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Die Erfindung betrifft ein Längselement eines Kraftfahrzeugs, wobei das Längselement an einem Ende an einer Aufprallabsorptionsstruktur befestigt ist, die den Gegenstand, auf welchen das Fahrzeug aufgeprallt ist, berührt. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das wenigstens ein derartiges Längselement aufweist.
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Fahrzeuge der heute üblichen Bauart haben zwei Crashtestsysteme: Zusammenstöße bei niedriger Geschwindigkeit, die typischerweise zum Beurteilen der Reparaturfähigkeit verwendet werden, und Zusammenstöße bei hoher Geschwindigkeit, die sich auf die Sicherheit der Insassen konzentrieren. Um Reparaturfähigkeit zu niedrigen Kosten bei Zusammenstößen mit niedriger Geschwindigkeit zu erreichen, müssen die Kräfte, die von dem Low Speed Energy-Absorber in die Hauptstruktur eingeleitet werden, niedriger sein als die, die zu Schäden an der Hauptstruktur hinter dem Stoßfängersystem führen würden. Die Energie bei langsamer Geschwindigkeit wird innerhalb des Stoßfängersystems absorbiert, das typischerweise mit der Vorderseite der Längselemente des Fahrzeugs verbunden ist (zum Beispiel mit Bolzen). Der High Speed Energy-Absorber (HSEA) ist ein Längselement und kann Teil eines Längsträgers sein. Interne, bislang nicht offenbarte Experimente haben gezeigt, dass es bei Fahrzeugen aus Verbundmaterialien wesentlich ist, dass das Stoßfängersystem, das insbesondere einen Low Speed Energy-Absorber (LSEA) aufweist, die gesamte Energie, die es absorbieren kann, absorbiert, und dass das Längselement fortschreitend ab dem vorderen Abschnitt oder in dessen Nähe zu stauchen beginnt.
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Ein akzeptiertes Verfahren dafür besteht darin, dass die erforderliche Last zum Einsetzen des Stauchens in dem Längselement höher ist als es bei einem Zusammenstoß mit niedriger Geschwindigkeit der Fall ist. Ein Problem bei diesem Ansatz besteht jedoch darin, dass zum Verhindern verfrühten Auslösens die Kraftniveaus zu hoch dafür sind, dass die restliche Struktur Energie auf einem akzeptablen Niveau absorbieren kann. In bestimmten Fällen ist der Bereich akzeptabler Werte für den gewünschten Auslösebeginn zu klein, um so auslegbar und herstellbar zu sein, dass es reproduzierbar verhindert, dass das Kraftniveau einen unerwünschten Bruch hinter der Vorderseite des Längselements verursacht. Das Ergebnis eines unerwünschten Bruchs ist entweder, dass in dem Längselement weniger Energie absorbiert wird, oder dass die Fahrgastzelle beschädigt wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik wenigstens teilweise zu überwinden und insbesondere eine stabile Stauchfront an dem Längselement bei einer Vielzahl von Kraftniveaus herzustellen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen können insbesondere von den abhängigen Ansprüchen abgeleitet werden.
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Die Aufgabe wird durch ein Längselement eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei das Längselement hohl und aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, an einem Ende an einer Aufprallabsorptionsstruktur befestigt ist und wenigstens einen Näherungsauslöser aufweist, der ein Schadensmittel zum Erzeugen lokalen Schadens in dem Längselement aufweist, und ein Betätigungsmittel, das zwischen dem Längselement und der Aufprallabsorptionsstruktur angeordnet ist, um das Schadensmittel zu betätigen, wobei das Betätigungsmittel durch das Annähern der Aufprallabsorptionsstruktur an das Längselement ausgelöst wird.
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Der Ausatz mit der Näherungsauslösung eliminiert die Abhängigkeit von Kraftniveaus. Im Wesentlichen dringt die Aufprallabsorptionsstruktur zu einer Position vor, in der der Näherungsauslöser ausgelöst wird, der direkt lokales Stauchen in dem Längselement aus einem Verbundmaterial durch den Näherungsauslöser auslöst. Dies wiederum stellt eine stabile Stauchfront in dem Längselement her.
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Die Aufprallabsorptionsstruktur kann jeder beliebige Teil oder jede beliebige Gruppe von Teilen des Kraftfahrzeugs sein, der/die den Gegenstand, auf den das Fahrzeug aufgeprallt ist, berührt, und der sich beim Aufprall wenigstens teilweise dem Längselement nähert und/oder sich in Bezug zu dem Längselement nach hinten bewegt. Die Aufprallabsorptionsstruktur kann mit anderen Worten jeder beliebige Teil oder jede beliebige Gruppe von Teilen sein, der/die den Gegenstand, auf den das Fahrzeug aufgeprallt ist, berührt und der/die beim Aufprall eine Kraft auf das Längselement ausübt. Diese Kraft ist wenigstens teilweise entlang einer Längsachse des Längselements ausgerichtet.
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Es ist eine Ausführungsform, dass die Aufprallabsorptionsstruktur einen Stoßfängerträger aufweist.
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Es ist eine weitere Ausführungsform, dass die Aufprallabsorptionsstruktur zusätzlich wenigstens einen Low Speed Energy-Absorber aufweist. Der LSEA kann insbesondere ein Energie absorbierendes Längselement sein, das direkt auf einen Stoßfängerträger folgt, um Lastniveaus zu verringern. Wenn ein Low Speed Energy-Absorber (LSEA) vorhanden ist, umfasst der Aufprall einen Verbrauch des LSEA.
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Insbesondere kann das Längselement mit einem LSEA verbunden sein, der seinerseits mit dem Stoßfängerträger verbunden ist. Allgemein kann das Längselement direkt/entfernt mit dem Stoßfängerträger verbunden sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Aufprallabsorptionsstruktur eine Karosserie des Kraftfahrzeugs sein.
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Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Personenkraftwagen sein, ist aber nicht darauf beschränkt, und kann zum Beispiel auch Teil eines Lastkraftwagens, insbesondere eines Kleinlastwagens, usw. sein.
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Das Längselement kann insbesondere ein sich linear erstreckendes längliches Element sein. Dieses Element kann insbesondere in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sein, das heißt von der Rückseite zu der Vorderseite oder von der Vorderseite zu der Rückseite.
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Da das Längselement hohl ist, kann es einen im Wesentlichen leeren Innenraum umfassen. Ein hohles Längselement kann zum Beispiel Verstärkungsstreben, Stangen usw. in seinem Innenraum aufweisen.
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Ein Verbundmaterial kann insbesondere ein Material sein, das ein Faserverbundmaterial aufweist oder daraus besteht. Das Faserverbundmaterial kann zum Beispiel kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFRP) oder glasfaserverstärkter Kunststoff sein.
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Eine Querschnittform des Längselements ist allgemein nicht auf eine bestimmte Form beschränkt und kann eine kreisförmige, ovale, winkelige oder freie Form aufweisen. Die Querschnittform kann zum Beispiel rechteckig, mit scharfen oder gerundeten Rändern sein. Allgemein sind die Anzahl, Größe, Form und Position der Bohrungen und des/der dazugehörenden Näherungsauslöser(s) nicht beschränkt.
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Es ist eine Ausführungsform, dass der Näherungsauslöser ein mechanisches Element ist, und das Betätigungsmittel ein erstes Ende ist, das sich vor dem Längselement in der Richtung der Aufprallabsorptionsstruktur erstreckt, und das Betätigungsmittel ein zweites Ende ist, das fest in eine Bohrung des Längselements befestigt ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie mit relativ einfachen und kosteneffektiven Mitteln hergestellt werden kann. Sie ist ferner auch sehr robust und so gut wie wartungsfrei. Ferner wird eine Axial(längs)last vor dem Berühren mit der Aufprallabsorptionsstruktur entlang dem Längselement fast so gut wie in dem Fall eines Längselements ohne Bohrungen übertragen, da der/die Näherungsauslöser Last/Druck durch die Bohrungen übertragen kann/können. Der mechanische Näherungsauslöser wird durch Drücken/Berühren durch die Aufprallabsorptionsstruktur ausgelöst. Dieses Drücken veranlasst den mechanischen Näherungsauslöser, sein zweites Ende zu bewegen, das seinerseits lokal einen Bereich an der Bohrung, den Stauchbereich, beschädigt. Dieser Stauchbereich wirkt als ein Auslösungsbereich oder Ausgangsbereich für eine gut definierte fortschreitende Stauchfront des Längselements.
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Es ist eine weitere Ausführungsform, dass das mechanische Element ein längliches, abgewinkeltes Element ist. Diese Ausführungsform ermöglicht es dem mechanischen Näherungsauslöser, als ein Hebel zu wirken, der Material um die Bohrung durch eine Drehbewegung bricht oder staucht. Durch die Hebelwirkung kann das Stauchen auf eine besonders einfache und effektive Art ausgelöst werden.
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Es ist noch eine weitere Ausführungsform, dass das zweite Ende als ein sich verjüngender Zapfen ausgebildet ist, der fest in eine sich verjüngende Bohrung mit demselben Winkel gepasst ist. Das erlaubt eine gute Passung ohne oder mit nur wenig kleinen Spalten und daher eine effektive Lastübertragung vor der Berührung durch die Aufprallabsorptionsstruktur.
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Es ist noch eine weitere Ausführungsform, dass das zweite Ende in die Bohrung geklebt ist. Das ergibt eine sichere Klebeverbindung, die zusätzlich dazu tendiert, kleine Spalten für eine besonders effektive Drucklastübertragung zu schließen.
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Es ist noch eine weitere Ausführungsform, dass das Schadensmittel ein Energiespeichermittel aufweist, um Energie zu speichern, wobei die Energie freisetzbar ist, um einen lokalen Schaden in dem Längselement zu schaffen, und wobei das Betätigungsmittel einen Sensor aufweist, der, wenn er ausgelöst wird, das Energiespeichermittel dahingehend betätigt, seine Energie freizugeben.
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Die Art von Schadensmittel ist nicht beschränkt und kann eine pyrotechnische Vorrichtung (deren Energiespeichermittel den Sprengstoff enthält) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Schadensmittel ein federbelasteter Stößel sein (dessen Energiespeichermittel eine Feder aufweist) und/oder ein Zylinderspulenaktuator (dessen Energiespeichermittel elektrische Energie, zum Beispiel eine Batterie oder einen Kondensator aufweisen kann).
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Der Sensor kann eine Vorrichtung sein, die ausgelöst werden kann, um das Schadensmittel zu aktivieren und ist in seiner Funktionsweise nicht beschränkt. Der Sensor kann zum Beispiel ein mechanischer, elektromechanischer, auf Licht basierender, kapazitiver und/oder induktiver Sensor sein.
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Es ist auch eine Ausführungsform, dass das Längselement mehrere Näherungsauslöser aufweist, was eine gleichförmigere Stauchauslösung über einen Abschnitt des Längselements hinweg erlaubt.
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Eine besonders gleichförmige Stauchauslösung kann erzielt werden, wenn Näherungsauslöser auf entgegengesetzten Wandabschnitten des Längselements platziert werden.
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Es ist eine weitere Ausführungsform, dass das Längselement ein High Speed Energy-Absorber (HSEA) ist. Der HSEA kann ein Element sein, das an einem Längsträger des Kraftfahrzeugs befestigt ist oder Teil/ein Abschnitt des Längsträgers ist.
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Es ist noch eine weitere Ausführungsform, dass der High Speed Energy-Absorber mit einem Low Speed Energy-Absorber der Aufprallabsorptionsstruktur verbunden ist, der mit dem Stoßfängerträger der Aufprallabsorptionsstruktur verbunden ist. Der LSEA kann insbesondere ein Energie absorbierendes Längselement sein, das auf einen Stoßfängerträger folgt, um Lastniveaus zu verringern. Wenn ein Low Speed Energy-Absorber (LSEA) vorhanden ist, weist der Aufprall einen Verbrauch des LSEA auf. Der Stoßfängerträger und der/die LSEA können einen (vorderen oder hinteren) Stoßfänger bilden. Die Aufgabe wird auch durch ein Kraftfahrzeug gelöst, das wenigstens eine Crashstruktur aufweist, die wenigstens ein Längselement wie oben offenbart aufweist. Die Crashstruktur kann eine vordere Crashstruktur und/oder eine hintere Crashstruktur sein. Die Crashstruktur kann insbesondere wenigstens ein Längselement wie oben beschrieben und eine Aufprallabsorptionsstruktur wie oben beschrieben aufweisen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und eine Art ihrer Umsetzung werden von der folgenden schematischen Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform, die in Verbindung mit den Figuren erklärt wird, ausführlicher offenbart. Dabei werden ähnlichen und funktional ähnlichen Elementen dieselben Bezugszeichen in den Figuren zugewiesen.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Crashstruktur eines Kraftfahrzeugs,
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2 zeigt eine perspektivische, teilweise transparente Ansicht der Crashstruktur der 1,
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der unteren Hälfte der Crashstruktur der 1,
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4 bis 7 zeigen als Querschnittdraufsichten aufeinander folgende Etappen eines Falls einer Axiallast/eines Aufpralls der Crashstruktur der 1.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Crashstruktur 12 eines Kraftfahrzeugs 11. 2 zeigt eine perspektivische, halb transparente Ansicht der Crashstruktur 12. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der unteren Hälfte der Crashstruktur 12.
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Die Crashstruktur 12 weist eine Low Energy-Aufprallabsorptionsstruktur auf, die ihrerseits einen Stoßfängerträger 13 aufweist, von dem nur ein Teil einer seitlichen (Vorderseiten- oder Rückseiten-)Seitenwand 14 gezeigt ist. Verbunden mit der Wand 14 des Stoßfängerträgers 13 ist ein Low Speed Energy-Absorber (LSEA) 15. Der LSEA 15 ist auch Teil der Low Energy Aufprallabsorptionsstruktur. Typischerweise ist der Stoßfängerträger 13 mit den zwei LSEA 15 verbunden.
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Der LSEA 15 ist ein hohles röhrenförmiges, an den Enden offenes Element, das aus einem Verbundmaterial hergestellt ist und einen rechteckigen Querschnitt hat. Eine Vorderseite des LSEA 15 ist an der Wand 14 befestigt. Eine Rückseite 16 des LSEA 15 ist an einer Vorderseite 17 eines Längselements in Form eines High Speed Energy-Absorbers (HSEA) 18 über eine Verbindungsplatte 19 befestigt. Der HSEA 18 ist Teil einer Crashstruktur 12, nicht aber der Low Energy-Aufprallabsorptionsstruktur. Der LSEA 15 und der HSEA 18 werden nacheinander angeordnet. Der HSEA 18 ist auch ein hohles röhrenförmiges an den Enden offenes Element, das aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, das einen rechteckigen Querschnitt hat. Der LSEA 15 und der HSEA 18 können zum Beispiel aus CFRP hergestellt sein. Eine Rückseite 20 des HSEA 18 kann mit einem Längsträger verbunden sein, oder der HSEA 18 kann Teil eines Längsträgers sein. Der HSEA 18 ist daher entfernt mit dem Stoßfängerträger 13 über den LSEA 15 verbunden.
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Der HSEA 18 weist zwei mechanische Näherungsauslöser 21 in Form länglicher, rechteckiger, abgewinkelter Elemente auf. Ein erstes Ende 22 jedes der Näherungsauslöser 21 erstreckt sich vor dem HSEA 18 in der Richtung des Stoßfängerträgers 13 entlang dem LSEA 15. Das erste Ende 22 wirkt als ein Betätigungsmittel, wie unten ausführlicher erklärt wird. Ein zweites Ende 23 ist als ein Zapfen ausgebildet und fest in eine Bohrung 24 des HSEA 18 gepasst. Das zweite Ende 23 wirkt als ein Schadensmittel, wie unten ausführlicher erklärt wird. Die zwei Näherungsauslöser 21 und ihre Bohrungen 24 sind in entgegengesetzten Seitenwänden 25 positioniert.
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Das zweite Ende 23 wirkt als ein Betätigungsmittel, wie unten ausführlicher erklärt wird. Das zweite Ende verjüngt sich, ebenso wie die Bohrung 24. Das zweite Ende 23 und die Bohrung 24 haben denselben Verjüngungswinkel, um eine feste Passung sicherzustellen. Insbesondere ist das zweite Ende 23 für eine sichere Verbindung in die Bohrung 24 geklebt.
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Die 4 bis 7 zeigen als Querschnittdraufsichten fortschreitende Etappen eines Falls einer Axiallast/eines Aufpralls auf den Stoßfängerträger 13 und daher auf den LSEA 15 und den HSEA 18.
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In 4 ist der HSEA 18 an seiner Rückseite 20 gehalten, und die Wand 14 des Stoßfängerträgers 13 bewegt sich während eines Aufpralls (obwohl das Gegenteil funktionsmäßig identisch wäre). Während des Aufpralls absorbiert der LSEA 15 Energie von dem Aufprall, indem er gestaucht wird und Material kontinuierlich durch eine Kombination von Fragmentierung, Streifenbildung, Faserbruch, Matrixriss, Produktion von Trümmern an der Stauchschnittstelle oder Stauchfront 25 verbraucht wird. In diesem Stadium, wenn die Wand 14 des Stoßfängerträgers 13 von den Näherungsauslösern 21 beabstandet ist, können die Näherungsauslöser 21 effektiv Drucklast durch die Bohrungen 24 tragen.
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In 5 löst die Wand 14 des Stoßfängerträgers 13 das erste Ende 22 des Näherungsauslösers 21 aus, indem sie es berührt. Der Versatz der Last induziert hohes lokales Biegen des HSEA 18 und eine schnelle lokale Auslösung der Beschädigung oder des Versagens um die Bohrung 24, die bereits durch das Stauchen des LSEA 15 hohen Druckkräften ausgesetzt war.
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6 zeigt, dass beim fortschreitenden Aufprall die Stauchwirkung an der Wand 14 des Stoßfängerträgers 13/LSEA 15 aussetzt, während eine Spalte 27, die durch die Schadensauslösung verursacht wird, geschlossen wird.
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In 7 findet das Stauchen 28 nun an dem Abschnitt des HSEA 18 statt, der die Bohrungen 24 enthält, weil dies der schwächste Abschnitt innerhalb des Lastpfads ist. Das erzeugt effektiv eine Auslösung einer Stauchfront innerhalb des HSEA 18 jeweils an definierten Positionen und an einem definierten-Abschnitt, unabhängig von den Kraft-/Last-/Druckniveaus. Da die Bohrungen 24 in der Nähe der Vorderseite 17 des HSEA 18 liegen, kann fast die gesamte Länge des HSEA 18 zum Absorbieren von Energie verwendet werden.
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Obwohl die Erfindung ausführlich durch die gezeigte spezifische Ausführungsform beschrieben und veranschaulicht wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Variationen und Änderungen können vielmehr von einem Fachmann abgeleitet werden, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.
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Die Form und die Größe des Querschnitts sind zum Beispiel nicht beschränkt und können zum Beispiel eine kreisförmige, ovale, dreieckige, n-winkelige (n > 4), frei geformte usw. Querschnittform aufweisen. Es kann auch einen variierenden Querschnittbereich haben oder aus einer Reihe offener Abschnitte bestehen, die zusammengeklebt sind, um eine geschlossene Struktur zu bilden. Der LSEA ist nicht unbedingt darauf beschränkt, Verbundmaterial zu sein, und kann metallisch sein.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Kraftfahrzeug
- 12
- Crashstruktur
- 13
- Stoßfängerträger einer Aufprallabsorptionsstruktur
- 14
- Wand
- 15
- Low Speed Energy-Absorber (LSEA) einer Aufprallabsorptionsstruktur
- 16
- Rückseite
- 17
- Vorderseite
- 18
- High Speed Energy-Absorber (HSEA)
- 19
- Verbindungsplatte
- 20
- Rückseite
- 21
- Näherungsauslöser
- 22
- erstes Ende
- 23
- zweites Ende
- 24
- Bohrung
- 25
- Seitenwand
- 27
- Spalte
- 28
- Stauchen
