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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, an der eine Baugruppe mit großer Masse befestigt ist.
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Es ist bekannt, zum Schutz von Fahrzeuginsassen Kraftfahrzeuge und deren Karosserie derart zu konstruieren, dass bei bestimmten Kollisionsarten eine Belastung für Fahrzeuginsassen einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet und eine Fahrgastzelle zum Schutz des Fahrzeuginsassen möglichst wenig beeinträchtigt wird. Die Belastung des Insassen ist insbesondere durch eine Beschleunigung (Verzögerung) bestimmt, der der Insasse bei wirkendem Rückhaltesystem ausgesetzt ist. Die Beschleunigung ist wiederum durch eine Fahrzeugmasse sowie ein Kraftniveau, bei dem eine sogenannte kollisionsrelevante Struktur der Karosserie bzw. des Kraftfahrzeugs, die auch Crashstruktur genannt wird, versagt, bestimmt.
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Üblicherweise besteht ein herkömmliches Kraftfahrzeug aus einem Vorderwagen, einem Hinterwagen und einer dazwischen angeordneten Fahrgastzelle. Eine Konstruktion des Vorderwagens berücksichtigt dabei insbesondere eine Frontalkollision des Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionshindernis. Eine kollisionsrelevante Struktur des Vorderwagens ist häufig unter anderem durch zwei vordere Längsträger, die bei Kraftfahrzeugen mit Frontmotor auch als Motorträger bezeichnet werden, an vorderen Enden der Längsträger angeordnete Deformationselemente, die auch als „Crashboxen” bezeichnet werden, und einem Stoßfänger mit einem Stoßfängerquerträger bestimmt. Dabei sind die Deformationselemente in der Regel für einen Kollisionsvorgang mit niedriger Geschwindigkeit ausgelegt, die die weitere Struktur des Vorderwagens, insbesondere die vorderen Längsträger gegen eine Beschädigung schützen sollen. Somit werden bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit üblicherweise nur der Stoßfänger mit dem Stoßfängerquerträger sowie die Deformationselemente energieverzehrend beschädigt und können zur Reparatur wieder leicht ausgetauscht werden. Bei einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit muss auch die restliche Struktur des Vorderwagens, insbesondere die vorderen Längsträger, Kollisionsenergie abbauen. Dies erfolgt je nach Aufbau und Material der vorderen Längsträger durch plastische Verformung und/oder sprödes Versagen der beteiligten Bauteile.
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Mit fortschreitender Verformung bzw. fortschreitendem Versagen des Vorderwagens und des damit einhergehenden Verformungswegs verringert sich eine bei der Kollision wirksame Masse des Kraftfahrzeugs. Die wirksame Masse des Kraftfahrzeugs ist die Masse, die noch zusammen mit der Fahrgastzelle bzw. dem Fahrzeuginsassen noch zu verzögern ist, während eine nicht mehr wirksame Masse des Kraftfahrzeugs die Masse ist, die beispielsweise bereits an dem Kollisionsgegner mittelbar oder unmittelbar, also ohne dazwischenliegendes Verformungspotential, anliegt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Crashstruktur zwischen einem Frontmotor oder dergleichen des Kraftfahrzeugs und dem Kollisionsgegner bereits verzehrt ist.
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Eine Verringerung der Masse des Kraftfahrzeugs kann jedoch bei gleichbleibendem Kraftniveau, bei dem die Crashstruktur des Vorderwagens versagt, zu einer unerwünschten Erhöhung der Verzögerung der Fahrgastzelle und damit des Fahrzeuginsassen führen. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle wenn, der Vorderwagen Aufgrund einer Konzeption des Kraftfahrzeugs verhältnismäßig kurz ist, und damit wenig Weg für das Versagen des Vorderwagens zur Verfügung steht, und darüber hinaus die Crashstruktur des Vorderwagens und damit auch die Längsträger unter Leichtbaugesichtspunkten konstruiert sind.
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Es ist nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie zu schaffen, bei dem in einem bestimmten Kollisionslastfall ein vorgegebener Schwellwert für eine Verzögerung der Fahrgastzelle bzw. eines Fahrzeuginsassen trotz eines Leichtbaus der Karosserie und einem kurzen zur Verfügung stehen Deformationsweg nicht überschritten wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug gelöst, das die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, an der eine Baugruppe mit großer Masse befestigt ist. Die Baugruppe ist derart mit der Karosserie verbunden, dass die Baugruppe im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs in Kollisionsrichtung begrenzt bzw. eingeschränkt verlagerbar ist. Insbesondere ist die Baugruppe geführt verlagerbar. Die Baugruppe ist derart verlagerbar mit der Karosserie verbunden, dass eine bei der Kollision wirksame Masse des Kraftfahrzeugs zu einem frühen Zeitpunkt der Kollision verringerbar ist und dass die bei der Kollision wirksame Masse zu einem späteren Zeitpunkt wieder vergrößerbar ist. Insbesondere ist die Baugruppe derart ausgebildet, dass deren Masse zusammen mit einer Fahrgastzelle wirksam wiederanbindbar bzw. koppelbar ist.
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Mit wirksamer Masse ist insbesondere die Masse des Kraftfahrzeugs gemeint, die bei der Kollision zusammen mit einer Fahrgastzelle bzw. einem Fahrzeuginsassen wirkt. Das Kraftfahrzeug hat ferner insbesondere eine Crashstruktur, durch welche Kollisionsenergie durch Versagen der Crashstruktur abgebaut werden kann.
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Durch das Verlagern der Baugruppe wird die Masse der Baugruppe zu dem frühen Zeitpunkt von der wirksamen Masse des Kraftfahrzeugs entkoppelt oder zumindest teilweise entkoppelt, so dass die Masse der Baugruppe oder zumindest ein Teil der Masse der Baugruppe abhängig von einem Verformungs-/Versagenskraftniveau der Crashstruktur eine bestimmte Verzögerung ergibt, die auf die Fahrgastzelle bzw. den Fahrzeuginsassen wirkt. Durch weiteres Fortschreiten des Versagens der Crashstruktur im Verlaufe der Kollision verringert sich zwangsläufig die wirksame Masse des Kraftfahrzeugs weiter, was eine Erhöhung der Verzögerung bei beispielsweise gleichbleibenden Verformungs-/Versagenskraftniveau bedeutet.
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Durch das Wiederankoppeln der Baugruppe zu dem späten Zeitpunkt wird die Masse der Baugruppe wieder zu einer wirksame Masse des Kraftfahrzeugs, so dass sich hierdurch eine Verringerung der auf die Fahrgastzelle wirkende Verzögerung ergibt. Die auf die Fahrgastzelle wirkende Verzögerung ist hierdurch geeignet steuerbar.
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Insgesamt kann damit erreicht werden, dass trotz einer gewichtsoptimierten Crashstruktur und eines begrenzten zur Verfügung stehenden Verformungswegs möglichst viel Kollisionsenergie abgebaut werden kann, ohne einen Schwellwert oder eine Schwellwertverlauf für eine Verzögerung der Fahrgastzelle bzw. des Fahrzeuginsassen zu überschreiten. Es ist damit insbesondere möglich, eine Verzögerung der Fahrgastzelle zu steuern.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kraftfahrzeugs der vorliegenden Erfindung erfolgt bei der Kollision ein Verlagern der Baugruppe und ein Wiederanbinden der Baugruppe derart, dass ein vorgegebener Schwellwert bzw. Schwellwertverlauf einer Verzögerung, die auf einen Kraftfahrzeuginsassen wirkt und/oder auf die Fahrgastzelle wirkt, nicht überschritten wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Baugruppe derart verschiebbar und wieder anbindbar an der Kraftfahrzeugkarosserie befestigt, dass im Falle der Kollision die Baugruppe nur bis zu einer vorbestimmten Position verschiebbar ist, bei der die Baugruppe noch nicht an dem Kollisionsgegner mittelbar oder unmittelbar anliegt. Eine mittelbar oder unmittelbare Anlage der Baugruppe an dem Kollisionsgegner würde bedeuten, dass die Baugruppe relativ zu dem Kollisionsgegner keinen Weg mehr zurücklegen kann, da kein Verformungspotential in der Crashstruktur zwischen der Baugruppe und dem Kollisionsgegner mehr vorhanden ist.
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Hierdurch kann die Baugruppe wieder als wirksame Masse zusammen mit der restlichen wirksamen Masse der Kraftfahrzeugkarosserie mit entsprechenden positiven Einfluß auf den Verlauf auf die Fahrzeugverzögerung, die insbesondere auf die Fahrgastzelle und/oder den Fahrzeuginsassen wirkt, wirken.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Baugruppe im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs starr mit der Karosserie verbunden ist, wobei insbesondere die Baugruppe erst ab einem bestimmten Kollisionslastniveau verlagerbar ist.
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Dieses bestimmte Kollisionslastniveau ist normalerweise ein Kollisionslastniveau, bei dem eine Kollision mit niedriger Geschwindigkeit von einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit unterschieden wird. Unterhalb des bestimmten Kollisionslastniveaus wird die gesamte Kollisionsenergie durch einen Stoßfänger mit einem Stoßfängerquerträger und so genannte Crashboxen, die auch Deformationselemente genannt werden, absorbiert bzw. abgebaut. Eine Verlagerung der Baugruppe soll demnach erst erfolgen, wenn es sich um eine Kollision mit hoher Geschwindigkeit handelt.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist die Baugruppe eine Antriebseinheit und/oder ein Energiespeicher. Eine Antriebseinheit kann ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor, eine Brennstoffzelle und/oder ein Getriebe sein. Ein Energiespeicher kann eine Speicherzellenbaueinheit zur Speicherung von elektrischer Energie, beispielsweise eine Traktionsbatterie und/oder ein Kondensator, sein und kann ferner zusätzlich oder alternativ ein Kraftstoffbehälter sein.
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Bevorzugt ist die Baugruppe mit großer Masse in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Eine derartige Baugruppe kann ferner unterhalb einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Dieser Bereich zwischen der Vorderachse und der Hinterachse bzw. unterhalb der Fahrgastzelle, ermöglicht es besonders gut durch Entkoppeln und wieder Ankoppeln der Baugruppe eine wirksame Masse des Kraftfahrzeugs bei der Kollision zu steuern, da die Baugruppe an dieser Position verhältnismäßig weit vom Kollisionsgegner entfernt ist. Damit steht hinreichend viel Weg zum Verlagern und Wiederanbinden der Baugruppe zur Verfügung, ohne dass die Baugruppe frühzeitig mittelbar oder unmittelbar an den Kollisionsgegner anliegt und damit endgültig nicht mehr als wirksame Masse bei der Verzögerung der Fahrgastzelle wirken kann.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung befindet sich die Baugruppe in einem Vorderwagenbereich und/oder in einem Hinterwagenbereich.
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Die Wiederanbindung der Baugruppe erfolgt bevorzugt über einen Anschlag, der beispielsweise durch eine Vorderwagenstruktur, zum Beispiel einen Vorderachsträger, ausgebildet sein kann. Der Anschlag ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass er eine Verlagerung der Baugruppe in Kollisionsrichtung stoppen kann.
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Vorstehend beschriebene Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
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Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.
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1 ist eine schematische Seitensicht eines Kraftfahrzeugs eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zu einem ersten Zeitpunkt einer Frontalkollision.
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2 ist eine schematische Seitenansicht des Kraftfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im weiteren Verlauf der Frontalkollision zu einem zweiten Zeitpunkt der Frontalkollision, bei dem eine Baugruppe mit großer Masse entkoppelt wird.
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3 ist eine schematische Seitenansicht des Kraftfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu einem dritten Zeitpunkt der Frontalkollision, bei dem die Baugruppe verlagert und wieder als wirksame Masse angekoppelt ist.
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4 ist eine schematische Seitenansicht des Kraftfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu einem vierten Zeitpunkt der Frontalkollision, bei dem ein gesamtes Energieabsorptionsvermögen einer Crashstruktur eines Vorderwagens des Kraftfahrzeugs aufgebraucht ist.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erläutert.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein typisches Personenkraftfahrzeug mit einem Vorderwagen 3, einer Fahrgastzelle 5 und einem Hinterwagen 7. Die Fahrgastzelle 5 ist zwischen dem Vorderwagen 3 und dem Hinterwagen 7 angeordnet. Der Vorderwagen 3 ist derart ausgestaltet, dass er im Falle einer frontalen Kollision des Kraftfahrzeugs zum Schutz der Fahrgastzelle 5 hinreichend Kollisionsenergie abbauen kann. Unterhalb der Fahrgastzelle, d. h. im Bodenbereich unterhalb der Fahrgastzelle 5, ist ein Energiespeicher 9 angeordnet, der als Energiespeicher zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Der Energiespeicher 9 ist eine Baugruppe mit großer Masse gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein derartiger Energiespeicher kann beispielsweise ein Hochvoltspeicher sein, der auch Traktionsbatterie genannt wird.
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Der Vorderwagen 3 weist ein linkes und ein rechtes Deformationselement 11 auf, das üblicherweise auch Crashbox genannt wird. Das linke Deformationselement 11 ist mit einem linken vorderen Längsträger 13 fluchtend an dessen vorderem Ende verbunden. Ebenso ist das rechte Deformationselement 11 mit einem rechten vorderen Längsträger 13 fluchtend verbunden. An den Längsträgern 13 ist eine Antriebseinheit 15 angebunden. Ferner ist unterhalb der vorderen Längsträger 13 eine Vorderachsträgerstruktur 17 angebunden. Die Deformationselemente 11 und die vorderen Längsträger 13 sind Bestandteile einer Crashstruktur des Vorderwagens 3. Ferner zählen zur Crashstruktur des Vorderwagens 3 beispielsweise Radhausstützträger 23 sowie eine vordere Stirnwand 25. In dem Vorderwagen sind ferner Radaufhängungen mit einem Federbeindom 21 angeordnet.
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Der Energiespeicher 9 ist über eine spezielle Verbindungseinrichtung 19 mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Die Verbindungseinrichtung 19 ist derart ausgebildet, dass sie eine Verlagerung des Energiespeichers 9 relativ zu der Fahrzeugkarosserie, insbesondere relativ zu der Fahrgastzelle 5, zu einem frühen Zeitpunkt der Kollision ermöglicht. Mit anderen Worten ist der Energiespeicher 9 zu einem frühen Zeitpunkt der Kollision von der übrigen Fahrzeugkarosserie derart entkoppelbar, dass er insbesondere in Bezug auf eine Verzögerung der Fahrgastzelle 5 keine oder eine geringere wirksame Masse darstellt. Eine geringere wirksame Masse zu einem frühen Zeitpunkt der Kollision bedeutet, dass der Vorderwagen 3 grundsätzlich für eine Energieabsorption auf einem niedrigeren Kraftniveau ausgelegt werden kann. Dies ermöglicht wiederum eine leichtere Bauweise des Vorderwagens. Eine niedrigere wirksame Masse bedeutet bei einer gleichbleibenden zulässigen maximalen Verzögerung der Fahrgastzelle ein niedrigeres Kraftniveau.
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Im Folgenden ist eine Wirkung des Kraftfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorlegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
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1 zeigt einen Zustand des Kraftfahrzeugs zu einem ersten Zeitpunkt t1 der Frontalkollision des Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionsgegner 100, wobei noch keine Energieabsorption und Verzögerung des Kraftfahrzeugs stattgefunden hat. Der erste Zeitpunkt t1 ist also der Beginn der Frontalkollision. Insassenrückhaltesysteme haben Ihre Wirkung zu dem ersten Zeitpunkt t1 noch nicht entfaltet.
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In 2 ist am Zustand des Kraftfahrzeugs bei fortgeschrittener Frontalkollision zu einem zweiten Zeitpunkt t2 gezeigt. Der zweite Zeitpunkt t2 ist ein früher Zeitpunkt der Frontalkollision. Wie schematisch im Vergleich zu 1 gezeigt ist, hat zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und zweiten Zeitpunkt t2 bereits eine Verformung und damit eine Energieabsorption durch die Crashstruktur stattgefunden. Insbesondere ist zu sehen, dass die Deformationselemente 11 bereits stark verformt sind und ihre Energieabsorptionsfähigkeit im Wesentlichen aufgebraucht haben. Die Insassenrückhaltesysteme sind bereits wirksam oder werden bald wirksam. Zu dem zweiten Zeitpunkt t2 wird die Verbindungseinrichtung 19 zwischen dem Energiespeicher 9 und der Karosserie gelöst, so dass sich der Energiespeicher 9 durch die Massenträgheit in Kollisionsrichtung verlagern kann. Damit wird die Masse des Energiespeichers 9 von der zur Verzögerung der Fahrgastzelle 5 wirksamen Masse entkoppelt.
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In 3 ist ein Zustand des Kraftfahrzeugs bei weiter fortgeschrittener Frontalkollision zu einem dritten Zeitpunkt t3 gezeigt. Zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 hat sich der Energiespeicher 9 relativ zu der Fahrzeugkarosserie bzw. der Fahrgastzelle 5 in Kollisionsrichtung, d. h. in Richtung des Kollisionsgegners 100, verlagert. Zum dritten Zeitpunkt trifft der Energiespeicher 9 auf einen Anschlag der Crashstruktur, der eine weitere Verlagerung des Energiespeichers 9 relativ zur Crashstruktur verhindert oder zumindest einschränkt, wodurch die Masse des Energiespeichers 9 wieder als wirksame Masse an die Fahrzeugkarosserie angekoppelt wird. Der Anschlag ist gemäß dem Ausführungsbeispiel durch die Vorderachsträgerstruktur 17 ausgebildet, auf die der Energiespeicher 9 trifft, kann jedoch auch auf andere Weise ausgebildet sein. In 3 ist damit ein Beginn eines Wiedereinkoppelns der wirksamen Masse des Energiespeichers 9 gezeigt. Tatsächlich braucht es eine gewisse Zeitspanne, bis die Masse des Energiespeichers 9 wieder vollständig als wirksame Masse eingekoppelt ist.
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Dies hat den Vorteil, dass die sich bis zu dem dritten Zeitpunkt t3 mehr oder weniger kontinuierlich verringerte wirksame Masse wieder erhöht wird. Damit wird bei in etwa gleich bleibenden oder sich schwach steigendem Kraftniveau, bei dem die Crashstruktur im Verlauf der Frontalkollision versagt, verhindert, dass eine zulässige Verzögerung der Fahrgastzelle überschritten wird.
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Die wirksame Masse des Kraftfahrzeugs verringert sich bei dem Frontalaufprall insbesondere beispielsweise durch die bereits versagte Crashstruktur mehr oder weniger kontinuierlich. Ferner verringert sich die wirksame Masse durch mittelbarer oder unmittelbarer Anlage von Baugruppen, wie beispielswiese der Antriebseinheit 15, an dem Kollisionsgegner 100, so dass die Masse der Antriebseinheit 15 nicht mehr als bei der Kollision wirksame Masse zur Verfügung steht. Ein derartiges Verringern der wirksamen Masse würde bei gleichbleibendem Versagenskraftniveau oder nur schwach ansteigendem Versagenskraftniveau bedeuten, dass eine Verzögerung der Fahrgastzelle steigen würde und möglicherweise eine zulässige Verzögerung überschreiten würde. Dies wird durch das beschriebene Wiedereinkoppeln bzw. Wiederaktivieren der Masse des Energiespeichers 9 als wirksame Masse verhindert.
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In 4 ist ein Zustand des Kraftfahrzeugs bei noch weiter fortgeschrittener Frontalkollision zu einem vierten Zeitpunkt t4 gezeigt. Zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und dem vierten Zeitpunkt t4 ist die Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit des Vorderwagens vollständig aufgebraucht worden. Insbesondere hat sich auch die Stirnwand 25 verformt. Zu diesem vierten Zeitpunkt t4 ist idealerweise die gesamte Kollisionsenergie absorbiert und die Verzögerung der Fahrgastzelle 5 beträgt Null. Damit beträgt auch eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kollisionsgegner und der Fahrgastzelle 5 Null. Wenn der Kollisionsgegner sich zu diesem vierten Zeitpunkt t4 nicht mehr bewegt, steht damit das Kraftfahrzeug bzw. die Fahrgastzelle 5 still.
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Insgesamt kann gemäß dem Ausführungsbeispiel durch die beschriebene Entkopplung der Antriebseinheit 15 die Crashstruktur des Vorderwagens einen verhältnismäßig kurzen Verformungsweg aufweisen, wobei das Versagen, d. h. die Verformung, der Crashstruktur des Vorderwagens bei einem höheren Kraftniveau stattfinden kann und der Verzögerungsschwellwert der Fahrgastzelle 5 trotzdem nicht überschritten wird.
