DE102014212887A1

DE102014212887A1 - Verfahren zur Massekopplung und Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014212887A1
Application number: DE102014212887.0A
Authority: DE
Inventors: Maja Wolkenstein; Gian Antonio D'Addetta
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Massekopplungsanordnung (10) für ein Fahrzeug (1) mit einem Masseaufnahmeelement (12) zur Aufnahme eines Masseobjekts (14), einer Führungsanordnung (16), mittels der das Masseaufnahmeelement (12) relativ zu dem Fahrzeug (1) beweglich gelagert ist, Kopplungsmitteln (18), die dazu eingerichtet sind, das Masseaufnahmeelement (12) mit einer mit dem Fahrzeug (1) fest verbundenen Fahrzeugstruktur (5) zu koppeln und/oder zumindest teilweise von der Fahrzeugstruktur (5) zu entkoppeln, wobei die Kopplungsmittel (18) einen Aktuator (19) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einzustellen, und wobei die Kopplungsmittel (18) eine an das Masseaufnahmeelement (12) koppelbare Dämpfungseinrichtung (20) aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masseaufnahmeelements (12) relativ zu dem Fahrzeug (1) über eine vorbestimmte Wegstrecke (∆S1, ∆S2) mit einer in Abhängigkeit von einem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) definierbaren Kraft (F2, F3, F4) zu dämpfen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein entsprechendes Verfahren zur Massekopplung für ein Fahrzeug (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massekopplung und eine Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, Fahrzeuge alleine mittels eines Elektromotors oder mittels einer Kombination eines Elektromotors und einer Antriebsmaschine einer anderen Art anzutreiben. Dabei wird die zum Antreiben des Elektromotors notwendige elektrische Energie in einem elektrischen Energiespeicher, wie z.B. einer Batterie bzw. einem Akkumulator, gespeichert. Die Batterie kann von Zeit zu Zeit mittels einer externen elektrischen Energiequelle aufgeladen werden und kann dazu dienen, zurückgewonnene Bremsenergie zu speichern.
Bekannte konstruktive Ausgestaltungen von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sehen einen überproportional großen Massenanteil der Batterie im Vergleich zum Gesamtfahrzeug vor. Zur Erzielung einer großen Reichweite werden die elektrisch angetriebenen Fahrzeuge mit großen Batterien ausgestattet, die eine Masse von mehreren 100 kg aufweisen können. Somit weist die Batterie einen erheblichen Anteil an der Gesamtfahrzeugmasse auf. Durch die hohe Masse stellt die Batterie im Falle eines Unfalls eine potenzielle Gefahr dar. Die Befestigung der Batterie an der Karosserie des Kraftfahrzeugs spielt daher eine wichtige Rolle. Bekannte Konzepte für elektrisch angetriebene Fahrzeuge sehen die Batterie als einheitlichen steifen Block im Bereich des Unterbodens des Fahrzeuges vor. Die Batterie trägt infolgedessen zur Absenkung des Gesamtschwerpunkts des Fahrzeuges bei. Außerdem kann die Batterie durch die umgebende Tragstruktur gut geschützt werden oder als Tragstruktur selbst zum Schutz der Fahrgastzelle beitragen.
Eine höhere Gesamtmasse des Fahrzeuges kann ferner in einer Fahrzeug-Fahrzeug-Kollision oder auch in einer Kollision mit einem starren Objekt, wie einer Barriere oder einem Pfahl, positive wie auch negative Folgen auf die Insassen des Fahrzeuges haben. In einer Fahrzeug-Fahrzeug-Kollision werden von einem theoretischen Standpunkt her die Insassen im leichteren Fahrzeug einer größeren Beschleunigung bzw. einem Aufprallpuls ausgesetzt als die des schwereren Fahrzeuges. Wesentlich für den Beschleunigungs-Zeit-Verlauf sind die jeweilig zu einem bestimmten Zeitpunkt aktive Masse und ihr energetischer Anteil an der Gesamtbilanz.
Die EP 559 176 A1 offenbart ein System, bei dem sich der Batterieträger durch die im Frontaufprall auftretenden Verzögerungen in Richtung der Fahrzeuglängsachse verschiebt, wobei gleichzeitig durch Energieaufnahmemittel in kontrollierter Weise kinetische Energie der Batterie unter teilweisem Energieverzehr auf die Fahrzeugkarosserie übertragen wird. Es ist eine Freilaufstrecke für die Batterie vorgesehen, sodass sich die Batterie nach einem Aufprall für eine vorbestimmte Wegstrecke im Wesentlichen frei relativ zur Fahrzeugkarosserie bewegen kann. Dadurch wird zu Beginn des Crashvorgangs für kurze Zeit die Batteriemasse vom Fahrzeug entkoppelt, sodass in diesem Zeitintervall die Batteriemasse keinen Einfluss auf die Verzögerungskennlinie hat.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Masseaufnahmeelement zur Aufnahme eines Masseobjekts, einer Führungsanordnung, mittels der das Masseaufnahmeelement relativ zu dem Fahrzeug beweglich gelagert ist, und Kopplungsmitteln, die dazu eingerichtet sind, das Masseaufnahmeelement mit einer mit dem Fahrzeug fest verbundenen Fahrzeugstruktur zu koppeln und/oder zumindest teilweise von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln, wobei die Kopplungsmittel einen Aktuator aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einzustellen, und wobei die Kopplungsmittel eine an das Masseaufnahmeelement koppelbare Dämpfungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masseaufnahmeelements relativ zu dem Fahrzeug über eine vorbestimmte Wegstrecke mit einer in Abhängigkeit von einem Aufprallpuls des Fahrzeuges definierbaren Kraft zu dämpfen.
Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zur Massekopplung für ein Fahrzeug. Das Verfahren umfasst ein Koppeln und/oder zumindest teilweises Entkoppeln eines Masseaufnahmeelements von einer mit dem Fahrzeug fest verbundenen Fahrzeugstruktur, wobei die Kopplungsmittel einen Aktuator aufweisen, der den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einstellt. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Dämpfen einer Bewegung des Masseaufnahmeelements relativ zu dem Fahrzeug über eine vorbestimmte Wegstrecke mit einer in Abhängigkeit von einem Aufprallpuls des Fahrzeuges definierbaren Kraft durch eine Dämpfungseinrichtung.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die Sicherheit eines Elektrofahrzeuges und damit den Schutz der Insassen und/oder der Traktionsbatterie zu erhöhen. Dabei wird die Anpassung des Beschleunigungs-Zeit-Verlaufes der auf das Fahrzeug, die Insassen und die Traktionsbatterie wirkenden Beschleunigung durch eine aktuatorbasierte, gesteuerte Abkopplung des Batteriesystems des Elektrofahrzeugs und durch eine auf einem adaptiven Crashbox-System basierte Ankopplung der Traktionsbatterie mit dem Ziel einer Reduktion der Insassen- und/oder Traktionsbatteriebelastung bei einer Fahrzeugkollision erreicht.
Dabei wird die Batteriemasse während einer Kollision von einem aktiven, an die Fahrzeugstruktur angekoppelten Zustand in einen inaktiven, nicht oder teilweise an die Fahrzeugstruktur angekoppelten Zustand und wieder zurück geschaltet und kann damit in vorteilhafter Weise zur Einflussnahme auf den Beschleunigungs-Zeit-Verlauf und damit auf die Fahrzeuginsassen und die Traktionsbatterie wirkende Belastungen eingesetzt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Aktuator der Kopplungsmittel dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln, das Masseaufnahmeelement über eine erste Wegstrecke relativ zu dem Fahrzeug kraftfrei bewegbar ist, und die Dämpfungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement über eine, an die erste Wegstrecke anschließende zweite Wegstrecke mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls des Fahrzeuges definierbaren Kraft zu dämpfen. Bei dieser Strategie steht der Schutz der Insassen im Vordergrund. Durch die Entkopplung und die zeitversetzte Wiederankopplung der Masse kann ein Spitzenwert der Belastung auf die Insassen deutlich verringert werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der Aktuator der Kopplungsmittel dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges von der Fahrzeugstruktur zu entkoppeln, und die Dämpfungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement über eine gesamte Wegstrecke der Dämpfungseinrichtung mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls des Fahrzeuges definierbaren Kraft zu dämpfen. Bei dieser Strategie steht der Schutz des Masseobjekts bzw. der Batterie im Vordergrund. Da die Kosten für die Traktionsbatterie einen sehr hohen Anteil an den Gesamtfahrzeugkosten haben, ist neben dem Schutz der Insassen auch der Schutz der Batterie von großer Bedeutung. Bei dieser Strategie wird die Traktionsbatterie nach Detektion des Aufpralls vom Fahrzeug entkoppelt. Gleichzeitig wird die Batterie durch die Kopplungsmittel wieder an das Fahrzeug angekoppelt. Damit ist keine freie Bewegung der Batterie möglich. Die kinetische Energie der Batterie wird somit über eine vorbestimmte Wegstrecke mit einer definierbaren Kraft in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls abgebaut. Die Kraft ist hierbei geringer als die Kraft im Rahmen der Insassenschutzstrategie, da eine längere Wegstrecke zum Abbau der kinetischen Energie der Traktionsbatterie zur Verfügung steht. Durch die geringeren aktiven Kräfte kann die Belastung für die Traktionsbatterie gesenkt bzw. auf einem niedrigen, einstellbaren Niveau gehalten werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung ein Energieabsorptionselement und eine Matrizenanordnung aufweist, wobei das sich relativ zu dem Fahrzeug bewegende Masseaufnahmeelement in einer Dämpfungsphase des Masseaufnahmeelements mit dem Energieabsorptionselement kraftschlüssig verbindbar ist, und eine in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements gerichtete Kraft auf das Energieabsorptionselement ausübbar ist, welche eine Bewegung des Energieabsorptionselements bewirkt. Die Bewegung des Masseaufnahmeelements bewirkt somit eine Bewegung des Energieabsorptionselements in gleicher Richtung.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Energieabsorptionselement durch die Matrizenanordnung der Dämpfungseinrichtung beweglich in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements gelagert ist, und wobei die Matrizenanordnung der Dämpfungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine im Wesentlichen schräg zu der Bewegungsrichtung des Batterieaufnahmeelements gerichtete Kraft auf das Energieabsorptionselement auszuüben. Indem das Energieabsorptionselement in bzw. durch die Matrizenanordnung gedückt wird, kann durch die Verformung des Energieabsorptionselements eine kinetische Energie des Energieabsorptionselements abgebaut werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass eine Krafteinwirkung der Matrizenanordnung der Dämpfungseinrichtung auf das Energieabsorptionselement in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls des Fahrzeuges festlegbar ist, wobei die Matrizenanordnung der Dämpfungseinrichtung eine erste, starr angeordnete Matrize und eine zweite, in Radialrichtung des Energieabsorptionselements bewegbar angeordnete Matrize aufweist, wobei die zweite Matrize durch eine mittels dem Energieabsorptionselement ausgeübte Kraft brechbar ist. Nach Brechen der zweiten Matrize trägt nur noch die erste Matrize zum Energieabbau durch das Energieabsorptionselement bei. Durch die Brechbarkeit der zweiten Matrize ist somit eine zumindest zweistufige Krafteinwirkung der Matrizenanordnung der Dämpfungseinrichtung auf das Energieabsorptionselement möglich.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass im Falle eines, einen definierten Schwellwert überschreitenden Aufprallpulses des Fahrzeuges die zweite Matrize in der ersten, normalen Stellung angeordnet ist, in welcher die zweite Matrize dazu ausgebildet ist, eine vorbestimmte Kraft auf das Energieabsorptionselement auszuüben, und im Falle eines, den definierten Schwellwert unterschreitenden Aufprallpulses des Fahrzeuges die zweite Matrize in der zweiten, brechbaren Stellung angeordnet ist, in welcher die zweite Matrize dazu ausgebildet ist, keine Kraft auf das Energieabsorptionselement auszuüben. Durch die Definierbarkeit des Schwellwertes kann beispielsweise das Kriterium, wann durch die Dämpfungseinrichtung eine geringe, und wann eine hohe Kraft auf das Energieabsorptionselement angewendet wird, angepasst werden. Des Weiteren sind Kraftniveaus der Dämpfungseinrichtung beispielsweise an eine individuelle Fahrzeugcharakteristik, wie beispielsweise eine Fahrzeugmasse, anpassbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Energieabsorptionselement eine konus-, zylinder-, ellipsen- oder quaderförmige Geometrie aufweist, aus Kunststoff, einem Werkstoffverbund oder Stahl ausgebildet ist, wobei das Energieabsorptionselement vorzugsweise hohl ausgebildet oder mit einem Versteifungsmaterial, insbesondere Aluminiumschaum, ausgefüllt ist. Somit kann das Energieabsorptionselement in vorteilhafter Weise an jeweilige Anforderungen angepasst werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung in Längsrichtung und/oder Querrichtung des Masseaufnahmeelements jeweils einseitig oder beidseitig des Masseaufnahmeelements angeordnet ist. Somit kann die Dämpfungsrichtung in vorteilhafter Weise eine aus einem Aufprall des Fahrzeuges resultierende Belastung für Insassen und/oder Batterie bei einem Frontaufprall, Heckaufprall und/oder Seitenaufprall des Fahrzeuges reduzieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Aktuator der Kopplungsmittel das Masseaufnahmeelement bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges von der Fahrzeugstruktur entkoppelt, das Masseaufnahmeelement sich über eine erste Wegstrecke relativ zu dem Fahrzeug kraftfrei bewegt, und die Dämpfungseinrichtung das Masseaufnahmeelement über eine, an die erste Wegstrecke anschließende zweite Wegstrecke mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls des Fahrzeuges definierbaren Kraft dämpft. Durch die Entkopplung und die zeitversetzte Wiederankopplung der Masse kann ein Spitzenwert der Belastung auf die Insassen deutlich verringert werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Aktuator der Kopplungsmittel das Masseaufnahmeelement bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges von der Fahrzeugstruktur entkoppelt, und die Dämpfungseinrichtung das Masseaufnahmeelement über eine gesamte Wegstrecke der Dämpfungseinrichtung mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls des Fahrzeuges definierbaren Kraft dämpft. Bei dieser Strategie steht der Schutz des Masseobjekts bzw. der Batterie im Vordergrund. Da die Kosten für die Traktionsbatterie einen sehr hohen Anteil an den Gesamtfahrzeugkosten haben, ist neben dem Schutz der Insassen auch der Schutz der Batterie von großer Bedeutung. Bei dieser Strategie wird die Traktionsbatterie nach Detektion des Aufpralls vom Fahrzeug entkoppelt. Gleichzeitig wird die Batterie durch die Kopplungsmittel wieder an das Fahrzeug angekoppelt. Damit ist keine freie Bewegung der Batterie möglich. Die kinetische Energie der Batterie wird somit über eine vorbestimmte Wegstrecke mit einer definierbaren Kraft in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls abgebaut. Die Kraft ist hierbei geringer als die Kraft im Rahmen der Insassenschutzstrategie, da eine längere Wegstrecke zum Abbau der kinetischen Energie der Traktionsbatterie zur Verfügung steht. Durch die geringeren aktiven Kräfte kann die Belastung für die Traktionsbatterie gesenkt bzw. auf einem niedrigen, einstellbaren Niveau gehalten werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Energieabsorptionselement durch eine Matrizenanordnung der Dämpfungseinrichtung beweglich in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements gelagert wird, und wobei die Matrizenanordnung eine im Wesentlichen schräg zu der Bewegungsrichtung des Energieabsorptionselements gerichtete Kraft auf das Energieabsorptionselement anwendet. Indem das Energieabsorptionselement in bzw. durch die Matrizenanordnung gedückt wird, kann durch die Verformung des Energieabsorptionselements eine kinetische Energie des Energieabsorptionselements abgebaut werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Krafteinwirkung der Matrizenanordnung auf das Energieabsorptionselement in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls des Fahrzeuges festgelegt wird, wobei die Matrizenanordnung eine erste, starr angeordnete Matrize und eine zweite, in Radialrichtung des Energieabsorptionselements bewegbar angeordnete Matrize aufweist. Die zweite Matrize ist durch eine Betätigungsanordnung von einer ersten, normalen Stellung in eine zweite, brechbare Stellung bewegbar. Nach Brechen der zweiten Matrize trägt nur noch die erste Matrize zum Energieabbau durch das Energieabsorptionselement bei. Durch die Brechbarkeit der zweiten Matrize ist somit eine zumindest zweistufige Krafteinwirkung der Matrizenanordnung der Dämpfungseinrichtung auf das Energieabsorptionselement möglich.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen, in einem Fahrzeug verbauten Massekopplungsanordnung gemäß einer ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung;
2a eine grafische Darstellung eines Beschleunigungs-Zeit-Verlaufes eines Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2b eine grafische Darstellung eines Kraft-Wegstrecken-Verlaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3a eine grafische Darstellung eines Beschleunigungs-Zeit-Verlaufes eines Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3b eine grafische Darstellung eines Kraft-Wegstrecken-Verlaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4a eine grafische Darstellung eines Beschleunigungs-Zeit-Verlaufes eines Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
4b eine grafische Darstellung eines Kraft-Wegstrecken-Verlaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine vergrösserte Schnittansicht der in 1 gezeigten, erfindungsgemäßen Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung;
6a eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung der Massekopplungsanordnung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung;
6b eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung der Massekopplungsanordnung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung;
6c eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung der Massekopplungsanordnung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung; und
7 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen, in einem Fahrzeug verbauten Massekopplungsanordnung gemäß einer ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Massekopplungsanordnung soll im Folgenden anhand eines in 1 schematisch dargestellten Kraftfahrzeuges 1 näher erläutert werden. Als Ausführungsform der Massekopplungsanordnung wird eine Batterieträgeranordnung 10 gewählt, die ein Batterieaufnahmeelement 12 aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Batterie 14 als Masseobjekt aufzunehmen. Dabei ist die Batterie 14 mechanisch fest mit dem Batterieaufnahmeelement 12 gekoppelt. Es versteht sich, dass die Massekopplungsanordnung auch in anderen Fahrzeugen, wie beispielsweise elektrisch angetriebenen Zweirädern, eingesetzt werden kann. Ebenfalls können anstatt der Batterie 14 auch andere singuläre Massen im Fahrzeug als Masseobjekt definiert werden. Beispielsweise ist das beschriebene Wirkprinzip auch auf einen Motor als Masseobjekt anwendbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Batterie in einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet. Die Batterie kann alternativ auch an einer anderen geeigneten Stelle wie beispielsweise im Heck des Fahrzeugs angeordnet sein.
Des Weiteren weist die Batterieträgeranordnung 10 eine Führungsanordnung 16 auf, mittels der das Batterieaufnahmeelement 12 in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeuges 1 beweglich gelagert ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Führungsanordnung 16 das Batterieaufnahmeelement 12 auch in einer von der Längsrichtung des Kraftfahrzeuges 1 abweichenden Richtung oder auch in verschiedenen Richtungen beweglich lagern.
Außerdem weist die Batterieträgeranordnung 10 Kopplungsmittel 18 auf. Mithilfe der Kopplungsmittel 18 wird das Batterieaufnahmeelement 12 im Normalfall mit einer Fahrzeugstruktur 5 des Kraftfahrzeuges 1 fest gekoppelt. Im Falle eines Aufpralls oder eines bevorstehenden Aufpralls wird das Batterieaufnahmeelement 12 mittels der Kopplungsmittel 18 zumindest teilweise und zumindest während eines bestimmten zeitlichen Intervalls von der Fahrzeugstruktur 5 entkoppelt. Die Kopplungsmittel 18 weisen einen Aktuator 19 auf, der den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einstellt. Der Aktuator 19 der Kopplungsmittel 18 wird vorzugsweise pyrotechnisch aktuiert. Alternativ kann der Aktuator 19 der Kopplungsmittel 18 auch in einer sonstigen geeigneten Weise aktuiert werden.
Darüber hinaus sind die Kopplungsmittel 18 mit einem (in 1 nicht gezeigten) Steuergerät elektrisch gekoppelt. Das Steuergerät dient insbesondere zur Steuerung des Aktuators 19. Ferner ist das Steuergerät mit einer (in 1 nicht gezeigten) Sensoranordnung elektrisch verbunden. Die Sensoranordnung weist wiederum eine (in 1 nicht gezeigte) Sensorik und eine (in 1 nicht gezeigte) Auswerteelektronik auf. Die Sensorik weist typischerweise einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drucksensor auf. Da es sich bei diesen Sensoren um typische Airbagsensoren handelt, kann die Auswertung der Daten über die Airbagelektronik erfolgen. Die Auswerteelektronik kann aber auch unabhängig von der Airbagelektronik realisiert werden. Darüber hinaus kann die Sensorik vorausschauende Sensoren aufweisen. Dies umfasst insbesondere laserbasierte Sensoren, Radar- und/oder Videosensoren. Ferner kann die Sensorik eine Empfängereinheit aufweisen, die Signale aus einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation empfängt.
Mithilfe der Sensoranordnung kann eine bestehende oder in naher Zukunft auftretende Aufprallsituation genau bestimmt werden. Dazu werden die Signale, die von den verschiedenen Sensoren der Sensorik zur Verfügung gestellt werden, in der Auswerteelektronik miteinander kombiniert und ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Auswertung werden an das Steuergerät weitergeleitet. Das Steuergerät steuert daraufhin den Aktuator 19 an, mittels dem das Batterieaufnahmeelement 12 inklusive der Batterie 14 im Falle eines Aufpralls oder eines unmittelbar bevorstehenden Aufpralls zumindest teilweise von der Karosserie des Kraftfahrzeuges 1 abgekoppelt und wieder angekoppelt wird.
Der zeitliche Verlauf der Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 12 bzw. der Grad der Kopplung richtet sich nach der speziellen Aufprallsituation, die von der Sensoranordnung bestimmt wird. Die aktuatorbasierte Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 12 im Falle eines Aufpralls erfolgt unter der Maßgabe, dass die Belastung der Insassen und/oder der Batterie reduziert wird. Durch die Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 12 wird die während des Aufpralls wirksame Masse beeinflusst. Dies wiederum ermöglicht eine Beeinflussung des Aufprallpulses. Somit kann mithilfe der Batterieträgeranordnung 10 die auf das gesamte Fahrzeug 1 wirkende Verzögerung so beeinflusst werden, dass die Belastung und damit die Verletzungsgefahr für die Insassen und/oder die Gefahr der Beschädigung der Batterie gegenüber einem Fahrzeug ohne ein solches System deutlich verringert wird.
Die Führungsanordnung 16 stellt sicher, dass das Batterieaufnahmeelement 12 inklusive der Batterie 14 während eines Aufpralls ausschließlich in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeuges 1 bewegt werden kann. Über die Kopplungsmittel 18 wird die Wegstrecke des zumindest teilweise entkoppelten Batterieaufnahmeelements 12 in der Längsrichtung des Kraftfahrzeuges 1 begrenzt. Außerdem können die Kopplungsmittel 18 die Ab- und Ankopplung des Batterieaufnahmeelements 12 dämpfen, um die Übergänge zwischen diesen beiden Zuständen zu glätten.
Die Massekopplungsanordnung 10 weist ferner eine Dämpfungseinrichtung 20 auf, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masseaufnahmeelements 12 relativ zu dem Fahrzeug 1 über eine vorbestimmte Wegstrecke ∆S₁, ∆S₂ mit einer in Abhängigkeit von einem Aufprallpuls P des Fahrzeuges 1 definierbaren Kraft (F₂, F₃, F₄) zu dämpfen.
Die Dämpfungseinrichtung 20 weist ein Energieabsorptionselement 22 und eine Matrizenanordnung 24 auf. Das Energieabsorptionselement 22 ist vorzugsweise abschnittsweise in einer in dem Batterieaufnahmeelement 12 ausgebildeten Aussparung angeordnet. Die Aussparung des Batterieaufnahmeelements 12 dient im Wesentlichen zur Führung des Energieabsorptionselements 22. Wird das Batterieaufnahmeelement 12 von der Fahrzeugstruktur 5 entkopplet kann sich die Masse um die Wegstrecke ∆S₁ in Richtung des Aufprallpulses P bewegen.
Die Matrizenanordnung 24 weist eine erste Matrize 26 und eine zweite Matrize 28 und eine benachbart zu der zweiten Matrize 28 angeordnete Wand 38 der Batterieträgeranordnung 10 auf. Das Batterieaufnahmeelement 12 wendet aufgrund des Aufprallpulses P eine Kraft auf das Energieabsorptionselement 22 an, welche eine Bewegung des Energieabsorptionselements 22 in gleicher Richtung wie das Batterieaufnahmeelement 12 bewirkt. Die erste und zweite Matrize 26, 28 sind derart ausgebildet, dass diese bei dem Abbau kinetischer Energie des Batterieaufnahmeelements 12 durch das Energieabsorptionselement 22 ein Verjüngen des Energieabsorptionselements 22 bewirken.
2a zeigt eine grafische Darstellung eines Beschleunigungs-Zeit-Verlaufes eines Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
In 2a ist der Beschleunigungs-Zeit-Verlauf eines Referenzfahrzeuges R, eines Fahrzeuges E mit der erfindungsgemäßen Massekopplungsanordnung und der Batterie 14 dargestellt. Bei der vorliegenden Strategie steht der Schutz der Insassen des Fahrzeuges bei hoher Aufprallgeschwindigkeit im Vordergrund. Das Batterieaufnahmeelement 12 wird bei Detektion des Aufpralls des Fahrzeuges 1 von der Fahrzeugstruktur 5 entkoppelt. Nach einer Freiflugphase des Batterieaufnahmeelements 12 wird eine kinetische Energie des Batterieaufnahmeelements 12 durch die Dämpfungseinrichtung 20 mit einer definierbaren Kraft gedämpft. Während der ersten Zeitdauer A1 ist die Beschleunigung des Referenzfahrzeuges R, des Fahrzeuges E mit der erfindungsgemäßen Massekopplungsanordnung 10 und der Batterie 14 im Wesentlichen identisch. Die Zeitdauer A1 gibt eine Zeitdauer von dem Auftreten des Aufpralls des Fahrzeuges 1 bis zu dem Erfassen des Aufpralls des Fahrzeuges 1 an.
Die Begriff Beschleunigung ist im folgenden im Rahmen der Ausführungsbeispiele der Erfindung im Sinne einer negativen Beschleunigung bzw. Verzögerung zu verstehen.
Nach Erfassen des Aufpralls des Fahrzeuges 1 erfolgt das Entkoppeln der in dem Batterieaufnahmeelement 12 antgeordneten Batterie 14 von der Fahrzeugstruktur 5. Daher sinkt die Beschleunigung der Batterie 14 auf null. Aufgrund dessen, dass das Fahrzeug E mit der erfindungsgemäßen Batterieträgeranordnung 10 nunmehr im Vergleich mit dem Referenzfahrzeug eine geringere Masse aufweist, wird das Fahrzeug E einer höheren Beschleunigung ausgesetzt. In einer letzten Phase A3 des Aufpralls des Fahrzeuges 1 steigt die Beschleunigung des Fahrzeuges nochmals an, verbleibt auf einem konstant hohen Wert und fällt schließlich ab. Zu Beginn der Phase A3 wird die Batterie 14 durch Dämpfung mittels der Dämpfungseinrichtung 20 wieder an die Fahrzeugstruktur 5 angekoppelt. Somit steigt die Beschleunigung der Batterie 14 an, verbleibt kurz auf konstantem Niveau und fällt dann ab. Die Beschleunigung des Fahrzeuges E mit der erfindungsgemäßen Batteriekopplungsanordnung 10 steigt in der dritten Phase A3 an, verbleibt auf einem konstanten Wert und fällt dann ab. Der Beschleunigungs-Zeit-Verlauf des Fahrzeuges E mit der erfindungsgemäßen Batteriekopplungsanordnung 10 ist jedoch gegenüber dem Referenzfahrzeug R dahingehend verbessert, dass das Fahrzeug E einen geringeren Spitzenwert der Beschleunigung aufweist.
2b zeigt eine grafische Darstellung eines Kraft-Wegstrecken-Verlaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Bei Detektion des Aufpralls des Fahrzeuges 1 wird das Batterieaufnahmeelement 12 von der Fahrzeugstruktur 5 entkoppelt und bewegt sich über eine erste Wegstrecke ∆S₁ relativ zu dem Fahrzeug 1 kraftfrei. Die auf das Batterieaufnahmeelement 12 wirkende Kraft F₁ beträgt daher null. Bei der Dämpfung des Batterieaufnahmeelements 12 durch die Dämpfungseinrichtung 20 wird das Batterieaufnahmeelement 12 über eine, an die erste Wegstrecke ∆S₁ anschließende zweite Wegstrecke ∆S₂ mit der Kraft F₂ gedämpft. Nach Abschluss des Dämpfens des Batterieaufnahmeelements 12 durch Aufbrauchen der zur Deformation des Energieabsorptionselements 22 zur Verfügung stehenden Wegstrecke ∆S₂ fällt die auf das Batterieaufnahmeelement 12 angewendete Kraft wieder zurück auf null.
3a zeigt eine grafische Darstellung eines Beschleunigungs-Zeit-Verlaufes eines Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In 3a steht der Schutz der Batterie 14 bei einem Aufprall des Fahrzeuges 1 mit hoher Geschwindigkeit im Vordergrund. Nach Detektion des Aufpralls des Fahrzeuges 1 in der Phase A1 wird die Batterie 14 stärker als das Referenzfahrzeug R beschleunigt. Dies liegt daran, dass das Batterieaufnahmeelement 12 bei Detektion des Aufpralls des Fahrzeuges 1 von der Fahrzeugstruktur 5 entkoppelt und gleichzeitig durch die Dämpfungseinrichtung 20 wieder an die Fahrzeugstruktur 5 angekoppelt wird.
3b zeigt eine grafische Darstellung eines Kraft-Wegstrecken-Verlaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In 3b wird das Batterieaufnahmeelement 12 über eine gesamte Wegstrecke ∆S₁ und ∆S₂ nach dem Entkoppeln mit einer Kraft F₃ gedämpft.
4a zeigt eine grafische Darstellung eines Beschleunigungs-Zeit-Verlaufes eines Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. In 4a steht der Schutz der Traktionsbatterie bei einem Aufprall des Fahrzeuges 1 mit geringer Geschwindigkeit im Vordergrund. Nach Detektion des Aufpralls des Fahrzeuges 1 in der Phase A1 sinkt die Beschleunigung der Batterie 14 auf einen vorgegebenen Wert. Die Beschleunigung der Batterie 14 verbleibt sodann in der Phase A3 auf einem konstanten, im Wesentlichen geringen Wert und fällt schließlich ab.
4b zeigt eine grafische Darstellung eines Kraft-Wegstrecken-Verlaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. In 4b wird das Batterieaufnahmeelement 12 über eine gesamte Wegstrecke ∆S₁ und ∆S₂ nach dem Entkoppeln mit einer Kraft F₄ gedämpft. Aufgrund der geringeren Aufprallgeschwindigkeit ist die auf das Batterieaufnahmeelement 12 wirkende Kraft F₄ über die Wegstrecke ∆S₁ und ∆S₂ im Vergleich zu der in 3b wirkenden Kraft F₃ geringer.
5 zeigt eine vergrösserte Schnittansicht der in 1 gezeigten, erfindungsgemäßen Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
Die Dämpfungseinrichtung 20 weist das Energieabsorptionselement 22 und die Matrizenanordnung 24 auf. Nach Betätigung des Aktuators 19 der Kopplungsmittel 18 zum Entkoppeln des Batterieaufnahmeelements 12 von der Fahrzeugstruktur 5 bewegt sich das Batterieaufnahmeelement 12 zunächst in einer Freiflugphase über die Wegstrecke ∆S₁, bis das Batterieaufnahmeelement 12 mit dem Energieabsorptionselement 22 kraftschlüssig verbunden ist. Der Aktuator 19 der Kopplungsmittel 18 ist vorzugsweise in der in dem Batterieaufnahmeelement 12 ausgebildeten Aussparung angeordnet.
Alternativ kann das Batterieaufnahmeelement 12 mit dem Energieabsorptionselement 22 auch über den Aktuator 19 kraftschlüssig verbunden sein, sodass es nicht zu einer Freiflugphase des Batterieaufnahmeelements 12 relativ zu dem Fahrzeug 1 kommt und stattdessen die Dämpfung des Batterieaufnahmeelements 12 unmittelbar erfolgt.
Das Energieabsorptionselement 22 ist an einer in Einbaulage zu der Matrizenanordnung 24 benachbarten Position verjüngt ausgebildet. Das Batterieaufnahmeelement 12 wendet aufgrund des Aufprallpulses P eine Kraft F_m auf das Energieabsorptionselement 22 an, welche eine Bewegung des Energieabsorptionselements 22 in gleicher Richtung wie das Batterieaufnahmeelement 12 bewirkt.
Das Energieabsorptionselement 22 ist durch die Matrizenanordnung 24 der Dämpfungseinrichtung 20 beweglich in Bewegungsrichtung des Batterieaufnahmeelements 12 gelagert. Die Matrizenanordnung 24 der Dämpfungseinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, eine im Wesentlichen schräg zu der Bewegungsrichtung des Energieabsorptionselements 22 gerichtete Kraft F_b auf das Energieabsorptionselement 22 anzuwenden.
Das Energieabsorptionselement 22 drückt aufgrund der Bewegung des Batterieaufnahmeelements 12 auf die Matrizenanordnung 24 und wird dadurch verjüngt. Hierdurch wird die kinetische Energie des Batterieaufnahmeelements 12 abgebaut.
Die Matrizenanordnung 24 weist ferner die erste, starr angeordnete Matrize 26, die zweite, in Radialrichtung des Energieabsorptionselements 22 bewegbar angeordnete Matrize 28 und die benachbart zu der bewegbar angeordneten Matrize 28 angeordnete Wand 38 der Batterieträgeranordnung 10 auf. Das Energieabsorptionselement 22 wird über die Wegstrecke ∆S₂ bewegt. Die Verformung bzw. der Energieabbau des Energieabsorptionselements 22 durch die Matrizenanordnung 24 durch das Verjüngen des Energieabsorptionselements 22 erfolgt über die Wegstrecke ∆S₂. Alternativ kann sich das Energieabsorptionselement 22 auch über die gesamte Wegstrecke ∆S₁ und ∆S₂ in Richtung der Matrizenanordnung zur Energieabsorption der kinetischen Energie des Batterieaufnahmeelements 12 bewegen.
Das Energieabsorptionselement 22 ist vorzugsweise durch ein zylinderförmiges, hohl ausgebildetes Stahlrohr ausgebildet. Alternativ kann das Energieabsorptionselement 22 auch durch ein Vollrohr ausgebildet sein und/oder eine konus-, ellipsen- oder quaderförmige Geometrie aufweisen. Ferner kann das Energieabsorptionselement 22 auch aus einem anderen geeigneten Material wie beispielsweise Kunststoff oder einem Werkstoffverbund ausgebildet sein und ggf. mit einem Versteifungsmaterial, insbesondere Aluminiumschaum, ausgefüllt sein.
6a zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung der Massekopplungsanordnung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
Das Energieabsorptionselement 22 ist durch die Matrizenanordnung 24 der Dämpfungseinrichtung 20 beweglich in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements 12 gelagert. Die Matrizenanordnung 24 der Dämpfungseinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, eine im Wesentlichen schräg zu der Bewegungsrichtung des Energieabsorptionselements 22 gerichtete Kraft F_b auf das Energieabsorptionselement 22 anzuwenden.
Das Energieabsorptionselement 22 drückt aufgrund der Bewegung des Batterieaufnahmeelements 12 auf die Matrizenanordnung 24 und wird dadurch verjüngt. Hierdurch wird die kinetische Energie des Batterieaufnahmeelements 12 abgebaut. Eine Krafteinwirkung der Matrizenanordnung 24 der Dämpfungseinrichtung 20 auf das Energieabsorptionselement 22 ist in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls P des Fahrzeuges 1 festlegbar.
Die Matrizenanordnung 24 der Dämpfungseinrichtung 20 weist eine erste, starr angeordnete Matrize 26 und eine zweite, in Radialrichtung des Energieabsorptionselements 22 bewegbar angeordnete Matrize 28 auf. Die zweite Matrize 28 ist durch eine Betätigungsanordnung 30 von einer ersten, normalen Stellung 28a in eine zweite (in 6a nicht gezeigte) brechbare Stellung bewegbar. In 6a ist die zweite Matrize 28 in der ersten, normalen Stellung 28a gezeigt.
Die Betätigungsanordnung 30 weist vorzugsweise einen Ring 32, eine mit dem Ring verbundene Feder 34 und eine Spule 36 auf. Der Ring 32 ist durch die Spule von einer ersten Position in eine zweite Position und umgekehrt bewegbar. In der ersten Position ist die Spule 36 stromlos geschaltet und der Ring 32 durch die Feder 34 mit einer Federkraft beaufschlagt. Die zweite Matrize 28 ist derart angeordnet, dass diese in Radialrichtung der Matrizenanordnung 24 zwischen dem Ring 32 und dem Energieabsorptionselement 22 angeordnet ist. In dieser ersten, normalen Stellung 28a der zweiten Matrize 28 übt die zweite Matrize 28 eine im Wesentlichen hohe Kraft F_b auf das Energieabsorptionselement 22 aus.
6b zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung der Massekopplungsanordnung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung. In 6b wird die Spule 36 mit Strom beaufschlagt. Dadurch wird der Ring 32 nach unten gedrückt, die Feder 34 komprimiert und der Ring 32 somit in die zweite Position bewegt. Damit wird für die zweite Matrize 28 ein Freiraum in Radialrichtung der Matrizenanordnung 24 freigegeben, in welchen sich die zweite Matrize 28 bewegen kann.
6c zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung der Massekopplungsanordnung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung. In 6c ist die zweite Matrize 28 in der zweiten, brechbaren Stellung 28b gezeigt. In der zweiten Stellung 28b übt die zweite Matrize 28 keine Kraft auf das Energieabsorptionselement 22 aus, da die zweite Matrize 28 in Radialrichtung der Matrizenanordnung 24 von dem Energieabsorptionselement 22 wegbewegt wird. Durch das Wegbwegen der zweite Matrize 28 in Radialrichtung der Matrizenanordnung 24 durch das Energieabsorptionselement 22 wird die zweite Matrize 28 gebrochen. Die zweite Matrize 28 wird im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform durch Vorsehen von (in 6c nicht gezeigten) Sollbruchstellen in drei Teile gebrochen. Alternativ kann die zweite Matrize 28 auch in eine andere geeignete Anzahl von Teilen gebrochen werden.
Durch die Bewegbarkeit der zweiten Matrize ist somit eine zweistufige Krafteinwirkung der Matrizenanordnung 24 der Dämpfungseinrichtung 20 auf das Energieabsorptionselement 22 möglich. Alternativ kann auch eine kontinuierliche Krafteinstellung der durch die Matrizenanordnung 24 auf das Energieabsorptionselement 22 aufgebrachten Kraft durchgeführt werden.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Massekopplung für ein Fahrzeug gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren zur Massekopplung für ein Fahrzeug 1 umfasst ein Koppeln S1 und/oder zumindest teilweises Entkoppeln eines Batterieaufnahmeelements 12 von einer mit dem Fahrzeug 1 fest verbundenen Fahrzeugstruktur 5 auf, wobei die Kopplungsmittel 18 einen Aktuator 19 aufweisen, der den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einstellt. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Dämpfen S2 einer Bewegung des Masseaufnahmeelements 12 relativ zu dem Fahrzeug 1 über eine vorbestimmte Wegstrecke ∆S₁, ∆S₂ mit einer in Abhängigkeit von einem Aufprallpuls P des Fahrzeuges 1 definierbaren Kraft F₂, F₃, F₄ durch eine Dämpfungseinrichtung 20.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann das Energieabsorptionselement 22 anstelle eines Verjüngens auch anderweitig verformt bzw. umgeformt, wie beispielsweise abgeschält oder umgestülpt, werden, um die kinetische Energie des Batterieaufnahmeelements 12 abzubauen.
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

EP 559176 A1 [0005]

Claims

Massekopplungsanordnung (10) für ein Fahrzeug (1) mit: einem Masseaufnahmeelement (12) zur Aufnahme eines Masseobjekts (14); einer Führungsanordnung (16), mittels der das Masseaufnahmeelement (12) relativ zu dem Fahrzeug (1) beweglich gelagert ist; und Kopplungsmitteln (18), die dazu eingerichtet sind, das Masseaufnahmeelement (12) mit einer mit dem Fahrzeug (1) fest verbundenen Fahrzeugstruktur (5) zu koppeln und/oder zumindest teilweise von der Fahrzeugstruktur (5) zu entkoppeln, wobei die Kopplungsmittel (18) einen Aktuator (19) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einzustellen, und wobei die Kopplungsmittel (18) eine an das Masseaufnahmeelement (12) koppelbare Dämpfungseinrichtung (20) aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masseaufnahmeelements (12) relativ zu dem Fahrzeug (1) über eine vorbestimmte Wegstrecke (∆S₁, ∆S₂) mit einer in Abhängigkeit von einem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) definierbaren Kraft (F₂, F₃, F₄) zu dämpfen.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (19) der Kopplungsmittel (18) dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement (12) bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges (1) von der Fahrzeugstruktur (5) zu entkoppeln, das Masseaufnahmeelement (12) über eine erste Wegstrecke (∆S₁) relativ zu dem Fahrzeug (1) kraftfrei bewegbar ist, und die Dämpfungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement (12) über eine, an die erste Wegstrecke (∆S₁) anschließende zweite Wegstrecke (∆S₂) mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) definierbaren Kraft (F₂) zu dämpfen.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (19) der Kopplungsmittel (18) dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement (12) bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges (1) von der Fahrzeugstruktur (5) zu entkoppeln, und die Dämpfungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, das Masseaufnahmeelement (12) über eine gesamte Wegstrecke (∆S₁, ∆S₂) der Dämpfungseinrichtung (20) mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) definierbaren Kraft (F₃, F₄) zu dämpfen.
Massekopplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (20) ein Energieabsorptionselement (22) und eine Matrizenanordnung (24) aufweist, wobei das sich relativ zu dem Fahrzeug (1) bewegende Masseaufnahmeelement (12) in einer Dämpfungsphase des Masseaufnahmeelements (12) mit dem Energieabsorptionselement (22) kraftschlüssig verbindbar ist, und eine in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements (12) gerichtete Kraft (F_m) auf das Energieabsorptionselement (22) ausübbar ist, welche eine Bewegung des Energieabsorptionselements (22) bewirkt.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (22) durch die Matrizenanordnung (24) der Dämpfungseinrichtung (20) beweglich in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements (12) gelagert ist, und wobei die Matrizenanordnung (24) der Dämpfungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, eine im Wesentlichen schräg zu der Bewegungsrichtung des Energieabsorptionselements (22) gerichtete Kraft (F_b) auf das Energieabsorptionselement (22) auszuüben.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krafteinwirkung der Matrizenanordnung (24) der Dämpfungseinrichtung (20) auf das Energieabsorptionselement (22) in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) festlegbar ist, wobei die Matrizenanordnung (24) der Dämpfungseinrichtung (20) eine erste, starr angeordnete Matrize (26) und eine zweite, in Radialrichtung des Energieabsorptionselements (22) bewegbar angeordnete Matrize (28) aufweist, wobei die zweite Matrize (28) durch eine mittels dem Energieabsorptionselement (22) ausgeübte Kraft (F_m) brechbar ist.
Massekopplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines, einen definierten Schwellwert (S) überschreitenden Aufprallpulses (P) des Fahrzeuges (1) die zweite Matrize (28) in einer ersten, normalen Stellung (28a) angeordnet ist, in welcher die zweite Matrize (28) dazu ausgebildet ist, eine vorbestimte Kraft auf das Energieabsorptionselement (22) auszuüben, und im Falle eines, den definierten Schwellwert (S) unterschreitenden Aufprallpulses (P) des Fahrzeuges (1) die zweite Matrize (28) in einer zweiten, brechbaren Stellung (28b) angeordnet ist, in welcher die zweite Matrize (28) dazu ausgebildet ist, keine Kraft auf das Energieabsorptionselement (22) auszuüben.
Massekopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (22) eine konus-, zylinder-, ellipsen- oder quaderförmige Geometrie aufweist, aus Kunststoff, einem Werkstoffverbund oder Stahl ausgebildet ist, wobei das Energieabsorptionselement (22) vorzugsweise hohl ausgebildet oder mit einem Versteifungsmaterial, insbesondere Aluminiumschaum ausgefüllt ist.
Massekopplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (20) in Längsrichtung und/oder Querrichtung des Masseaufnahmeelements (12) jeweils einseitig oder beidseitig des Masseaufnahmeelements (12) angeordnet ist.
Verfahren zur Massekopplung für ein Fahrzeug (1) mit den Schritten: Koppeln (S1) und/oder zumindest teilweises Entkoppeln eines Masseaufnahmeelements (12) von einer mit dem Fahrzeug (1) fest verbundenen Fahrzeugstruktur (5) durch Kopplungsmittel (18), wobei die Kopplungsmittel (18) einen Aktuator (19) aufweisen, der den Grad der Kopplung und/oder den zeitlichen Verlauf der Kopplung einstellt; und Dämpfen (S2) einer Bewegung des Masseaufnahmeelements (12) relativ zu dem Fahrzeug (1) über eine vorbestimmte Wegstrecke (∆S₁, ∆S₂) mit einer in Abhängigkeit von einem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) definierbaren Kraft (F₂, F₃, F₄) durch eine Dämpfungseinrichtung (20).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (19) der Kopplungsmittel (18) das Masseaufnahmeelement (12) bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges (1) von der Fahrzeugstruktur (5) entkoppelt (S1), das Masseaufnahmeelement (12) sich über eine erste Wegstrecke (∆S₁) relativ zu dem Fahrzeug (1) kraftfrei bewegt, und die Dämpfungseinrichtung (20) das Masseaufnahmeelement (12) über eine, an die erste Wegstrecke (∆S₁) anschließende zweite Wegstrecke (∆S₂) mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) definierbaren Kraft (F₂) dämpft (S2).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (19) der Kopplungsmittel (18) das Masseaufnahmeelement (12) bei Detektion eines Aufpralls des Fahrzeuges (1) von der Fahrzeugstruktur (5) entkoppelt, und die Dämpfungseinrichtung (20) das Masseaufnahmeelement (12) über eine gesamte Wegstrecke (∆S₁, ∆S₂) der Dämpfungseinrichtung (20) mit der in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) definierbaren Kraft (F₃, F₄) dämpft (S2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das sich relativ zu dem Fahrzeug (1) bewegende Masseaufnahmeelement (12) in einer Dämpfungsphase des Masseaufnahmeelements (12) mit einem Energieabsorptionselement (22) der Dämpfungseinrichtung (20) kraftschlüssig verbunden wird, und eine in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements (12) gerichtete Kraft (F_m) auf das Energieabsorptionselement (22) ausübt, welche eine Bewegung des Energieabsorptionselements (22) bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (22) durch eine Matrizenanordnung (24) der Dämpfungseinrichtung (20) beweglich in Bewegungsrichtung des Masseaufnahmeelements (12) gelagert wird, und wobei die Matrizenanordnung (24) eine im Wesentlichen schräg zu der Bewegungsrichtung des Energieabsorptionselements (22) gerichtete Kraft (F_b) auf das Energieabsorptionselement (22) ausübt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krafteinwirkung der Matrizenanordnung (24) auf das Energieabsorptionselement (22) in Abhängigkeit von dem Aufprallpuls (P) des Fahrzeuges (1) festgelegt wird, wobei die Matrizenanordnung (24) eine erste, starr angeordnete Matrize (26) und eine zweite, in Radialrichtung des Energieabsorptionselements (22) bewegbar angeordnete Matrize (28) aufweist, wobei die zweite Matrize (28) durch eine Betätigungsanordnung (30) von einer ersten, normalen Stellung (28a) in eine zweite, brechbare Stellung (28b) bewegbar ist, und wobei im Falle eines, einen definierten Schwellwert (S) überschreitenden Aufprallpulses (P) des Fahrzeuges (1) die zweite Matrize (28) in der ersten, normalen Stellung (28a) angeordnet wird, in welcher die zweite Matrize (28) eine vorbestimmte Kraft auf das Energieabsorptionselement (22) ausübt, und im Falle eines, den definierten Schwellwert (S) unterschreitenden Aufprallpulses (P) des Fahrzeuges (1) die zweite Matrize (28) in der zweiten, brechbaren Stellung (28b) angeordnet wird, in welcher die zweite Matrize (28) keine Kraft auf das Energieabsorptionselement (22) ausübt.