DE102022111186A1

DE102022111186A1 - Fahrzeugaufhängungssytemarchitektur zur minimierung der auswirkungen eines frontalaufpralls mit geringer überlappung

Info

Publication number: DE102022111186A1
Application number: DE102022111186.5A
Authority: DE
Inventors: Sung-ling Twu; Ferdous M.Z. Ghazi; Fred M. Marquardt; Zohir Molhem
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2022-05-05
Publication date: 2023-02-09
Also published as: CN115891534A; US20230038254A1; US11628700B2

Abstract

Es werden Aufhängungssysteme bereitgestellt, bei denen sich der untere Querlenker unter bestimmten Bedingungen von der Motorhalterung trennen kann, um die richtige Radkinematik für bestimmte Fälle zu gewährleisten und gleichzeitig die strukturelle Integrität für alle anderen Lastfälle zu erhalten. Ein System umfasst eine Fahrzeugaufbaustruktur, eine Radbaugruppe und ein Aufhängungssystem, das die Radbaugruppe mit dem Motorträger verbindet. Das Aufhängungssystem umfasst eine Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit dem Motorträger und über ein zweites Gelenk mit der Radbaugruppe verbunden ist. Das erste Gelenk ist so konfiguriert, dass es die Verbindung bei Belastungen oberhalb einer Schwellenkraft und oberhalb eines Schwellenwinkels der Schwellenkraft am zweiten Gelenk von der Motorhalterung löst, um die gewünschte Kinematik zu erreichen.

Description

Einleitung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Fahrzeugaufhängungssysteme und insbesondere auf eine architekturbezogene Strategie für Aufhängungssysteme, die die Auswirkungen von Frontalaufprällen mit geringer Überlappung minimiert.
Fahrzeuge und andere Geräte und Maschinen verfügen über Aufhängungssysteme, die zur Dämpfung von Schwingungen beitragen, um z. B. Stabilität, Fahrkomfort und bevorzugte Fahreigenschaften zu gewährleisten. Ein Fahrzeugaufhängungssystem umfasst in der Regel Dämpfer und Federn, die zwischen dem gefederten (Fahrzeugaufbau) und ungefedertem (Radsatz) Massen wirken. Es ist wünschenswert, ein wirtschaftliches und schnell reagierendes Aufhängungssystem bereitzustellen, das Leistungsmerkmale liefert, die sofort auf die Straße und andere Einflüsse reagieren.
Aufhängungssysteme umfassen verschiedene Arten von Verbindungen zwischen den gefederten und den ungefederten Massen des Fahrzeugs. Während des Betriebs des Fahrzeugs können das Fahrzeug und/oder seine Räder auf eine Vielzahl von Oberflächen und Gegenständen treffen, die Belastungen auf und durch das Aufhängungssystem ausüben. Aufhängungen sind in der Regel so konstruiert, dass sie verschiedene Anforderungen an die Haltbarkeit und die Integrität der befestigten Verbindungen erfüllen. Während der Produktentwicklung wird das Verhalten des Fahrzeugs, einschließlich des Aufhängungssystems, unter den verschiedenen Belastungen und Bedingungen, denen es ausgesetzt ist, bewertet. Zur Bewertung der Fahrzeugleistung kann eine Reihe von Simulationen durchgeführt werden, z. B. ein Frontalversuch mit moderater Überlappung (MOF), ein Frontalversuch mit geringer Überlappung (SOF), ein Bordsteinbelastungsversuch (CAL) und andere. Diese Versuche werden durchgeführt, um Bedingungen wie den Aufprall auf andere Fahrzeuge oder Objekte wie eine Barriere oder einen Bordstein zu simulieren. Die Auswirkungen dieser Aufprälle sollten möglichst gering sein.
Es ist wünschenswert, ein Aufhängungssystem bereitzustellen, das zu einer Minimierung der Auswirkungen von Stoßbelastungen führt. Darüber hinaus werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Bereich und Hintergrund genommen werden, ersichtlich.
BESCHREIBUNG
Es werden Systeme bereitgestellt, die eine Aufhängungsarchitekturstrategie zur Minimierung von Aufpralleffekten bieten. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein System eine Fahrzeugaufbaustruktur mit einer Motorhalterung, einer Radbaugruppe und einem Aufhängungssystem, das die Radbaugruppe mit der Fahrzeugaufbaustruktur verbindet. Das Aufhängungssystem umfasst eine Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit der Fahrzeugaufbaustruktur und über ein zweites Gelenk mit der Radbaugruppe verbunden ist. Das erste Gelenk ist so konfiguriert, dass es die Verbindung von der Fahrzeugaufbaustruktur des Fahrzeugs bei Belastungen oberhalb einer Schwellenkraft und oberhalb eines Schwellenwinkels der Schwellenkraft am zweiten Gelenk löst, um die gewünschte Kinematik zu erreichen.
In weiteren Ausführungsformen ist die Verbindung ein unterer Querlenker, der die Bewegung der Radbaugruppe relativ zur Fahrzeugaufbaustruktur sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung steuert.
In weiteren Ausführungsformen ist ein Bolzen im ersten Gelenk enthalten, der einen Schaftdurchmesser hat. Der Bolzen verbindet das Gelenk mit der Motorhalterung. Die Motorhalterung definiert eine Öffnung, durch die sich der Bolzen erstreckt, und die Öffnung hat einen Hauptbereich und einen Zusatzbereich, der mit dem Hauptbereich durch einen Durchgang verbunden ist. Der Durchgang hat eine geringere Breite als der Schaftdurchmesser des Bolzens. Das erste Gelenk hält den Bolzen im Hauptbereich, damit sich der Bolzen in den Zusatzbereich bewegen kann, um eine Trennung der Verbindung von der Motorhalterung einzuleiten.
In zusätzlichen Ausführungsformen ist ein Achsschenkel zwischen der Radbaugruppe und der Verbindung angeschlossen, wobei das zweite Gelenk ein Kugelgelenk am Achsschenkel ist und wobei der Schwellenwinkel fünfzig Grad relativ zu einer Längsrichtung der Motorhalterung beträgt.
In zusätzlichen Ausführungsformen ist eine Halterung in der Motorhalterung enthalten, wobei die Halterung einen vorderen Flansch, der eine erste Öffnung definiert, und einen hinteren Flansch, der eine zweite Öffnung definiert, umfasst, wobei die erste Öffnung einen Hauptabschnitt und einen Zusatzabschnitt umfasst, der mit dem Hauptabschnitt durch einen Durchgang verbunden ist, der durch ein Paar vorstehender Lippen definiert ist, die einen verengten Abschnitt der ersten Öffnung an dem Durchgang bilden.
In weiteren Ausführungsformen umfasst der vordere Flansch ein äußeres Ende und einen Abreißabschnitt zwischen der ersten Öffnung und dem äußeren Ende, wobei der Abreißabschnitt so konfiguriert ist, dass er bei Belastungen oberhalb der Schwellenkraft und oberhalb des Schwellenwinkels vom vorderen Flansch abreißt.
In weiteren Ausführungsformen ist in der Fahrzeugaufbaustruktur ein Schweller enthalten, wobei die ausgewählte Kinematik ein Richten der Radbaugruppe durch eine auf den Schweller gerichtete Trajektorie umfasst.
In weiteren Ausführungsformen ist die Verbindung so konfiguriert, dass sie an den Lasten ausknickt, wenn diese größer sind als eine Knickkraft der Verbindung sind, wenn die Lasten außerdem in einem Winkel von weniger als fünfzig Grad relativ zur Fahrzeuglängsrichtung gerichtet sind.
In weiteren Ausführungsformen umfasst der Motorträger eine Halterung mit einem Flansch, der eine Öffnung definiert, und eine Buchse mit einem Bolzen, der sich durch die Öffnung und die Buchse erstreckt, um die Verbindung mit dem Motorträger zu verbinden.
In weiteren Ausführungsformen hat die Öffnung einen Hauptbereich und einen Zusatzbereich, der mit dem Hauptbereich durch einen Durchgang verbunden ist, wobei der Bolzen für Lastfälle unterhalb der Schwellenkraft und des Schwellenwinkels im Hauptbereich gehalten wird.
In einer Reihe weiterer Ausführungsformen umfasst ein System eine Fahrzeugaufbaustruktur mit einer Motorhalterung. Ein Aufhängungssystem verbindet eine Radbaugruppe mit der Motorhalterung und umfasst eine Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit der Motorhalterung und über ein zweites Gelenk mit der Radbaugruppe verbunden ist. Das erste Gelenk ist so konfiguriert, dass es die Verbindung von der Motorhalterung löst, wenn die auf die Radbaugruppe wirkenden Belastungen eine Schwellenkraft und einen Schwellenwinkel der Schwellenkraft am zweiten Gelenk überschreiten, um der Radbaugruppe eine ausgewählte Kinematik zu verleihen, einschließlich dem Richten der Radbaugruppe durch eine Trajektorie, die so gewählt ist, dass die Verformung der Fahrzeugaufbaustruktur minimiert wird.
In weiteren Ausführungsformen umfasst das Aufhängungssystem ein Stabaufhängungssystem, und die Verbindung ist als unterer Querlenker ausgeführt, der so konfiguriert ist, dass er eine Bewegung der Radbaugruppe relativ zur Motorhalterung sowohl in einer Längsrichtung als auch in einer Querrichtung steuert.
In weiteren Ausführungsformen ist ein Bolzen im ersten Gelenk enthalten, der einen Schaftdurchmesser hat. Der Bolzen verbindet das Gelenk mit der Motorhalterung. Die Motorhalterung definiert eine Halterung mit einer Öffnung, durch die sich der Bolzen erstreckt, wobei die Öffnung einen Hauptbereich und einen Zusatzbereich aufweist, der mit dem Hauptbereich durch einen Durchgang verbunden ist. Der Durchgang hat eine geringere Breite als der Durchmesser des Bolzens. Das erste Gelenk ist so konfiguriert, dass es den Bolzen im Hauptbereich hält und es dem Bolzen ermöglicht, sich in den Zusatzbereich zu bewegen, um eine Trennung der Verbindung von der Fahrzeugaufbaustruktur durch Abreißen eines Abreißabschnitts der Halterung einzuleiten.
In zusätzlichen Ausführungsformen ist ein Achsschenkel zwischen der Radbaugruppe und der Verbindung angeschlossen, wobei das zweite Gelenk ein Kugelgelenk am Achsschenkel ist und wobei der Schwellenwinkel am Kugelgelenk liegt und relativ zu einer Längsrichtung der Fahrzeugaufbaustruktur definiert ist.
In weiteren Ausführungsformen umfasst die Motorhalterung einen Träger, wobei der Träger einen vorderen Flansch, der eine erste Öffnung definiert, und einen hinteren Flansch, der eine zweite Öffnung definiert, umfasst. Die erste Öffnung umfasst einen Hauptabschnitt und einen Zusatzabschnitt, der mit dem Hauptabschnitt durch einen Durchgang verbunden ist, der durch ein Paar vorstehender Lippen definiert ist, die einen verengten Abschnitt der ersten Öffnung an dem Durchgang bilden.
In weiteren Ausführungsformen umfasst der vordere Flansch ein äußeres Ende und definiert einen Abreißabschnitt, der zwischen der ersten Öffnung und dem äußeren Ende angeordnet ist. Der Abreißabschnitt ist so konfiguriert, dass er bei Belastungen oberhalb der Schwellenkraft und des Schwellenwinkels von dem vorderen Flansch abreißt.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Schweller über einem Boden einer Türöffnung der Fahrzeugaufbaustruktur definiert, wobei die ausgewählte Kinematik das Richten der Radbaugruppe durch die auf den Schweller gerichtete Trajektorie in einer Längsrichtung der Fahrzeugaufbaustruktur umfasst.
In weiteren Ausführungsformen ist die Verbindung so konfiguriert, dass sie an den Belastungen ausknickt, wenn die Belastungen eine Kraft aufweisen, die größer ist als die Knickkraft der Verbindung, und wenn die Belastungen in Winkeln relativ zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind, der kleiner sind als der Grenzwinkel.
In weiteren Ausführungsformen umfasst die Motorhalterung eine Halterung mit einem Flansch, der eine Öffnung definiert, wobei sich ein Bolzen durch die Öffnung erstreckt und eine Buchse die Verbindung mit der Motorhalterung verbindet. Die Öffnung hat einen Hauptbereich und einen Zusatzbereich, der mit dem Hauptbereich durch einen Durchgang verbunden ist. Der Bolzen wird für Lastfälle unterhalb der Schwellenkraft und des Schwellenwinkels im Hauptbereich gehalten.
In einer Reihe anderer Ausführungsformen umfasst ein System eine Fahrzeugaufbaustruktur mit einem Schweller, einer Motorhalterung und einer Halterung. Eine Radbaugruppe ist mit der Motorhalterung verbunden. Ein Aufhängungssystem verbindet die Radbaugruppe mit dem Motorträger und umfasst eine Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit der Motorhalterung an der Halterung und über ein zweites Gelenk mit der Radbaugruppe verbunden ist. Das erste Gelenk ist so konfiguriert, dass es bei Belastungen auf die Radbaugruppe oberhalb einer Schwellenkraft und oberhalb eines Schwellenwinkels der Schwellenkraft am zweiten Gelenk durch Abreißen der Halterung die Verbindung von der Fahrzeugaufbaustruktur löst, um der Radbaugruppe eine ausgewählte Kinematik zu verleihen, die das Richten der Radbaugruppe durch eine Trajektorie in Richtung des Schwellers umfasst, um eine Verformung der Fahrzeugaufbaustruktur zu minimieren.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs ist, das verschiedenen Versuchen unterzogen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine perspektivische Darstellung eines unteren Querlenkergelenks des Fahrzeugs von 1 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine perspektivische Ansicht des Gelenks von 2 ist, wobei der Bolzen zur besseren Sichtbarkeit weggelassen wurde, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 eine Querschnittsdarstellung ist, die allgemein durch die in 1 angegebene Linie 4-4 verläuft, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 eine schematische perspektivische Darstellung des Fahrzeugs von 1 in einem normalen Aufhängungszustand ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 eine schematische perspektivische Darstellung des Fahrzeugs von 1 in einem Zustand des Lösens der Aufhängung ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 eine schematische perspektivische Darstellung des Fahrzeugs von 1 in einem gelösten Aufhängungszustand ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8 eine schematische Darstellung von Aufhängungsbelastungen für das Fahrzeug von 1 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
9 eine Detailansicht der vorderen Flanschöffnung der Halterung von 2 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
10 eine Detailansicht der hinteren Flanschöffnung der Halterung von 2 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
11 ein Diagramm einer Kugelgelenkbelastung in Kilonewton auf der vertikalen Achse gegenüber einem Kugelgelenkbelastungswinkel in Grad auf der horizontalen Achse für das Fahrzeug von 1 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die Anwendung und Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch eine ausdrückliche oder stillschweigende Theorie gebunden zu sein, die in der vorangegangenen Einleitung, der kurzen Beschreibung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.
Wie hierin offenbart, werden Systeme bereitgestellt, die eine Aufhängungsarchitekturstrategie zur Minimierung von Aufpralleffekten auf die Fahrzeugaufbaustruktur des Fahrzeugs liefern. In verschiedenen Ausführungsformen werden wünschenswerte Leistungsergebnisse durch ein System erreicht, das eine Reihe von Merkmalen enthält, die es einer Aufhängungsverbindung, wie z. B. einem unteren Querlenker (LCA), ermöglichen, sich unter vorgeschriebenen Bedingungen von der Verbindung zur Fahrzeugaufbaustruktur des Fahrzeugs (z. B. an einer Motorhalterung) zu trennen. Dadurch wird die gewünschte Radkinematik für bestimmte Fälle erreicht, während die strukturelle Integrität der Aufhängung für alle anderen Lastfälle erhalten bleibt. In den meisten Belastungsfällen tritt kein Gelenkschlupf auf, und mit zunehmender Belastung knickt der LCA zuerst bei großen Belastungen ein, die unter einem bestimmten Winkel auf das Kugelgelenk relativ zur Fahrzeuglängsrichtung einwirken. In bestimmten Aufprallfällen mit erheblichen Belatungen trennt sich der LCA von der Fahrzeugaufbaustruktur, was zu einer wünschenswerten Radkinematik führt. Die gelieferte architekturbezogene Lösungsstrategie minimiert die Komplexität im Zusammenhang mit Variationen, z. B. aufgrund des Raddesigns, die im weiteren Verlauf des Entwicklungszyklus auftreten können. Die Radkinematik wird ohne signifikante Massenzunahme in der Fahrzeugaufbaustruktur gesteuert.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein System, das die gewünschte Radkinematik liefert, eine Fahrzeugaufbaustruktur, eine Radbaugruppe und ein Aufhängungssystem, das die Radbaugruppe mit der Fahrzeugaufbaustruktur verbindet. Das Aufhängungssystem umfasst eine Verbindung, die über ein Gelenk mit der Fahrzeugaufbaustruktur verbunden ist. In einer Reihe von Ausführungsformen kann das Gelenk ein unterer Querlenker sein. Ein Bolzen in dem Gelenk hat einen Schaftdurchmesser und verbindet die Verbindung mit der Fahrzeugaufbaustruktur. Die Fahrzeugaufbaustruktur definiert eine Öffnung, durch die sich der Bolzen erstreckt. Die Öffnung hat einen Hauptbereich und einen Zusatzbereich, der mit dem Hauptbereich durch einen Durchgang verbunden ist. Der Durchgang hat eine Breite, die kleiner ist als der Durchmesser des Bolzens. Die Verbindung hält den Bolzen im Hauptbereich und ermöglicht es dem Bolzen, sich unter bestimmten Belastungsbedingungen in den Zusatzbereich zu bewegen, um einen Riss und eine Trennung der Verbindung von der Fahrzeugaufbaustruktur einzuleiten. Ein vorteilhaftes Ergebnis ist eine Minimierung der Verformung der Fahrzeugaufbaustruktur, indem die Trajektorie des Rades in einen Bereich mit hoher Festigkeit, wie z. B. den Schweller des Fahrzeugs, gelenkt wird. Die Leistung ist einstellbar, u. a. durch Optimierung der Form und Geometrie der Öffnung, der Materialqualitäten und der Materialdicken.
In 1 sind Szenarien für ein Fahrzeug 20 schematisch dargestellt. Im Allgemeinen umfasst das Fahrzeug 20 eine Fahrzeugaufbaustruktur 22, eine Radbaugruppe 24 und ein Aufhängungssystem 28, das die Radbaugruppe 24 mit der Fahrzeugaufbaustruktur 22 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Aufhängungssystem 28 mit einem Strukturelement der Fahrzeugaufbaustruktur 22 verbunden, und zwar mit einer Motorhalterung 26. Das Fahrzeug 20 hat ein vorderes Ende 30, und dementsprechend ist die Radbaugruppe 24 ein Vorderrad. Es wird deutlich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf eine bestimmte Radposition beschränkt ist und auf jedes Rad eines Fahrzeugs anwendbar ist. Die Fahrzeugaufbaustruktur 22 umfasst einen Schweller 32, die sich hinter der Radbaugruppe 24 befindet. Das Aufhängungssystem 28 umfasst eine Reihe von Elementen, einschließlich einer Verbindung 33 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Wie bereits erwähnt, können zur Bewertung der Leistung des Fahrzeugs 20 verschiedene Messgrößen/Versuche evaluiert/durchgeführt werden.
Das Fahrzeug 20 kann unter einer Vielzahl von Bedingungen und Situationen betrieben werden, die bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden können. In der realen Welt kann die Radbaugruppe 24 auf eine Vielzahl von unregelmäßigen Oberflächen und Objekten treffen, wie z. B. ein Objekt 34. Bei dem Objekt 34 kann es sich zum Beispiel um einen Bordstein am Rande einer Fahrbahn handeln. Wenn die Radbaugruppe 24 auf das Objekt 34 trifft, treten Belastungen auf, denen das Aufhängungssystem 28 standhalten und intakt und funktionsfähig bleiben soll. Ein Hilfsmittel zur Bewertung der Leistung des Fahrzeugs 20 einschließlich des Aufhängungssystems 28 in einem solchen Szenario ist die CAL, die das Überfahren des Bordsteins/Objekts 34 durch das Fahrzeug 20 simuliert.
Andere reale Betriebsszenarien des Fahrzeugs 20 können Zusammenstöße, z. B. durch das vordere Ende 30 mit einem Objekt 36, beinhalten. Bei dem Objekt 36 kann es sich um ein anderes Fahrzeug oder eine Barriere verschiedener Art handeln, die sich entlang der Fahrbahn befinden kann. In einigen derartigen Szenarien hat sich gezeigt, dass es von Vorteil ist, die Trennung der Verbindung 33 von der Fahrzeugaufbaustruktur 22 zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Trennung der Verbindung 33 die Radbaugruppe 24 auf eine Trajektorie 38 richten, die auf den Schweller 32 gerichtet ist. Dies minimiert die Beschädigung der Fahrzeugaufbaustruktur 22, da der Schweller eine hohe Festigkeit aufweist, insbesondere in der Längsrichtung 40 des Fahrzeugs 20, die mit der Trajektorie 38 im Allgemeinen übereinstimmt. Die Längsrichtung 40 ist von vorne nach hinten des Fahrzeugs 20 gerichtet. Die Querrichtung 42 des Fahrzeugs 20 verläuft rechtwinklig zur Längsrichtung 42 und ist von Seite zu Seite gerichtet. Ein Hilfsmittel zur Bewertung der Leistung des Fahrzeugs 20 einschließlich des Aufhängungssystems 28 in einem solchen Szenario ist das SOF, das das Auffahren des Fahrzeugs 20 auf das versetzte Objekt 36 oder eine andere Begegnung mit diesem simuliert.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das Aufhängungssystem 28 die Verbindung 33, die in diesem Fall als Teil eines LCA ausgeführt ist. Eine Halterung 46 ist mit der Motorhalterung 26 der Fahrzeugaufbaustruktur 22 verbunden. Die Halterung 46 umfasst einen vorderen Flansch 48 und einen hinteren Flansch 50. Die Verbindung 33 umfasst eine Buchse 52, die zwischen dem vorderen Flansch 48 und dem hinteren Flansch 50 angeordnet ist. In der Buchse 52 ist eine Buchse 54 angeordnet, und in dem vorderen Flansch 48 ist eine Öffnung 56 vorgesehen. In dieser Ausführungsform umfasst die Buchse 54 ein elastisches Material und ist in das Aufhängungssystem 28 eingebaut, um Verschiebungen zu absorbieren, das Ausmaß der Bewegung im Gelenk 60 zu steuern und Geräusche und Vibrationen zu reduzieren. Ein Bolzen 58 erstreckt sich durch den vorderen Flansch 48, die Buchse 54 und den hinteren Flansch 50 und verbindet die Verbindung 33 mit der Fahrzeugaufbaustruktur 22 am Gelenk 60.
In 3 ist die Verbindung 60 ohne den Bolzen 58 dargestellt, um die Öffnung 56 sichtbar zu machen. Die Öffnung 56 erstreckt sich vollständig durch den vorderen Flansch 48 und umfasst einen Hauptbereich 62, der im Allgemeinen kreisförmig ist, und einen Zusatzbereich 64, der mit dem Hauptbereich 62 durch einen Durchgang 66 verbunden ist. Der Hauptbereich 62 ist mit einer Öffnung 68 ausgerichtet, die sich durch die Buchse 54 erstreckt. Der Hauptbereich 62 und die Öffnung 68 sind so bemessen, dass sie den Bolzen 58 aufnehmen können. Der Zusatzbereich 64 wird durch eine Reihe von Radien gebildet, die weiter unten beschrieben werden, und der Durchgang 66 ist als ein verengter Abschnitt der Öffnung 56 geformt, der durch vorstehende Lippen 70, 72 gebildet wird.
In 4 ist das Gelenk 60 in zerlegter und zusammengebauter Form dargestellt. Die Buchse 54 umfasst eine Baugruppe mit einer Hülse 74, einem Gehäuse 76, einem elastischen Element 78 und Versteifungen 80. Die Buchse 54 passt zwischen den vorderen Flansch 48 und den hinteren Flansch 50, wobei die Hülse 74 die Öffnung 68 bildet. Der hintere Flansch 50 weist eine Öffnung 86 auf, die mit der Öffnung 68 fluchtet. Der Bolzen 58 umfasst einen Kopf 82 und einen Schaft 84, der sich durch jede der Öffnungen 56, 68 und 86 erstreckt. Der Bolzen 58 wird durch den Kopf 82 und eine auf den Schaft 84 geschraubte Mutter 88 befestigt, wobei der Schaft 84 im Hauptbereich 62 angeordnet ist. Der Schaft 84 des Bolzens 58 hat einen Durchmesser 90, und der Durchgang 66 hat eine Breite 92 (in 3 dargestellt), gemessen an der kleinsten Lücke zwischen den Lippen 70, 72. Die Breite 92 ist kleiner als der Durchmesser 90 des Bolzens 58, so dass der Schaft 84 unter den meisten Belastungsbedingungen, denen das Fahrzeug 20 ausgesetzt ist, normalerweise innerhalb des Hauptbereichs 62 gehalten wird.
Das Gelenk 60 ist schematisch zusammen mit anderen Details des Fahrzeugs 20 in 5 dargestellt, auf die verwiesen wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Aufhängungssystem 28 eine Stabkonstruktion, die die Bewegung der Radbaugruppe 24 in der Längsrichtung 40, der Querrichtung 42 und in einer vertikalen Richtung 94 steuert. Die linke Vorderradbaugruppe 24 ist als Beispiel dargestellt. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf eine bestimmte Art der Aufhängungs- oder Radposition beschränkt, sondern gilt allgemein für Anwendungen, bei denen eine lösbare Verbindung für die Kinematik wünschenswert ist. Die Radbaugruppe 24 ist mit einem Achsschenkel 96 gekoppelt, an dem ein stabartiger Dämpfer 98 zur Steuerung vertikaler Verlagerungen angebracht ist. Der untere Querlenker 100 verbindet den Achsschenkel 96 mit der Motorhalterung 26 und ist als Querlenkerelement ausgeführt, das die Verbindung 33 mit einer weiteren Verbindung 102 verbindet. Die Verbindung 102 ist an einem Gelenk 105 über eine Buchse 106 mit der Motorhalterung 26 verbunden und steuert die Bewegung der Radbaugruppe 24 in der Längsrichtung 40. Die Verbindung 33 und das Gelenk 60 steuern die Bewegung der Radbaugruppe 24 in der Querrichtung 42. Der untere Querlenker 100 ist über ein Kugelgelenk 99 mit dem Achsschenkel 96 verbunden. Das Aufhängungssystem 28, einschließlich des Gelenks 60, bleibt in den meisten Betriebsszenarien des Fahrzeugs 20, einschließlich der CAL-Fälle, intakt und funktionsfähig und absorbiert und steuert Eingaben an/über die Radbaugruppe 24.
In 6 ist der Betrieb des Fahrzeugs in einem SOF-Fall dargestellt. Eine Belastung 110, die auf die Radbaugruppe 24 im SOF-Fall ausgeübt wird, übt eine Belastung auf das Gelenk 60 aus, die eine seitliche Komponente enthält, die den Schaft 84 des Bolzens 58 seitlich durch den Durchgang 66 und in den Zusatzbereich 64 zieht. Wie aus 7 ersichtlich, reißt der Schwung des sich durch die Öffnung 56 bewegenden Bolzens 58 durch den Abreißbereich 108 den vorderen Flansch 48 ab und löst die Verbindung 33 von der Fahrzeugaufbaustruktur 22. Der Bolzen 58 kann weiter durch den hinteren Flansch 50 reißen. Die gelöste Verbindung 33, die zuvor die Position der Radbaugruppe 24 in der seitlichen Richtung 42 aufrechterhielt, ermöglicht es der Radbaugruppe 24, sich seitlich nach außen zu bewegen, so dass die Radbaugruppe 24 in den Schweller 32 gelenkt wird, der sich über den Boden der Türöffnung 109 erstreckt. Der Schweller 32 absorbiert den Aufprall mit minimaler Verformung der Fahrzeugaufbaustruktur 22 des Fahrzeugs 20.
Bestimmte Belastungen des LCA 100 sind schematisch in 8 dargestellt, auf die zusätzlich verwiesen wird. Auf den LCA 100 wirkt eine Kugelgelenkbelastung 112 (F_α) unter einem Winkel 111 (α) ein, die eine Komponente 114 (F_x) in Längsrichtung 40 und eine Komponente 116 (F_y) in Querrichtung 42 aufweist. Die Komponente 116 wird durch das Gelenk 60 verwaltet, was durch eine ausgleichende Reaktionskraft 118 (F_r) in der Querrichtung 42 angezeigt wird. Die Komponente 114 wird durch das Gelenk 105 geführt, wie durch eine ausgleichende Reaktionskraft 120 in der Längsrichtung 40 angezeigt wird. Das Gelenk 60 ist so ausgelegt, dass es den Größenordnungen der Reaktionskraft 118 für alle zu erwartenden normalen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 20, einschließlich des CAL-Falls, standhält, und ist so ausgelegt, dass es im Falle eines SOF-Falls eine kontrollierte Freigabe ermöglicht, um eine günstige Kinematik der Radbaugruppe 24 zu gewährleisten.
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 werden bestimmte Konstruktionsparameter der Halterung 46 identifiziert. Der vordere Flansch 48 enthält die Öffnung 56, und der hintere Flansch 50 enthält die Öffnung 86. Die Flansche 48, 50 haben eine Materialzusammensetzung und -dicke, die für eine für die Anwendung erforderliche Steifigkeit und Festigkeit ausgewählt wurde. Die Öffnung 86 hat einen Radius 124 (RI) und befindet sich in einem Abstand 126 (LI) von der Außenkante 128 des hinteren Flansches 50. Der Radius 124 ist so gewählt, dass er den Schaft 84 des Bolzens 58 aufnehmen kann, und der Abstand 126 ist so gewählt, dass er zusammen mit der Materialdicke und -zusammensetzung eine Festigkeit bietet, die den Konstruktionskräften standhält und gleichzeitig ein Lösen in SOF-Fällen ermöglicht. Die Öffnung 56 umfasst den Hauptbereich 62, der einen Radius 130 (R2) aufweist. Der Zusatzbereich 64 wird von den Radien 132 (R3), 134 (R4) und 136 (R5) begrenzt. Die Radien 130 und 136 sind um die Mittelpunkte 138, 140 definiert, die um einen Abstand 142 (L2) voneinander entfernt sind. Die Öffnung 56, insbesondere ihr äußeres Ende 144, befindet sich in einem Abstand 146 (L3) von der Außenkante 148 des vorderen Flansches 48, der den Abreißbereich 108 definiert. Die Radien 132 sind um Mittelpunkte 150, 152 definiert, die sich in einem Abstand 154 von der Mitte 138 in einem Winkel 156 (0) relativ zur Querrichtung 42 befinden, um dem Durchgang 66 eine ausgewählte Größe zu verleihen. Die Radien 134 sind um die Mittelpunkte 151, 153 definiert, um einen sanften Übergang zum Umfang des Zusatzbereichs 64 zu schaffen.
11 zeigt die Bestimmung der Konstruktionsparameter des Aufhängungssystems 28 und insbesondere der Halterung 46 und des LCA 100. Es werden verschiedene Bedingungen berücksichtigt, darunter die dauerhafte Integrität des Aufhängungssystems 28, das Ausknicken (Biegen des Materials) des LCA 100 und die Trennung des Gelenks 60. 11 zeigt die Kugelgelenkbelastungen 112 in Kilonewton auf der vertikalen Achse 160 und die Kugelgelenkbelastungswinkel 111 in Grad auf der horizontalen Achse 162. Bei Kugelgelenkbelastungswinkeln 111 von bis zu dem bei 164 angegebenen Schwellenwinkel, z. B. fünfzig Grad, und einer ausreichenden Kraft werden Auslegungsbedingungen für das Ausknicken des LCA 100 gewählt, wobei die Integrität des Gelenks 60 erhalten bleibt. Diese Auswahl steht im Einklang mit den Betriebsbedingungen für andere Szenarien als SOF-Fälle, einschließlich CAL-Fällen. Für SOF-Fälle mit ausreichender Kraft, bei denen der Belastungswinkel des Kugelgelenks über dem Schwellenwinkel 166 liegt, ist die Trennung des Gelenks 60 vorgeschrieben.
Die Datenpunkte 171-177 umfassen Simulationen des CAL-Typs und des allgemeinen Dauerhaltbarkeitsfalls. Die Kurve 168 beschreibt die Kugelgelenkbelastung 112, die erforderlich ist, um den LCA 100 bei verschiedenen Kugelgelenkbelastungswinkeln 111 zu knicken. Die Kurve 170 gibt die Festigkeit des Gelenks 60 an, um den Kräften ohne Auslösung standzuhalten. Mit anderen Worten, bei Punkten unterhalb der Kurve 170 behält das Gelenk 60 seine strukturelle Integrität bei, und bei Punkten oberhalb der Kurve 170 löst das Gelenk 60 die Verbindung 33 von der Motorhalterung 26. Für SOF-Fälle bedeutet dies, dass das Gelenk 60 so konfiguriert ist, dass es bei Belastungen oberhalb einer Schwellenkraft und oberhalb eines Schwellenwinkels am Kugelgelenk 99 die Verbindung 33 von der Motorhalterung 26 des Fahrzeugs löst. Die Wahl der oben beschriebenen Konstruktionsparameter der Halterung 46 für eine höhere Festigkeit würde die Kurve 170 im Diagramm vertikal nach oben verschieben. Wählt man die Konstruktionsparameter der Halterung 46 für eine geringere Festigkeit, würde die Kurve 170 in der Grafik vertikal nach unten verschoben werden.
Der Punkt 180 zeigt die Belastung und den Winkel an, bei denen sowohl ein Ausknicken als auch ein Lösen möglich ist. Für einen ausgewählten Satz von Konstruktionsparametern der Halterung 46 zeigt die Kurve 170, dass die Festigkeit des Aufhängungssystems 28 die Integrität gegen Knicken oder Lösen mit einer Marge 182 für Fälle des Typs CAL aufrechterhält. Mit anderen Worten liegen die Spitzenbelastungen für CAL-Fälle deutlich unter denen, die für ein Ausknicken der LCA oder ein Lösen des Gelenks 60 erforderlich wären, so dass das Aufhängungssystem 28 funktionell und strukturell intakt bleibt. Die Kurve 170 wird durch die Wahl der Konstruktionsparameter, einschließlich des Materials und der Dicke der Halterung 46 und der Öffnung 56, so eingestellt, dass die in SOF-Fällen zu erwartenden Belastungen zu einer Freigabe des Gelenks 60 führen. Dies wird durch Kugelgelenkbelastungen 112 von über 100 Kilonewton bei Kugelgelenkbelastungswinkeln 111 oberhalb des angegebenen Winkels angezeigt. In anderen Fällen knickt die LCA 100 zuerst ein, bevor sich das Gelenk 60 löst.
Dementsprechend sind Systeme vorgesehen, bei denen die Gelenke unter bestimmten Bedingungen gelöst werden, um eine bevorzugte Radkinematik zu erreichen und Schäden am Fahrzeugaufbau zu minimieren bzw. zu kontrollieren. Obwohl in der vorstehenden detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Variationen gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Vielmehr soll die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann einen praktischen Leitfaden für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen an die Hand geben. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und der Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten dargelegt ist, zu verlassen.

Claims

System, umfassend: eine Fahrzeugaufbaustruktur; eine Motorhalterung in der Fahrzeugaufbaustruktur: eine Radbaugruppe; und ein Aufhängungssystem, das die Radbaugruppe mit der Fahrzeugaufbaustruktur verbindet, einschließlich einer Verbindung, die mit der Fahrzeugaufbaustruktur an der Motorhalterung über ein erstes Gelenk und mit der Radbaugruppe über ein zweites Gelenk verbunden ist, wobei das erste Gelenk so konfiguriert ist, dass es bei Belastungen oberhalb einer Schwellenkraft und oberhalb eines Schwellenwinkels der Schwellenkraft am zweiten Gelenk die Verbindung von der Motorhalterung löst, um eine ausgewählte Kinematik der Radbaugruppe bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Verbindung einen unteren Steuerarm umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Bewegung der Radbaugruppe relativ zur Fahrzeugaufbaustruktur sowohl in einer Längsrichtung als auch in einer Querrichtung steuert.
System nach Anspruch 1, umfassend einen Bolzen im ersten Gelenk, wobei der Bolzen einen Schaftdurchmesser hat und die Verbindung mit der Motorhalterung verbindet, wobei die Motorhalterung eine Öffnung definiert, durch die sich der Bolzen erstreckt, wobei die Öffnung einen Hauptbereich und einen Zusatzbereich aufweist, der mit dem Hauptbereich durch einen Durchgang verbunden ist, wobei der Durchgang eine Breite hat, die kleiner ist als der Schaftdurchmesser des Bolzens, wobei das erste Gelenk so konfiguriert ist, dass es den Bolzen im Hauptbereich hält und es dem Bolzen ermöglicht, sich in den Zusatzbereich zu bewegen, um eine Trennung der Verbindung von der Motorhalterung einzuleiten.
System nach Anspruch 1, umfassend einen Achsschenkel, der zwischen der Radbaugruppe und der Verbindung angeschlossen ist, wobei das zweite Gelenk ein Kugelgelenk am Achsschenkel ist und wobei der Schwellenwinkel fünfzig Grad relativ zu einer Längsrichtung der Motorhalterung beträgt.
System nach Anspruch 1, umfassend eine Halterung in der Motorhalterung, wobei die Halterung einen vorderen Flansch, der eine erste Öffnung definiert, und einen hinteren Flansch, der eine zweite Öffnung definiert, umfasst, wobei die erste Öffnung einen Hauptabschnitt und einen Zusatzabschnitt umfasst, der mit dem Hauptabschnitt durch einen Durchgang verbunden ist, der durch ein Paar vorstehender Lippen definiert ist, die einen verengten Abschnitt der ersten Öffnung an dem Durchgang bilden.
System nach Anspruch 5, wobei der vordere Flansch ein äußeres Ende und einen Abreißabschnitt zwischen der ersten Öffnung und dem äußeren Ende aufweist, wobei der Abreißabschnitt so konfiguriert ist, dass er bei Belastungen oberhalb der Schwellenkraft und oberhalb des Schwellenwinkels von dem vorderen Flansch abreißt.
System nach Anspruch 1, umfassend einen Schweller in der Fahrzeugaufbaustruktur, wobei die ausgewählte Kinematik ein Richten der Radbaugruppe über eine auf den Schweller gerichtete Trajektorie umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Verbindung so konfiguriert ist, dass sie bei den Belastungen ausknickt, wenn diese größer sind als eine Knickkraft der Verbindung, wenn die Belastungen auch in Winkeln von weniger als fünfzig Grad relativ zur Fahrzeuglängsrichtung gerichtet sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Motorhalterung eine Halterung mit einem Flansch umfasst, der eine Öffnung definiert, und eine Buchse mit einem Bolzen umfasst, der sich durch die Öffnung und die Buchse erstreckt, um die Verbindung mit der Motorhalterung zu verbinden.
System nach Anspruch 9, wobei die Öffnung einen Hauptbereich und einen Zusatzbereich aufweist, der mit dem Hauptbereich durch einen Durchgang verbunden ist, wobei der Bolzen für Lastfälle unterhalb der Schwellenkraft und des Schwellenwinkels im Hauptbereich gehalten wird.