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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug welches die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung aufweist.
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Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise Aufprallschutzelemente auf, welche eine Aufprallkraft im Falle eines Frontzusammenstoßes in einem mittleren Bereich einer Frontseite des Fahrzeugs mit einem Hindernis oder einem anderen Fahrzeug über einen definierten Lastpfad zu hochfesten Trägerbauteilen wie etwa einem Achsträger, einem Motorträger oder einem Mitteltunnel des Fahrzeugs leiten, um die Aufprallenergie bzw. kinetische Energie des Fahrzeugs zumindest teilweise in Verformungsenergie umzuwandeln.
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Im Falle eines Frontalzusammenstoßes bzw. Frontalaufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis wie etwa auf einen Baum, einen Laternenpfahl oder ein anderes Fahrzeug, bei dem lediglich eine sehr geringe seitliche Überdeckung einer Frontseite des Fahrzeugs mit dem Hindernis vorliegt, kann die Aufprallenergie bei höheren Geschwindigkeiten beispielsweise über eine in dem Radkasten angeordnete Crashbox, die dazu eingerichtet ist sich bereits bei geringen Aufprallgeschwindigkeiten zu verformen, an einen Längsträger wie etwa einen Schweller der Karosserie des Fahrzeugs geleitet werden.
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Wenn jedoch eine seitliche Überdeckung des Fahrzeugs mit dem Hindernis etwa 25 % einer Breite des Fahrzeugs entspricht, sind üblicherweise keine Lastpfade in dem Fahrzeug vorgesehen, welche die Aufprallkraft auf hochfeste Trägerbauteile leiten, so dass beispielsweise die Vorderräder, die harte Felgen aufweisen, durch die Stirnwand, welche den Motorraum und den Innenraum trennt, in den Fußraum eindringen können, wodurch die Fahrzeuginsassen schwere Verletzungen erleiden können.
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1 zeigt eine schematische Ansicht auf eine Unterseite eines herkömmlich ausgebildeten Vorderwagens in Verbindung mit einem Hindernis. Wie in 1 gezeigt ist beispielsweise ein Achsträger, insbesondere ein Vorderachsträger 2, von dem in 1 lediglich ein Abschnitt dargestellt ist und der in einem Vorderwagen 1 eines Fahrzeugs anhand von Befestigungsmitteln wie etwa Schrauben 4 mit einer Karosserie und gegebenenfalls mit einem Radkasten 5 des Fahrzeugs verbunden ist, derart angeordnet, dass er in Fahrzeugquerrichtung versetzt zu einem Hindernis 10 vorgesehen ist. Daher kann der Vorderachsträger 2 im Falle eines Frontalaufpralls auf das Hindernis 10 mit einer seitlichen Überdeckung von 25% zwischen dem Hindernis 10 und dem Fahrzeug bezogen auf die Fahrzeugbreite keine oder nur eine geringe Aufprallenergie aufnehmen kann. Der nicht dargestellte Stoßfänger und der Radkasten 5 sind üblicherweise nicht dafür ausgelegt, eine Aufprallenergie bei höheren Geschwindigkeiten in ausreichendem Maße abzubauen, mit der Folge, dass ein nicht dargestelltes Vorderrad in einen nicht dargestellten Fußraum des Fahrzeugs eindringen kann.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Sicherheitseinrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, mit welcher Fahrzeuginsassen bei einem Frontalaufprall eines Fahrzeugs auf ein Hindernis mit einer vorgegebenen, mit Bezug auf eine Fahrzeugbreite, seitlichen Überdeckung des Fahrzeugs mit dem Hindernis, besser vor Verletzungen geschützt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Sicherheitseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, einen Achsträger und ein Lastpfaderweiterungselement, welches dazu eingerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis mit einer vorgegebenen, mit Bezug auf eine Fahrzeugbreite, seitlichen Überdeckung des Fahrzeugs mit dem Hindernis eine durch den Frontalaufprall auftretende Aufprallkraft aufzunehmen und zumindest teilweise in den Achsträger zu leiten, wobei das Lastpfaderweiterungselement einen Abschnitt aufweist, der dazu eingerichtet ist die Aufprallkraft aufzunehmen und der gegenüber dem Achsträger quer zu einer Fahrtrichtung in Richtung einer Seite des Fahrzeugs vorspringt, welche von dem Hindernis überdeckt wird.
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Durch das Vorsehen des Lastpfaderweiterungselements können Aufprallkräfte, welche bei einem herkömmlich gestalteten Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs im Falle eines Frontalaufpralls mit geringer seitlicher Überdeckung nahezu ungehindert auf die Stirnwand wirken, in den hochfesten Achsträger, insbesondere Vorderachsträger des Fahrzeugs eingeleitet werden, wodurch in dem Achsträger die Aufprallenergie bzw. kinetische Geschwindigkeit des Fahrzeugs zumindest teilweise in Deformationsenergie umgewandelt werden kann.
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Des Weiteren wird durch den Achsträger über das Lastpfaderweiterungselement das Hindernis abgestützt, und somit das Fahrzeug relativ zu dem Hindernis in Fahrzeugquerrichtung verschoben, wodurch das Fahrzeug an dem Hindernis vorbeigleiten kann und die auf das Fahrzeug wirkende Aufprallkraft weiter verringert werden kann.
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Folglich kann durch das Vorsehen der Sicherheitseinrichtung in einem Fahrzeug die Gefahr eines Eindringens von Fahrzeugteilen wie etwa der Vorderräder durch die Stirnwand in den Fahrgastraum verringert werden, wodurch die Insassenbelastungen reduziert werden können.
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Bevorzugt ist das Lastpfaderweiterungselement dazu eingerichtet, die Aufprallkraft zumindest teilweise quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs in den Achsträger zu leiten.
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Weiterhin kann der Abschnitt des Lastpfaderweiterungselements, der dazu eingerichtet ist die Aufprallkraft aufzunehmen, als abgerundetes oder keilförmiges Ende des Lastpfaderweiterungselements ausgebildet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Hindernis eine Rundung aufweist, wie etwa ein Laternenpfahl oder ein Baum, um eine Kraft auf den Achsträger zu übertragen, welche das Fahrzeug quer zur Fahrtrichtung verschiebt, so dass das Fahrzeug besser an dem Hindernis vorbei gleiten kann.
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Des Weiteren kann das Lastpfaderweiterungselement bzw. dessen Längsachse schräg zu der Fahrtrichtung verlaufen.
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Bei einer Ausführungsform ist das Lastpfaderweiterungselement als ein separates Bauteil ausgebildet, das mit dem Achsträger fest verbunden ist.
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Dabei kann das Lastpfaderweiterungselement beispielsweise mittels Schrauben oder durch Schweißen fest mit dem Achsträger verbunden sein.
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Bevorzugt weist der Achsträger eine Nut auf, wobei ein weiterer Abschnitt des Lastpfaderweiterungselements in die Nut eingepasst ist. Auf diese Weise wird zusätzlich zwischen dem Achsträger und dem Lastpfaderweiterungselement eine formschlüssige Verbindung hergestellt, wodurch die Verbindung zwischen dem Achsträger und dem Lastpfaderweiterungselement weiter verstärkt wird.
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Bevorzugt weist das Lastpfaderweiterungselement eine höhere Festigkeit als der Achsträger auf, um die Aufprallkraft besser in den Achsträger zu leiten.
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Dabei kann das Lastpfaderweiterungselement aus einem ersten Material gebildet sein, das eine höhere Festigkeit aufweist als ein zweites Material, aus dem der Achsträger gebildet ist. In diesem Fall kann der Achsträger beispielsweise aus Aluminiumguss gefertigt sein, während das Lastpfaderweiterungselement aus einem geschmiedeten Stahl bestehen kann.
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Zur Verringerung der Masse der Sicherheitseinrichtung und somit zur Verringerung des mit der Sicherheitseinrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs kann das Lastpfaderweiterungselement eine Aussparung aufweisen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform sind der Achsträger und das Lastpfaderweiterungselement einstückig, das heißt aus einem Stück gebildet.
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Die vorgegebene seitliche Überdeckung des Fahrzeugs mit dem Hindernis kann 25% einer Breite des Fahrzeugs, gemessen von der das Hindernis überdeckenden Seite des Fahrzeugs entsprechen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, eine der vorangehend beschriebenen Sicherheitseinrichtungen.
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Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtungen für ein Fahrzeug genauer beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen eines Frontalaufpralls eines herkömmlich ausgebildeten Vorderwagens auf ein Hindernis bei geringer seitlicher Überdeckung des Vorderwagens mit dem Hindernis,
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2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen eines Frontalaufpralls eines mit einer Sicherheitseinrichtung gemäß einer Ausführungsform ausgestatteten Vorderwagens auf das in 1 gezeigte Hindernis bei geringer seitlicher Überdeckung des Vorderwagens mit dem Hindernis,
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3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen eines Frontalaufpralls eines mit einer Sicherheitseinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform ausgestatteten Vorderwagens auf das in 1 gezeigte Hindernis bei geringer seitlicher Überdeckung des Vorderwagens mit dem Hindernis, und
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4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Auswirkungen des Frontalaufpralls mit geringer seitlicher Überdeckung auf den in 3 gezeigten Vorderwagen.
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2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen eines Frontalaufpralls eines mit einer Sicherheitseinrichtung gemäß einer Ausführungsform ausgestatteten Vorderwagens auf ein Hindernis bei geringer seitlicher Überdeckung des Vorderwagens mit dem Hindernis.
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2 zeigt eine schematische Ansicht auf eine Unterseite eines Vorderwagen 1 eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung 2, 3 im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis 10. Der Vorderwagen 1 weist einen Radkasten 5, einen Achsträger 2, von dem in 2 lediglich ein Abschnitt dargestellt ist, einen nicht dargestellten Stoßfänger sowie weitere nicht dargestellte Teile auf.
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Der Achsträger, insbesondere Vorderachsträger bzw. Fahrschemel 2, an dem beispielsweise Teile der Lenkung des Fahrzeugs, der Motorträger oder Ähnliches befestigt sind, ist mittels Schrauben 4 direkt oder indirekt über Gummilager an dem Radkasten 5 und einer Karosserie des Fahrzeugs befestigt.
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Das in den 1 bis 4 dargestellte Hindernis 10 kann beispielsweise als eine Barriere ausgebildet sein, welche derjenigen entspricht, die bei einem Test zur Bestimmung eines Aufprallenergieaufnahmevermögens eines Fahrzeugs bei einem Frontalaufprall mit geringer seitlicher Überdeckung des Fahrzeugs mit dem Hindernis (Small Overlap Frontal Crash Test), welcher von dem Insurance Institute for Highway Safety eingeführt wurde, verwendet wird.
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Bei diesem Test fährt ein Fahrzeug mit 40 Meilen/h auf das Hindernis 10 zu, wobei eine seitliche Überdeckung des Hindernisses mit dem Fahrzeug etwa 25 % der Fahrzeugbreite gemessen von einer Außenkante des Fahrzeugs entspricht. Dabei ist in dem Fahrzeug eine Vielzahl von Sensoren angeordnet, um die Beschleunigungskräfte während des Aufpralls zu messen. Nach dem Aufprall werden zudem die Verformungen des Fahrzeugs vermessen, und anschließend wird anhand einer Vielzahl von Kriterien die von dem Fahrzeug bereitgestellte Sicherheit eingestuft.
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Um zu verhindern, dass das Vorderrad oder andere Teile durch die Stirnwand in den Fahrgastraum, insbesondere den Fußraum des Fahrzeugs eindringen, ist in dem Vorderwagen 1 eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen, welche den Achsträger 2 und ein Lastenpfaderweiterungselement 3 umfasst. Das Lastpfaderweiterungselement 3 ist mit dem Achsträger 2 fest verbunden, um bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis mit einer vorgegebenen, mit Bezug auf eine Breite des Fahrzeugs, seitlichen Überdeckung des Fahrzeugs mit dem Hindernis eine durch den Frontalaufprall auftretende Aufprallkraft aufzunehmen und zumindest teilweise in den Achsträger 2 zu leiten.
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Das Lastpfaderweiterungselement 3 ist insbesondere dazu eingerichtet, bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis mit einer bezogen auf die Fahrzeugbreite und von einer seitlichen Außenkante des Fahrzeugs, die von dem Hindernis 10 überdeckt wird, gemessenen seitlichen Überdeckung von 25 %, die durch den Frontalaufprall auftretende Aufprallkraft zumindest teilweise in den Achsträger 2 zu leiten.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Lastpfaderweiterungselement 3 integral bzw. einstückig mit dem Achsträger 2 ausgebildet, das heißt, das Lastpfaderweiterungselement 3 ist ein Bestandteil des Achsträgers 2.
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Das Lastpfaderweiterungselement 3 weist insbesondere einen Abschnitt auf, der gegenüber dem bzw. mit Bezug auf den Achsträger 2 quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs in Richtung der seitlichen Außenkante des Fahrzeugs vorspringt, welche von dem Hindernis 10 überdeckt wird. Dabei ist der vorspringende Abschnitt des Lastpfaderweiterungselements 3 derart angeordnet, dass er sich in Fahrtrichtung gesehen vor dem Vorderrad und vorzugsweise zumindest teilweise vor dem Radkasten 5 befindet. Auf diese Weise kann das Lastpfaderweiterungselement 3 bei dem Frontalaufprall mit geringer seitlicher Überdeckung die auftretende Aufprallkraft aufnehmen, bevor die Aufprallkraft durch das Hindernis 10 auf den Radkasten 5 bzw. das Vorderrad übertragen wird.
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Infolge des Abbaus von kinetischer Energie durch die Deformation des Achsträgers 2 wird die Auftreffgeschwindigkeit des Hindernisses 10 auf die Stirnwand des Fahrzeugs reduziert. Zusätzlich wird das Hindernis 10 über den Achsträger 2 abgestützt und somit das Fahrzeug relativ zu dem Hindernis 10 in Fahrzeugquerrichtung verschoben. Dadurch kann das Fahrzeug an dem Hindernis 10 abgleiten, wodurch die auf das Fahrzeug wirkende Aufprallkraft weiter verringert wird.
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Folglich kann durch das Vorsehen der den Achsträger 2 und das Lastpfaderweiterungselement 3 umfassenden Sicherheitseinrichtung die Gefahr eines Eindringens von Fahrzeugteilen wie etwa der Vorderräder durch die Stirnwand in den Fahrgastraum verringert werden, wodurch die Insassenbelastungen reduziert werden können.
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Ein von dem Achsträger 2 abgewandtes Ende des vorspringenden Abschnitts des Lastpfaderweiterungselements 3, das dazu eingerichtet ist die Aufprallkraft aufzunehmen, kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Aufprallkraft K wie durch den mit KQ bezeichneten Pfeil dargestellt zumindest teilweise quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs bzw. quer zur Fahrzeuglängsrichtung in den Achsträger 2 geleitet wird, und wie durch den mit KL bezeichneten Pfeil dargestellt zumindest teilweise in Richtung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuglängsrichtung in den Achsträger 2 geleitet wird.
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Das die Aufprallkraft aufnehmende Ende des Lastpfaderweiterungselements 3 kann beispielsweise keilförmig ausgebildet sein und eine erste Fläche 31 und eine zweite Fläche 32 aufweisen, die senkrecht zu einer durch die Fahrzeuglängsrichtung und die Fahrzeugquerrichtung aufgespannten Ebene stehen, und einen Winkel miteinander einschließen, der kleiner als 90° ist. Dabei ist die zweite Fläche 32, welche sich näher an der von dem Hindernis 10 überdeckten seitlichen Außenkante des Fahrzeugs befindet als die erste Fläche 31, bevorzugt derart schräg zu der Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, dass ein abgerundeter Abschnitt des Hindernisses 10 daran abgleiten kann. Die erste Fläche 31 kann beispielsweise senkrecht oder nahezu senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung stehen.
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Mit Bezug auf 3 kann bei einer Ausführungsform eine erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung auch den Achsträger 2 und ein als separates Bauteil ausgebildetes Lastpfaderweiterungselement 3 umfassen, das mit dem Achsträger 2 fest verbunden ist. Die feste Verbindung zwischen dem Achsträger 2 und dem Lastpfaderweiterungselement 3 kann beispielsweise mittels Schrauben 11 und/oder Schweißen erfolgen.
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Dabei weist der Achsträger 2 bevorzugt eine Nut auf, in welcher ein Abschnitt des Lastpfaderweiterungselements 3 eingepasst ist, um zusätzlich eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Achsträger 2 und dem Lastpfaderweiterungselement 3 herzustellen. Das Lastpfaderweiterungselement 3 kann insbesondere ein erstes Ende 7 und ein zweites Ende 8 aufweisen, die sich in Richtung einer Fahrzeugrückseite erstrecken, wobei das erste Ende 7 in einer ersten Nut des Achsträgers 2 eingepasst ist, und das zweite Ende 8 in einer zweiten Nut des Achsträgers 2 eingepasst ist.
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Zur Verringerung der Masse der Sicherheitseinrichtung und somit auch zur Verringerung der Masse des Fahrzeugs kann das Lastpfaderweiterungselement 3 ferner eine Aussparung 6 aufweisen, welche sich zwischen dem ersten Ende 7 und dem zweiten Ende 8 des Lastpfaderweiterungselements 3 erstrecken kann.
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Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Ausführungsform weist das Lastpfaderweiterungselement 3 bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ein dem Achsträger 2 abgewandtes Ende auf, welches in einer durch die Fahrzeuglängsrichtung und die Fahrzeugquerrichtung aufgespannten Ebene eine Abrundung aufweist. Die Abrundung ist insbesondere an dem Ende eines in Fahrzeugquerrichtung gegenüber dem Hindernis 10 vorspringenden Abschnitts des Lastpfaderweiterungselements 3 vorgesehen, das dazu vorgesehen bzw. eingerichtet ist, die Aufprallkraft aufzunehmen. Auf diese Weise kann die Funktionalität des Abgleitens des Hindernisses 10 an dem Lastpfaderweiterungselement 3 weiter verbessert werden.
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Bevorzugt weist das als separates Bauteil ausgeführte Lastpfaderweiterungselement 3 eine höhere Festigkeit als der Achsträger 2 auf. Dabei kann das Material, aus dem das Lastpfaderweiterungselement 3 gebildet ist, eine höhere Festigkeit als das Material aufweisen, aus dem der Achsträger 2 gebildet ist. Beispielsweise kann das Lastpfaderweiterungselement 3 aus einem geschmiedeten Stahl bestehen, während der Achsträger 2 beispielsweise aus Aluminiumguss gefertigt sein kann. Auf diese Weise kann die auf das Lastpfaderweiterungselement 3 wirkende Aufprallkraft nahezu vollständig in den Achsträger 2 geleitet werden.
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Die Darstellung in 4 veranschaulicht einen während des Frontalaufpralls des in 3 gezeigten Vorderwagens auf das in 3 gezeigte Hindernis 10 auftretenden Zustand. Aufgrund der Übertragung der Aufprallkraft durch das Lastpfaderweiterungselement 3 auf den Achsträger 2 erfolgt eine Deformierung des Achsträgers 2, wodurch ein Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs in Deformationsenergie umgewandelt wird.
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Dadurch, dass das Lastenpfaderweiterungselement 3 und insbesondere das die Aufprallkraft aufnehmende Ende davon in Richtung der seitlichen Außenkante des Fahrzeugs vorspringt, die von dem Hindernis 10 überdeckt wird, wird der Achsträger 2 durch den Frontalaufprall derart verbogen, dass das die Aufprallkraft aufnehmende Ende näher an der das Hindernis überdeckenden Seite des Fahrzeugs angeordnet ist als vor der Deformation. Auf diese Weise wird während der Deformation des Achsträgers 2 stetig eine Kraft auf den Achsträger 2 ausgeübt, welche das Fahrzeug weiter in Fahrzeugquerrichtung weg von dem Hindernis 10 verschiebt, wodurch das Abgleiten des Fahrzeugs an dem Hindernis 10 weiter verbessert wird.
