DE10324514A1

DE10324514A1 - Ausfahrbarer Frontspoiler

Info

Publication number: DE10324514A1
Application number: DE10324514A
Authority: DE
Inventors: Johannes Böheim; Jochem Fischer; Jörg Hoffmann
Original assignee: Festo SE and Co KG; Benteler Automobiltechnik GmbH; Siemens Restraint Systems GmbH; Peguform GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; SMP Deutschland GmbH
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: DE10324514B4

Abstract

Ein Stoßfänger (1) mit einem Frontspoiler (2), welcher unterhalb des Stoßfängers angeordnet ist und mittels eines Verstellmechanismus (3) in seiner Lage gegenüber dem Stoßfänger veränderbar ist, wird als energieabsorbierendes Element für den Fußgängerschutz und als Element zur Verbesserung der Aerodynamik des Fahrzeugs konzipiert. Die Lageveränderung des Frontspoilers erfolgt in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Frontspoiler in einem Fahrzeug, welcher ausgerüstet ist, die Anforderungen and den Fußgängerschutz mit der Forderung nach verbesserten aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugfrontbereichs zu verbinden.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10031374 A1 ist eine Stossfängervorrichtung bekannt, die bei Aufprall eines Fußgängers eine Schwenkvorrichtung im unteren Bereich des Stossfängers aktiviert, welcher mit einem Frontspoiler versehen ist. Bei einem Aufprall findet eine gekoppelte Bewegung des Stossfängers und des Spoilers statt. Wenn auf den Stossfänger eine Druckkraft wirkt, wird diese über eine Verbindungsstange auf einen Hebelarm übertragen, welcher den Frontspoiler nach vorne verschiebt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die aerodynamische Auslegung nicht optimal, da der Frontspoiler im Normalbetrieb in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Stossfänger liegt. Der Frontspoiler verbleibt somit in einer zurückgezogenen Position.

Aus der Patentanmeldung EP 1118530 A1 ist ein Frontspoiler bekannt, welcher eine gegenüber der Fronthaube erhöhte Position einnimmt. Der Frontspoiler stützt sich auf einen Dämpfungszylinder. Der Dämpfungszylinder enthält eine Feder, welche den Frontspoiler konstant in der erhöhten Position hält. Erst bei einem Aufprall wird die Feder zusammengedrückt und entfaltet somit ihre stoßenergieabsorbierende Wirkung.

Bisher gibt es noch keine Lösung, bei welcher der Frontspoiler in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit eine aerodynamisch optimale Position einnimmt und trotzdem während eines Aufpralls energieabsorbierende Wirkung entfalten kann.

Wohl ist eine geschwindigkeitsabhängige Steuerung eines Frontspoilers für den Einsatz im Fußgängerschutz aus DE 3003568 A1 bekannt. Der verschwenkbar oder verschiebbar angeordnete Frontspoiler wird bei einer Geschwindigkeit bis zu 60 km/h in seiner Grundstellung, das heißt, der ausgefahrenen Position arretiert, erst bei darüber liegenden Geschwindigkeiten wird der Frontspoiler in die eingefahrene Position zurückgezogen, da ein Fußgängerschutz laut Aussage in der DE 3003568 A1 in diesem Bereich nicht mehr denkbar ist. Auch die aerodynamischen Eigenschaften der Fußgängerschutzvorrichtung verschlechtern sich bei Beibehaltung der ausgefahrenen Position in höheren Geschwindigkeitsbereichen, somit verbleibt der Frontspoiler in seiner eingefahrenen Position.

Ziel der Erfindung ist es somit, einen Frontspoiler zu schaffen, welcher die Aerodynamik auch bei Geschwindigkeiten über 60 km/h verbessert, und zwar gerade dann, wenn der Frontspoiler in seiner ausgefahrenen Position verharrt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin begründet, dass der Frontspoiler in seiner eingefahrenen Position auch weiter von der Fahrbahn entfernt ist, als in seiner ausgefahrenen Position. Somit ist der Frontspoiler vor Beschädigungen gesichert, welche bei Parkiermanövern entstehen, wenn der Frontspoiler Bordkanten oder Steine streift. Bei Geschwindigkeiten, die unter 20 km/h liegen ist der aerodynamische Zusatzeffekt des Frontspoilers so gut wie nicht vorhanden und auch die Funktionalität für den Fußgängerschutz nicht von Bedeutung, da es bei derartig geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zu einer Verletzung des Fußgängers kommt, bevor das Fahrzeug stillsteht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin begründet, den Frontspoiler auch bei Bedarf bei Geschwindigkeiten über 20 km/h kurzfristig in seine eingezogene Position zurückzufahren.

Derartige Anforderungen kommen von einer Auswerteeinheit, welche Sensorsignale auswertet, die von Sensoren stammen, die Unebenheiten auf der Fahrbahn erkennen und ein Signal an die Steuerung des Verstellmechanismus senden, welche eine Rückzugsbewegung des Frontspoilers in die eingefahrene Position einleiten.

Der Frontspoiler gemäß dieser Erfindung wird in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit aktiviert. Überschreitet dieselbe einen Wert von 20 km/h, wird der Frontspoiler automatisch in eine vordere Position ausgefahren. Der Frontspoiler verbleibt in dieser Position, solange die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr unter 20 km/h sinkt. Erfolgt ein Aufprall mit einem Hindernis, absorbiert der Spoiler diesen Aufprall, indem er sich zuerst in die eingefahrene Position zurückzieht, bevor es überhaupt zu einer Deformation kommen kann. Erst wenn die Stosskraft einen Wert annimmt, der das Absorptionsvermögen des Spoilers übersteigt, kommt es zu einer bleibenden Verformung.

Ein Stossfänger mit einem Frontspoiler, welcher unterhalb des Stossfängers angeordnet ist, kann mittels eines Verstellmechanismus in seiner Lage gegenüber dem Stossfänger verändert werden. Dieser Frontspoiler wird als energieabsorbierendes Element für den Fußgängerschutz und als Element zur Verbesserung der Aerodynamik des Fahrzeugs konzipiert. Die Lageänderung des Frontspoilers erfolgt in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Ein derartiger Frontspoiler erfüllt somit einerseits sowohl die Forderungen an eine verbesserte aerodynamische Auslegung und andererseits werden die Anforderungen zum Schutz von Fußgängern oder Zweiradfahrern erfüllt.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Vorderteils eines Fahrzeugs.
2a zeigt einen Schnitt durch Stossfänger und Frontspoiler bei eingefahrener Spoilerposition
2b zeigt einen Schnitt durch Stossfänger und Frontspoiler bei ausgefahrener Spoilerposition
3 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels eines pneumatischen Muskels
4 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels einer Formgedächtnislegierung
5 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels einer Drehfeder
6 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels eines druckluftbetätigten Aktuators
7 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels eines Linearmotors
Der in 1 dargestellte Vorderteil eines Fahrzeugs enthält einen Stossfänger 1, welcher als großflächiges Formteil ausgebildet ist. In den Stossfänger können weitere Elemente integriert werden, so beispielsweise Scheinwerfer, Kennzeichentafeln, Kühlerverkleidungen oder Dekorelemente.
Unterhalb des Stossfängers 1 ist ein Frontspoiler 2 angeordnet. Dieser Frontspoiler ist mittels eines Verstellmechanismus bezüglich des Stossfängers verschiebbar. In 1 ist die ausgefahrene Position 5 des Frontspoilers dargestellt. Die Positions- oder Lageveränderung erfolgt in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei ruhendem Fahrzeug oder Fahrzeuggeschwindigkeiten von weniger als 20 km/h verbleibt der Frontspoiler in einer eingezogenen Position 4, wie in 2a dargestellt wird. Steigt die Fahrzeuggeschwindigkeit auf über 20 km/h an, wird der Verstellmechanismus aktiviert und der Frontspoiler 2 bewegt sich in die ausgefahrene Position, wie in 2b dargestellt wird.
2a zeigt einen Schnitt durch Stossfänger und Frontspoiler bei eingefahrener Spoilerposition.
Der im Schnitt dargestellte, beliebig geformte Stossfänger 1 wird über Haltevorrichtungen (6, 7) an einer Fahrzeugrahmenkonstruktion (8) befestigt.
Die Haltevorrichtungen können energieabsorbierende Elemente enthalten, in 2a beispielsweise für die Haltevorrichtung 7 dargestellt. Zusätzlich können in der Fahrzeugrahmenkonstruktion 8 weitere Elemente 9 integriert sein, welche der Absorption von Stossenergie bei einem Aufprall dienen. Die Motorhaube 10 kann ebenfalls Energie aus Stößen aufnehmen, wenn sie entweder aus einem stoßabsorbierenden Material oder Materialkombination gefertigt wurde oder ebenfalls energieabsorbierende Elemente aufweist.
2b zeigt einen Schnitt durch Stossfänger und Frontspoiler bei ausgefahrener Frontspoilerposition. Der Frontspoiler wird über Verbindungselemente 11 mit dem Verstellmechanismus 3 verbunden. Der Frontspoiler wird entlang einer schiefen Ebene verschoben. Das bedeutet, dass der Frontspoiler in der ausgefahrenen Position näher an der Fahrbahn ist als in der eingefahrenen Position. Wenn sich das Fahrzeug auf unebener Fahrbahn befindet und das Fahrzeug sich mit dementsprechend reduzierter Geschwindigkeit fortbewegt, kann der Frontspoiler durch die Unebenheiten der Fahrbahn nicht beschädigt werden, weil der Frontspoiler aufgrund des Geschwindigkeitssignals einfährt oder wieder ausfährt.
3 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels eines pneumatischen Muskels. Der Verstellmechanismus für den Frontspoiler enthält einen pneumatischen Muskel, wie er in der Patentanmeldung DE 101 59 868.8 beschrieben wurde.
4 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels einer Formgedächtnislegierung.
Ein Zugelement 12 enthält eine Formgedächtnislegierung, wobei besagtes Zugelement 12 als Drahtelement ausgestaltet sein kann. Ein derartiger Draht besteht aus einem oder mehreren Strängen, welche miteinander verflochten sein können, wie beispielsweise in einem Drahtseil.
Dieses Zugelement weist an einem Ende eine feste Einspannung 13 auf und ist an seinem freien Ende an einen als Last wirkenden Verschiebe- oder Verstellmechanismus gekoppelt. Die Verwendung von biegesteifen Zugelementen nach der Art eines stabförmigen Trägerelements ermöglicht es, die Zugelemente mit einer tragenden Funktion zu verknüpfen. Die Verwendung von biegeschlaffen Zugelementen ermöglicht die Ausführung einer Hubbewegung, Verschiebung oder Drehung eines Bauteils wahlweise auch über eine oder mehrere Umlenkvorrichtungen. Damit kann der gesamte Verstellmechanismus an das vorhandene Platzangebot angepasst werden.
Durch die Last wird die benötigte Kraft aufgebracht, um die Martensitstruktur der Formgedächtnislegierung in kaltem Zustand zu entzwillingen. Die Last leitet somit die Formänderung des Zugelements ein, ohne eine Phasenänderung zu bewirken. Wenn an ein derartiges Zugelement eine elektrische Spannung an seinen Enden gelegt wird, kommt es zur Erwärmung des Zugelements und dementsprechend zu der Phasenumwandlung in die Hochtemperaturphase (Austenit) welche eine Verkürzung desselben zur Folge hat. Die Kontraktion beträgt 3,5 bis 5 %, der ursprünglichen Länge des Zugelements. Diese Verkürzung kann dazu genützt werden, einen Verstellmechanismus zu aktivieren, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 20 km/h unterschreitet. Wenn die Erwärmung durch Anlegen einer genügend hohen Spannung hervorgerufen wird, kann die Verkürzung innerhalb weniger Sekunden erfolgen. Sobald es zu einer Abkühlung des Zugelements kommt, wird die Gefügestruktur wieder vom Austenit in den verzwilligten Martensit umgewandelt. Dadurch fährt der Frontspoiler 2 automatisch in seine Ausgangsposition zurück. Durch das Gewicht des Frontspoilers kommt es wiederum zu der Entzwillingung des Martensits. Somit kann durch die Verwendung einer Formgedächtnislegierung in einem Zugelement 12 ein nahezu vollständig reversibel wirkender Verstellmechanismus realisiert werden.
Die elektrische Spannung wird über einen Spannungsvervielfacher (Transformator) in einem Kondensator aufgebaut. Wenn ein Signal von einem Signalgeber kommt, wird der Halbleiterschalter umgelegt und das Zugelement 12 mit der Kondensatorspannung beaufschlagt. Diese Spannung bewirkt die Umlagerung der Kristallstruktur durch Erwärmung und führt zur Verkürzung des Zugelements 12. Die Wirkung des Zugelements 12 entspricht somit einer Muskelkontraktion, durch welche der Frontspoiler in Kontraktionsrichtung verschoben wird. Zur Führung der Bewegung des Frontspoilers wird eine Führungsstange 20 vorgesehen. Somit ist eine Biegesteifigkeit des Zugelements nicht erforderlich. Diese Führungsstange kann in ihrer Neigung variiert werden. Dadurch wird das Spaltmaß zwischen Frontspoiler 2 und Stossfänger 1 verändert, weil der Neigungswinkel für die Verschiebebewegung entlang dieser Führungsstange verändert wird. Die dargestellte Verkürzung des Zugelements 12 ist in der unten dargestellten ausgefahrenen Position des Frontspoilers stark übertrieben dargestellt. Durchschnittliche Verkürzungen liegen im Bereich von 5 % der ursprünglichen Länge des Zugelements mit der Formgedächtnislegierung. Frontendträger, Stossfängerträger oder eine Karosserie können als geeignete Teile eines Fahrzeugs für die Anbringung der festen Einspannung 13 angesehen werden, da sie im allgemeinen auf wesentlich größere Kräfte ausgelegt werden müssen, als die Kräfte, die durch die Aktivierung des Frontspoilers in die besagten Frontendträger, Stossfängerträger oder eine Karosserie eingeleitet werden.
5 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels einer Drehfeder. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Frontspoiler mittels eines fluidbetätigten Aktuators 14 in die ausgefahrene Position verschoben. Die Rückstellung erfolgt mittels der Drehfeder 15. Zusätzlich kann eine Führungsschiene 16 vorgesehen werden, welche eine Nut 17 aufweist. In der Nut 17 gleitet ein Führungselement 18, welches mit dem Frontspoiler verbunden ist. Durch Variation des Luftdrucks ist es mit dieser Variante möglich, beliebige Positionen zwischen der eingezogenen Position und der ausgefahrenen Position des Frontspoilers zu realisieren. Es besteht demnach auch die Möglichkeit auf Windkräfte gezielt zu reagieren und die aerodynamische Wirkung des Frontspoilers zu verbessern.
6 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels eines druckluftbetätigten Aktuators. Im Unterschied zu 5 handelt es sich anstatt um einen einfach wirkenden Aktuator um einen doppelt wirkenden, fluidbetätigten Aktuator 19. Somit kann auf die Rückstellkraft der Feder verzichtet werden.
7 zeigt den Antrieb des Frontspoilers mittels eines Linearmotors. Bei diesem Stellmotor kann es sich um einen Linearmotor handeln, also einen durch Veränderung eines Magnetfeldes betriebenen Motor, oder um einen Elektromotor, der mittels eines Getriebes eine Zahnstange oder dergleichen betreibt.
Die Steuerung des Verstellmechanismus erfordert eine geschwindigkeitsabhängige, vom Fahrzeuglenker nicht beeinflussbare und eine vom Wunsch des Fahrzeuglenkers veränderbare Stellung des Frontspoilers in den Geschwindigkeitsbereichen, welche für den Fußgängerschutz nicht von Bedeutung sind.
Bei einem doppeltwirkenden hydraulischen oder pneumatischen Aktuator besteht der Aktuator aus einem Gehäuse mit einem darin verschiebbaren Kolben. Die vordere, in der 8 linksseitige Position des Kolbens entspricht der ausgefahrenen Position des Frontspoilers. Die hintere, in der Zeichnung rechtsseitige Position entspricht der eingefahrenen Position des Frontspoilers.
Für den Geschwindigkeitsbereich von 0–20 km/h ist der Kolben 28 in seiner rechtsseitigen Position. Dazu fördert die Pumpe 21 Hydraulikflüssigkeit von dem Reservoir 25 in den Zylinderraum 29 solange bis der Kolben am rechtsseitigen Anschlag ist. Erhöht sich die Geschwindigkeit dann nicht, schaltet das Ventil 31 auf die geschlossene Position. Ventil 27 hält die Verbindung vom Zylinderraum 30 zum Reservoir geöffnet.
Steigt die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert über 20 km/h, erzeugt die Auswerteeinheit 24 ein Signal zur Verschiebung von Ventil 31 in die mittlere Position. Das Druckfluid im Kolbenraum 29 kann nun zum Reservoir 25 abfließen. Das Ventil 27 wird ebenfalls von der Auswerteeinheit 24 in die mittlere Position verschoben. Somit fördert die Pumpe 21 in den Zylinderraum 30. Wenn der Kolben 28 an seiner linksseitigen Endlage angekommen ist, verbleibt das Ventil 31 in seiner mittleren Position, sodass die Pumpe weiter direkt in das Reservoir 25 fördert. Das Ventil 27 schließt, sodass sowohl die Verbindung von Pumpe zum Zylinderraum 30 als auch vom Zylinderraum 30 in das Reservoir unterbrochen ist.
Erst wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 60 km übersteigt, kann der Frontspoiler entweder in seiner ausgefahrenen Position verbleiben oder in seine eingefahrene Position zurückschwenken. Diese Auswahl kann entweder automatisch oder auch durch Eingriff des Fahrzeuglenkers bei einer beliebigen Geschwindigkeit über 60 km/h erfolgen. In jedem Fall wird der Frontspoiler wieder in seine eingezogene Position gefahren, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 20 km/h sinkt. Bei einem derartigen Signal von der Auswerteeinheit 24 wird das Ventil 31 in seine linke Position verschoben, sodass die Verbindung zwischen Zylinderraum 29 und Pumpe 21 geöffnet wird. Auch das Ventil 27 wird in seine linksseitig dargestellte Position verschoben, womit die Verbindung zwischen Kolbenraum 30 und Reservoir 25 geöffnet wird. Da im Prinzip die Zeitpunkte des Öffnens und Schließens der beiden Ventile beliebig steuerbar sind, kann der Kolben in jeder beliebigen Zwischenposition festgehalten werden. Das bedeutet, dass zur Verbesserung des aerodynamischen Fahrverhaltens vor allem bei Geschwindigkeiten über 60 km/h eine manuelle oder automatische Einstellung in jeder beliebigen Position erfolgen kann. Diese Einstellung erfolgt durch ein Verschieben der beiden Ventile 27 und 31 in eine Position, in welcher der Zu- oder Abfluss von jedem der beiden Zylinderräume 29 und 30 unterbunden ist. Die Ventile 26 sind Rückschlagventile, die überhöhten Druck in den Leitungen und den Kolbenräumen verhindern. 8 beschreibt nur eine von vielen möglichen Abläufen einer Steuerung. Die Erfindung ist somit nicht auf diese Steuerung beschränkt, sondern umfasst alle Steuerungen, welche in der Lage sind, die Position des Frontspoilers in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit in der angegebenen Weise zu verändern.

1: Stossfänger
2: Frontspoiler
3: Verstellmechanismus
4: eingezogene Position
5: ausgefahrene Position
6: Haltevorrichtung für Stossfänger
7: Haltevorrichtung für Stossfänger
8: Fahrzeugrahmenkonstruktion
9: Energieabsorber
10: Motorhaube
11: Fluidmuskel
12: Zugelement
13: feste Einspannung
14: fluidbetätigter Aktuator
15: Drehfeder
16: Führungsschiene
17: Nut
18: Führungselement
19: doppelt wirkender Aktuator
20: Führungsstange
21: Pumpe
22: Motor
23: Drehzahlmesser
24: Auswerteeinheit
25: Reservoir
26: Rückschlagventil
27: elektrisch angesteuertes Mehrwegventil
28: Kolben
29: linksseitiger Zylinderraum
30: rechtsseitiger Zylinderraum
31: Ventil

Claims

Stossfänger (1) mit einem Frontspoiler (2), welcher unterhalb des Stossfängers angeordnet ist und mittels eines Verstellmechanismus (3) in seiner Lage gegenüber dem Stossfänger veränderbar ist, wobei die Lageveränderung des Frontspoilers in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt, gekennzeichnet dadurch, dass die Lageveränderung entlang einer schiefen Ebene erfolgt.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Frontspoiler bei einer Geschwindigkeit von weniger als 20 km/h in einer eingezogenen Position (4) verbleibt.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die eingezogene Position einer bezüglich der Fahrzeugfront zurückgesetzten Position entspricht.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Frontspoiler bei einer Geschwindigkeit von mehr als 20 km/h in eine ausgefahrene Position (5) verstellt wird.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die ausgefahrene Position einer der Fahrzeugfront im wesentlichen entsprechenden Position entspricht.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellmechanismus einen pneumatischen Muskel umfasst.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellmechanismus eine Formgedächtnislegierung enthält.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellmechanismus eine Drehfeder umfasst.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellmechanismus mittels Gasdruck betrieben wird.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellmechanismus mittels Druckflüssigkeit betrieben wird.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellmechanismus mittels eines Linearmotors betrieben wird.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellmechanismus mittels eines Elektromotors betrieben wird.
Stossfänger mit einem Frontspoiler nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass der Elektromotor ein Getriebe und der Verstellmechanismus eine Zahnstange enthält.
Frontspoiler mit Antriebsmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher automatisch bei einer Geschwindigkeit von über 20 km/h ausfährt, wenn ein Aktuator nach Varianten gemäß Ansprüchen 6-10 verwendet wird.