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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Fahrzeugwagenvorderbau, umfassend ein Paar von seitlich
beabstandeten Trägern, wobei jeder ein Blechelement aufweist,
das eine größere Länge als sowohl Breite als auch Höhe hat,
und einen Bereich hat, der in der Längsrichtung des Fahrzeugs
ausgerichtet ist, ebenso wie eine Einrichtung zum Erfassen
der Verzögerung des Fahrzeugs während einer Kollision, und,
als Funktion davon, zum Verändern der Steifigkeit des Trägers
in seiner Längsrichtung.
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Kastenträger werden für eine Reihe unterschiedlicher
Anwendungen in Fahrzeugen verwendet, beispielsweise als die
Vorderseitenelemente der Fahrgastwagenchassis und sind somit
Komponenten, deren Gestaltung beträchtlich die
Crashsicherheit des Fahrzeugs beeinflusst. Beim Streben nach
dem Erreichen einer hohen Crashsicherheit, hat man stets
danach gestrebt, durch eine gesteuerte Crashsequenz soweit
wie möglich die Elemente in der Struktur dazu zu bringen,
dass sie auf die am meisten Energie absorbierende Weise
deformiert werden, was ein progressives Stauchen oder
Knautschen ist. Weniger Energie absorbierende Reaktionen, wie
ein Drehen, Beulen oder Biegen, sollten somit vermieden
werden.
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Von einem Kollisionssicherheits-Gesichtspunkt aus sollte
idealer Weise das Volumen, das durch den Vorderbereich des
Fahrzeugs gebildet wird, aus einer großen Anzahl von Zellen
bestehen, von denen jede eine große Energie absorbierende
Fähigkeit aufweist, unabhängig davon, aus welcher Richtung
das Fahrzeug getroffen wird, wobei jedoch solche Lösungen für
die Massenfertigung aus mehreren Gründen nicht anwendbar
sind.
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Testfahrzeuge wurden gemacht, die mit geschäumtem Kunststoff
gefüllte Kastenträger verwenden, um eine kontrollierte
Deformation zu erreichen. Solche Fahrzeuge wurden jedoch
niemals in großen Zahlen hergestellt. Die Gründe dafür sind
vielseitig, wobei jedoch die wichtigsten die hohen Kosten
sind, die mit dem komplizierten Herstellungsvorgang
einhergehen, und der Umweltgesichtspunkt durch giftige
Chemikalien im verwendeten Schaum.
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Normalerweise wird das Trägersystem in einem Fahrzeug als ein
passives Sicherheitssystem angesehen, bei dem primär die
geometrische Gestalt der kastenförmigen Träger die
Kollisionssicherheit durch ihre Energie absorbierende
Fähigkeit bestimmt. Es ist jedoch bekannt, ein "aktives"
Trägersystem in einem Fahrzeug anzuordnen, d. h. ein System,
in dem eine Kollision eine Aktivität auslöst, die dazu führt,
dass sich das Trägersystem auf eine Weise verhält, die die
normalen mechanischen Grenzen übertrifft. Solch ein aktives
Trägersystem ist beispielsweise aus der US 4 050 537 bekannt.
Hier wird eine explosive Charge verwendet, um bei einer
Kollision den Querschnitt eines Kastenträgers auf solch eine
Weise zu verändern, dass seine Steifigkeit und somit seine
Energieabsorptionsfähigkeit zunimmt. Die Schwierigkeit ist
jedoch, eine gesteuerte Detonation in Verbindung mit der
Deformation zu erreichen, die durch die Kollision bewirkt
wird, so dass das Ergebnis tatsächlich eine Zunahme in der
Steifigkeit und der Energieabsorptionsfähigkeit ist und nicht
den Träger durch die Detonation so beschädigt, dass das
Ergebnis das Gegenteil ist.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Vorderstruktur der in der Einleitung beschriebenen Art
vorzusehen, jedoch mit einem aktiven Trägersystem, das das
oben beschriebene Risiko verhindert und das auch die Basis
einer Vorderstruktur sein kann, deren Deformation und
Energieabsorptionsfähigkeit an verschiedene
Kollisionssituationen angepasst werden kann.
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Dies wird gemäß der Erfindung durch die Tatsache erreicht,
dass eine Einrichtung vorgesehen wird, um plötzlich die
Steifigkeit des Trägers in seiner Längsrichtung zu
verringern.
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Die Erfindung erzeugt eine aktive Vorderstruktur, wobei
Technologie, die an sich bekannt ist, auf eine vollkommen
neue Weise verwendet wird, basierend auf der Idee des
Dimensionierens der Träger für eine bestimmte
Kollisionssituation, die eine bestimmte Steifigkeit verlangt,
und des Veränderns der Steifigkeit der Träger für
Kollisionssituationen, in denen eine andere Steifigkeit
wünschenswert ist.
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Die Erfindung kann mit Vorteil die Basis einer Vorderstruktur
sein, in der der Verlauf der Deformation und die
Energieabsorptionsfähigkeit des Trägerelements abhängig
davon, ob eine mehr oder weniger symmetrische
Frontalkollision oder eine sogenannte versetzte Kollision
stattfindet, d. h. eine Kollision mit einem Fahrzeug oder
Objekt, das im wesentlichen auf einer Seite der
Längsmittelebene des Fahrzeugs auftrifft, unterschiedlich
ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Vorderbaus gemäß
der Erfindung sind die Träger jeweils mit einem individuellen
Verzögerungssensor und mit einer Einrichtung zum Aktivieren
von explosiven Chargen koordiniert, die an dem jeweiligen
Träger befestigt sind. Eine Steuereinheit ist vorhanden, um
Signale miteinander zu vergleichen, die die Verzögerung von
jedem Sensor abbilden, und um Signale während einer Kollision
zu den jeweiligen Aktivierungseinrichtungen zu senden, um die
explosiven Chargen nur dann auszulösen, wenn die Differenz
geringer ist als ein vorbestimmter geringster Wert.
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Die Träger sind für eine versetzte Kollision dimensioniert,
was eine hohe Steifigkeit verlangt, da die gesamte oder das
meiste der Deformationsenergie durch nur einen der Träger
absorbiert werden muss. Bei einer symmetrischen
Frontalkollision wird die Deformationsenergie zwischen den
Trägern verteilt und die optimale Energieabsorption wird in
diesem Fall erhalten, indem die Steifigkeit der Träger
verringert wird.
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Die Träger in dem Vorderbau sind somit aktiv. Durch Studieren
der Deformation eines passiven Trägers nach einer Kollision
ist es möglich zu bestimmen, wo der Übergang zwischen dem
Stauchen oder der Knautschfaltenbildung und dem Beulen des
gesamten Trägers beispielsweise auftrat. Durch aktives
Erweichen des Trägers in diesem Gebiet, beispielsweise mit
Hilfe von kleinen pyrotechnischen Chargen, kann das Beulen
vermieden werden und der Knatschfaltenbildungsabstand kann
somit über das erweichte Gebiet in das Gebiet dahinter
ausgedehnt werden, das steifer sein kann.
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Die Erfindung wird nun unten genauer unter Verweis auf
Beispiele, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind,
beschrieben, wobei
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten
Ausführungsform eines Vorderbaus gemäß der
Erfindung eines schematisch dargestellten
Personenwagens zeigt;
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Fig. 2a und 2b perspektivische Ansichten der
Trägerkonstruktion der Frontalstruktur vor und nach
einer bestimmten Deformation zeigen;
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Fig. 3a bis 3d Ansichten von oben auf einen Bereich des
Trägers in Fig. 2a in verschiedenen
Deformationszuständen sind;
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht entsprechend Fig. 1
einer zweiten Ausführungsform ist;
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Fig. 5a und 5b Ansichten entsprechend Fig. 2a und 2b der
Ausführungsform aus Fig. 4 sind;
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Fig. 6a bis 6d Ansichten entsprechend Fig. 3a bis 3d der
Ausführungsform aus Fig. 4 sind; und
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Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für eine
aktive Deformationssteuerung ist.
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In Fig. 1 und 4 bezeichnet 1 einen Fahrzeugkörper des
sogenannten selbsttragenden Typs. Ein Kastenträger, der im
allgemeinen mit 2 bezeichnet ist, ist einer von zwei
Seitenträgern, die symmetrisch relativ zur Mittelebene in
Längsrichtung des Fahrzeugs befestigt sind. Der Träger 2
besteht aus zwei U-Profilen 3, die miteinander durch
Punktschweißen verbunden sind, so dass ein rechteckiges
Kastenprofil gebildet wird. Der gezeigte Träger und seine
allgemeine Konstruktion und Funktion sind gut bekannt und
müssen hier nicht genauer beschrieben werden. Es sollte
ausreichen festzuhalten, dass bei einem auf dem Markt
verfügbaren Fahrzeugmodell die seitlichen Träger als Stützen
für einen Zwischenrahmen dienen, der wiederum den Motor
stützt. Wie es in den Figuren zu erkennen ist, ist der Träger
in die Gestalt eines Horns zugespitzt. Sein Ende 4 (links in
den Figuren) ist mit der Vorderstoßstange 5 (Fig. 1 und 4)
verbunden. Ausgehend von seinem geraden vorderen Bereich, der
sich in der Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt, krümmt
sich der Träger in einen gekrümmten rückwärtigen Bereich 7,
der an der Bodenplatte des Fahrzeugs angebracht ist.
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Jeder Träger 2 in der in Fig. 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsform hat geprägte Vertiefungen 8 in den
aufeinander gerichteten vertikalen Trägerseiten 9. Kleine
explosive Chargen 10 sind in den Vertiefungen befestigt. Die
Vertiefungen 8 mit den explosiven Chargen 10 sind in einem
Bereich angeordnet, der temporär an einer Beulung gehindert
werden muss, und die Träger sind hier so dimensioniert, dass
sie die Struktur davor stützen, so dass sie effektiv zur
Energieabsorption durch Optimieren des Stauchens oder
Knautschfaltenbildungsvorgangs ausgenützt wird. Wenn die
Deformation den Bereich mit den explosiven Chargen 10
erreicht, werden diese sequentiell aktiviert, um die Träger
zu schwächen und ihn am Beulen zu hindern, so dass der
Stauch- oder Knautschfaltenbildungsablauf und die
Energieabsorption sich in den Trägerbereich dahinter
fortsetzen können.
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Ein Verzögerungssensor in der Gestalt eines
Beschleunigungsmessgeräts 20 ist am vorderen Ende jedes
Trägers 2 montiert. Dieser kann von der Art sein, die
verwendet wird, um Airbags (Gassäcke) auszulösen. Die
Beschleunigungsmesser 20 auf den Trägern 2 sind mit einer
Steuereinheit verbunden, z. B. einem Mikroprozessor 21, an den
die elektrisch aktivierten Detonatoren 22 für die explosiven
Chargen 16 ebenso angeschlossen sind. Die Steuereinheit 21
ist so programmiert, dass sie das Auslösen der explosiven
Chargen auf dem jeweiligen Träger sequentiell steuert, wie es
in Fig. 3a bis 3d dargestellt ist, abhängig von den Signalen
von den Beschleunigungsmessgeräten 20.
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Die Steuereinheit 21 ist in einer bevorzugten Ausführungsform
angebracht, um die Signale von den Beschleunigungsmessgeräten
20 miteinander zu vergleichen und die Detonatoren 22 in
Abhängigkeit von einem Muster, das von dem Differentialsignal
abhängt, zu aktivieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit
21 programmiert sein, dass sie die explosiven Chargen 10 von
beiden Trägern 2 gleichzeitig in einem bestimmten Moment
auslöst, wenn das Differentialsignal unter einen bestimmten
vorbestimmten Wert fällt, der eine verhältnismäßig
symmetrische Frontalkollision angibt, wobei beide Träger 2
gleichzeitig zur Energieabsorption einzusetzen sind. Wenn das
Differentialsignal groß ist, was eine sogenannte versetzte
Kollision bezeichnet, muss der Träger 2 auf der Auftreffseite
während der Kollision eine größere Kraft und mehr Energie
absorbieren und daher kann es abhängig von der Crashsequenz
vorteilhaft sein, die explosiven Chargen überhaupt nicht
auszulösen oder sie zu einem anderen Zeitpunkt als bei der
symmetrischen Frontalkollision auszulösen. Dies setzt voraus,
dass die Träger 2 für eine versetzte Kollision optimiert
sind, was bedeutet, dass die Schwächung der Träger bei einer
symmetrischen Kollision erforderlich wird, um optimal den
gesamten verfügbaren Deformationsabstand auszunützen.
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Bei der in Fig. 4 bis 6 gezeigten Ausführungsform sind die U-
Profile 3 der Träger 2 miteinander durch Nieten 30 verbunden,
von denen einige mit explosiven Chargen 10 versehen sind. Ein
Schwächen der Träger 2 wird in diesem Fall durch
Heraussprerigen dieser Nieten 30 erreicht und somit durch
Aufbrechen der Verbindung zwischen den U-Profilen 3 an
ausgewählten Orten entlang des Trägers, wie es in Fig. 6a bis
6d gezeigt ist.
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Die Erfindung wurde oben unter Verweis auf Beispiele
beschrieben, in denen die explosiven Chargen 10 direkt auf
die Träger 2 aufgebracht werden. Andere Varianten sind
selbstverständlich ebenfalls machbar. Beispielsweise kann
eine Art von Gasgeneratoranordnung verwendet werden, die bei
einer Kollision einen Überdruck in Vertiefungen in den
Trägersegmenten erzeugt, die dann reißen oder auf solche eine
Weise deformiert werden, dass die erforderliche Schwächung
erreicht wird.