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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Fahrzeuge, insbesondere die Straßenfahrzeuge.
Sie bezieht sich genauer auf die passive Sicherheit solcher Fahrzeuge,
wie sie in den Ansprüchen
1 und 2 definiert ist. Die Merkmale der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und
2 sind aus der DE-A-198 17 992 bekannt.
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Straßenfahrzeuge,
insbesondere Personenfahrzeuge, werden derzeit mit einem großen Bemühen um Sicherheit
hergestellt. Üblicherweise
unterscheidet man die aktive Sicherheit und die passive Sicherheit.
Die aktive Sicherheit ist die Fähigkeit
eines Fahrzeugs, einen Unfall zu vermeiden, während die passive Sicherheit
die Fähigkeit
eines Fahrzeugs ist, seine Insassen wirkungsvoll zu schützen, wenn der
Unfall nicht vermieden werden konnte. Zu dieser letzteren Kategorie
gehören
die Sicherheitsgurte, die aufblasbaren Kissen (üblicherweise "Airbag" genannt), die sich
im Fall eines Aufpralls entfalten, und ebenfalls die Fähigkeit
des Fahrzeugs, durch sein eigenes Zusammenstauchen einen Teil der
kinetischen Energie zu absorbieren, die im Fall eines Aufpralls abgeleitet
werden muss, wobei gleichzeitig eine Überlebenszelle für die Insassen
aufrechterhalten wird, die so wenig Verformungen wie möglich erfährt.
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Man
ist heute in der Lage, Aufbauten für Personenfahrzeuge zu gestalten,
die eine üblicherweise als
unverformbar bezeichnete Fahrgastzelle haben, die zumindest im vorderen
Bereich des Fahrzeugs durch einen Bereich geschützt wird, der sich plastisch
verformt, um einen Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs zum
Zeitpunkt des Aufpralls zu absorbieren, und auch, um die Verlangsamung
zu verringern, der die Fahrgäste
ausgesetzt sind. Es ist wichtig, die Größe dieser Verlangsamung so
weit wie möglich
zu begrenzen, um die Gefahr eines Traumas bei den Fahrgästen oder
seine Schwere zu begrenzen. Außerdem
wird danach getrachtet, dass kein mechanisches Element, wie zum
Beispiel der Motor oder der Lenkmechanismus, oder die mit den Pedalen
verbundenen Steuergestänge
in die Fahrgastzelle eindringen. Daher wird manchmal auf ein Konzept der
Anordnung der mechanischen Elemente in Kombination mit der Form
der Trennwand zurückgegriffen,
die den Motorraum von der Fahrgastzelle trennt, um im Fall eines
Aufpralls das Gleiten des Motors unter die Fahrgastzelle zu begünstigen.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, den Schutz der Insassen eines Fahrzeugs
bei einem Frontalaufprall noch zu verbessern.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
1 schlägt
ein Fahrzeug mit einer bevorzugten Fahrtrichtung am Boden vor, das
aufweist:
- – vorne
ein Fahrgestell, das sich zum vorderen Ende des Fahrzeugs verlängert, wo
es eine Aufprallzone aufweist,
- – eine
Fahrgastzelle für
den Transport von Fahrgästen,
wobei die Fahrgastzelle selbsttragend ist, wobei die Fahrgastzelle
eine Vorderkante aufweist, wobei eine gewisse Freiheit zwischen
der Aufprallzone und der Vorderkante der Fahrgastzelle ausgestaltet
ist,
- – ein
Verbindungselement, das eine Verbindungsstange bildet, von der ein
Ende am Fahrgestell in einer Verbindungszone mit dem Fahrgestell
und das andere Ende an der Fahrgastzelle in einer Verbindungszone
mit der Fahrgastzelle angelenkt ist, wobei die Verbindungszone mit
der Fahrgastzelle sich auf einem höheren Niveau befindet als die
Verbindungszone mit dem Fahrgestell, wobei die Verbindungszone mit
der Fahrgastzelle sich hinter der Verbindungszone mit dem Fahrgestell befindet.
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Die
meisten Gewichtselemente des Antriebssystems des Fahrzeugs sind
vorzugsweise am Fahrgestell befestigt. Der Begriff der bevorzugten Fahrtrichtung
ermöglicht
es, am Fahrzeug klar einen vorderen und einen hinteren Bereich zu
bezeichnen. Er ermöglicht
es also, Zo nen am Fahrzeug zu bezeichnen, von denen gesagt wird,
dass sie sich mehr oder weniger hinten oder mehr oder weniger vorne befinden.
Er ermöglicht
es auch, in senkrechter Richtung verschiedene Niveaus zu bezeichnen,
die bezüglich
des Bodens mehr oder weniger hoch liegen.
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Ein
Fahrgestell in der üblichen
Bedeutung dieses Begriffs ist ein Aufbau, der einerseits die mechanischen
Elemente und andererseits die Fahrgastzelle trägt, und der primär die strukturelle
Steifigkeit des Fahrzeugs bestimmt, insbesondere seine Verdrehungssteifigkeit.
Diese Konstruktionstechnik wird nach wie vor bei vielen Fahrzeugen
mit Vierradantrieb verwendet. Es ist bekannt, dass die Technik des selbsttragenden
Wagenkastens dazu geführt
hat, bei praktisch allen heute hergestellten Personenfahrzeugen
das Fahrgestell wegzulassen. Die mechanischen Elemente wie die Motoren,
die Schaltgetriebe, die Verbindungen mit dem Boden sind deshalb
aber nicht immer einzeln auf den Wagenkasten montiert. Es gibt,
was man Halterungen oder Hilfsrahmen nennt, die einen Aufbau bilden,
auf den man eine Einheit von mechanischen Elementen montiert, wobei die
Halterung selbst auf den Wagenkasten montiert wird. In diesem Fall
ist nicht beabsichtigt, dass die Halterung zur Steifheit des Wagenkastens
beiträgt, da
ihre Hauptfunktionen die Vereinfachung der Montage des Fahrzeugs
und ein Beitrag zu einer besseren Isolierung der Vibrationen sind.
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Das
erfindungsgemäße Fahrzeug
hat zum Teil den Aufbau der Fahrzeuge mit getrenntem Fahrgestell,
wobei es aber ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass es eine
Fahrgastzelle gibt, die so gestaltet ist, dass sie den Fahrgästen eine Überlebenszelle
bietet. Die mechanischen Elemente sind so angeordnet, dass ihre
Masse den Schutz der Fahrgäste nicht
beeinträchtigt.
Daher wird auf eine von der Fahrgastzelle getrennte, stützende und
tragende Struktur zurückgegriffen,
die sowohl dem Fahrgestell ähnelt,
da die Struktur eine Eigensteifig keit aufweist, die derjenigen vergleichbar
ist, die man von klassischen Fahrzeugen erwartet, und die auch der
Technik der Halterung ähnelt,
da sie sich nicht unbedingt über
die ganze Länge
des Fahrzeugs erstreckt, und da sie nicht davon befreit, der Fahrgastzelle
die Eigensteifigkeit zu verleihen, die man von den so genannten "unverformbaren" Fahrgastzellen erwartet. In
der vorliegenden Erfindung wird der Begriff "Fahrgestell" in diesem Sinne verstanden.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung besser verstanden
werden, die ein vierrädriges
Personenfahrzeug betrifft, auch wenn das angegebene Beispiel nicht
einschränkend
zu verstehen ist. In den beiliegenden Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
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2 eine
schematische Darstellung des gleichen Fahrzeugs nach einem frontalen
Aufprall;
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3 eine
Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Elements
in der Ruhestellung;
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4 das
gleiche Element während
des Betriebs bei einem Aufprall;
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5 das
gleiche Element nach einem Aufprall;
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6 eine
Endansicht des gleichen Elements in der Ruhestellung.
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In 1 sieht
man ein Fahrzeug mit einem Fahrgestell 1 mit Mittelträger 10.
Das Fahrzeug besitzt einen Wagenkasten 2, der eine Fahr gastzelle 20 für den Transport
von Fahrgästen,
ein vorderes Abteil 21, das die mechanischen Elemente abdeckt,
und ein hinteres Abteil 22 bildet, das Gepäck aufnehmen kann.
Die Fahrgastzelle 20 weist Sitze 24 auf, um Fahrgäste aufzunehmen.
Die Fahrgastzelle kann mit jedem geeigneten Element versehen sein,
das zum Schutz der Fahrgäste
beiträgt,
wie zum Beispiel Sicherheitsgurte und/oder Airbags. Die Fahrgastzelle bildet
eine Überlebenszelle,
die im Wesentlichen dem Fahrgäste
aufnehmenden Abteil entspricht.
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An
der Vorderseite des Fahrzeugs weist das Fahrgestell 1 einen
geschlossenen Rahmen 11 auf, der zur Rückseite des Fahrzeugs hin mit
dem Mittelträger 10 verbunden
ist. Der größte Teil
der Mechanik ist im Inneren des Rahmens 11 angeordnet.
Man sieht insbesondere einen Motor 3. Die Wahl des Antriebssystems
(klassischer Wärmemotor,
Elektromotor, mit Radantrieb über
mechanische Wellen oder elektrischen Antrieb) ist unwichtig, es
ist aber von Vorteil, die meisten der Gewichtselemente des Antriebsystems
des Fahrzeugs am Fahrgestell zu befestigen, was das Gewicht der
Fahrgastzelle dementsprechend verringert.
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An
der Vorderseite endet das Fahrgestell in einer Aufprallzone 1A.
Auf diese Aufprallzone wirken im Fall eines Frontalaufpralls die
ersten Kräfte
ein. Diese Aufprallzone kann einen Bereich mit progressiver Verformung
aufweisen, oder es kann vorne vor ihr ein Karosseriebereich mit
progressiver Verformung liegen, der vorzugsweise berechnet ist,
um die Aufschläge
bis zu einem Pegel mittlerer Größe zu absorbieren.
Anders gesagt, greift die mechanische Vorrichtung, die dazu bestimmt
ist, die Fahrgastzelle anzuheben, erst bei einem gewissen Schweregrad
einer Kollision ein.
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Zwischen
der Aufprallzone 1A und der vorderen Begrenzung 20A der
Fahrgastzelle 20 gibt es eine gewissen Freiheit, d.h. einen
gewissen Abstand, der genutzt wird, um eine Verschiebung der Fahrgastzelle 10 nach
vorne zu erlauben. Diese relative Bewegung zwischen Fahrgestell
und Fahrgastzelle ermöglicht
es, die Fahrgastzelle nur einer Verlangsamung auszusetzen, die sehr
viel geringer ist als diejenige des Fahrgestells. Es ist die Aufgabe
der mechanischen Vorrichtung, zumindest den vorderen Bereich der
Fahrgastzelle bezüglich
des Fahrgestells anzuheben.
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In
den 1 und 2 sieht man einen Schwingarm 4,
der eine Art Kippvorrichtung bildet. In diesem Fall ist er das Verbindungselement.
In der Praxis gibt es vorzugsweise mindestens zwei Schwingarme,
die so montiert sind, dass sie eine Dreiecksform in einer Querebene
bilden, damit die Fahrgastzelle sich bezüglich des Fahrgestells nicht seitlich
verschieben kann. Der Schwingarm 4 liegt auf dem Fahrgestell
in einer ersten Höhe
auf, die man in den 1 und 2 durch
die Gelenkachse 40 kennzeichnen kann. Dieses Gelenk 40 ist
so auf das Fahrgestell 1 montiert, dass seine geometrische
Achse im Wesentlichen waagrecht und lotrecht zur bevorzugten Fahrtrichtung
ist. Es kann sich um ein wirkliches Gelenk oder auch um jede andere
technische Lösung
mit äquivalenter
Wirkung handeln, die ein Pseudogelenk bildet. Dies kann eine lokalisierte
Materialverdünnung
in einem durchgehenden Strukturteil sein, das sowohl das Fahrgestell
als auch den Schwingarm bildet.
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Die
Funktion des Verbindungselements ist es, zumindest den vorderen
Bereich der Fahrgastzelle bezüglich
des Fahrgestells anzuheben, wobei es in der Anlage ist, sich im
Fall eines Aufpralls bezüglich des
Fahrgestells nach vorne zu bewegen. Das Verbindungselement wirkt
wie eine Verbindungsstange, das heißt, dass es in einer Längsebene,
wie zum Beispiel der Ebene der obigen 1, gesehen
keine andere Stange in der Verbindung zwischen der Fahrgastzelle
und dem Fahrgestell an der Vorderseite der Fahrgastzelle gibt.
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Die
Hauptaufgabe ist es also, bei einem Frontalaufprall die Funktion
des Anhebens der Fahrgastzelle aufgrund ihrer Trägheit durch ein beliebiges geeignetes
Mittel zu gewährleisten.
Zu diesem Zweck nimmt die Kippvorrichtung die Fahrgastzelle 20 auf
einem zweiten Niveau auf, das höher
ist als das erste Niveau, wobei die Aufnahmezone der Fahrgastzelle
sich bezüglich
der Auflagezone auf dem Fahrgestell hinten befindet. Man kann dieses
zweite Niveau in den Zeichnungen 1 und 2 durch das Gelenk 41 kennzeichnen.
Was weiter oben über
das Gelenk 40 gesagt wurde, betrifft auch das Gelenk 41.
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Die
geometrische Achse des Gelenks oder der Gelenke ist vorzugsweise
die gleiche. Um das Anheben der Fahrgastzelle zu erleichtern, verläuft, wenn
man in der Symmetrieebene des Fahrzeugs die Projektion des für die Anlenkung
an die Fahrgastzelle repräsentativen
Punkts (siehe 41) und des für die Anlenkung an das Fahrgestell
repräsentativen
Punkts (siehe 40) betrachtet, die die repräsentativen
Punkte verbindende Gerade (D1) vorzugsweise
oberhalb des Schwerpunkts (CG) der Fahrgastzelle (siehe 1). In
einer Variante oder als Komplement kann man auch das Anheben der
Fahrgastzelle erleichtern, indem eine pyrotechnische Ladung und
Aufprallerfassungsmittel verwendet werden, um ihr Zünden auszulösen, wobei
die pyrotechnische Ladung das Anheben der Fahrgastzelle bezüglich des
Fahrgestells unterstützt,
zum Beispiel, indem sie eine senkrechte Kraft auf die Kippvorrichtungen)
ausübt.
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Die
vergleichende Betrachtung der 1 und 2 ermöglicht das
Verständnis
dafür,
wie die Anhebebewegung des vorderen Bereichs der Fahrgastzelle 20 organisiert
wurde, indem das Gelenk 41 um das Gelenk 40 schwenkt,
wie durch die Linie M gezeigt ist.
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In
einer Ausführungsvariante,
die stark an den Fall des Fahrgestells mit Mittelträger 10 angepasst
ist, bildet das Verbindungselement eine Kippvorrichtung, die hauptsächlich aus
einem Bauteil 4B (siehe 3 bis 6)
besteht, das über
dem Mittelträger
aufsitzend montiert und am Mittelträger zu dessen beiden Seiten über ein
Gelenk (40B) angelenkt ist, dessen geometrische Achse im
Wesentlichen waagrecht und lotrecht zur bevorzugten Fahrtrichtung
ist.
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Die
in 3 und den folgenden Figuren dargestellte Ausführungsform
zeigt ein weiteres, nicht einschränkend zu verstehendes Detail
der Ausführung,
das aber vorteilhaft ist, um die Übertragung von Vibrationen
in die Fahrgastzelle zu vermeiden. In 3 sieht
man, dass das Verbindungselement nicht mit der Fahrgastzelle 20 in
Kontakt ist, dass es sie aber im Fall eines Aufpralls aufnehmen
kann. Die Kippvorrichtung(en), die als Verbindungselement dient
oder dienen, endet oder enden auf der Seite der Fahrgastzelle in
einem Puffer 42B, der vor einem Ausleger 24 montiert
ist, der bezüglich
des Puffers nach hinten verschoben ist. Es bleibt also ein geringes
Spiel zwischen Kippvorrichtung und Fahrgastzelle. Die Fahrgastzelle
ist außerdem
auf das Fahrgestell über
Verbindungen montiert, die im Fall eines Aufpralls eine relative
Bewegung zwischen Fahrgestell und Fahrgastzelle parallel zur bevorzugten Fahrtrichtung
erlauben, zum Beispiel über
Verbindungen, die Kautschuk zwischen zwei Gestellen aufweisen. Durch
die Verformung des Kautschuks können
auf einfache Weise die geeigneten Verschiebungen zwischen Fahrgestell
und Fahrgastzelle ermöglicht
werden. Der Ausleger 24 ermöglicht es, im Fall eines Aufpralls
den vom Wagenkasten ausgeübten Schub
auf den Puffer zu übertragen.
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Die
Ausführungsform
der Kippvorrichtung 4B weist auch eine Variante auf der
Seite der Anlenkung der Kippvorrichtung am Fahrgestell 1 auf.
Man sieht, dass das Gelenk aus einem ersten Gelenk 40B und dann
aus einem zweiten Gelenk 43B besteht. Die Gelenke 40B und 43B einerseits
und der ein Gelenk auf der Seite der Fahrgastzelle bildende Puffer 42B andererseits
sind so positioniert, dass in der Ruhestellung, wie in 3 gezeigt,
die das erste Gelenk 40B mit dem Puffer 42B verbindende
Gerade D1 oberhalb des Schwerpunkts der
Fahrgastzelle verläuft,
und während
des Kippens, wenn das zweite Gelenk 43B gegen das Fahrgestell 1 in
Auflage kommt, wie in 4 gezeigt, verläuft die
das zweite Gelenk 43B mit dem Puffer 42B verbindende
Gerade D2 oberhalb des Schwerpunkts der
Fahrgastzelle. Dadurch kann die Fahrgastzelle höher angehoben werden, ohne
den Beginn der Anhebebewegung zu beeinträchtigen, indem dem Gelenk auf
der Seite der Fahrgastzelle eine Bewegung in zwei aufeinanderfolgenden
Kreisbögen
M1 und M2 verliehen
wird.
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Vorzugsweise
sollte auch der hintere Bereich der Fahrgastzelle bezüglich des
Fahrgestells geführt werden.
Wieder unter Bezugnahme auf die 1 und 2 sieht
man eine besondere, aber nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsform
einer solchen Führung.
Das Fahrgestell 1 verlängert
sich zum hinteren Bereich des Fahrzeugs, und der hintere Bereich
der Fahrgastzelle, und hier genauer ihre durch den Kofferraum gebildete
Verlängerung,
ist auf das Fahrgestell über
eine eine Gleitschiene 25 bildende Einrichtung montiert,
die in Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Dies ermöglicht es, die Fahrgastzelle dazu
zu zwingen, sich während
ihres Anhebens zu neigen. Auf diese Weise bietet die Sitzfläche 23 der Sitze 24 eine
Hilfe für
den Rückhalt
der Fahrgäste.
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Man
sieht auch einen Stoßdämpfer 45,
der durch die relative Bewegung zwischen der Fahrgastzelle 20 und
dem Fahrgestell 1 betätigt
wird. Obwohl ein Teil der Energie abgeleitet wird, indem eine Last beim
Aufprall angehoben wird, kann man die Ableitung verstärken, indem
man zu diesem Zweck einen Stoßdämpfer einbaut.
Dieser Stoßdämpfer 45 weist ein
rohrförmiges
Reservoir 46 auf, das mit einem viskosen Fluid gefüllt ist
und in dem sich eine Wand 47 verschieben kann, die mindestens
eine kalibrierte Öffnung
aufweist, wobei die Dämpfung
durch die Abflussreduktion des viskosen Fluids erzeugt wird, das dazu
gezwungen wird, von einer Seite der Wand zur anderen überzugehen,
wobei die Wand über
ein Seil 48 ins Innere des Reservoirs gezogen wird, wobei das
Seil und das Reservoir fest mit der Fahrgastzelle bzw. mit dem Fahrgestell
verbunden sind. In der vorgeschlagenen Ausführungsform ist das Seil mit
dem hinteren Ende 1B des Fahrgestells 1 verbunden.
Es ist anzumerken, dass der Überhang über das
Fahrgestell hinaus, den der fest mit der Fahrgastzelle verbundene
Kofferraum 22 bildet, auch das Anheben der Fahrgastzelle
im Fall eines rückwärtigen Aufpralls
ermöglicht.
Es ist also vorteilhaft, wenn die Fahrgastzelle 20 eine
Heckkante 20B aufweist, die weiter hinten angeordnet ist
als das hintere Ende 1B des Fahrgestells 1.
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Es
ist noch anzumerken, dass die Erfindung es auch ermöglicht,
die Fahrgastzelle
20 auf dem Fahrgestell
1 in
einer um eine Längsachse
neigbaren Weise zu montieren, die sich in der Symmetrieebene des
Fahrzeugs befindet. Zu diesem Zweck wird auf die Patentanmeldung
EP 0 878 378 verwiesen.
Dort sieht man, dass die Fahrgastzelle derart auf ein Fahrgestell
montiert ist, dass sie einen veränderlichen Rollwinkel
bilden kann, wobei Steuermittel zwischen das Fahrgestell und die
Fahrgastzelle eingefügt
sind. Man kann dann den Rollwinkel positiv steuern. Man kann diese
Anordnung mit der vorliegenden Erfindung kombinieren, indem man
die Verbindungszone mit der Fahrgastzelle im Wesentlichen in der
Längsachse
positioniert, um die die Fahrgastzelle geneigt werden kann.
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Auf
der Basis der obigen Beschreibung kann der Fachmann Anpassungen
nach seinen eigenen Wünschen
vornehmen, ohne den Rah men der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zum Beispiel könnte man
außerdem
den hinteren Bereich der Fahrgastzelle anheben, indem man dementsprechend
eine oder mehrere weitere Kippvorrichtungen anordnet. Wenn man jeden
permanenten Kontakt der Kippvorrichtungen) vermeiden möchte, um
die Übertragung von
Vibrationen zu vermeiden, kann man natürlich eher einen Spielraum
zwischen dem Fahrgestell und der Kippvorrichtung als zwischen der
Fahrgastzelle und der Kippvorrichtung vorsehen.