beschleunigungsverlaufs bewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoranordnung zur Erfassung der Sensordaten einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drucksensor auf.
Bei der Sensorik kann es sich im Fall eines Kraftfahrzeugs beispielsweise um eine typische Airbagsensorik bestehend aus Beschleunigungs- und Drucksensoren handeln, welche innerhalb des Fahrzeuges verbaut ist und deren Daten über die Airbagelektronik verarbeitet wird. Die Elektronik kann aber auch unabhängig von der Airbagelektronik verwirklicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoranordnung zur Erfassung der Sensordaten vorausschauende Sensoren, insbesondere laserbasierte Sensoren, Radar und/oder Videosensoren auf.
Durch die vorausschauenden Sensoren kann ein in naher Zukunft auftretender Aufprall sehr genau bestimmt werden. Dies wiederum führt zu einer guten Beeinflussung des Aufprallimpulses und zu einer wirksamen Reduzierung der Insassenbelastung.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoranordnung zur Erfassung der Sensordaten eine Empfängereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, Signale aus einer Kommunikation des Fahrzeugs mit Kommunikationspartnern in einer Umgebung des Fahrzeugs zu empfangen.
Insbesondere können durch diese Maßnahme Signale aus einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation ausgewertet werden. Dies wiederum ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von möglichen Aufprallsituationen. Dies erlaubt eine optimierte Ansteuerstrategie für den Aktuator und damit eine wirksame Reduktion der Insassenbelastung.
In einer besonderen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einer Batterie zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie für die elektrische Maschine und mit einer Massekopplungsanordnung der oben beschriebenen Art.
In einer weiteren Ausführungsform des Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist die Massekopplungsanordnung als Batterieträgeranordnung ausgestaltet, wobei die Batterie des Kraftfahrzeugs das Masseobjekt darstellt.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einer Batterieträgeranordnung als beispielhafte Ausführungsform einer Massekopplungsanordnung;
2 zeigt in schematischer Form eine Ausführungsform der Batterieträgeranordnung;
3 zeigt in schematischer Form eine weitere Ausführungsform der Batterieträgeranordnung; und
4 zeigt in schematischer Form eine weitere Ausführungsform der Batterieträgeranordnung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die erfindungsgemäße Massekopplungsanordnung soll im Folgenden anhand eines in 1 schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 10 näher erläutert werden. Als Ausführungsform der Massekopplungsanordnung wird eine Batterieträgeranordnung 12 gewählt, die ein Batterieaufnahmeelement 14 aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Batterie 16 als Masseobjekt aufzunehmen. Dabei ist die Batterie 16 mechanisch fest mit dem Batterieaufnahmeelement 14 gekoppelt. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Massekopplungsanordnung auch in anderen Fahrzeugen, wie z.B. elektrisch angetriebenen Zweirädern, eingesetzt werden kann. Ebenfalls können anstatt der Batterie 16 auch andere singuläre Massen im Fahrzeug als Masseobjekt definiert werden. Beispielsweise ist das beschriebene Wirkprinzip auch auf einen Motor als Masseobjekt anwendbar.
Des Weiteren weist die Batterieträgeranordnung 12 eine Führungsanordnung 18 auf, mittels der das Batterieaufnahmeelement 14 in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 10 beweglich gelagert ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Führungsanordnung 18 das Batterieaufnahmeelement 14 auch in einer von der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 10 abweichenden Richtung oder auch in verschiedenen Richtungen beweglich lagern.
Außerdem weist die Batterieträgeranordnung 12 Kopplungsmittel 20 auf. Mit Hilfe der Kopplungsmittel 20 wird das Batterieaufnahmeelement 14 im Normalfall mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 fest gekoppelt. Im Falle eines Aufpralls oder eine bevorstehenden Aufpralls wird das Batterieaufnahmeelement 14 mittels der Kopplungsmittel 20 zumindest teilweise und zumindest während eines bestimmten zeitlichen Intervals von der Karosserie entkoppelt. Die Kopplungsmittel 20 weisen einen Aktuator 22 auf, der den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einstellt.
Darüber hinaus sind die Kopplungsmittel 20 mit einem Steuergerät 24 elektrisch gekoppelt. Das Steuergerät 24 dient insbesondere zur Steuerung des Aktuators 22. Ferner ist das Steuergerät 24 mit einer Sensoranordnung 26 elektrisch verbunden. Die Sensoranordnung 26 weist wiederum eine Sensorik 28 und eine Auswerteelektronik 30 auf. Die Sensorik 28 weist typischerweise einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drucksensor auf. Da es sich bei diesen Sensoren um typische Airbagsensoren handelt, kann die Auswertung der Daten über die Airbagelektronik erfolgen. Die Auswerteelektronik 30 kann aber auch unabhängig von der Airbagelektronik realisiert werden. Darüber hinaus kann die Sensorik 28 vorausschauende Sensoren aufweisen. Dies umfasst insbesondere laserbasierte Sensoren (LIDAR), Radar und/oder Videosensoren. Ferner kann die Sensorik 28 eine Empfängereinheit aufweisen, die Signale aus einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-(Car2Car-) bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-(Car2Infrastructure-)Kommunikation empfängt.
Mit Hilfe der Sensoranordnung 26 kann eine bestehende oder in naher Zukunft auftretende Aufprallsituation genau bestimmt werden. Dazu werden die Signale, die von den verschiedenen Sensoren der Sensorik 28 zur Verfügung gestellt werden, in der Auswerteelektronik 30 miteinander kombiniert und ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Auswertung werden an das Steuergerät 24 weitergeleitet. Das Steuergerät 24 steuert daraufhin den Aktuator 22 an, mittels dem das Batterieaufnahmeelement 14 inklusive der Batterie 16 im Falle eines Aufpralls oder eines unmittelbar bevorstehenden Aufpralls zumindest teilweise von der Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 abgekoppelt und wieder angekoppelt wird. Der zeitliche Verlauf der Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 14 bzw. der Grad der Kopplung richtet sich nach der speziellen Aufprallsituation, die von der Sensoranordnung 26 bestimmt wird. Die aktuatorbasierte Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 14 im Falle eines Aufpralls erfolgt unter der Maßgabe, dass die Belastung der Insassen reduziert wird. Durch die erfindungsgemäße Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 14 wird die während des Aufpralls wirksame Masse beeinflusst. Dies wiederum ermöglicht eine Beeinflussung des Aufprallimpulses. Somit kann mit Hilfe der Batterieträgeranordnung 12 die auf das gesamte Fahrzeug 10 wirkende Verzögerung so beeinflusst werden, dass die Belastung und damit die Verletzungsgefahr für die Insassen gegenüber einem Fahrzeug ohne ein solches System deutlich verringert wird.
Die Führungsanordnung 18 stellt sicher, dass das Batterieaufnahmeelement 14 inklusive der Batterie 16 während eines Aufpralls ausschließlich in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 10 bewegt werden kann. Über die Kopplungsmittel 20 wird die Wegstrecke des zumindest teilweise entkoppelten Batterieaufnahmeelements 14 in der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 10 begrenzt. Außerdem können die Kopplungsmittel 20 die Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 14 dämpfen, um die Übergänge zwischen diesen beiden Zuständen zu glätten.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Grundsätze des Trägheitsgesetzes angewendet. Während eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs 10 gilt das Trägheitsgesetz F = m × a.
Dabei ist m die wirksame Masse (im Allgemeinen die Fahrzeugmasse), F die von einer Fahrzeugstruktur aufgebrachte Kraft (eine fahrzeugspezifische Konstante) und a die daraus resultierende Beschleunigung. Nach der Beschleunigung aufgelöst, ergibt sich die Gleichung a = F/m.
Es wird nun angenommen, dass sich die wirksame Masse m des Kraftfahrzeugs 10 aus zwei Teilmassen m1 und m2 zusammensetzt. Dabei ist m1 die Masse der Fahrzeugbatterie 16 (inklusive des Baterieaufnahmeelements 14 und eventuell anderer Komponenten, die mit der Batterie 16 fest gekoppelt sind), die für einen gewissen Zeitraum nicht fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Daraus folgt, dass m2 die Masse des Kraftfahrzeugs 10 ohne die Batterie 16 ist. Da die Kraft F der Fahrzeugstruktur konstant ist, ergibt sich für die Beschleunigung a_neu nunmehr a_neu = F/m2.
Da m2 < m ergibt sich nun für die Beschleunigung a_neu > a. Im Resultat bedeutet dies, dass durch Abkoppeln einer Masse von der Fahrzeugkarosserie der Wert der Beschleunigung erhöht werden kann. Umgekehrt kann durch anschließendes Wiederankoppeln der Masse die Beschleunigung verringert werden. Zusammenfassend kann somit innerhalb gewisser Grenzen die zeitliche Charakteristik der Beschleunigung durch gezieltes An- und Abkoppeln von Massen beeinflusst werden. Dieser Effekt wird bei der erfindungsgemäßen Batterieträgeranordnung 12 eingesetzt.
2 zeigt in schematischer Form eine Ausführungsform der Batterieträgeranordnung 12. Die Batterieträgeranordnung 12 weist das Batterieaufnahmeelement 14, die Batterie 16 und die Führungsanordnung 18 auf. Des Weiteren weist die Batterieträgeranordnung 12 zwei elektromechanische Aktuatoren 22a, 22b, ein Dämpfungselement 32 und ein im Frontbereich des Kraftfahrzeugs 10 angeordnetes Aufprallelement 34 auf.
Falls von der in 2 nicht näher bezeichneten Sensoranordnung 26 eine Aufprallsituation bestimmt wird, werden die elektromechanischen Aktuatoren 22a, 22b mittels des Steuergeräts 24 derart angesteuert, dass sie lateral zur Fahrzeuglängsachse (siehe Pfeilrichtung in 2) bewegt werden. Damit wird die Bewegung des Batterieaufnahmeelements 14 inklusive der Batterie 16 in der Fahrzeuglängsachse freigegeben. Aufgrund der Massenträgheitskräfte bewegt sich das Batterieaufnahmeelement 14 inklusive der Batterie 16 im Falle eines Aufpralls in Richtung des Aufprallelements 34. Dabei wird die Bewegung durch das Dämpfungselement 32 gedämpft. Die Wegstrecke des Batterieaufnahmeelements 14 in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs wird schließlich durch das Aufprallelement 34 begrenzt. Bei dem Aufprallelement 34 kann es sich um eine Teilstruktur handeln, die innerhalb des Kraftfahrzeugs 10 als transversaler Lastpfad zur Abdeckung von Seitenkollisionen integriert ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das Aufprallelement 34 auch als Teil eines mittragenden Batteriegehäuses zur Gesamtsteifigkeit des Kraftfahrzeugs 10 beitragen. Mit Hilfe der elektromechanischen Aktuatoren 22a, 22b und des Aufprallelements 34 wird in diesem Ausführungsbeispiel eine weggesteuerte Abkopplung des Batterieaufnahmeelements 14 realisiert. Die Charakteristik der Abkopplung wird somit hauptsächlich durch die Auslegung des Dämpfungselements 32 und die Wegstrecke zwischen dem Aufprallelement 34 und dem Batterieaufnahmeelement 14 bestimmt.
In der 3 ist eine weitere Ausführungsform der Batterieträgeranordnung 12 gezeigt. Gleiche Elemente in Bezug auf die 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Die Batterieträgeranordnung 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei pyrotechnische Aktuatoren 22a' und 22b' auf. Die Aktuatoren 22a', 22b' sind mit Befestigungselementen 36a, 36b gekoppelt, die das Batterieaufnahmeelement 14 in einem Normalfall an der Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 festlegen. Das Aufprallelement 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in dem Frontbereich des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet. Dagegen ist das Dämpfungselement 32 zwischen einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs 10 und dem Batterieaufnahmeelement 14 angeordnet. Im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs 10 wird damit das Batterieaufnahmeelement 14 inklusive der Batterie 16 von einem rückwärtigen Teil des Kraftfahrzeugs 10 über das Dämpfungselement 32 abgefangen. Dies setzt voraus, dass abfangende Strukturen 38 im rückwärtigen Teil des Kraftfahrzeugs 10 eine entsprechende Steifigkeit aufweisen. Beispielsweise können transversale Strukturen im rückwärtigen Bereich des Kraftfahrzeugs 10 verwendet werden, die der Lastabtragung bei einem Seitenaufprall dienen.
Bei der Bestimmung eines Aufpralls oder eines unmittelbar bevorstehenden Aufpralls durch die in 3 nicht näher bezeichnete Sensoranordnung 26 werden die Befestigungselemente 36a, 36b mit Hilfe der pyrotechnischen Aktuatoren 22a', 22b' weggesprengt. Dadurch ist die Bewegung des Batterieaufnahmeelements 14 inklusive der Batterie 16 ab diesem Zeitpunkt in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 10 freigegeben. Die Bewegung der Befestigungselemente 36a, 36b kann auch mittels elektromechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren umgesetzt werden. Wichtig dabei ist nur, dass die Aktuatoren 22 derart ausgelegt sind, dass sie im Normalfall das Batterieaufnahmeelement 14 inklusive der Batterie 16 an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 festlegen.
Bei Aufprall des Kraftfahrzeugs 10 wird das Batterieaufnahmeelement 14 und die Batterie 16 durch die Massenträgheitskräfte in Richtung des Aufprallelements 34 bewegt. Das Aufprallelement 34 begrenzt die Bewegungsfreiheit des Batterieaufnahmeelements 14 in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 10. Die Bewegung des Batterieaufnahmeelements 14 und der Batterie 16 wird durch das Dämpfungselement 32 gedämpft.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Batterieträgeranordnung 12 gezeigt. Gleiche Elemente in Bezug auf 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Die Batterieträgeranordnung 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Dämpfungselement 32’ auf, das das Batterieaufnahmeelement 14 mit einem variablen Dämpfungsfaktor an die Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 koppelt. Das Dämpfungselement 32’ ist als Aktuator 22'' bzw. als Federdämpfersystem ausgebildet, das eine adaptive Einstellung der Federkraft erlaubt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Dämpfungselement 32’ auch als adaptronisches Element ausgebildet sein, dessen Dämpfungsfaktor auf elektrischen oder magnetischen Kraftwirkungen basiert. So kann die Relativbewegung der Batterie 16 zu dem Kraftfahrzeug 10 beispielsweise auch durch eine (z.B. linear wirkende) Wirbelstrombremse beeinflusst werden. Bei Verwendung einer Wirbelstrombremse können zusätzlich Befestigungselemente 36 verwendet werden.
Bei dem in 4 gezeigten Aktuator 22'' wird das Federdämpfersystem durch das Steuergerät 24 im Standardfall derart angesteuert, dass in dem Federdämpfersystem ein hohes Steifigkeitsniveau eingestellt wird. Damit ist das Batterieaufnahmeelement 14 und die Batterie 16 im Standardfall im Wesentlichen starr mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 gekoppelt.
Bei Bestimmung eines Aufpralls oder eines unmittelbar bevorstehenden Aufpralls durch die in 4 nicht näher bezeichnete Sensoranordnung 26 wird das Steifigkeitsniveau des Aktuators 22'' gemäß einem vorgegebenen Profil, das durch die Auswerteelektronik 30 oder auch das Steuergerät 24 bestimmt werden kann, zunächst abgesenkt und anschließend wieder angehoben. Alternativ kann das Steifigkeitsniveau des Aktuators 22'' auch nur abgesenkt werden. In diesem Fall wird die Bewegungsenergie des Batterieaufnahmeelements 14 und der Batterie 16 vollständig von dem Aufprallelement 34 aufgenommen.

Claims

Massekopplungsanordnung (12) für ein Fahrzeug (10) mit: – einem Masseaufnahmeelement (14) zur Aufnahme eines Masseobjekts (16), – einer Führungsanordnung (18), mittels der das Masseaufnahmeelement (14) relativ zu dem Fahrzeug (10) beweglich gelagert ist, – Kopplungsmitteln (20), die dazu eingerichtet sind, das Masseaufnahmeelement (14) mit einer mit dem Fahrzeug (10) fest verbundenen Fahrzeugstruktur zu koppeln und/oder zumindest teilweise von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln, wobei die Kopplungsmittel (20) einen Aktuator (22) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einzustellen.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Kopplungsmittel (20) ein Befestigungselement (36) aufweisen, das dem Aktuator (22) zugeordnet ist, und das dazu augebildet ist, das Masseaufnahmeelement (14) an der Fahrzeugstruktur des Fahrzeugs (10) festzulegen und durch den Aktuator (22) betätigt im Falle eines Aufpralls oder eines bevorstehenden Aufpralls von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aktuator (22) ein elektromechanischer, pyrotechnischer, hydraulischer oder pneumatischer Aktuator ist.
Massekopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kopplungsmittel (20) ein Dämpfungselement (32) aufweisen, das dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masseaufnahmeelements (14) relativ zu dem Fahzeug (10) zu dämpfen.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 4, wobei das Dämpfungselement (32) zwischen einem vorderen Bereich des Fahrzeugs (10) und dem Masseaufnahmeelement (14) oder zwischen einem hinteren Bereich des Fahrzeugs (10) und dem Masseaufnahmeelement (14) angeordnet ist.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Dämpfungselement (32) als Aktuator ausgebildet ist, um das Masseaufnahmeelement (14) mit einem variablen Dämpfungsfaktor an die Fahrzeugstruktur zu koppeln.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 6, wobei das Dämpfungselement (32) ein Feder-Dämpfer-Element ist, dessen Federkraft einstellbar ist.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 6, wobei das Dämpfungselement (32) als adaptronisches Element ausgebildet ist, dessen Dämpfungsfaktor auf elektrischen oder magnetischen Kraftwirkungen basiert.
Massekopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kopplungsmittel (20) ein Aufprallelement (34) aufweisen, das zwischen dem vorderen Bereich des Fahrzeugs (10) und dem Masseaufnahmeelement (14) angeordnet ist, um die Bewegung des zumindest teilweise entkoppelten Masseaufnahmeelements (14) zu beschränken.
Massekopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Massekopplungsanordnung eine Sensoranordnung (26) zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, Sensordaten zu erfassen, auszuwerten und Ergebnisse der Auswertung an ein Steuergerät (24) weiterzuleiten, das den Aktuator (22) steuert.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 10, wobei die Sensoranordnung (26) zur Erfassung der Sensordaten einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drucksensor aufweist.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Sensoranordnung (26) zur Erfassung der Sensordaten vorausschauende Sensoren, insbesondere laserbasierte Sensoren, Radar- und/oder Videosensoren aufweist.
Massekopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Sensoranordnung (26) zur Erfassung der Sensordaten eine Empfängereinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, Signale aus einer Kommunikation des Fahrzeugs (10) mit Kommunikationspartnern in einer Umgebung des Fahzeugs (10) zu empfangen.
Massekopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Masseaufnahmeelement (14) mittels der Führungsanordnung (18) in einer Längsrichtung des Fahrzeugs (10) beweglich gelagert ist.
Massekopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Masseobjekt (16) eine Batterie (16) ist, die dazu ausgebildet ist, elektrische Energie zum Antreiben des Fahrzeugs (10) bereitzustellen.