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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines verbesserten Deformationsverhaltens in einem Kraftfahrzeug-Vorderwagen im Zuge eines teilüberdeckten Crashs, insbesondere einer Small-overlap-Deformation Deformation und eine dementsprechende Vorrichtung.
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Zur Verbesserung der Sicherheit in modernen Kraftfahrzeugen wird auf Seiten der Automobilhersteller großer Aufwand betrieben, immer anspruchsvollere Erfordernisse bei sogenannten Crashtests zu definieren und entsprechende Sicherheitsstrukturen zu entwickeln, die diese Ergebnisse erfüllen. Insbesondere sind sogenannte Offset-Crashtests vorgesehen, die ein gewisses Maß an Überlappung zwischen Hindernis und Fahrzeug bei einem Aufprall vorschreiben. Die Entwicklung der Offset-Crashtests zeigen eine Tendenz hin zu einer Aufnahme weiterer Lastfälle mit geringerer Überdeckung, wobei z. B. eine Überlappung von lediglich 20% bis 25% – gemäß des US-amerikanischen Instituts für Unfallforschung IIHS als sogenannter Small-overlap definiert – gemessen von der dem Hindernis zugewandten Fahrzeugaußenseite ohne Seitenspiegel bewirkt, dass die üblichen Längsträgerstrukturen und sonstige Versteifungen einer Fahrzeugkarosserie aufgrund ihrer in der Fahrzeugquerrichtung gesehen relativ weit innen liegenden Anordnung nicht mehr an der Kollision direkt beteiligt sind und dadurch als Auffangstruktur für die Aufprallenergie weniger oder überhaupt nicht wirksam sind. Insbesondere ist die Gefahr gegeben, dass sich ein Rad nach einer Kollision gemäß einem Small-overlap-Szenario im Radhaus, bzw. mit dem Hindernis verhakt und wegen der enormen Kräfte durch vergleichsweise weichere Karosseriebereiche hindurch in die Fahrgastzelle eindringt, ohne vorher von Längsträgerstrukturen abgefangen zu werden.
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Mit Blick auf ein vorstehend beschriebenes Szenario eines Small-overlap-Aufpralls auf ein Hindernis sind aus dem Stand der Technik diverse Ansätze zur Stärkung eines Kraftfahrzeug-Vorderwagens auch jenseits von Schwellern und bekannten starren Strukturen bekannt. Die
DE 10 2004 027 170 offenbart den Aufbau einer zusätzlichen Crash-Struktur im Vorderwagen unter Verwendung eines sogenannten Integralträgers, der unfallbedingt auftretende Kräfte über eine Konsole in einen Längsträger ableitet.
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Aus der
DE 10 2006 013 548 A1 ist ein Ansatz zur Verbesserung eines Deformationsverhaltens im Zuge einer unfallbedingten Krafteinwirkung auf einen Kraftfahrzeug-Vorderwagen bekannt, bei dem diese Krafteinwirkung auf einem Kraftweg zu einem Schweller hin befindliches und definiert zur Knickung ausgelegtes Bauteil innerhalb eines fachwerkartig verstrebten Hilfsrahmens ein Ausbrechen eines Bereichs unterhalb einer Kotflügelbank bewirkt. Durch diese Verlagerung kann ein Eindringen dieser Elemente in eine Fahrgastzelle verhindert werden.
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Mit dem Begriff des Hilfsrahmens wird eine tragende Struktur bezeichnet, in der z. B. mit aufbauseitigen Anlenkpunkten der Radaufhängungen, Motor, Getriebe und Lenkgetriebe wesentliche Teile eines Motorraumes fixiert sind. Alternativ werden auch die Bezeichnungen Fahrschemel, Aggregat- oder Aggregateträger oder Vorderachskörper verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird jedoch einheitlich der Begriff des Hilfsrahmens verwendet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit Steuerung eines dahingehend verbesserten Deformationsverhaltens in einem Kraftfahrzeug-Vorderwagen zu schaffen, dass auch durch die unter Einwirkung starker unfallbedingter Kräfte auch im Zuge einer Small-overlap-Deformation ein Eindringen eines Rades in Richtung einer Fahrgastzelle vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass ein Rad, das in einem Nichtkollisionsfall durch lasttragende Führungsmittel relativ zu der Kraftfahrzeugkarosserie geführt wird, in einem Kollisionsfall in seiner Stellung dadurch beeinflusst wird, dass die Lastübertragung durch mindestens ein lastübertragendes Führungsmittel auf das Rad unterbrochen wird.
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Eine Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zeichnet sich dementsprechend dadurch aus, dass eine Zerstörungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher in einem Kollisionsfall eine Überlast einbringbar ist, die ein Entkoppeln eines Fahrwerksbauteils bewirkt, wobei die Zerstörungseinrichtung zur Erzeugung der Überlast durch ein kollisionsbedingtes Auftreffen einer Kollisionspartnereinrichtung auf das Rad durch die Verbindung mit dem zweiten Führungsmittel aus seiner Normalstellung heraus auf einer Bahn im Wesentlichen nur auf eine Versteifung der Karosserie hinzu beweglich ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Hiernach erfolgt eine erfindungsgemäße Unterbrechung einer Lastübertragung durch mindestens ein Führungsmittel zeitlich während einer kollisionsbedingten Verlagerung dieses Rades bezüglich der Fahrzeugkarosserie. Vorzugsweise wird das Rad unter Einwirkung kollisionsbedingter Kräfte mittels verbleibender lastübertragender Führungsmittel auf versteifte Bereiche der Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere Schweller oder sonstige Verstrebungen, zugeführt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Entkopplung des lastübertragenden Führungsmittels im Bereich eines karosserieseitigen Lagers des lastübertragenden Führungsmittels vorgenommen. Zur Entkopplung des lastübertragenden Führungsmittels wird vorteilhafter Weise eine Zerstörungseinrichtung in Form eines Doppelhebels verwendet wird, durch dessen eines Ende insbesondere als Betätigungshebel eine Überlast insbesondere in Form eines Biegemomentes und/oder Zugkräfte in eine Lagerung und/oder Aufnahme an der Lagerung eines lasttragenden Führungsmittels eingeleitet wird.
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Eine zur Umsetzung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens verwendete Zerstörungseinrichtung wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Hebelvorrichtung verwendet. Insbesondere als Doppelhebel mit einem mit kurzem Ende zur gezielten Einleitung einer Überlast und langem Ende zur Aufnahme einer Kraft im Zuge einer Verformung des lastübertragenden Führungsmittels.
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Vorzugsweise ist die Zerstörungseinrichtung eine Hebelvorrichtung, insbesondere ein Doppelhebel, der zur Übertragung einer Überlast mit einem Befestigungsmittel insbesondere in Form eines Lagerbolzens verbunden ist. Der Doppelhebel weist einen Betätigungsbereich bzw. Betätigungshebel auf, mittels dem die Hebelvorrichtung im Kollisionsfall von dem zu entkoppelnden Fahrwerksbauteil betätigbar ist. Vorzugsweise läuft der Betätigungshebel an einem freien Ende in eine Gabel aus, die im Kollisionsfall zur Sicherung einer Anlage an dem zu entkoppelnden Fahrwerksbauteil ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hebelvorrichtung dem Betätigungshebel gegenüberliegend eine Stützeinrichtung auf, welche im Kollisionsfall zum Aufbau einer Überlast gegenüber einem Abstützpartnerteil bzw. einer Auflage in abstützender Anlage angeordnet ist. Es wird bevorzugt, dass ein zu entkoppelndes Fahrwerksbauteil ein radführender Lenker, eine Spurstange oder ein Stabilisator ist, insbesondere ein Querlenker eines Vorderrades.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Befestigungsmittel, insbesondere in Form eines Lagerbolzens und/oder die Aufnahme, mindestens eine Sollbruchstelle oder definierte Schwächung auf.
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Um also eine Radstellung relativ zu einer Karosserie durch ein gezieltes, zumindest teilweises Herauslösen eines Rades aus einer Radaufhängung im Kollisionsfall mittels einer Überlast zu erreichen, wobei die Überlast aus frei werdender Energie beim Aufprall eines Fahrzeugs auf ein Hindernis resultiert, wird also zumindest ein lastübertragendes Führungsmittel des Rades unter Verwendung einer Zerstörungseinrichtung entkoppelt. Die Zerstörungseinrichtung wird dabei nur indirekt von der Kollisionspartnervorrichtung betätigt und steht mit ihr also nicht in direktem Kontakt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Darstellung weiterer Merkmale und Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1a bis 1d: Gegenüberstellung je einer normalen Stellung eines Rades an einer Karosserie und Verlagerung des Rades im Zuge eines Small-overlap-Unfalls in einer Anordnung nach dem Stand der Technik sowie nach erfindungsgemäßen Lösen einer Radaufhängung während des Kollisionsvorgangs;
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2: eine Ansicht auf eine Anlenkung eines Vorderrades;
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3a: eine Ausschnittsvergrößerung von 2;
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3b und 3c: Skizzen einer Schnittebene von 3a zur Gegenüberstellung eines bekannten Aufbaus und einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und
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4: eine skizzierte Darstellung einer Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ausführungsform von 3c.
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Über die Abbildungen hinweg werden nachfolgend gleiche Bezeichnungen für gleiche Elemente und Größen gewählt.
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Die Abbildungen der 1a und 1b zeigen eine normale Stellung eines Rades 1 an einer Karosserie 2 und eine im Zuge eines Small-overlap-Unfalls erfolgende Verlagerung des Rades 1 in einer Anordnung nach dem Stand der Technik in einer direkten Gegenüberstellung. Das Rad wird in einem Nichtkollisionsfall gemäß 1a durch ein hier im Wesentlichen geradlinig verlaufendes, lasttragendes Führungsmittel 3 und einen sichelförmigen Lenker 4 relativ zu der Kraftfahrzeugkarosserie 2 geführt. Das lasttragende Führungsmittel 3 weist eine radseitige Lagerung 5 und eine karosserieseitige Lagerung 6 auf, der Lenker 4 ist jeweils im Bereich des Rades 1 und an der Karosserie über Lager 7, 8 angelenkt. Die Kraftfahrzeugkarosserie 2 weist zu ihren Außenseiten hin eine starre, tragende Struktur auf, die regelmäßig durch Schweller 9 gebildet wird. An die Schweller 9 grenzen direkt vergleichsweise weiche Bodenbereiche 10 an, die eine Grenze zu einer nicht weiter dargestellten Fahrgastzelle bildet.
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Bei einem Small-overlap-Unfall wirkt ein Hindernis als Kollisionspartnereinrichtung 11 erst auf vergleichsweise weiche und hier nicht weiter dargestellte Teile der Karosserie 2 ein, wie z. B. ein seitlich an der Karosserie 2 verlaufender Teil einer Stoßstange und/oder ein Kotflügel. Dann wirkt die Kollisionspartnereinrichtung 11 aber mit einer Kraft F auf das Rad 1 ein. Die ursprüngliche Lage des Rades 1 relativ zur Kraftfahrzeugkarosserie 2 ist in gepunkteter Linie in 1b angedeutet. Infolge dieser Kraft F wird der sichelförmige Lenker 4 nun verbogen bzw. geknickt, und das lasttragende Führungsmittel 3 bewegt das Rad 1 um das Lager 6 zur Karosserie 2 hin, wobei das Lager 5 bei einknickendem sichelförmigen Lenker 4 relativ zu der Kraftfahrzeugkarosserie 2 ungefähr auf einer Kreisbahn geführt wird. Damit wird das Rad 1 hinter dem Schweller 9 angrenzend in den weichen Bodenbereich 10 verschoben, wo das Rad 1 unter Einwirkung der Kraft F auch weiter in die Fahrgastzelle eindringen kann.
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Anhand der 1c und 1d wird nun ein erfindungsgemäßer Ansatz von einem grundsätzlichen Ablauf her dargestellt und nachfolgend beschrieben. Die Ausgangssituation von 1c entspricht der von 1a. Wieder trifft ein Hindernis als Kollisionspartnereinrichtung 11 mit der durch vorgelagerte weichere Bereiche der Kraftfahrzeugkarosserie 2 nicht wesentlich abgeschwächten Kraft F auf das Rad 1, das jedoch zuvor durch eine hier nicht weiter dargestellte und nur durch ein Pfeil-Kreuz angedeutete Zerstörungseinrichtung 12 auf den nachfolgenden Angriff der Kraft F vorbereitet worden ist: Schon vor einem Einwirken der Kollisionspartnereinrichtung 11 auf das Rad 1 ist durch die Zerstörungseinrichtung 12 gezielt das Lager 6 zerstört und damit lasttragende Führungsmittel 3 einseitig gelöst worden. Das Rad 1 ist damit nur noch an dem sichelförmigen Lenker 4 angelenkt, der das Rad 1 nun nachfolgend unter Einwirkung der Kraft F in einer fast geradlinigen Bewegung auf den versteiften Bereich des Schwellers 9 an der Kraftfahrzeugkarosserie 2 hinzu bewegt.
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Die Abbildung von 2 zeigt eine Ansicht einer Anlenkung eines Vorderrades 1 von unten her relativ zu einer nur angedeuteten Kraftfahrzeugkarosserie 2. Dieser Aufbau ist zu einer eingeblendeten Mittelachse M des Kraftfahrzeugs symmetrisch und gibt im Wesentlich anhand eines konkreten Aufbaus die Situation der 1a und 1c wieder. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Hilfsrahmen 13 im Bereich eines Vorderwagens vorgesehen, an dem die Lager 6, 8 des lasttragenden Führungsmittels 3 und des sichelförmigen Lenkers 4 jeweils in Aufnahmen 14, 15 fixiert sind. Durch Einwirkung der Kraft F der Kollisionspartnereinrichtung 11 auf das Rad 1 werden unmittelbar an die dargestellte Situation anschließend neben dem Rad 1 selber auch das lasttragende Führungsmittel 3 sowie der sichelförmige Lenker 4 aus ihrer eingezeichneten Normallage heraus bewegt werden. Das ist durch die kleinen Pfeile angedeutet worden.
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Ferner ist in der Abbildung von 2 die sich aus der vorstehend beschriebenen, unmittelbar anstehenden, unfallbedingte Verschiebung des Rades 1 ergebende Situation für die Aufnahme 14 des lasttragenden Führungsmittels 3 in gestrichelten Linien durch das karosserieseitige Lager 6 angedeutet: Die Verlagerung des Rades 1 baut über das lasttragende Führungsmittel 3 infolge dessen Verkippung ein Moment auf, das in dem karosserieseitigen Lager 6 des lasttragenden Führungsmittels 3 angreift. Diese mit der Verlagerung des Rades 1 fortschreitende Verkippung wird nun zum Antrieb der Zerstörungseinrichtung 12 genutzt, um durch gezielte Zerstörung der Aufnahme 14 des lasttragenden Führungsmittels 3 so einwirken, dass das Rad 1 derart von der Karosserie 2 entkoppelt wird, dass es im Wesentlichen nur noch über den sichelförmigen Lenker 4 geführt und damit beim Fortschreiten der unfallbedingten Deformationen in den Bereich des Schwellers 9 bewegt wird.
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3a zeigt eine Ausschnittsvergrößerung von 2 um die Aufnahme 14 des lasttragenden Führungsmittels 3 mit dem zugehörigen karosserieseitigen Lager 6 herum. Das lasttragende Führungsmittel 3 läuft zur Aufnahme 14 hin in einen verdickten Endbereich 16 aus, der hier ein mehrstufiges Gummilager 17 umschließt. Zur Bildung des Lagers 6 ist das Gummilager 17 durch einen Lagerbolzen 18 in der Aufnahme 14 fixiert und durch eine Mutter 19 gesichert.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, die vorstehend beschriebene Verbindung zwischen dem lasttragenden Führungsmittel 3 und der Aufnahme 14 bei einer unfallbedingten Verlagerung des hier nicht weiter dargestellten Rades 1 aufzulösen. Zur Verdeutlichung eines erfindungsgemäßen Ansatzes zeigt die Skizze der 3b zum Stand der Technik unter Einblendung einer Achse A des lasttragenden Führungsmittels 3 eine Schnittebene von 3a durch die Aufnahme 14, den Lagerbolzen 18 mit sichernder Mutter 19, das Gummilager 17 und das lasttragende Führungsmittel 3.
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Die Abbildung von 3c zeigt nun einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in direkter Gegenüberstellung zu der Skizze von 3b. Hieraus geht hervor, dass der beschriebene Aufbau um eine Hebelvorrichtung als Zerstörungseinrichtung 12 in Form eines Doppelhebels 20 erweitert worden ist. Dieser Doppelhebel 20 wird jenseits der Aufnahme 14 von dem Lagerbolzen 18 getragen und durch die Mutter 19 gesichert. Der Doppelhebel 20 weist einen Betätigungsbereich bzw. Betätigungshebel 21 auf, durch den der Doppelhebel 20 im Kollisionsfall von dem lasttragenden Führungsmittel 3 als dem zu entkoppelnden Fahrwerksbauteil selbst betätigt wird.
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Die Abbildung von 4 zeigt eine skizzierte Darstellung einer Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ausführungsform von 3c. In dieser Abbildung ist entsprechend der 2 eine Verlagerung der Achse A des lasttragenden Führungsmittels 3 gegenüber einer unfallfreien Normalstellung angedeutet. Demnach wird das lasttragende Führungsmittel 3 im Zuge des Fortschreitens einer unfallbedingten Verformung deutlich gedreht bzw. verkippt, wie anhand der unfallbedingt verlagerten Längsachse A in 4 angedeutet. Durch diese Verkippung des lasttragenden Führungsmittels 3 wird die Zerstörungseinrichtung 12 im Zuge des Small-overlap-Aufpralls gezielt zur Erzeugung und Übertragung einer Überlast genutzt, die im Bereich der karosserieseitigen Aufnahme 14 des lasttragenden Führungsmittels 3 auf den Lagerbolzen 18 in Form einer Zugkraft und/oder eines Biegemoments einwirkt, um diese definiert zu zerstören. Dazu läuft der Betätigungshebel 21 des Doppelhebels 20 an einem freien Ende in eine Art von Gabel 22 aus, die im Kollisionsfall zur Sicherung einer Anlage an dem zu entkoppelnden Fahrwerksbauteil bzw. dem lasttragenden Führungsmittel 3 ausgebildet ist. Dem Betätigungshebel 21 der Hebelvorrichtung bzw. des Doppelhebels 20 gegenüberliegend ist eine Stützeinrichtung 23 angeordnet, welche im Kollisionsfall zum Aufbau einer Überlast gegenüber einem Abstützpartnerteil bzw. einer Auflage in abstützender Anlage angeordnet ist. Dieser Punkt an der Aufnahme 14 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. Da die Stützeinrichtung 23 als Hebel deutlich kürzer als der Betätigungshebel 21 der Hebelvorrichtung 20 ist, ist auch eine eingeleitete Kraft entsprechend vergrößert worden. Durch die Mutter 19 herrschen zusammen mit einem Biegemoment nun große Zugkräfte in dem Lagerbolzen 18. Da der Lagerbolzen 18 im Bereich der Lager 6 definierte Schwächungen 24 oder gar Sollbruchstellen aufweist, wird der Lagerbolzen 18 im Zuge der unfallbedingt fortschreitenden Verformungen an diesen Stellen versagen. Durch das Brechen des Lagerbolzens 18 wird dann das lasttragende Führungsmittel 3 freigegeben, so dass das Rad 1 eine Bewegung gemäß 1d ausführen kann. Zusätzlich kann auch die karosserieseitige Aufnahme 14 im Kontaktbereich mit der Stützeinrichtung 23 der Zerstörungseinrichtung 12 zur Freigabe des Lagers 6 des Führungsmittels 3 zerstört werden.
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Vorstehend sind damit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum teilweisen Herauslösen eines Rades aus einer Radaufhängung im Kollisionsfall mittels einer definiert eingeleiteten Überlast beschrieben worden. Die Vorrichtung zeichnet sich durch einen sehr geringen Umgang an Änderungen in bekannten Fahrwerkssystemen aus. Zudem bringt eine derartige Lösung keine nennenswerten Gewichtszuwächse mit sich, ermöglicht jedoch eine neuartige Bewegungskurve eines betreffenden Vorderrades im Fall eines teilüberdeckten Crashs, wie einer Small-overlap-Deformation.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rad
- 2
- Karosserie
- 3
- lasttragendes Führungsmittel
- 4
- sichelförmiger Lenker
- 5
- radseitiges Lager des lasttragenden Führungsmittels 3
- 6
- karosserieseitiges Lager des lasttragenden Führungsmittels 3
- 7
- radseitiges Lager des Lenkers 4
- 8
- karosserieseitiges Lager des Lenkers 4
- 9
- Schweller
- 10
- weicher Bodenbereich
- 11
- Kollisionspartnereinrichtung
- 12
- Zerstörungseinrichtung
- 13
- Hilfsrahmen der Karosserie 2
- 14
- karosserieseitige Aufnahme des lasttragenden Führungsmittels 3
- 15
- karosserieseitige Aufnahme des sichelförmigen Lenkers 4
- 16
- Endbereich
- 17
- Gummilager
- 18
- Lagerbolzen
- 19
- sichernde Mutter
- 20
- Doppelhebel
- 21
- Betätigungshebel
- 22
- Gabel
- 23
- Stützeinrichtung
- 24
- Schwächung/Sollbruchstelle
- A
- Längsachse des lasttragenden Führungsmittels (3)
- A'
- unfallbedingt verlagerte Längsachse
- F
- Kraft
- x
- Fahrtrichtung
- y
- quer zur Fahrtrichtung in der horizontalen Ebene
- M
- Fahrzeuglängsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004027170 [0003]
- DE 102006013548 A1 [0004]
