DE102013000459B3

DE102013000459B3 - Deformationselement für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einem derartigen Deformationselement

Info

Publication number: DE102013000459B3
Application number: DE201310000459
Authority: DE
Inventors: Olaf Insel; Jens Bovenkerk; Heiko Jürgens; Harald Bachem
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2033-01-15

Abstract

Deformationselement (7, 7') für ein Fahrzeug (1) zur Absorption von Anstoßenergie, das zumindest zwei Schaltstellungen aufweist, die in Abhängigkeit eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses einstellbar sind, wobei das Deformationselement (7, 7') durch einen faserverstärkten Kunststoffkörper mit einzelnen gerichteten Verstärkungsfasern (16) und/oder mit einer Verstärkungsfaserstruktur gebildet ist, und wobei die Verstärkungsfasern (16) und/oder die Verstärkungsfaserstruktur in einer ersten Schaltstellung des Kunststoffkörpers derart ausgerichtet oder ausgelegt sind/ist, dass eine maximale Reaktionskraft „FR” gegen die Wirkrichtung (8) der Anstoßkraft „FA” bewirkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (16) und/oder die Verstärkungsfaserstruktur in einer zweiten Schaltstellung des Kunststoffkörpers zur Minderung besagter Reaktionskraft „FR” zumindest abschnittsweise aus besagter Wirkrichtung (8) der Anstoßkraft „FA” ausgelenkt sind/ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Ferner betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 10 ein Fahrzeug mit einem derartigen Deformationselement.
Aus der Praxis sind eine Vielzahl von Maßnahmen zum Personenschutz im Falle eines Crashereignisses, d. h. sowohl zum Schutz der Fahrzeuginsassen (Insassenschutz) als auch zum Schutz eines unfallbeteiligten Fußgängers (Fußgängerschutz), der insbesondere Frontal mit einem Fahrzeug kollidiert, bekannt. Überdies ist es aus der Praxis bekannt, dass sich die meisten Auffahrunfälle im Straßenverkehr bei niedrigen Geschwindigkeiten bis etwa 15 km/h zutragen. Die Folge sind mehr oder weniger starke Fahrzeugschäden am Front- und/oder Heckend des Fahrzeugs, die sich ihrerseits auf Typenklasseneinstufungen (Kaskoeinstufung) von Fahrzeugversicherungen nachteilig auswirken. Besagte Typenklasseneinstufungen resultieren u. a. aus sogenannten Crashreparaturtests. Werden diese Tests durch die Fahrzeughersteller bei der Auslegung des Fahrzeugs berücksichtigt, profitieren davon die Fahrzeugbesitzer aufgrund geringerer zu verzeichnender Fahrzeugschäden im Crashfall. Was insbesondere den Fußgängerschutz und besagte Kaskoeinstufung anbelangt, besteht hier bzgl. der einwirkenden und zu absorbierenden Anstoßenergie ein Zielkonflikt, den es zu lösen gilt.
So ist aus der DE 10 2009 047 073 A1 eine Vorrichtung zur Einstellung einer crashaktiven Struktur für ein Fahrzeug bekannt, die eine parallele Anordnung von Deformationselementen und eine Steuerung aufweist, wobei besagte Steuerung in Abhängigkeit von einem Crashvorgang und/oder wenigstens einem crashrelevanten Parameter die Steifigkeit durch Verbinden und/oder Trennen der Deformationselemente einstellt. Bei besagten Deformationselementen handelt es sich um Hohlprofile, die durch eine Aktorik mit Kopplungselement kraftschlüssig miteinander verbunden werden können. Aus der DE 10 2009 055 085 A1 ist eine Crashbox für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche im Wesentlichen durch zwei oder mehrere axial hintereinander angeordnete, gegeneinander rotatorisch oder linear verstellbare sowie unter Absorption von Anstoßenergie deformierbare Strukturelemente aus vorzugsweise Kunststoff gebildet ist. Es sind verschiebbare bzw. verdrehbare und hierzu korrespondierende unverschiebbare bzw. unverdrehbare Strukturelemente vorgesehen. Die verschiebbaren bzw. verdrehbaren Strukturelemente verfügen über eine Mehrzahl in Verstellrichtung hintereinander und beabstandet zueinander angeordneter breiter Stege (hohe Steifigkeit), wogegen die unverschiebbaren bzw. unverdrehbaren Strukturelemente eine Mehrzahl in Verstellrichtung hintereinander und beabstandet zueinander angeordneter breiter (hohe Steifigkeit) und hierzu schmalerer Stege (geringere Steifigkeit) aufweist. Die Zuordnung der Stege der zueinander korrespondierenden Strukturelemente erfolgt situationsbedingt in Abhängigkeit eines sensierten Crashereignisses mittels eines geeigneten Aktuators. Treffen breite Stege auf breite Stege, ist eine hohe Steifigkeit der Crashbox eingestellt. Treffen demgegenüber breite Stege auf schmalere Stege, ist eine geringere Steifigkeit der Crashbox eingestellt. Aus der DE 10 2011 005 601 A1 ist ein Deformationselement mit einem rohrförmigen Teilelement bekannt, das seinerseits über ein elastisches Element zwischen einem Querträger und einem Längsträger eines Fahrzeugs angeordnet ist. Bei einem Aufprall eines Objektes in Aufprallrichtung auf den Querträger wird das rohrförmige Teilelement in Richtung des Längsträgers gedrückt. Dabei wird ein Ende des rohrförmigen Teilelements an Matrizenplatten gedrückt, die konzentrisch ausgerichtete Öffnungen haben. Diejenige Matrizenplatte, die am nächsten am Längsträger angeordnet ist, hat dabei die kleinste Öffnung und diejenige Matrizenplatte, die am weitesten entfernt vom Längsträger angeordnet ist, hat die größte Öffnung. Die Innenränder der Öffnungen der Matrizenplatten sind mit Schrägen versehen, so dass sich eine kontinuierlich verjüngende Gesamtöffnung der Mehrzahl von aufeinander gestapelten Matrizenplatten in Richtung zum Längsträger ergibt. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei besagtem Aufprall das rohrförmige Teilelement in die Gesamtöffnung eintritt und verjüngt wird, wodurch Aufprallenergie absorbiert wird. Den Matrizenplatten ist ein ringförmiges Stellglied zugeordnet, welches im Crashfall eine radiale Ausgleichsbewegung der Matrizenplatten verhindert oder freigibt. Hierdurch ist ermöglicht, für das Deformationselement situationsbedingt einen geringen oder einen hohen Verformungswiderstand einzustellen. Mit der DE 101 07 873 A1 wird ferner ein Deformationselement für ein Kraftfahrzeug zur Absorption von Aufprallenergie vorgeschlagen, welches mindestens zwei unterschiedliche Absorptionsstufen aufweist, die entsprechend der Stärke des zu erwartenden Aufpralls eingestellt werden können. Das Deformationselement ist zweiteilig ausgebildet und weist zunächst einen reversibel deformierbaren Zylinder auf (weiche Absorptionsstufe), auf dessen Mantelfläche die Anstoßkraft wirkt. Innerhalb des reversibel deformierbaren Zylinders ist ein irreversibel deformierbarer Zylinder beweglich gelagert, der um eine senkrecht auf seiner Mittenlängsachse angeordnete Drehachse mittels beispielsweise einer Hydraulik derart drehbar ist, dass dessen Mittenlängsachse in Kraftrichtung weist und somit eine harte Absorptionsstufe ausbildet. Aus der DE 10 2004 034 577 A1 ist schließlich eine Vorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie an einem Kraftfahrzeug bekannt, welche mindestens einen zwischen einem Stoßfänger und der Fahrzeugkarosserie angeordneten Energieabsorber mit einem sich im Falle eines Aufpralls verformenden Deformationselement aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff aufweist. Das Absorptionsverhalten des Energieabsorbers ist fahrsituationsabhängig gestaltet, indem die Aufprallenergie dem Deformationselement innerhalb des Energieabsorbers über mindestens ein Krafteinleitungselement zugeführt wird, welches in Abhängigkeit der jeweiligen Fahrsituation entweder die Aufprallenergie zur Umwandlung von Verformungsarbeit unmittelbar auf das Deformationselement leitet oder zunächst innerhalb des Energieabsorbers eine wegbegrenzte Bewegung ausführt und erst danach die Aufprallenergie auf das Deformationselement überträgt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den vorstehend gewürdigten Stand der Technik alternatives Deformationselement der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches variabel bezüglich eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses, insbesondere eines sensierten Ereignisses mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit bis etwa 15 km/h (Low-Speed-Crash) und eines sensierten Zusammenstoßes mit einem Fußgänger optimal einstellbar respektive schaltbar ist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug mit zumindest einem derartigen Deformationselement bereitzustellen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Verformungswiderstand eines faserverstärkten Kunststoffes im Falle einer Belastung mit beispielsweise einer bestimmten Anstoßkraft „F_A” u. a. auch von der Anordnung der Verstärkungsfasern und/oder einer Verstärkungsfaserstruktur in Bezug auf die Wirkrichtung der auf den besagten Kunststoffkörper einwirkenden Anstoßkraft „F_A” abhängig ist.
Die gestellte Aufgabe wird demnach ausgehend von einem Deformationselement für ein Fahrzeug zur Absorption von Anstoßenergie, das zumindest zwei Schaltstellungen aufweist, die in Abhängigkeit eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses einstellbar sind, wobei das Deformationselement durch einen faserverstärkten Kunststoffkörper mit einzelnen gerichteten Verstärkungsfasern und/oder mit einer Verstärkungsfaserstruktur gebildet ist, und wobei die Verstärkungsfasern und/oder die Verstärkungsfaserstruktur in einer ersten Schaltstellung des Kunststoffkörpers derart ausgerichtet oder ausgelegt sind/ist, dass eine maximale Reaktionskraft „F_R” gegen die Wirkrichtung der Anstoßkraft „F_A” bewirkt ist, dadurch gelöst, dass die Verstärkungsfasern und/oder die Verstärkungsfaserstruktur in einer zweiten Schaltstellung des Kunststoffkörpers zur Minderung besagter Reaktionskraft „F_R” zumindest abschnittsweise aus besagter Wirkrichtung der Anstoßkraft „F_A” ausgelenkt sind/ist.
Das erfindungsgemäße Deformationselement zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass dasselbe bei beispielsweise einem Frontalcrashereigniss des Fahrzeugs sowohl für einen Low-Speed-Crash als auch für den Fußgängerschutz Verwendung findet bzw. finden kann. So kann der faserverstärkte Kunststoffkörper in seiner ersten Schaltstellung beispielsweise eine abgestimmte Reaktionskraft „F_R” aufweisen, die einen Low-Speed-Crash gerecht wird, und in seiner zweiten Schaltstellung eine abgestimmte Reaktionskraft „F_R” aufweisen, die dem Fußgängerschutz gerecht wird, d. h. situativ verformungsweicher eingestellt ist, als bei besagtem Low-Speed-Crash, da infolge Auslenkens der Verstärkungsfasern und/oder der Verstärkungsfaserstruktur deren Tragfähigkeit bzw. Reaktionskraft „F_R” auf die einwirkende Anstoßkraft „F_A” maßgeblich absenkbar ist.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach ist vorgesehen, dass die Überführung des faserverstärkten Kunststoffkörpers von der ersten in die zweite Schaltstellung durch Torsion des Kunststoffkörpers bewirkt oder bewirkbar ist. Durch diese einfache und schnell zu bewerkstelligende Maßnahme ist das Auslenken der Verstärkungsfasern und/oder der Verstärkungsfaserstruktur und demgemäß eine Schwächung des faserverstärkten Kunststoffkörpers bzw. Absenkung der Reaktionskraft „F_R” desselben im Hinblick auf beispielsweise einen Zusammenstoß des Fahrzeugs mit einem Fußgänger ermöglicht.
Wie die Erfindung weiter vorsieht, ist gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante derselben vorgesehen,

– dass die Kunststoffmatrix des Kunststoffkörpers durch einen elastisch oder plastisch verformbaren Kunststoff gebildet ist,
– dass dem Kunststoffkörper ein Aktuator zur aktiven Überführung des Kunststoffkörpers von der ersten, nicht-tordierten Schaltstellung in die zweite, tordierte Schaltstellung desselben zugeordnet ist, und
– dass die erste Schaltstellung die Ausgangsstellung des Kunststoffkörpers ist.

So geht diese Variante von einem faserverstärkten Kunststoffkörper aus, der in seinem Ausgangszustand bzw. nicht-tordiertem Zustand (erste Schaltstellung) bei axialer Belastung beispielsweise eine auf einen Low-Speed-Crash abgestimmte Reaktionskraft „F_R” aufbringt. In der zweiten Schaltstellung ist der Kunststoffkörper systemtechnisch auf Torsion belastet und die Verstärkungsfasern und/oder die Verstärkungsfaserstruktur ist ausgelenkt, woraus eine geringere Reaktionskraft „F_R” resultiert, die beispielsweise auf einen Zusammenstoß mit einem Fußgänger ausgelegt ist.
Demgegenüber kann gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung vorgesehen sein,

– dass die Kunststoffmatrix des Kunststoffkörpers durch einen elastisch verformbaren Kunststoff gebildet ist,
– dass der Kunststoffkörper in der zweiten, durch Torsion desselben vorgespannten Schaltstellung mittels eines Aktuators fixiert ist,
– dass die besagte zweite Schaltstellung die Ausgangsstellung des Kunststoffkörpers ist, und
– dass durch Freigabe der Fixierung durch den Aktuator der Kunststoffkörper infolge besagter Vorspannung selbstständig in seine erste Schaltstellung rückführbar ist.

Diese Variante geht somit von einem faserverstärkten Kunststoffkörper aus, der in seinem tordierten Ausgangszustand (zweite Schaltstellung) bei axialer Belastung beispielsweise eine auf einen Zusammenstoß mit einem Fußgänger abgestimmte Reaktionskraft „F_R” aufbringt. Wird situationsbedingt die Fixierung des vorgespannt tordierten Kunststoffkörpers gelöst, schnellt dieser selbsttätig in seine erste Schaltstellung zurück, wodurch die Verstärkungsfasern und/oder die Verstärkungsfaserstruktur eine derartige Stellung bzw. Anordnung zur Anstoßkraft „F_A” einnehmen, dass eine maximale Reaktionskraft „F_R” gegen die Wirkrichtung der Anstoßkraft „F_A” bewirkt ist, die beispielsweise auf einen Low-Speed-Crash ausgelegt ist.
Was den Aktuator zum Tordieren des Kunststoffkörpers bzw. zum Fixieren desselben in einem tordierten Zustand anbelangt, ist dieser den erforderlichen geringen Reaktionszeiten entsprechend elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder pyrotechnisch betrieben und in Abhängigkeit eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses von einer Regel- und Steuereinheit des Fahrzeugs angesteuert oder ansteuerbar. Die Verstärkungsfasern und/oder die Verstärkungsfaserstruktur sind/ist bevorzugt durch Metall-, Glas- und/oder Kohlenstofffasern gebildet. Der Kunststoffkörper ist seinerseits bevorzugt durch einen Hohl-Körper, insbesondere rohrförmigen ausgebildet, wodurch die allgemein im Fahrzeugbau gewünschte Leichtbauweise mit einem hohen Crashwiderstand kombiniert bzw. kombinierbar ist. Darüber hinaus kann der Kunststoffkörper bei Bedarf auch durch einen Vollmaterial-Körper mit einem entsprechend höheren Crashwiderstand gebildet sein. Besonders vorteilhaft ist das Deformationselement in Form des faserverstärkten Kunststoffkörpers bezüglich eines Frontalcrashereignisses im Sinne Fußgängerschutz und Low-Speed-Crash an einem Stoßfänger, insbesondere vorderen Stoßfänger des Fahrzeugs einsetzbar. Hierbei kann das Deformationselement bzw. der Kunststoffkörper platzsparend in einem sowieso vorhandenen Freiraum zwischen einem Stoßfängerquerträger und einer Stoßfängerverkleidung des Stoßfängers angeordnet sein. Durch besagte Torsion kann der Kunststoffkörper zwischen einer in einem Ausgangszustand hoch energieabsorbierend respektive „hart” (Low-Speed-Crash) eingestellten ersten Schaltstellung und einer geringer energieabsorbierend respektive „weich” eingestellten zweiten Schaltstellung (Fußgängerschutz) geschaltet werden. Dadurch, dass der Kunststoffkörper bei einem zu verzeichnenden oder zu erwartenden Low-Speed-Crash und gegebenenfalls auch bei einem Crash mit noch höherer Geschwindigkeit im Ausgangszustand auf „hart” geschaltete ist, können sowieso vorhandene Crashboxen kürzer ausgebildet werden als herkömmlich, so dass Bauraum für die Crashboxen eingespart und nunmehr vom erfindungsgemäßen Deformationselement eingenommen wird. Die Gesamtlänge des Fahrzeugs hat sich idealerweise nicht erhöht. Demgegenüber kann auch vorgesehen sein, dass bei entsprechender Auslegung des Kunststoffkörpers durch denselben eine zwischen dem Stoßfängerquerträger und einem Karosserielängsträger angeordnete Crashbox des Fahrzeugs sozusagen ersetzt wird und demgemäß der Kunststoffkörper selbst als Crashbox fungiert, woraus Einsparungen insbesondere an Material-, Bauraum und Montagekosten zu verzeichnen sind.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit zumindest einem Deformationselement der vorbeschriebenen Art.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen äußerst schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
1 ein mit zumindest einem Deformationselement der erfindungsgemäßen Art ausgestattetes Fahrzeug in einer Aufsicht,
2 äußerst schematisch einen Horizontalschnitt im Frontabschnitt des Fahrzeugs nach 1 mit der Darstellung von Deformationselementen der erfindungsgemäßen Art in zwei alternativen Anordnungen,
3a den Schnitt „I-I” nach 2,
3b en Schnitt „I'-I'” nach 2,
4a eine Einzelteildarstellung eines Deformationselements in einer ersten Schaltstellung desselben,
4b das Deformationselement nach 4a in einer zweiten Schaltstellung, und
5 ein Kraft-Weg-Diagramm, welches im Hinblick auf das erfindungsgemäße Deformationselement äußerst schematisch die Kraftverläufe im Falle eines Frontalcrashereignisses bezüglich Fußgängerschutz und Low-Speed-Crash zeigt.
1 zeigt zunächst ein Fahrzeug 1, vorliegend einen Personenkraftwagen, der seinerseits den allgemeinen Anforderungen an einen Fußgängerschutz und an ein Frontalcrashereignis, insbesondere auch an ein Low-Speed-Crash-Ereignis gerecht wird. Unter Low-Speed-Crash-Ereignis wird dabei ein Anstoß bzw. Rempler bis etwa 15 km/h verstanden. Insoweit zeigt 2 einen vorderen Stoßfänger 2 des Fahrzeugs 1, der seinerseits durch einen in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) gesehen über sogenannte Crashboxen 3 an vorderen Karosserielängsträgers 4a, 4b abgestützten Stoßfängerquerträger 5 und eine Stoßfängerverkleidung 6 gebildet ist. Als Crashbox 3 wird im Fahrzeugbau allgemein ein System zur Absorption von Anstoßenergie bezeichnet, das für Crashereignisse bis etwa den besagten 15 km/h ausgelegt ist und bei einem Auffahrunfall durch beispielsweise Deformation von Werkstoffen oder Strukturen innerhalb der Crashbox 3 Anstoßenergie abbaut, um die Fahrzeuginsassen einer geringeren Verzögerungskraft auszusetzen. Crashboxen 3 können nach einem Unfall mit relativ geringen Kosten ausgetauscht werden, woraus mitunter eine günstigere Einstufung in die Reparaturklassen bei der Vollkaskoversicherung resultiert. Die Stoßfängerverkleidung 6 besteht überwiegend aus Kunststoff und komplettiert die Außenhaut des Fahrzeugs 1 im Bereich des Frontends desselben. Wie der 2 weiter zu entnehmen ist, ist im Vorderwagen des Fahrzeugs zumindest ein Deformationselement 7, 7' in besonderer Weise angeordnet. Der Einfachheit halber sind in 2 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Anordnung besagten Deformationselements 7, 7' gezeigt. Das Deformationselement 7, 7' dient ebenso wie die Crashbox 3 der Absorption von Anstoßenergie, weist jedoch zwei Schaltstellungen auf, die in Abhängigkeit eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses, wie eines Low-Speed-Crashs oder eines Zusammenstoßes mit einem Fußgänger entsprechend einstellbar sind und somit vorteilhaft beide Funktionen in sich vereinen.
Im Hinblick auf die Darstellung in 2-links ist ein Deformationselement 7 gezeigt, welches koaxial zum linken Karosserielängsträger 4a in einem Freiraum zwischen dem Stoßfängerquerträger 5 und der Stoßfängerverkleidung 6 angeordnet ist und sozusagen die herkömmliche Crashbox 3 bezüglich des Abbaus von Anstoßenergie ergänzt. Dieses Ausführungsbeispiel korrespondiert mit der Schnittdarstellung der 3a (Schnitt „I-I” nach 2). Bevorzugt ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel sowohl koaxial zum linken als auch koaxial zum rechten Karosserielängsträger 4a, 4b ein derartiges Deformationselement 7 vorgesehen. Überdies können auch mehr als zwei derartiger Deformationselemente 7 vorgesehen sein, die in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) gesehen, insbesondere achsparallel nebeneinander angeordnet sind und sich am Stoßfängerquerträger 5 abstützen (nicht zeichnerisch dargestellt). Im Falle eines Frontalcrashereignisses, beispielsweise eines Low-Speed-Crash-Ereignisses oder eines Zusammenstoßes mit einem Fußgänger wird die Anstoßkraft „F_A” zunächst von der Stoßfängerverkleidung 6 aufgenommen und dann weiter über eines oder mehrere der schalt- bzw. einstellbaren Deformationselemente 7, die ihrerseits in Abhängigkeit des sensierten Anstoßereignisses eine bestimmte Reaktionskraft „F_R” gegen die Wirkrichtung 8 der Anstoßkraft „F_A” bewirken, sowie über den Stoßfängerquerträger 5 und die Crashboxen 3 in die Karosserielängsträger 4a, 4b unter Absorption von Anstoßenergie übertragen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in 2-rechts unterscheidet sich zum vorbeschriebenen dadurch, dass das schalt- bzw. einstellbare Deformationselement 7' die herkömmliche, insbesondere für Low-Speed-Crash-Ereignisse vorgesehene Crashbox 3 ersetzt und somit geeignet ist, Anstoßkräften „F_A” resultierend aus einem Low-Speed-Crash als auch Anstoßkräften „F_A” resultierend aus einem Zusammenstoß mit einem Fußgänger in geeigneter Weise zu begegnen. Dieses Ausführungsbeispiel korrespondiert mit der Schnittdarstellung der 3b (Schnitt „I'-I'” nach 2). Bevorzugt ist sowohl die rechts als auch links angeordnete Crashbox 3 durch das schalt- bzw. einstellbare Deformationselement 7' ersetzt. Um bei einem Zusammenstoß mit einem Fußgänger die nachteiligen Auswirkungen auf denselben noch weiter zu minimieren, kann wie in 2-rechts gezeigt, zwischen dem Stoßfängerquerträger 5 und der Stoßfängerverkleidung 6 noch ein Fußgängerschutzelement 9 vorgesehen sein, welches beispielsweise aus einem deformationsweichen Kunststoff, insbesondere Kunststoffschaum, oder einem Elastomer besteht. Im Falle eines Frontalcrashereignisses, beispielsweise eines Low-Speed-Crash-Ereignisses oder eines Zusammenstoßes mit einem Fußgänger wird die Anstoßkraft „F_A” zunächst von der Stoßfängerverkleidung 6 aufgenommen und dann weiter über das Fußgängerschutzelement 9, den Stoßfängerquerträger 5 und die schalt- bzw. einstellbaren Deformationselemente 7', die ihrerseits in Abhängigkeit des sensierten Anstoßereignisses eine bestimmte Reaktionskraft „F_R” gegen die Wirkrichtung 8 der Anstoßkraft „F_A” bewirken, in die Karosserielängsträger 4a, 4b unter Absorption von Anstoßenergie übertragen.
Wie bereits oben ausgeführt, weist ein jedes Deformationselement 7, 7' zwei Schaltstellungen mit unterschiedlichem Anstoßenergie-Absorptionsvermögen auf und ist in Abhängigkeit eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses einstellbar. Gemäß 2 ist dabei den Deformationselementen 7 bzw. 7' zur Schaltung derselben ein gemeinsamer Aktuator 10 zugeordnet, der von einer speicherprogrammierbaren Regel- und Steuereinheit 11 situationsbedingt angesteuert wird. Demgegenüber kann auch jedem Deformationselement 7 bzw. 7' ein separater Aktuator 10 zugeordnet sein, welches somit durch die Erfindung mit erfasst ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
Während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs 1 werden dabei mittels eines oder mehrerer Crash- und/oder Pre-Crash-Sensoren 12, beispielsweise mittels Aufprall-, Geschwindigkeits-, Neigungs- und/oder Abstandssensoren, wie Radar, Video, Ultraschall etc, laufend die aktuell erfassten Messwerte 13 der speicherprogrammierbaren Regel- und Steuereinheit 11 zur Auswertung bereitgestellt. Mittels der speicherprogrammierbaren Regel- und Steuereinheit 11 wird in Auswertung der erfassten Messwerte 13 im Falle eines Crashereignisses oder eines sich abzeichnenden Crashereignisses auf die Art des Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses, nämlich Low-Speed-Crash oder Zusammenstoß mit einem Fußgänger geschlossen und ein Steuersignal 14 generiert, welches in der Folge beispielsweise einen als Elektromotor ausgebildeten Aktuator 10 entsprechend ansteuert. Neben dem elektrisch betriebenen Aktuator 10 (Elektromotor) können vorteilhaft auch pneumatisch, hydraulisch oder pyrotechnisch betriebene Aktuatoren 10 zur Anwendung kommen, die ebenfalls durch die Erfindung mit erfasst sind (im Detail nicht zeichnerisch dargestellt).
Ein jedes Deformationselement 7, 7' ist durch einen faserverstärkten Kunststoffkörper mit einzelnen in der Kunststoffmatrix 15 gerichtet angeordneten Verstärkungsfasern 16 (2–4b) und/oder mit einer nicht zeichnerisch dargestellten Verstärkungsfaserstruktur, beispielsweise einem Gewebe, gebildet. Als Verstärkungsfasern 16 sind vorliegend beispielgebend Längsfasern vorgesehen, die sich in Wirkrichtung 8 der Anstoßkraft „F_A” erstrecken. Die Verstärkungsfasern 16 bzw. die Verstärkungsfaserstruktur sind/ist beispielsweise aus Metall-, Glas- und/oder Kohlenstofffasern gebildet. Der Kunststoffkörper bzw. das Deformationselement 7, 7' ist bevorzugt als Hohl-Körper, weiter bevorzugt rohrförmig ausgebildet (nicht zeichnerisch dargestellt), so dass besagte Längsfasern in der Rohrwandung des rohrförmigen Kunststoffkörpers angeordnet sind. Statt eines als Hohl-Körper ausgebildeten bzw. rohrförmigen Deformationselementes 7, 7' kann selbstverständlich auch ein faserverstärkter, deformierbarer Kunststoffkörper aus Vollmaterial vorgesehen werden (nicht zeichnerisch dargestellt).
Die Verstärkungsfasern 16 und/oder die Verstärkungsfaserstruktur sind/ist dabei in besagter ersten Schaltstellung (Ausgangsstellung) des Deformationselements 7, 7' bzw. des faserverstärkte Kunststoffkörpers derart ausgerichtet oder ausgelegt, dass eine maximale Reaktionskraft „F_R” gegen die Wirkrichtung 8 der Anstoßkraft „F_A” bewirkt ist (vgl. insbes. 4a). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Verstärkungsfasern 16 bzw. Längsfasern in Wirkrichtung 8 der Anstoßkraft „F_A”. Die maximale Reaktionskraft „F_R” ist dabei auf ein Low-Speed-Crash-Ereignis ausgelegt.
Wird im Hinblick auf dieses Ausführungsbeispiel demgegenüber ein Zusammenstoß mit einem Fußgänger sensiert, werden die Verstärkungsfasern 16 (Längsfasern) aktiv aus besagter Wirkrichtung 8 der Anstoßkraft „F_A” ausgelenkt, woraus vorteilhaft für den Fußgänger eine Minderung der Reaktionskraft „F_R” des Deformationselements 7, 7' resultiert, d. h. das Deformationselement 7, 7' ist in der zweiten Schaltstellung (vgl. 4b) „weicher” eingestellt als in der ersten Schaltstellung. Bewirkt wird die aktive Überführung des Deformationselements 7, 7' bzw. des faserverstärkten Kunststoffkörpers von der ersten in die zweite Schaltstellung durch Torsion desselben (vgl. Richtungspfeil in 4b).
Hierzu weist das Deformationselement 7, 7' bzw. der Kunststoffkörper gemäß den 4a, 4b beidenends je einen Befestigungsflansch 17a, 17b auf. Der eine Befestigungsflansch 17a dient der starren Befestigung des Deformationselements 7, 7' an einem Karosseriebauteil des Fahrzeugs 1, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (2-links, 3a) am Stoßfängerquerträger 5 und gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (2-rechts, 3b) am Karosserielängsträger 4b (4a).
Am anderen Befestigungsflansch 17b greift gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Aktuator 10 an, der seinerseits geeignet ist, situationsbedingt auf das Deformationselement 7 tordierend einzuwirken. Um besagte Torsion des Deformationselements 7 zu gewährleisten, kann die Kunststoffmatrix 15 desselben durch einen elastisch oder plastisch verformbaren Kunststoff gebildet sein.
Was das zweite Ausführungsbeispiel anbelangt, greift auch hier der Aktuator 10 situativ aktiv am Befestigungsflansch 17b tordierend an, unterscheidet sich zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel jedoch dahingehend, dass in diesem Fall das Deformationselement 7' eine herkömmliche Crashbox 3 ersetzt, an der üblicherweise der Stoßfängerquerträger 5 gehaltert ist. Es ist demgemäß angezeigt, die besagte Halterung des Stoßfängerquerträgers 5 mit der Möglichkeit des Tordierens des Deformationselements 7' zu kombinieren. Dazu kann lediglich beispielgebend die Halterung durch eine die Stirnseite des Karosserielängsträgers 4b (4a) und den Stoßfängerquerträger 5 verbindende Achse gebildet sein, auf der unter Beachtung der festen Anordnung des Befestigungsflansches 17a am Karosserielängsträger 4b (4a) das Deformationselement 7' zumindest abschnittsweise drehgelagert ist. Die besagte Achse sollte selbstverständlich derart ausgelegt sein, dass sie die bestimmungsgemäße Funktion des Deformationselements 7' im Crashfall nicht behindert, beispielsweise im Falle eines Crashereignisses nach Fahrzeug-hinten ausweicht (nicht zeichnerisch dargestellt).
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele stellen auf ein Deformationselement 7, 7' bzw. einen faserverstärkten Kunststoffkörper ab, bei dem in der Ausgangsstellung desselben die nicht-tordierte erste Schaltstellung, somit ein „hart” geschaltetes Deformationselement 7, 7' gewählt ist (Low-Speed-Crash). Demgegenüber kann gemäß eines nicht zeichnerisch dargestellten weiteren Ausführungsbeispiels in der Ausgangsstellung des Deformationselements 7, 7' bzw. des faserverstärkten Kunststoffkörpers die tordierte zweite Schaltstellung desselben und somit ein „weich” geschaltetes Deformationselement 7, 7' gewählt sein (Fußgängerschutz).
In diesem Fall ist die Kunststoffmatrix 15 durch einen elastisch verformbaren Kunststoff gebildet, der in seiner Ausgangsstellung (zweiten Schaltstellung) sozusagen durch Torsion vorgespannt und mittels des Aktuators 10 in dieser Schaltstellung fixiert ist. Gesetzt den Fall, ein Low-Speed-Crash wird sensiert, erhält der Aktuator 10 ein entsprechendes Steuersignal 14 und gibt somit die Fixierung frei. In der Folge nimmt das Deformationselement 7, 7' selbsttätig seine erste Schaltstellung ein und ist sozusagen „hart” geschaltet.
Erfindungsgemäß ist ein dem sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignis äquivalenter Anstoßenergie-Absorptionsgrad des/der Deformationselements/e 7, 7' einstellbar. 5 ist ein Kraft-Weg-Diagramm zu entnehmen, welches im Hinblick auf das erfindungsgemäße Deformationselement 7, 7' äußerst schematisch die Kraftverläufe im Falle eines Frontalcrashereignisses bezüglich Fußgängerschutz (Kraftverlauf 18) und Low-Speed-Crash (Kraftverlauf 19) zeigt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Stoßfänger
3: Crashbox
4a: Karosserielängsträger
4b: Karosserielängsträger
5: Stoßfängerquerträger
6: Stoßfängerverkleidung
7: Deformationselement/faserverstärkter Kunststoffkörper
7': Deformationselement/faserverstärkter Kunststoffkörper
8: Wirkrichtung (Anstoßkraft „F_A”)
9: Fußgängerschutzelement
10: Aktuator
11: Regel- und Steuereinheit
12: Sensor
13: Messwert
14: Steuersignal
15: Kunststoffmatrix
16: Verstärkungsfaser
17a: Befestigungsflansch
17b: Befestigungsflansch
18: Kraftverlauf (Fußgängerschutz)
19: Kraftverlauf (Low-Speed-Crash)
„F_A”: Anstoßkraft
„F_R”: Reaktionskraft

Claims

Deformationselement (7, 7') für ein Fahrzeug (1) zur Absorption von Anstoßenergie, das zumindest zwei Schaltstellungen aufweist, die in Abhängigkeit eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses einstellbar sind, wobei das Deformationselement (7, 7') durch einen faserverstärkten Kunststoffkörper mit einzelnen gerichteten Verstärkungsfasern (16) und/oder mit einer Verstärkungsfaserstruktur gebildet ist, und wobei die Verstärkungsfasern (16) und/oder die Verstärkungsfaserstruktur in einer ersten Schaltstellung des Kunststoffkörpers derart ausgerichtet oder ausgelegt sind/ist, dass eine maximale Reaktionskraft „F_R” gegen die Wirkrichtung (8) der Anstoßkraft „F_A” bewirkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (16) und/oder die Verstärkungsfaserstruktur in einer zweiten Schaltstellung des Kunststoffkörpers zur Minderung besagter Reaktionskraft „F_R” zumindest abschnittsweise aus besagter Wirkrichtung (8) der Anstoßkraft „F_A” ausgelenkt sind/ist.
Deformationselement (7, 7') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführung des faserverstärkten Kunststoffkörpers von der ersten in die zweite Schaltstellung durch Torsion des Kunststoffkörpers bewirkt oder bewirkbar ist.
Deformationselement (7, 7') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Kunststoffmatrix (15) des Kunststoffkörpers durch einen elastisch oder plastisch verformbaren Kunststoff gebildet ist, – dass dem Kunststoffkörper ein Aktuator (10) zur aktiven Überführung des Kunststoffkörpers von der ersten, nicht-tordierten Schaltstellung in die zweite, tordierte Schaltstellung desselben zugeordnet ist, und – dass die erste Schaltstellung die Ausgangsstellung des Kunststoffkörpers ist.
Deformationselement (7, 7') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Kunststoffmatrix (15) des Kunststoffkörpers durch einen elastisch verformbaren Kunststoff gebildet ist, – dass der Kunststoffkörper in der zweiten, durch Torsion desselben vorgespannten Schaltstellung mittels eines Aktuators (10) fixiert ist, – dass die besagte zweite Schaltstellung die Ausgangsstellung des Kunststoffkörpers ist, und – dass durch Freigabe der Fixierung durch den Aktuator (10) der Kunststoffkörper infolge besagter Vorspannung selbstständig in seine erste Schaltstellung rückführbar ist.
Deformationselement (7, 7') nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder pyrotechnisch betrieben und in Abhängigkeit eines sensierten Crash- oder Pre-Crash-Ereignisses von einer Regel- und Steuereinheit (11) des Fahrzeugs (1) angesteuert oder ansteuerbar ist.
Deformationselement (7, 7') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (16) und/oder die Verstärkungsfaserstruktur durch Metall-, Glas- und/oder Kohlenstofffasern gebildet sind/ist.
Deformationselement (7, 7') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper ein Hohl-Körper oder ein Vollmaterial-Körper ist.
Deformationselement (7, 7') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (7, 7') einem Stoßfänger (2) des Fahrzeugs (1) zugeordnet ist.
Deformationselement (7, 7') nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (7, 7') in einem Freiraum zwischen einem Stoßfängerquerträger (5) und einer Stoßfängerverkleidung (6) des Stoßfängers (2) angeordnet ist oder eine zwischen dem Stoßfängerquerträger (5) und einem Karosserielängsträger (4a, 4b) angeordnete Crashbox (3) des Fahrzeugs (1) ersetzt.
Fahrzeug (1) mit zumindest einem Deformationselement (7, 7') nach einem der Ansprüche 1 bis 9.