DE102013207144A1

DE102013207144A1 - Vorderradaufhängung für ein zweispuriges Fahrzeug sowie ein Lenker für eine solche Vorderradaufhängung und ein zweispuriges Fahrzeug mit einer solchen Vorderradaufhängung

Info

Publication number: DE102013207144A1
Application number: DE102013207144.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Hoiss; Ana FERNANDEZ
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorderradaufhängung für ein zweispuriges Fahrzeug mit einem Lenker, durch den der Radträger jeweils mittels Gelenkverbindungen mit dem Achsträger verbunden ist, und mit einem Mittel zum Lösen einer dieser Gelenkverbindungen, wobei dieses Mittel derart ausgebildet ist, dass es ein Lösen der Gelenkverbindung bewirkt, wenn eine Verformung der Vorderradaufhängung in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis einen definierten Verformungsschwellwert überschreitet. Durch das Lösen der Gelenkverbindung kann das Rad bei weiterer aufprallbedingter Verformung der Vorderradaufhängung weg vom Fahrzeuginnenraum in Fahrzeuglängsrichtung bewegt werden und eine Einzelspur des Rades vergrößert werden. Dabei ist das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung am Lenker angeordnet, wobei der Lenker durch die Verformung der Vorderradaufhängung solchermaßen verlagert werden kann, dass das Mittel zum Lösen mit der Gelenkverbindung in Eingriff gebracht wird und in Folge dessen die Gelenkverbindung bei Erreichen des Verformungsschwellwertes gelöst wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Lenker sowie ein Fahrzeug mit einer Vorderradaufhängung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorderradaufhängung für ein zweispuriges Fahrzeug mit einem Achsträger, einem an einem Radträger befestigten Rad, zumindest einem Lenker, durch den der Radträger in einem funktionsgemäßen Zustand der Vorderradaufhängung mit dem Achsträger gekoppelt ist, wobei der Lenker jeweils mittels einer Gelenkverbindung mit dem Achsträger und dem Radträger verbunden ist, und zumindest einem Mittel zum Lösen wenigstens einer dieser Gelenkverbindungen, wobei das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung derart ausgebildet ist, dass es ein Lösen der Gelenkverbindung durch Zerstören oder Heraustrennen der Gelenkverbindung oder einer Kombination daraus bewirkt, wenn eine Verformung der Vorderradaufhängung in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis, insbesondere in Folge eines Frontal-Off-Set-Aufpralls mit geringer Überdeckung, einen definierten Verformungsschwellwert überschreitet, wobei das Lösen der Gelenkverbindung bewirkt, dass das Rad nach Erreichen des Verformungsschwellwerts bei weiterer aufprallbedingter Verformung der Vorderradaufhängung weg vom Fahrzeuginnenraum in Fahrzeuglängsrichtung bewegt und eine Einzelspur des Rades vergrößert werden kann. Ferner betrifft die Erfindung einen Lenker für eine Vorderradaufhängung zur Kopplung eines Radträgers mit einem Achsträger, wobei der Lenker jeweils mittels einer Gelenkverbindung mit dem Achsträger und dem Radträger verbunden werden kann sowie ein zweispuriges Fahrzeug mit einer zuvor beschriebenen Vorderradaufhängung.
Ein Fahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen (PKW), soll grundsätzlich möglichst sicher gestaltet sein, insbesondere im Fall eines Unfalls, das heißt dann, wenn das Fahrzeug auf ein Hindernis aufprallt. Um das Verletzungsrisiko für die Fahrzeuginsassen im Falle eines solchen Aufpralls zu minimieren, sollte vermieden werden, dass Fahrzeugteile, beispielsweise Teile der Vorderradaufhängung, wie beispielsweise ein Lenker der Vorderradaufhängung oder ein Rad, durch diesen Aufprall in den Fahrzeuginnenraum eindringen. Besonders kritisch ist ein sogenannter Offset-Aufprall mit geringer Überdeckung („Small Overlap Crash”), das heißt mit einem in Relation zur Breite des Fahrzeugs schmalen Hindernis bzw. nur einer geringen Überdeckung des Fahrzeugs in seiner Breite durch das Hindernis. Insbesondere ist ein Frontal-Offset-Aufprall mit geringer Überdeckung kritisch, wenn das Hindernis nicht auf die eigentliche Crash-Struktur des Fahrzeugs, die im Falle üblicher Personenkraftwagen durch einen Achsträger und einen Motorträger bzw. einen Längsträger gebildet wird, auftrifft, so dass ein großer Teil der Aufprallenergie absorbiert werden kann, sondern wenn das Hindernis daran vorbei in den Fahrzeug-Vorderwagen eindringt. Das aufprallbedingte Eindringen des Hindernisses kann möglicherweise derart auf die Vorderradaufhängung des crashseitigen Rades einwirken, dass dieses Vorderrad tendenziell zur Fahrzeugmitte hin verschoben wird, insbesondere mit seiner in Fahrzeuglängsrichtung hinteren Außenkante zur Mitte der Stirnwand hin und damit in Richtung Fahrzeuginnenraum. Dies kann zu einer Intrusion des Rades in den Fahrzeuginnenraum über die Stirnwand führen, wenn die Aufprallenergie bis dahin noch nicht ausreichend absorbiert worden ist. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Maßnahmen zur Steigerung der Energieabsorption und zur Verringerung des Risikos einer aufprallbedingten Intrusion von Fahrzeugteilen in den Fahrzeuginnenraum bekannt, beispielsweise aus der DE 38 00 944 C1 , der DE 195 42 496 C1 und insbesondere aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2012 204 032 derselben Anmelderin.
Aus der letztgenannten DE 10 2012 204 032 ist eine Vorderradaufhängung mit einem Anbauteil bekannt, das durch Auftreffen eines Hindernisses oder eines anderen Gegenstandes im Fall eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis solchermaßen verlagert werden kann, dass eine der Gelenkverbindungen, durch die ein Lenker der Vorderradaufhängung mit dem Achsträger oder dem Radträger verbunden ist, gelöst werden kann, so dass der Lenker an dieser Gelenkverbindung freigelegt wird und das Rad bei weiterer aufprallbedingter Verformung der Vorderradaufhängung weg vom Fahrzeuginnenraum zur Längsseite des Fahrzeugs hin verschoben werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorderradaufhängung für ein zweispuriges Fahrzeug bereitzustellen, welche zuverlässig im Fall eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis unabhängig vom Intrusionsweg des Hindernisses in die Vorderwagenstruktur eine verbesserte Absorption der Aufprallenergie ermöglicht, das Risiko einer aufprallbedingten Intrusion von Fahrzeugteilen in den Fahrzeuginnenraum verringert und einen Zielkonflikt bei der Auslegung der Vorderradaufhängung im Hinblick auf die Festigkeit vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorderradaufhängung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch einen Lenker mit den Merkmalen von Anspruch 6 und ein zweispuriges Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 9. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine erfindungsgemäße Vorderradaufhängung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung am Lenker angeordnet ist, vorzugsweise im Bereich der zu lösenden Gelenkverbindung. Dabei ist der Lenker so gestaltet bzw. innerhalb der Vorderradaufhängung angeordnet, dass er durch eine Verformung der Vorderradaufhängung in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis, insbesondere im Fall eines Frontal-Off-Set Aufpralls mit nur geringer Überdeckung, beispielsweise weniger als 25% Überdeckung, solchermaßen verlagert und/oder deformiert werden kann, dass das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung durch die Verlagerung des Lenkers und/oder dessen Deformation solchermaßen mit der zu lösenden Gelenkverbindung oder einem diese unmittelbar umgebenden Bereich in Eingriff gebracht wird, dass bei Erreichen des Verformungsschwellwerts, das heißt bei Erreichen eines definierten Verformungszustandes der Vorderradaufhängung, die Gelenkverbindung gelöst wird.
Ein erfindungsgemäßer Lenker ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker für eine erfindungsgemäße Vorderradaufhängung ausgebildet ist und zumindest ein Mittel zum Lösen wenigstens einer der Gelenkverbindungen aufweist, wobei das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung derart ausgebildet ist, dass das Mittel ein Lösen der Gelenkverbindung durch Zerstören oder Heraustrennen der Gelenkverbindung oder einer Kombination daraus bewirkt, wenn das Mittel bei funktionsgemäßer Verwendung des Lenkers in einer erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung durch die Verlagerung des Lenkers und/oder dessen Deformation in Folge einer Verformung der Vorderradaufhängung aufgrund eines Aufpralls auf ein Hindernis solchermaßen mit der zu lösenden Gelenkverbindung oder einem diese unmittelbar umgebenden Bereich in Eingriff gebracht wird, dass bei Erreichen eines Verformungsschwellwertes der Vorderradaufhängung die Gelenkverbindung gelöst wird.
Ein erfindungsgemäßes zweispuriges Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine erfindungsgemäße Vorderradaufhängung umfasst.
Das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung, das erfindungsgemäß an dem Lenker der Vorderradaufhängung angeordnet ist, dessen Gelenkverbindung gelöst werden soll, sorgt somit dafür, dass bei Erreichen eines definierten Verformungsschwellwertes der Vorderradaufhängung in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis entweder die Gelenkverbindung des Lenkers mit dem Achsträger oder die Gelenkverbindung des Lenkers mit dem Radträger gelöst wird, je nach Anordnung des Mittels zum Lösen der Gelenkverbindung in der Vorderradaufhängung. Die Vorderradaufhängung kann selbstverständlich auch mehr als ein solches Mittel aufweisen, so dass sowohl die achsträgerseitige Gelenkverbindung als auch die radträgerseitige Gelenkverbindung gelöst werden können. Die Vorderradaufhängung kann dabei auch derart ausgebildet sein, dass für jede zu lösende Gelenkverbindung ein eigener Verformungsschwellwert definiert ist, bei dessen Erreichen die zugehörige Gelenkverbindung erst gelöst wird.
Das durch das Mittel verursachte Lösen der Gelenkverbindung bewirkt, dass der Lenker an der gelösten Gelenkverbindung gegenüber dem Achsträger bzw. dem Radträger freigelegt wird und somit die Anzahl der Freiheitsgrade der Radbewegung erhöht wird. Infolgedessen wird bei einer erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung die Radkinematik solchermaßen verändert, dass das Rad nach Erreichen des Verformungsschwellwerts bei weiterer aufprallbedingter Verformung der Vorderradaufhängung weg vom Fahrzeuginnenraum in Fahrzeuglängsrichtung bewegt und eine Einzelspur des Rades vergrößert werden kann. Dabei wird als Einzelspur der Winkel bezeichnet, um den das Rad zur Fahrzeuglängsachse in Geradeausstellung angeordnet bzw. angestellt ist, wobei dieser Winkel zwischen einer Fahrzeugmittelebene in Fahrzeuglängsrichtung und einer Radmittelebene gemessen wird bzw. zwischen einer zur Fahrzeugmittelebene parallelen Ebene und der Radmittelebene. Das bedeutet mit anderen Worten ausgedrückt, dass das Rad durch das Lösen der Gelenkverbindung weiter in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verschoben werden kann und dabei eingedreht bzw. mit seiner hinteren Außenkante weg vom Fahrzeuginnenraum nach außen geschwenkt werden kann weg von der Stirnwandmitte hin zum Schweller.
Vorzugsweise wird der Verformungsschwellwert, das heißt der Verformungszustand der Vorderradaufhängung bzw. der Zeitpunkt, an dem die Gelenkverbindung in Folge eines Aufpralls gelöst werden soll, bei einer erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung solchermaßen gewählt bzw. definiert, dass nach Erreichen des Verformungsschwellwertes für das Rad noch genügend Raum bzw. Weg für die gewünschte Radbewegung zur Verfügung steht, dass das Rad bei weiterer aufprallbedingter Verformung soweit nach außen bewegt werden kann und die Einzelspur ausreichend vergrößert werden kann, dass ein Auftreffen des Rades im Bereich des Fußraums verhindert und eine Intrusion Rades in den Fahrzeuginnenraum vermieden wird.
Das Lösen der Gelenkverbindung kann grundsätzlich durch Zerstören oder Heraustrennen der Gelenkverbindung oder einer Kombination daraus bewirkt werden, wobei die Gelenkverbindung zerstört wird, indem zumindest ein Teil der Gelenkverbindung, wie beispielsweise eine Befestigungsschraube, ein lenkerseitiger Teil der Gelenkverbindung oder ein achsträger- oder radträgerseitiger Teil der Gelenkverbindung zerstört oder irreversibel beschädigt wird. Beispielsweise kann die Gelenkverbindung zerstört werden, indem das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung derart mit der Befestigungsschraube der Gelenkverbindung in Eingriff gebracht wird, dass die Befestigungsschraube zerstört wird, beispielsweise durch Abtrennen des Schraubenkopfes. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn keine achsträger- bzw. radträgerseitigen Teile der Gelenkverbindung beschädigt werden, so dass prinzipiell eine Wiederherstellung der Gelenkverbindung ohne eine aufwendige Reparatur des Gelenks am Achsträger oder Radträger ermöglicht wird.
Im Gegensatz zum Zerstören der Gelenkverbindung wird beim Heraustrennen der Gelenkverbindung nicht die Gelenkverbindung als solche zerstört und in Folge dessen geöffnet, das heißt es werden nicht die einzelnen Teile der Gelenkverbindung voneinander getrennt, sondern die Gelenkverbindung wird in ihrer Gesamtheit aus dem sie umgebenden Bereich der Vorderradaufhängung herausgetrennt, beispielsweise indem die Gelenkverbindung komplett aus dem Achsträger herausgerissen oder herausgestanzt wird. Das Heraustrennen wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung mit einem Bereich unmittelbar um die Gelenkverbindung herum in Eingriff gebracht worden ist, insbesondere mit einem Bereich des Achsträgers, der die achsträgerseitige Gelenkverbindung des Lenkers unmittelbar umgibt. Das Heraustrennen kann dabei sowohl durch Ausreißen, Ausschneiden, Ausbrechen, Ausstanzen der Gelenkverbindung oder dergleichen oder einer Kombination daraus bewirkt werden, wobei grundsätzlich auch ein Heraustrennen der Gelenkverbindung aus dem Radträger oder dem Lenker möglich ist.
Die Vorderradaufhängung ist bevorzugt solchermaßen gestaltet bzw. sind die einzelnen Bauteile der Vorderradaufhängung derart angeordnet, insbesondere das erfindungsgemäß am Lenker angeordnete Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung, dass sich in einem funktionsgemäßem Zustand der Vorderradaufhängung das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung nicht mit der zu lösenden Gelenkverbindung oder einem diese unmittelbar umgebenden Bereich in Eingriff befindet, also die Gelenkverbindung oder den diese umgebenden Bereich nicht mit einer zerstörend wirkenden Kraft beaufschlagt, insbesondere nicht berührt, kontaktiert oder dergleichen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Gelenkverbindung oder der diese umgebender Bereich nicht während des Betriebs beschädigt wird, beispielsweise durch Reibverschleiß, oder sogar die Gelenkverbindung während des funktionsgemäßen Betriebs gelöst wird.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung ist, dass die Radkinematik durch eine geeignete Wahl des Verformungsschwellwerts gezielt beeinflusst bzw. derart gesteuert werden kann, dass eine Intrusion des Rades bzw. der durch das Rad verformten Teile, in den Fahrzeuginnenraum vermieden werden kann und die Absorption der Aufprallenergie gesteigert bzw. gezielt auf ausgewählte Bereiche des Fahrzeugs, wie beispielsweise auf den Schweller oder andere ausgewählte Lastpfade, gelenkt werden kann.
Vorteilhaft ist insbesondere, dass der Verformungsschwellwert auf einfache Art und Weise eingestellt werden kann, indem das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung entsprechend gestaltet und angeordnet wird, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Kinematik, dem Verformungsverhalten der Vorderradaufhängung, insbesondere in Abhängigkeit des bis zum Lösen der Gelenkverbindung erforderlichen Verlagerungsweg des Lenkers, und dem Werkstoffverhalten der beteiligten Komponenten. Um ein Lösen der Gelenkverbindung bei einem niedrigeren Verformungsschwellwert, also in einem geringeren Verformungszustand, zu erreichen, kann beispielsweise der Abstand des Mittels zur Gelenkverbindung verringert werden, so dass der erforderliche Verlagerungsweg des Lenkers verkürzt wird und damit die Gelenkverbindung früher gelöst wird. Beispielsweise kann auch die Geometrie des Mittels zum Lösen der Gelenkverbindung dahingehend verändert werden, dass bei gleichem Verlagerungsweg eine größere Zerstörungskraft auf die Gelenkverbindung oder den diese umgebenden Bereich übertragen wird, so dass die Gelenkverbindung ebenfalls früher gelöst wird.
Durch das Vorsehen eines erfindungsgemäßen Mittels zum Lösen der Gelenkverbindung anstelle einer Sollbruchstelle kann ferner der Zielkonflikt bei der Auslegung der Vorderradaufhängung, insbesondere bei der Auslegung des Lenkers im Hinblick auf seine Festigkeit, vermieden werden, denn die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung ermöglicht eine vorteilhafte funktionale Trennung hinsichtlich der Gestaltung des Lenkers bezüglich der Betriebsfestigkeit und Fahrdynamik vom Crash-Fall, so dass der Lenker für jeden dieser Lastfälle optimal ausgelegt werden kann. Somit muss der Lenker nicht mehr so ausgelegt werden, dass er einerseits im Crash-Fall bereits bei geringen Aufprallkräften entsprechend deformiert bzw. versagt und andererseits eine ausreichende Betriebsfestigkeit aufweist, sondern kann insbesondere im Hinblick auf die Betriebsfestigkeit und seine fahrdynamischen Eigenschaften optimiert werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung ist, dass das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung am Lenker angeordnet ist und durch eine Verlagerung des Lenkers selbst bzw. dessen Deformation in Folge der aufprallbedingten Verformung der Vorderradaufhängung mit der zu lösenden Gelenkverbindung in Eingriff gebracht wird und nicht in Abhängigkeit von einem Intrusionsweg eines Hindernisses in den Bereich der Vorderradaufhängung. Somit wird das Lösen der Gelenkverbindung zuverlässig in Abhängigkeit von der Verformung der Vorderradaufhängung bewirkt, welche einen maßgeblichen Einfluss auf die Sicherheit der Fahrzeuginsassen hat, insbesondere in Abhängigkeit von der Verlagerung des Lenkers, welche mit einer Verlagerung des Rades einhergeht, so dass eine gezieltere und damit verbesserte Beeinflussung bzw. Steuerung der Radkinematik im Crash-Fall erreicht wird.
Das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung kann auf verschiedenste Art und Weise gestaltet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung eine Stanzrippe, eine Schneide oder ein Stanzring oder dergleichen, die/der bei einer aufprallbedingten Verlagerung des Lenkers infolge der Verformung der Vorderradaufhängung mit der Gelenkverbindung solchermaßen in Eingriff gebracht werden kann, dass bei Erreichen des Verformungsschwellwerts die Gelenkverbindung gelöst wird. Bevorzugt wird das Mittel zum Lösen durch zwei oder mehr am Lenker angeordnete Schneiden oder einen Stanzring gebildet, die bzw. der vorzugsweise im Bereich der achsträgerseitigen Gelenkverbindung am Lenker um die Gelenkverbindung herum angeordnet sind bzw. ist, und mit dem Achsträger in Eingriff gebracht werden können bzw. kann, so dass die Gelenkverbindung aus dem Achsträger herausgetrennt, insbesondere herausgeschnitten oder herausgestanzt werden kann. Das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung kann aber auch eine Art Hebel sein, der insbesondere mit der Gelenkverbindung solchermaßen in Eingriff gebracht werden kann, dass die Gelenkverbindung gelöst wird, beispielsweise in dem der Schraubenkopf der Befestigungsschraube abgehebelt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Lenker ein Schmiedeteil, also ein durch Schmieden hergestelltes Bauteil, und das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung, beispielsweise eine Schneide oder eine Stanzrippe, ist einstückig mit dem Lenker verbunden bzw. ausgebildet, insbesondere angeschmiedet. Dadurch kann eine besonders hohe Festigkeit der Verbindung zwischen dem Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung und dem Lenker erreicht werden, so dass auch größere Zerstörungskräfte übertragen werden können, die für ein sicheres und zuverlässiges Lösen der Gelenkverbindung vorteilhaft sind.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung ein Anbauteil, beispielsweise ein Anbauteil mit einem Stanzring, einer Schneide oder einer Stanzrippe oder dergleichen, wobei das Anbauteil vorzugsweise mittels einer Befestigungsschraube der zu lösenden Gelenkverbindung am Lenker befestigt ist. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass das Anbauteil einfach nachgerüstet werden kann, so dass die Crasheigenschaften der Vorderradaufhängung schnell und einfach verbessert werden können.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Lenker, dessen Gelenkverbindung gelöst werden soll, als Querlenker ausgebildet, wobei die Vorderradaufhängung einen weiteren Lenker aufweist, der in Fahrtrichtung vor dem Querlenker angeordnet ist und als Zugstrebe wirkt und ebenfalls mittels Gelenkverbindungen mit dem Radträger und dem Achsträger verbunden ist. Dabei ist die Vorderradaufhängung derart ausgebildet, dass der Verformungsschwellwert zum Lösen der Gelenkverbindung des Querlenkers erst erreicht wird, wenn zuvor mindestens eine Gelenkverbindung der Zugstrebe bzw. des als Zugstrebe wirkenden Lenkers in Folge des Aufpralls auf ein Hindernis versagt hat bzw. gelöst worden ist. Die Zugstrebe kann dabei ebenfalls durch einen erfindungsgemäßen Lenker mit einem daran angeordneten Mittel zum Lösen der Zugstreben-Gelenkverbindung gebildet sein. Die Zugstreben-Gelenkverbindung kann aber auch durch andere Maßnahmen gelöst werden, beispielsweise durch ein Anbauteil, wie es in der vorgenannten DE 10 2012 204 032 der gleichen Anmelderin beschrieben ist.
Anstatt eines weiteren Lenkers, der als Zugstrebe wirkt, kann die Vorderradaufhängung auch einen als Druckstrebe wirkenden weiteren Lenker aufweisen, der in Fahrtrichtung hinter dem Querlenker angeordnet ist. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn der Verformungsschwellwert zum Lösen der Gelenkverbindung des Querlenkers erreicht wird, bevor eine Gelenkverbindung der Druckstrebe versagt bzw. gelöst wird.
Durch das Vorsehen unterschiedlicher Verformungsschwellwerte bzw. durch eine derartige Gestaltung der Vorderradaufhängung, dass die Gelenkverbindungen abhängig von der Verformung der Vorderradaufhängung in mehreren Stufen bzw. nacheinander gelöst werden, kann die Radkinematik gezielt beeinflusst bzw. gesteuert werden, so dass das Rad kontrolliert verlagert werden kann und dadurch eine Intrusion des Rades bzw. der durch das Rad verformten Teile in den Fahrzeuginnenraum vermieden werden kann und die Absorption der Aufprallenergie gesteigert bzw. gezielt auf ausgewählte Bereiche des Fahrzeugs, beispielsweise ausgewählte Lastpfade, gelenkt werden kann.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist. 1 zeigt einen Ausschnitt eines rechten Teils eines Vorderwagens eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung in Draufsicht mit einem erfindungsgemäßen Querlenker in einem funktionsgemäßen Zustand der Vorderradaufhängung vor einem Aufprall auf ein Hindernis, 2 die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung aus 1 in einem Verformungszustand der Vorderradaufhängung nach dem Aufprall auf ein Hindernis, aber vor Erreichen des Verformungsschwellwertes, 3 die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung aus den 1 und 2 in einem Verformungszustand bei Erreichen des Verformungsschwellwertes, und die 4 und 5 jeweils die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung aus den 1 bis 3 bei Überschreiten des Verformungsschwellwertes nach einer weiteren aufprallbedingten Verformung, jedoch in einem unterschiedlichen Verformungszustand.
1 zeigt in schematischer Darstellung in Draufsicht einen Ausschnitt eines rechten Teils eines Vorderwagens eines erfindungsgemäßen zweispurigen Fahrzeugs mit einer nur angedeuteten Vorderkante eines Stoßfängers 12, einem Front-End 9, einem Längsträger 14 sowie einem in Verlängerung des Längsträgers 14 in Fahrzeuglängsrichtung L vor dem Längsträger 14 angeordneten Deformationselement 10 sowie mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung 1 mit einem erfindungsgemäßen Querlenker 5 in einem funktionsgemäßen Zustand kurz vor einem Frontal-Off-Set-Aufprall mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg auf ein Hindernis H. In der in 1 dargestellten Situation überdeckt das Hindernis H nur einen geringen Teil der Fahrzeugbreite, in etwa nur 20% der Fahrzeugbreite. Insbesondere erstreckt sich das Hindernis H in Richtung Fahrzeugmitte nicht bis zum Deformationselement 10 und dem Längsträger 14, so dass das Hindernis H bei dem zu erwartenden Aufprall nicht auf das Deformationselement 10 und den Längsträger 14 treffen wird, sondern vielmehr daran vorbei je nach Aufprallgeschwindigkeit mehr oder weniger tief in den Vorderwagen des Fahrzeugs eindringen wird, bis die Aufprallenergie vollständig absorbiert ist, was zu einer deutlichen Verformung der Vorderradaufhängung 1 führen wird. Mit Hilfe der 2 bis 5 wird das Verhalten der erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung 1 für den in 1 gezeigten Aufprall im Folgenden erläutert, wobei in 2 der Stoßfänger 12 und in den 3 bis 5 der Stoßfänger 12, das Hindernis H und das Front-End 9 der besseren Übersicht wegen nicht mehr dargestellt sind.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung 1 ist in Fahrzeuglängsrichtung L bzw. in Fahrtrichtung v_Fzg hinter dem rechtsseitigen Teil eines Front-Ends 9 und vor einem Fahrzeuginnenraum 11, der nach vorne hin im Wesentlichen durch eine Stirnwand 8 und nach außen hin durch einen Schweller 13 als Teil der Fahrzeugkarosserie begrenzt wird, angeordnet. In Fahrzeuglängsrichtung L linksseitig von der Vorderradaufhängung 1 befinden sich der Längsträger 14 sowie das Deformationselement 10. Die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung 1 umfasst einen hier nur ausschnittsweise dargestellten Achsträger 2, einen Radträger 3, an dem ein rechtes Vorderrad 4 des Fahrzeugs befestigt ist, einen erfindungsgemäßen Lenker 5 in Form eines Querlenkers 5 sowie einen weiteren Lenker 6, der aber als Zugstrebe wirkt.
Der Achsträger 2 ist in diesem Fall ein Hilfsrahmen aus Aluminium-Druckguss, der im Bereich der Vorderachse mit der Karosseriestruktur des Fahrzeugs, unter anderem mit dem Längsträger 14, verbunden ist. Der Achsträger kann aber auch ein Blechteil sein, insbesondere ein Tiefziehteil. Des Weiteren kann der Achsträger auch aus einem anderen Werkstoff als Aluminium ausgebildet sein, beispielsweise aus Stahl. Ferner muss der Achsträger nicht zwingend in Form eines Hilfsrahmens, das heißt als zusätzliches Bauteil ausgebildet sein. Er kann auch ein Teil der Fahrzeugkarosserie sein und beispielsweise durch einen Längsträger oder einen Motorträger gebildet sein.
Der Radträger 3 nimmt die hier nicht dargestellte Radlagerung und das Rad 4 auf und legt in Abhängigkeit von der Kinematik der unter anderem durch den Querlenker 5 und die Zugstrebe 6 bewirkten Kopplung des Radträgers 3 mit dem Achsträger 2 die Stellung des Rades 4 gegenüber dem Fahrzeug fest. Das Rad 4 ist der Einfachheit halber im Wesentlichen in einer Geradeausstellung dargestellt, obwohl es üblicherweise um eine geringe Einzelvorspur δ_v angestellt ist, insbesondere um δ_v = +10' bis +20', wobei die Einzelspur δ_v, das heißt der Winkel zwischen einer Radmittelebene 15 und einer parallel zur Fahrzeugmittelebene in Fahrzeuglängsrichtung L verlaufenden Ebene 16, des Rades 4 positiv ist (Vorspur), wenn die Radmittelebene 15 nach vorne hin zur Fahrzeugmittelebene hin verläuft (vgl. beispielsweise 5), das heißt nach vorne innen, und negativ (Nachspur), wenn sie nach vorne hin von der Fahrzeugmittelebene weg verläuft, das heißt nach vorne außen (vgl. beispielsweise 2).
Der Querlenker 5 und die Zugstrebe 6 sind mittels der Gelenkverbindungen 5a, 5b bzw. 6a, 6b mit dem Achsträger 2 bzw. dem Radträger 3 verbunden. Dabei ist die Gelenkverbindung 5a zwischen dem Querlenker 5 und dem Achsträger 2 durch ein in bekannter Weise in eine Aufnahme im Querlenker 5 eingepresstes Elastomerlager 18 sowie durch Gelenklaschen 19a, 19b am Achsträger 2 und eine Befestigungsschraube 17 gebildet, mittels derer das Elastomerlager 18 an den Gelenklaschen 19a, 19b befestigt ist. Die übrigen Gelenkverbindungen 5b, 6a und 6b sind ebenfalls auf bekannte Art und Weise ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Querlenker 5 ist ein Schmiedeteil und weist bei diesem Ausführungsbeispiel zwei keilförmige Schneidelemente 7 als Mittel zum Lösen der Gelenkverbindung 5a auf, die an dem Querlenker 5 im Bereich um das eingepresste Elastomerlager 18 herum, also um die Gelenkverbindung 5a herum, angeschmiedet sind und einstückig mit dem Querlenker 5 verbunden sind. Die Zugstrebe 6 ist ebenfalls ein Schmiedeteil, jedoch weist diese im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Querlenker 5 keine Schneidelemente oder dergleichen auf, wobei das auch möglich ist.
Bei der in 1 gezeigten Darstellung befindet sich die Vorderradaufhängung 1 in einem funktionsgemäßen Zustand, das heißt in einem unverformten Zustand vor einem Aufprall. In dieser Darstellung ist deutlich erkennbar, dass die am Querlenker 5 angeordneten Schneidelemente 7 im funktionsgemäßen Zustand beabstandet zum benachbarten Teil des Achsträgers 2 in Form der Gelenklaschen 19a, 19b angeordnet sind und insbesondere die Gelenklaschen 19a, 19b bzw. den Achsträger nicht berühren und somit sich nicht mit dem Bereich am Achsträger 2 um die Gelenkverbindung 5a herum in Eingriff befinden, um sicherzustellen, dass die Gelenkverbindung 5a nicht während des normalen Fahrbetriebs gelöst wird.
2 zeigt die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung 1 aus 1 nach dem Aufprall auf das Hindernis H, jedoch vor Erreichen des Verformungsschwellwertes, bei dem erfindungsgemäß erst die Gelenkverbindung 5a gelöst wird. Jedoch sind bei dem in 2 dargestellten Zustand durch die Aufprallkraft F bereits Teile der Vorderwagenstruktur und der Vorderradaufhängung 1 verformt, wie der hier nicht dargestellte Stoßfänger und das Front-End 9. Durch das Auftreffen des Front-Ends 9 auf das Rad 4 ist dieses in Fahrzeuglängsrichtung L nach hinten gedrückt bzw. verschoben worden. Da das Rad 4 durch die Zugstrebe 6 und den Querlenker 5 mit dem Achsträger 2 gekoppelt ist, ist es in Fahrzeuglängsrichtung L nicht frei beweglich, sondern konnte nur eine Drehbewegung um eine Hochachse, genaugenommen um die zugehörige Spreizachse, ausführen, wobei es sich auf einer Art Kreisbahn in Richtung Fahrzeuginnenraum 11 bzw. nach hinten fahrzeuginnen in Richtung Mitte der Stirnwand 8 bewegt hat, so dass in Folge dessen die Einzelspur δ_v verringert worden ist und zwar so weit, dass sich das Rad 4 in Nachspur befindet (δ_v < 0), also nach außen angestellt ist.
Die aufprallbedingte Verlagerung des Rades 4 hat ferner dazu geführt, dass die Zugstrebe 6 und der Querlenker 5 ebenfalls verlagert worden sind, so dass die beiden Schneidelemente 7 mit den Gelenklaschen 19a, 19b des Achsträgers 2 im Bereich unmittelbar um die Gelenkverbindung 5a herum in Eingriff gebracht worden sind. Das schlagartige bzw. stoßartige Auftreffen der Schneidelemente 7 auf die Gelenklaschen 19a, 19b des Achsträgers 2 hat aufgrund des spröden Werkstoffverhaltens des Achsträgerwerkstoffes, insbesondere aufgrund der geringen Schlagzähigkeit, zu einem Bruch bzw. Riss in diesem Bereich der Gelenklaschen 19a, 19b um die Gelenkverbindung 5a herum geführt, mit der Folge dass im weiteren Verlauf der aufprallbedingten Verformung das Heraustrennen der Gelenkverbindung 5a aus dem Achsträger 2 bei Erreichen des Verformungsschwellwertes bewirkt wird, siehe 3.
Gemäß 3, die schematisch den Verformungszustand der Vorderradaufhängung 1 bei Erreichen des Verformungsschwellwertes zeigt, hat die weitere Verformung der Vorderradaufhängung 1 gegenüber dem in 2 gezeigten Zustand bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst zu einem Versagen der Gelenkverbindung 6a geführt, so dass die Zugstrebe 6 an dieser Gelenkverbindung freigelegt worden ist. Dadurch wurde der Querlenkers 5 mit den Schneidelementen 7 noch mehr zu den Gelenklaschen 19a, 19b hin verlagert, was den Eingriff aufgrund der auftretenden Hebelwirkung und damit die wirkende Zerstörungskraft verstärkt hat, so dass schließlich bei Erreichen des Verformungsschwellwertes die Gelenkverbindung 5a durch die Schneidelemente 7 aus dem Achsträger 2 herausgetrennt worden ist und die Gelenkverbindung 5a gelöst worden ist.
Dadurch ist der Querlenker 5 im Bereich der Gelenkverbindung 5a ebenfalls freigelegt worden, so dass das Rad 4 bei einer weiteren aufprallbedingten Verformung der Vorderradaufhängung 1 weg vom Fahrzeuginnenraum 11 in Fahrzeuglängsrichtung L bewegt werden kann und die Einzelspur δ_v vergrößert werden kann, was beispielhaft in den 4 und 5 dargestellt ist und im Folgenden näher erläutert wird.
Dabei zeigen die 4 und 5 jeweils die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung 1 aus den 1 bis 3 nach Überschreiten des Verformungsschwellwertes, jedoch mit unterschiedlichen Radpositionen zum Zeitpunkt des Auftreffens des Rades 4 auf den Schweller 13, um die Möglichkeiten der Ausgestaltung bzw. Abstimmung einer erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung 1 zu erläutern, insbesondere durch die Wahl bzw. Definition des Verformungsschwellwertes.
Bei der in 4 gezeigten Darstellung ist das Rad 4 nach Erreichen des Verformungsschwellwertes nur in etwa bis in eine Geradeausstellung (δ_v = 0) nach außen und in Fahrzeuglängsrichtung L nach hinten bewegt worden, so dass es nahezu in Geradeausstellung gegen den Schweller 13 drückt, was durch einen höheren Verformungsschwellwert, das heißt ein späteres Lösen der Gelenkverbindung 5a in Verbindung mit einer entsprechenden Kinematik der Vorderradaufhängung 1 erreicht worden ist. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung der Vorderradaufhängung ist, dass in diesem Verformungszustand immer noch vorhandene Aufprallenergie bzw. eine Aufprallkraft F in den Schweller 13 eingeleitet werden kann, der als Lastpfad dient und eine gute Ableitung der Aufprallkraft F weg vom Fahrzeuginnenraum 11 ermöglicht.
Im Unterschied dazu zeigt 5 einen Verformungszustand, bei dem das Rad 4 soweit nach außen geschwenkt worden ist bzw. die Einzelspur δ_v soweit vergrößert worden ist (δ_v > 0), dass das Rad 4 bei noch weiterer aufprallbedingter Verformung seitlich nach hinten außen am Fahrzeug abgleiten bzw. am Fahrzeug vorbei gleiten kann, was eine weitere und damit erhöhte bzw. verbesserte Energieabsorption ermöglicht. Dies wurde durch ein frühes Lösen der Gelenkverbindung 5 in Verbindung mit einer entsprechenden Kinematik der Vorderradaufhängung 1 erreicht. Auch in diesem Fall konnte eine Intrusion des Rades 4 in den Fahrzeuginnenraum 11 wirkungsvoll verhindert werden.
Selbstverständlich ist eine Vielzahl konstruktiver Abwandlungen zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Vorderradaufhängung
2: Achsträger
3: Radträger
4: Rad
5: Querlenker
5a: Gelenkverbindung (Achsträger mit Querlenker)
5b: Gelenkverbindung (Radträger mit Querlenker)
6: Zugstrebe
6a: Gelenkverbindung (Achsträger mit Zugstrebe)
6b: Gelenkverbindung (Radträger mit Zugstrebe)
7: Schneidelement
8: Stirnwand
9: rechtsseitiger Teil des Front-Ends
10: Deformationselement
11: Fahrzeuginnenraum
12: Stoßfänger
13: Schweller
14: Längsträger
15: Radmittelebene
16: Ebene parallel zur Fahrzeugmittelebene in Fahrzeuglängsrichtung
17: Befestigungsschraube
18: Elastomerlager
19a, b: Gelenklaschen am Achsträger
F: Aufprallkraft
H: Hindernis
L: Fahrzeuglängsrichtung
δ_v: Einzelspur
v_Fzg: Fahrzeuggeschwindigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3800944 C1 [0002]
DE 19542496 C1 [0002]
DE 102012204032 [0002, 0003, 0022]

Claims

Vorderradaufhängung (1) für ein zweispuriges Fahrzeug mit einem Achsträger (2), einem an einem Radträger (3) befestigten Rad (4), zumindest einem Lenker (5), durch den der Radträger (3) in einem funktionsgemäßen Zustand der Vorderradaufhängung (1) mit dem Achsträger (2) gekoppelt ist, wobei der Lenker (5) jeweils mittels einer Gelenkverbindung (5a, 5b) mit dem Achsträger (2) und dem Radträger (3) verbunden ist, und zumindest einem Mittel (7) zum Lösen wenigstens einer dieser Gelenkverbindungen (5a, 5b), wobei das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) derart ausgebildet ist, dass es ein Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) durch Zerstören oder Heraustrennen der Gelenkverbindung (5a, 5b) oder einer Kombination daraus bewirkt, wenn eine Verformung der Vorderradaufhängung (1) in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis (H) einen definierten Verformungsschwellwert überschreitet, wobei das Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) bewirkt, dass das Rad (4) nach Erreichen des Verformungsschwellwerts bei weiterer aufprallbedingter Verformung der Vorderradaufhängung (1) weg vom Fahrzeuginnenraum in Fahrzeuglängsrichtung (L) bewegbar ist und eine Einzelspur (δ_v) des Rades (4) vergrößerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) am Lenker (5) angeordnet ist und der Lenker (5) durch eine Verformung der Vorderradaufhängung (1) in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis (H) solchermaßen verlagerbar und/oder deformierbar ist, dass das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) durch die Verlagerung des Lenkers (5) und/oder dessen Deformation solchermaßen mit der zu lösenden Gelenkverbindung (5a, 5b) oder einem diese unmittelbar umgebenden Bereich in Eingriff gebracht wird, dass bei Erreichen des Verformungsschwellwerts die Gelenkverbindung (5a, 5b) gelöst wird.
Vorderradaufhängung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) eine Stanzrippe, eine Schneide oder ein Stanzring ist.
Vorderradaufhängung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (5) ein Schmiedeteil ist und das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) einstückig mit dem Lenker (5) verbunden ist, insbesondere angeschmiedet ist.
Vorderradaufhängung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) ein Anbauteil ist, wobei das Anbauteil vorzugsweise über eine Befestigungsschraube der zu lösenden Gelenkverbindung am Lenker (5) befestigt ist.
Vorderradaufhängung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lenker (5) als Querlenker ausgebildet ist und die Vorderradaufhängung (1) einen weiteren Lenker (6) aufweist, der in Fahrtrichtung vor dem Querlenker (5) angeordnet ist und als Zugstrebe wirkt und ebenfalls mittels Gelenkverbindungen (6a, 6b) mit dem Achsträger (2) und dem Radträger (3) verbunden ist, wobei die Vorderradaufhängung (1) derart ausgebildet ist, dass der Verformungsschwellwert zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) des Querlenkers (5) erst erreicht wird, wenn zuvor mindestens eine Gelenkverbindung (6a, 6b) der Zugstrebe (6) in Folge eines Aufpralls, insbesondere eines Frontalaufpralls, auf ein Hindernis (H) gelöst worden ist.
Lenker (5) für eine Vorderradaufhängung (1) zur Kopplung eines Radträgers (3) mit einem Achsträger (2), wobei der Lenker (5) jeweils mittels einer Gelenkverbindung (5a, 5b) mit dem Achsträger (2) und dem Radträger (3) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (5) für eine Vorderradaufhängung (1) nach Anspruch 1 ausgebildet ist und zumindest ein Mittel (7) zum Lösen wenigstens einer der Gelenkverbindungen (5a, 5b) aufweist, wobei das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) derart ausgebildet ist, dass das Mittel (7) ein Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) durch Zerstören oder Heraustrennen der Gelenkverbindung (5a, 5b) oder einer Kombination daraus bewirkt, wenn das Mittel (7) bei funktionsgemäßer Verwendung des Lenkers (5) in einer Vorderradaufhängung (1) gemäß Anspruch 1 durch die Verlagerung des Lenkers (5) und/oder dessen Deformation in Folge einer Verformung der Vorderradaufhängung (1) aufgrund eines Aufpralls auf ein Hindernis (H) solchermaßen mit der zu lösenden Gelenkverbindung (5a, 5b) oder einem diese unmittelbar umgebenden Bereich in Eingriff gebracht wird, dass bei Erreichen eines Verformungsschwellwertes der Vorderradaufhängung die Gelenkverbindung (5a, 5b) gelöst wird.
Lenker (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) eine Stanzrippe, eine Schneide oder ein Stanzring ist.
Lenker (5) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (5) ein Schmiedeteil ist und das Mittel (7) zum Lösen der Gelenkverbindung (5a, 5b) einstückig mit dem Lenker (5) verbunden ist, insbesondere angeschmiedet ist.
Zweispuriges Fahrzeug mit einer Vorderradaufhängung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderradaufhängung (1) nach Anspruch 1 ausgebildet ist.