WO2015172757A9 - Lenkeinschlagunterstützung - Google Patents

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WO2015172757A9
WO2015172757A9 PCT/DE2014/100441 DE2014100441W WO2015172757A9 WO 2015172757 A9 WO2015172757 A9 WO 2015172757A9 DE 2014100441 W DE2014100441 W DE 2014100441W WO 2015172757 A9 WO2015172757 A9 WO 2015172757A9
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WO
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bumper
vehicle
steering angle
support member
fastening device
Prior art date
Application number
PCT/DE2014/100441
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English (en)
French (fr)
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WO2015172757A1 (de
Inventor
Felicia SOLFIG
Stephen Rudzewski
Original Assignee
Semcon Holding Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semcon Holding Gmbh & Co. Kg filed Critical Semcon Holding Gmbh & Co. Kg
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Publication of WO2015172757A9 publication Critical patent/WO2015172757A9/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B60R19/38—Arrangements for mounting bumpers on vehicles adjustably or movably mounted, e.g. horizontally displaceable for securing a space between parked vehicles

Definitions

  • the invention relates to a steering angle support element, in particular for a fastening device for a bumper of a vehicle, e.g. of a motor vehicle.
  • the front end with very sturdy longitudinal member left and right and the bumper cross member attached thereto has over the vehicle width on a very uneven crash resistance. If the fender, hood, front end, etc. here rather negligible, take next to the side members only the cooler / motor unit and the wheels / axles in the further crash course greater forces, but at the expense of a uniform delay. So far, the design has been based on the fact that the bumper fulfills only a certain load distribution from one longitudinal member to the other, but the main energy reduction on large-scale obstacles is taken over by at least one of the two longitudinal members. Since the introduction of crash compatibility and at least since the definition of the small overlap crash, in which the vehicle encounters a narrow obstacle with only 25% overlap, such classic side member concepts no longer meet the requirements.
  • the reason for this is, among other things, that the vehicle now encounters, for example, on a test track on obstacles that go outside on the side member.
  • the side member requires, for the eccentric point load of the bumper, much too high force pulse to the touch and shears the bumper as a support point at the obstacle from very early.
  • the vehicle is currently sliding past the obstacle with almost no energy reduction until the axle is reached.
  • the wheel and its axis are torn out of the obstacle and then hit with a lot of energy from the end wall / A-pillar knot. Life-threatening pulses and deformations are the result.
  • Task The objective is to develop a low-cost concept suitable for lightweight construction materials with the best possible crash safety of a front end of a motor vehicle, especially for electric vehicles.
  • a steering angle support member for a fastening device of a vehicle bumper wherein the fastening device pivotally connects the vehicle bumper with the car body ground parallel by means of a pivoting device and / or wherein at least one bumper extension element is arranged on the bumper, which in the case of a crash , especially at the bumper made - so usually additional - force attack at least partially initiates this force in the vehicle steering at least partially.
  • the basis of this embodiment is therefore a fastening device for a vehicle bumper whose task is to connect the bumper at least indirectly with the vehicle body in particular supporting.
  • the fastening device comprises at least the connection between the body and the bumper support.
  • the fastening device may also comprise the center piece of the bumper support on which the axial ends of the bumper are extendable arranged.
  • the steering angle support element according to the invention may already be part of the fastening device, so integrated into this, or the steering angle support member according to the invention may be at least approximately parallel to the fastener between the bumper and the vehicle body arranged without being part of the fastening device.
  • the fastening device connects the vehicle bumper with the vehicle body by means of a pivoting element ground parallel pivotally, the fastening device carries on one side of the vehicle bumper and is attached at its other end to the vehicle body.
  • a pivoting element ground parallel pivotally
  • the bumper can then, for example by means of pins ground parallel pivotally connected at least on the bumper or on the car body, ideally on both pivotally.
  • a pin and a hinge or a hinge can be used. In the case of a decentralized force attack on the bumper so the entire bumper pivoted about the pin of the fastener around ground parallel.
  • this pivoting is assisted by means of at least one steering-wheel support element arranged between the bumper and the motor vehicle body.
  • the pivoting element can either be arranged in the fastening element, and / or adjacent to this between the bumper and the motor vehicle body, wherein a substantially parallel arrangement is preferable.
  • At one end of the thus configured pivoting element is therefore at least indirectly at least a part of the particular front bumper mounted.
  • this steering angle support element may also be fastened to the motor vehicle body in its embodiment as a bumper pivoting element, or alternatively, if appropriate, also indirectly via a fastening element on the motor vehicle body.
  • the fastener may have the task of attaching the bumper at least indirectly to the body, while the bumper pivot member has the task of ensuring the pivoting.
  • the thus configured steering angle support element can thus have in particular two mutually independent but also usable together sub-embodiments. Preferably, all these elements are at least in the event of a crash pivotally attached to the bumper and / or car body. In the event of a crash, the pivoting in its extreme swing angle can lead the outer end of the bumper in the direction of the particular tire of the front wheel and touch it in the extreme case and initiate a steering movement in the wheel on this touch of the tire with the help of the pivoted bumper and so at least a part of the Crash force at least partially initiates the vehicle steering.
  • At least one bumper extension element is arranged as a steering angle support element on the bumper which axially extends this bumper in the event of a crash due to a force of force and thus at least partially introduces at least part of this force into the vehicle steering system.
  • the steering angle support element either comprises a bumper pivot element, at one end of which at least indirectly at least part of the bumper is fastened, and / or a bumper extension element.
  • the steering angle support element in the form of the bumper pivot element is able to pivot the bumper parallel to the ground in the event of a crash.
  • Bump extension element able to extend in the event of a crash, the axial end of the bumper.
  • Steering lock support member may, in this first embodiment, the steering angle, e.g. by means of liquid-filled telescopic and retractable piston-cylinder systems, which e.g. At least approximately parallel to the fastener are arranged and in the event of a crash on the side on which the crash force can be retracted and can be pulled apart on the other side, and / or it can support a steering angle support member in a second embodiment, the steering angle by the bumper ends extend in the event of a crash, to initiate an additional steering movement with the help of this extension in the event of a crash in the wheels.
  • the steering angle e.g. by means of liquid-filled telescopic and retractable piston-cylinder systems, which e.g. At least approximately parallel to the fastener are arranged and in the event of a crash on the side on which the crash force can be retracted and can be pulled apart on the other side, and / or it can support a steering angle support member in a second embodiment, the steering angle by the bumper ends extend in the event
  • the pivot member is pivotally mounted between the bumper and the vehicle body and includes a retractable and retractable piston-cylinder system.
  • the pivot member comprising a piston-cylinder system, connected on one side to the bumper and on the other side via the piston-cylinder system with the vehicle body.
  • the pivoting element is preferably also pivotable e.g. attached to the bumper with the help of hinges. On its other side it is also preferably pivotable e.g. with hinges attached to the car body.
  • the attachment While on the bumper side the attachment is vorzugsswiese spaced from the mounting device configured, it can be done on the vehicle body either close to the fastening device or even spaced therefrom.
  • a configuration is conceivable in which the pivoting element and the fastening element are connected in series one behind the other and the pins / hinges / joints are arranged between them. About this then the bumper or bumper holder is connected to the body.
  • the concept described can also be implemented with another, equally effective coupling between body and bumper.
  • the piston-cylinder system may comprise as a cylinder a peeling element in which the piston is movably guided and wherein the peeling element is aligned, for example in the direction of the attached bumper and the piston is aligned at least in the direction of the vehicle body attached thereto.
  • Crash energy management by peeling instead of dents Almost all of today's vehicle structures reduce crash energy mainly by bumps and wrinkles with large deformations. Exactly under this stress, many lightweight construction materials such as CFRP, GFRP, high-strength aluminum (AI) and magnesium (Mg) tend to crack. Lightweight, thin-walled steel components in turn lead to initially large force peaks and subsequently to the collapse of the force level. Both properties are disadvantageous.
  • the energy consumption can be optimized especially for the planned lightweight construction concepts.
  • previous concepts in which a steering power assistance was used could be realized between crash and the beginning of the power steering minimum times of 50ms.
  • the piston-cylinder system used in the invention is in the case of decentralized by the fastening device attacking force of the piston on the side, so the force acts, are pressed into the cylinder and on the other side of the fastening device, the piston can be pulled out of the cylinder. In both movements force is compensated, so crash energy taken from the impact.
  • this piston-cylinder system can be mounted either in series or more or less parallel between bumper and body.
  • the space between the piston and the skiving element may be empty, comprise a fluid, and / or comprise a foam, wherein in the steering angle assistance element the movable elements are interconnected with hydraulic hoses and are hydraulically movable.
  • the fluid filling of the peeling support may not only be suitable to dampen the attacking crash force, but also be used to eg in a crash the piston thus guided in the shell carrier or constructed by the piston in the peeling element, for example use additional pressure to initiate an evasive movement of the front wheel / front axle.
  • all fluid-carrying moving parts of the steering angle support member are hydraulically connected to each other via a hose system, so that pressures built therein are immediately forwarded to the moving parts of the system.
  • the pressure built up in the cylinder on the force-engaging side can be transmitted directly mechanically by a connecting element between piston / cylinder and steering and / or indirectly, for example additionally by a hydraulic hose between piston / cylinder and hydraulic steering and in this way without pivoting immediately initiate a steering movement.
  • a connecting element between piston / cylinder and steering and / or indirectly for example additionally by a hydraulic hose between piston / cylinder and hydraulic steering and in this way without pivoting immediately initiate a steering movement.
  • the pivotal movement of the front wheels can be initiated faster by a factor of 10 than is possible to date (50ms). This opens up a considerable potential for increasing safety.
  • Such a steering support member for a fastening device wherein at least one such pressure peeling member includes electro-rheological fluids, causes the provision of a still further additional force / energy absorbing reservoir which can be set or changed, in particular "" by the ERF even while driving or an accident.
  • the operating principle of the axial displacement of cylinders opens up a wide field of passive and active force control in the crash, for example via electro-rheological fluids, fluids with valves or by means of mechanics. This opens the way to fully adaptive, real-time-controlled front crash management.
  • This concept is also suitable for retrofitting. If one executes the type damage elements (again) in any vehicle as a fluid damper anyway, then one can easily retrofit this actuation effect in existing vehicles with simple hydraulic lines and thus significantly improve passive safety.
  • a fastening device wherein the vehicle bumper is fastened to at least one fastening element and to more than one steering element supporting element as pivoting element a more precise pivotal movement and a higher tensile / compressive force compensation; ' So , can be ensured in the end, in this way, that when exceeding the tensile / compressive force compensation in the pivoting element, the bumper at the end of its pivotal movement, for example, touches a tire and push it away is able. By this pushing away can be initiated by the bumper even safer steering movement, which deflects the vehicle from the main thrust of the attacking force.
  • Pivoting member is fixed, causes a more precise guidance of the pivoting operation.
  • Such a steering angle support member for a fastening device wherein at least two of the pivot elements whose first end near the
  • Vehicle bumper is further spaced apart than its second end, causes e.g. approximate "Y" shape (pictorially reminiscent of a beam wagon) of the
  • Such a steering angle support member for a fastening device wherein at least one of the steering angle support elements acting swivel element comprises at least one hydraulic element causes, in the case of two hydraulic elements, so at least one acting as a steering angle support member pivot element and at least one acting as a steering angle support member pivot element, wherein these two Hydraulic elements can be connected to each other, in the case of a swivel, so in the event of a crash, hydraulic fluid from the pressurized hydraulic element in the other, ie in the acted upon train hydraulic element, which in turn supports the pivoting movement.
  • hydraulic fluid from the pressurized hydraulic element in the other ie in the acted upon train hydraulic element, which in turn supports the pivoting movement.
  • Such a steering angle support member for a fastening device wherein at least one of the acting as pivoting elements
  • Steering gear support elements at least one pressure peeling element comprises causing an additional reservoir can be provided, which is able to absorb additional forces.
  • Such pressure peeling elements are designed To absorb energy by the acting energy is not absorbed by wrinkling of the material, but for example by but by peeling, by the pressure peeling element comprises elements which are machined in such a case, for example, targeted. Also, a multi-section storage can be provided. Such a pressure peeling element can be fastened in each of the elements, ie in the middle, and / or right / left. A further effect of a pressure peeling element used in this way is that overloading of the bumper can be avoided by starting the energy reduction in the pressure peeling element when the force application would start to deform the pivoted bumper.
  • this embodiment was derived from the image of a beam balance.
  • the beam balance behavior is complemented according to the present concept by a kink-stable bumper cross member with mounting device and pivoting elements, such as three peel carriers (ie incl. DruckClelement) instead of two side rails (standard), and thus significantly improved. Two lateral with eg lower and a central with eg higher peel force.
  • all three peeling carriers deform simultaneously with a very uniform force level; The more one-sided an obstacle is hit, the more the bumper cross member rotates in the first phase of the crash around its vertical axis around the middle peeling carrier which initially remains stationary.
  • the impact-facing peeling carrier is compressed with a moderate level of force and pulled apart the opposite peeler carrier and both convert, for example, by cutting energy.
  • a pressure peeler carrier with a "built” cutting ring has been extended to a double-acting pull / pressure peeler carrier, with the advantage that in this first, early phase (especially ⁇ 20rris) of the crash, the bumper crossbar with moderate force level (especially ⁇ 50kN) is very early like a "beam balance" coupled to the eccentric obstacle without being structurally destroyed.
  • the bumper crossbar with moderate force level especially ⁇ 50kN
  • a closed metal profile with structural foam filling is used.
  • This mode of functioning in its entirety with the vehicle then acts as a "girder car front end" of, for example, MnE mixed construction, which is based on such an aikido principle (figuratively inspired by the Asian sport whose aim is to derive the power of the opposing attack (defense). and the opponent with the same force temporarily attacking (safeguarding)) gives an answer to the small overlap load case, is particularly suitable for model variety and the use of a full-magnesium (MnE) front end first makes possible the pivoting movement and the force compensation by the deformation of the fastener itself designed and coordinated so that they are applied substantially successively and not simultaneously.
  • MnE full-magnesium
  • Such a steering angle support element for a fastening device wherein this pressure peel element comprises components which move when pressurized relative to each other and dissipate energy in this relative movement, causes the provision of an additional power / energy receiving reservoir.
  • the energy reduction can be increased by the chipping of material in the so-called pressure peeling elements. In this case, components move one above the other, with cutters attached to the one part cutting out material from the other part. The result is a very defined breakout force almost without elevation and a very uniform, constant force curve over the entire compression path. Ideal, therefore, to achieve an optimum for crash safety, uniform deceleration.
  • This type of energy reduction is ideal for magnesium, CFRP and GRP and is referred to below as a peel carrier.
  • the Lerikeinschlagunterstützungselement for a Befest Trentsvorrichfung include a framework structure of MEIOOStrangpressprofilen or be part of such.
  • the truss serves as a kinematic guide: The described concept works in a crash under many different impact angles. For this purpose, the concept is conducted over the entire deformation path in such a way that optimal deceleration is possible.
  • a truss was chosen in one embodiment, including a fastening device with MEIOOS extruded sections, which for better rigidity and for functional reasons e.g. is planked with shear fields.
  • the two outer peeler carriers are very stiff and positioned so that the lower wishbone bearings of a standard McPherson front axle without subframe can be attached directly to it. Since ME100, like many other lightweight construction materials, does not tolerate too much deformation, the truss is not used as an essential energy management system in the event of a crash, but mainly for the kinematic guidance of the skiving beams.
  • the pivoting movement desired according to the invention can be assisted in two ways. Either as described up to this point by the steering angle support element acting as a pivoting element, for example in the form of a cylinder-piston system, which eg comprises a skiving element, or additionally or alternatively by a steering-momentum support element acting as a pivoting element in the form of a bumper extension, which is suitable in case of a crash
  • the steering angle support member can be applied simultaneously:
  • An alternative embodiment comprises a steering angle support member for a vehicle bumper fixing device, the bumper each having at its ends a member adapted to extend the bumper in the event of a crash.
  • a bumper consists of an element which increases the length of the bumper and is also characterized as a steering angle support element, because it provides the same effect as the previously described piston-cylinder system.
  • this is an element which in normal operation, e.g. Barely visible, in the sense a part of the bumper is that it supports the bumper in its function to absorb a crash. For this purpose, however, it can be moved independently of the central part of the bumper and relative thereto.
  • this steering angle support member may either be attached to the bumper via a further fastening device independent of the fastening device of the bumper, or it may be fastened to a fastening device to which the bumper is also fastened.
  • This embodiment thus comprises a fastening element of a bumper to the vehicle, comprising a fastening element acting as a bumper support, and on each side adjacent to this at least one further bumper support, wherein on the central bumper support, as well as on the other bumper supports as described above, the bumper is pivotally mounted , and wherein at least one of the bumper beams on each side comprises a fastening device according to the fastening element described above.
  • This structure is reminiscent of a beam balance.
  • Such a steering angle support member for a mounting device for a vehicle bumper wherein the vehicle bumper is designed axially extendable at both axial ends thus supports the pivotal movement by the bumper part, which is extended in the event of a decentralized force application and the associated inclination of the bumper is suitable with the extended bumper part to touch the front wheel from the outside and in the course of the inclination of the bumper, for example to press a part of the tire from outside to inside to initiate a steering movement from outside into the wheels:
  • An embodiment of the steering angle support member comprises such a fastening device, wherein the extendable bumper end is axially feasible connected by means of a sliding connection with the center piece of the bumper and can be extended by means of a bumper-extending device.
  • the bumper is configured, for example, in a central piece with at least one end piece at the respective axial end of the bumper.
  • the respective End piece is made extendable from the center piece, for example with the aid of a comb-like teeth, for example. In the toothing, the teeth of the center piece and the end piece engage each other in such a way that the end piece of the bumper is able to extend the bumper substantially in the axial direction.
  • the prongs of the central piece and the prongs of the respective outer piece are preferably completely interlocked with each other, so that in this case the outer piece of the bumper is completely received in the center piece of the bumper.
  • the extension and possibly retraction of the bumper ends in the example comb-like teeth can be done with the aid of an extension device, for example, hydraulically, mechanically, electrically o.ä. can be.
  • the extension movement can then likewise be introduced hydraulically, mechanically, electrically in accordance with the extension device, wherein the beginning of the extension movement correlates with the pivoting of the bumper.
  • the correlating can be done, for example, by a control device which then provides the signal based on crash data and / or the data of the pivoting movement, so that the bumper end can be hydraulically, mechanically, electrically extended.
  • the crash force can also be utilized by, in the event of a crash by the deformation energy introduced in this case, a container containing hydraulic fluid, such as eg.
  • the piston-pump system described in an earlier embodiment which is connected by means of a hydraulic hose with the hydraulic fluid-containing container bumper-extending device and in which in the event of a crash in the piston-pump system constructed hydraulic pressure, for example via a pressure relief valve is passed into the bumper extension device on the extendable bumper ends which are thereby extended because, for example, in the bumper extension device, the end of the hydraulic hose acts as a fluid tight piston guided in a cylinder of the movable bumper end.
  • the bumper end can then be retracted by reversing this process.
  • the bumper extension device can be performed arbitrarily, it was ensured that the bumper end in the event of a crash can be extended quickly, so in the axial direction can build a distance to the center of the bumper.
  • Such designed as a steering angle support selement with pull-out ends bumper is pulled out connected to the bumper and therefore connected to the bumper as well as the previously described pivot member and the fastener to the vehicle body.
  • the bumper ends acting as a steering angle support element can be moved together and pulled out on the bumper.
  • these initiating devices are e.g. retractable and retractable piston-cylinder systems suitable. These may e.g. be filled with liquid as a hydraulic system.
  • a front end or vehicle body, or motor vehicle comprising at least one of the described Lerikeinschlagunterstützungs institute for a fastening device for a vehicle bumper according to one of the preceding claims.
  • a front end can be adapted very flexibly and favorably to different vehicles.- He uses a beam balance principle to adaptively respond to a variety of crash cases and promises a very simple crash pulse tuning. Due to the physically smarter and more robust working principle, it has a significantly better lightweight construction potential than classic solutions and makes the use of a wide range of lightweight materials possible. Thus, the concept presented can be a solution for the front of the future.
  • a steering support member for a fastening device for a vehicle bumper which must be done in the case of pivoting of the bumper around the central fastener of the panning operation at least until contact of one end of the front wheel is comprehensive in 'position and then in Case of a further pivotal movement by the contact with the front wheel to initiate a steering movement, causes the vehicle is thereby by the application of force (eg by accident) by the application of force (eg accident) is directed away.
  • the front of the obstacle in the obstacle area and the peelers together reduce very constant energy.
  • the wheels and the beam scales are always screwed in with small coverages, and together form an inclined plane that exerts a transverse force between the obstacle and the front end.
  • the middle peeling support with its cutting element is attached directly to the rigid end wall / tunnel node, and dips if necessary slightly obliquely under the car floor through.
  • the outer train / DruckClraj are designed so that preferably about 50% of the front end length can be used in the peeling process, wherein the inner dip tube also penetrates under the car floor.
  • the retracted outer skiving beam can slide as a whole under the car floor, possibly with a further peeling element at the foot of the wearer.
  • the two-part (small) radiators are firmly connected to the structure of the bumper and serve as rigid "wheel guide vanes"
  • Such a front end, or vehicle body, or motor vehicle comprising a steering angle support member for a fastening device for a vehicle bumper, wherein in the case of a decentralized incident on the bumper, substantially parallel to the ground,.
  • the object is further achieved by a described motor vehicle, wherein the motor vehicle is a vehicle with electric drive.
  • Such vehicles are particularly equipped with drives in which the electric motor is coupled directly to a driven wheel.
  • lighter eg E (wheel hubs) engines eliminates the essential space and cooling requirements in the front end. This then allows a "closed" box-front structure of eg profiles and shear fields, with optimal configurability in terms of stiffness, lightweight construction, crash pulses, etc.
  • ME100 is a lightweight material that can be used with a relatively large diameter, which means that relatively small wall thicknesses can be selected for a low weight.
  • the skiving beams are fixed with special bending plates This solution achieves a high intrinsic frequency of the front end and, in the event of a crash, allows a rotation of the beam balance with moderate constraining forces in the supports without blocking the skiving kinematics.
  • the object is further achieved by a method for operating a steering angle support member for a vehicle bumper fixing device comprising a vehicle bumper fixing device as described above, wherein in a first step, if the bumper is urged to the right or left of the central fastener by this application of force this bumper is able to perform a substantially ground-parallel pivoting movement about the central fastener is capable of whereby a two-step expiration procedure is initiated by the component selection.
  • Such a method of operating a steering angle support member for a vehicle bumper fixing device wherein after starting to perform the substantially ground-parallel pivotal movement, the translational deformation of the fastener elements begins to provide optimal component protection through such sequential force compensation, e.g. the bumper still had to absorb any deformation energy.
  • Such a method of operating a steering angle assist member for a vehicle bumper fixing device wherein the translational deformation of the fastener elements does not substantially commence prior to the time the substantially floor-parallel bumper has contacted one of the front wheels of the vehicle causes the vehicle to deflect from the vehicle attacking force can be deflected out by this attacking force.
  • Such a method for actuating a steering angle assist member for a vehicle bumper fixing device wherein the translational deformation of the fastener elements does not substantially commence prior to the time the substantially floor-parallel bumper has contacted one of the front wheels of the vehicle causes the vehicle to deflect from the vehicle attacking force can be deflected out by this attacking force.
  • a steering angle assist member for a vehicle bumper fixing device wherein the beginning of the deformation of the front end is either after the substantially ground-parallel pivotal movement of the bumper, or after the contact of the bumper with one of the front tires or after the start of the translational deformation the fasteners is effected causes in addition to optimal component protection additionally optimal occupant protection through this sequential force compensation.
  • a steering angle support member for a vehicle bumper fixing device wherein the beginning of the deformation of the front end is either substantially coincident with the end of the substantially ground parallel pivotal movement of the bumper, or substantially simultaneously with the contact of the bumper with one of the front tires, or substantially simultaneously the end of the translational deformation of the fasteners is effected by such a sequential compensation of forces compensation a last possible utilization of the compensation potential of the front end and in particular the passenger compartment connected to the front end.
  • the lightweight construction profile according to the invention is produced and configured as follows. Hereby shows:
  • Fig. 100 innovative front end especially for vehicles with alternatives
  • Fig. 102 To midpoint rotating bumper with peel carriers by means of
  • Fig. 103 Vehicle which tends to be passed laterally past an obstacle
  • Fig. 104 Faltrohrprofil, peeling tube and force curve over path
  • Fig. 106 Front end
  • Fig. 111 Jochplatte with peeling element on the central peel carrier
  • Fig. 1 3 possible basic structure type damage element
  • Fig. 1 17 schematic representation of the behavior of the front car in front crash with 20
  • Fig. 118 Supporting the pivotal movement of the front wheels by using the
  • the present description embodies an embodiment using, but not limited to, an innovative magnesium frame / body vehicle.
  • Mg sheet has a higher plastic deformation capacity and thus can absorb higher energies in a crash. This simultaneously increases the fatigue strength and damage tolerance. Lightweight construction is usually also characterized by thin-walled surface constructions, which is difficult to realize with cast components.
  • Mg metal-tin-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-
  • peeling principle the principle of energy reduction is used by peeling or cutting.
  • peeled by cutting e.g., specially installed cutting elements
  • the force initially builds up until the resistance of the material to the peeling tool is achieved. If the peeling process starts, the force level remains constant and thus also the energy reduction. Thus, there are no excessive force or acceleration peaks and the pulse on the vehicle occupants becomes much more controllable.
  • Hybrid carriers are e.g. from a foam-filled support structure.
  • the idea is to reduce the cross section of a hollow profile at point bending load, such as to stabilize against side bumps against early bumps.
  • hollow beams have a high stiffness per kg of weight, they respond with concentrated bending load but with dents, which greatly weakens the cross-section and greatly reduces the flexural rigidity of the wearer.
  • penetration resistance and energy absorption can be significantly improved.
  • a 3-point bending test which is shown schematically in Fig. 105 above, the potential of foam-filled bending beams was demonstrated.
  • a foam with a density of 400 kg / m3 was chosen. The weight thus increased to 1, 72 times the hollow carrier. ,
  • the weight-specific energy absorption increased more than three times the simple hollow carrier at not twice the weight.
  • the hybrid carrier thus carries a high lightweight potential.
  • the various parameters such as material and density of the core filling or the material of the bending beam, the properties can be optimally adapted to the available space.
  • adjustments of the energy absorption properties can be made simply by variations of the filling, which means a simple adaptation of crash properties without changing the installation space.
  • crash absorbers in the side rails are folding tubes. They reduce the kinetic energy by bumps and kinks.
  • the deformation elements are divided into three categories: type damage element, pedestrian protection and crash element.
  • the type-damage elements have a relatively low level of force and are intended to reduce energy in collisions at low speeds and to minimize damage to the vehicle.
  • the pedestrian protection is to protect pedestrians and should minimize the severity of the passers-by involved in collisions. These include e.g. resilient elastic abutment surfaces or guide elements, which should bring the passerby in a non-critical fall position.
  • the crash elements are designed to convert much of the kinetic energy in a frontal crash into deformation energy. The more path they have available, the higher their damping effect and the lower the acceleration pulse that acts on the occupants.
  • the forces in the front end during a crash are usually distributed over three load paths: lower, middle and upper Load path. In terms of strength and rigidity, they are designed so sturdy that they will not fail during a collision and protect the occupant's survival space.
  • the lower load path leads over the vehicle floor.
  • the forces are guided by the side members via a cross member in the sill and the bottom plate.
  • the middle and upper load path leads from the side rails into the A-pillar, which feeds the loads into the door sill (middle load path) and the side frame (upper load path).
  • the front end is mainly made of ME100 (Mg), an innovative lightweight material, as described in chapter 3.1. It is processed with the specially developed warm-in-warm process (manufacturer www.Stolfig.de) in order to make production as energy-saving and economical as possible. This idea is reflected in a centrally located longitudinal member and should ensure the most uniform possible energy reduction in the crash.
  • Two side members with tension and pressure peeling elements can absorb forces in tension and compression direction.
  • the three side rails are connected at the front with a hybrid bumper cross member.
  • the crossbeam uses the principle of a beam balance and, together with the train / compression skiving elements, enables a higher energy reduction in the offset crash, which means that the crash-side member can be very effectively integrated into the energy reduction.
  • the type damage elements also work with the peeling principle, are integrated directly into the side members and are fastened with elastic / plastic joints to the hybrid bumper cross member.
  • the radiators serve as an extension of the bumper cross member, where they catch the front wheel in front crash and lead into a favorable position
  • the decentralized electric wheel hub drive enables a completely new package in the front end.
  • Previous bodies are open at the front and at the bottom, to provide the necessary space for a reciprocating engine and its installation.
  • By eliminating a reciprocating engine in electric vehicles it is possible to completely line the front end with sheets, which represents a closed box section.
  • the overall rigidity of the body is increased and it can also be transmitted forces in the thrust level.
  • connection points are executed with highly ductile nodes. They serve as kinematic, plastic elements and ensure optimal force flow into the peel carriers through optimized crash deformation.
  • FIGS. 107, 108 and 109 The individual parts of the front car can be seen in FIGS. 107, 108 and 109. It consists of three longitudinal beams (1 and 2) with a peeling principle, which are referred to below as peeling beams only. For example, they all consist of thick-walled ME100 pipes.
  • the centrally located peeling support is positioned at the bottom in the center of the front carriage and supports in a peeling element (1b) acting only in the direction of compression. It can absorb the greatest forces in the crash and is therefore larger in size than the two laterally lying peel carriers (2). These are arranged to the right and left of Haupttechlnes and consist of a dip tube (2a) and a support tube (2b).
  • Fig. 107 shows the structure of an innovative front trolley of ME100 (closed sheet metal lining not shown) comprising the elements of central peeling carrier (1); Side peeling carrier (2); Bumper cross member (3); Cooler (4); Diagonal strut (5); Sills (6); Tunnel longitudinal members (7) upper A-pillar support (8); Support strut dome (FD for short) (9); Extension support FD (10); A-pillar (11); Lower end wall cross member (12); Bearing handlebars (13); Front end frame (14); Lower front cross car beam.
  • ME100 closed sheet metal lining not shown
  • a multi-part peeling element (2c) which can absorb tensile and compressive forces and is permanently installed in the end of the support tube.
  • the support tube is integrated in the lower end wall cross member. All three longitudinal members are supported on the lower end wall cross member (12) and are connected to the vehicle front via elastic / plastic joints (without Fig.) And type damage elements (20) with a hybrid cross member (3), the bumper cross member.
  • the A-pillar (1) sits on the lower end wall cross member and extends in the z-axis upwards. It hits halfway up the upper A-pillar cross member (8) and then runs into the side frame.
  • a second load path in the A-pillar runs along the wheel arch and supports the spring dome support (9) lying in the xy plane in the z direction.
  • the two Federdomabstützungen be extended with profiles (10) forward towards the front and connected to an overhead crossbar. These, two struts in the z-direction and a lower cross strut, form the front end frame (1).
  • FIG. 108 shows a plan view of the construction of an innovative front end of ME 100 with the elements of the support tube of the central peeling support (1a); FIG. Pressure peeling element central peeling carrier (1 b); Dip tube lateral peeling support (2a); Support tube lateral peeling support (2b); Pull / push-peel element (2c); Support strut dome (9); A-pillar (11); Tow hooks (19); Type damage elements (20); Consoles for peeling carriers in the front end frame (21); Dipping chamber for dip tubes (22); Longitudinal strut lower front section (23).
  • the lower front end cross member located in the center in the front of an additional cross member (15), the lower front end cross member. It serves as a support in the z-direction for the two laterally lying peeling carriers and is with Diagonal struts (5) connected to the upper A-pillar cross member. Two struts in the longitudinal direction connect the front end cross member to the front end frame.
  • the front end is lined with sheets, which form a closed housing. They give the body torsional rigidity and enable power transmission in the thrust level.
  • the breakthroughs at which the side members emerge from the sheet metal housing can be sealed by means of bellows.
  • FIG. 109 shows a side view of an innovative front-end vehicle made of ME100 consisting of: lateral peeling support (2); FIG. lower end wall cross member (12); Bearing handlebars (13); lower front cross member (15); End wall (16); Steering gear (17); Floor pan front carriage (18).
  • a possible Baurau for a steering gear (17) is located under the diagonal struts, in front of the end wall (16) and within the sheet metal housing.
  • the wishbones are mounted directly on the lower end wall cross member or on the support tube of the side member longitudinal, so no additional subframe is required.
  • FIG. 110 shows positions of ductile node connections
  • the central longitudinal member consists of a thick-walled Mg pipe. He sits in a one-piece skiving element (see Fig. 1 11), which is connected via a yoke plate fixed to the lower end wall cross member and is additionally supported on the tunnel longitudinal members.
  • the peeling element is e.g. connected by screws with the yoke plate.
  • the cutting elements are aligned in one direction and can only absorb pressure forces. In order to create a non-rotating connection, the cutting element has a profile, similar to the peeling elements in Fig. 112.
  • the peeling tube is inserted into the peeling element to a defined length. The profile of the cutting elements is cut on the pipe. This creates a positive connection, and at the same time the dip tube and peeling element are calibrated.
  • Fig. 111 shows a Jöchplatte with ' peeling on the central peel carrier.
  • the laterally lying side members consist of a Mg support tube, a Mg immersion tube and a multi-part skiving element. They are smaller in their wall thicknesses and pipe diameters than the centrally located main longitudinal members.
  • the ends of the support tubes are embedded in the lower end wall cross member. The other end widens to accommodate the multi-piece skiving element and serves as a linear guide and centering for the dip tube.
  • the peeling elements for the lateral side members cut in tension and compression direction.
  • FIG. 112 shows a multi-part peeling element on the left and right peeling carriers. They must be located in the central area of the dip tube, so that enough chipping path for train and pressure direction in the event of a crash exists. In order to mount the peeling element without cutting the dip tube, it is made of several parts.
  • the tension ring has e.g. to fix a flange around the peeling element on the tube, eg by screwing or welding.
  • type damage elements connect the peel carriers by means of stiff, but in case of overload elastic, plastic connecting pieces with the bumper cross member.
  • the type damage elements are installed at the ends of the three side members. They are used in collisions at low speeds. For this reason, their strength level is much lower than that of the main peeling elements on the three side members.
  • the basic structure of a type of damage element is shown in FIG. 113.
  • Fig. 1 13 shows an example of a basic structure "type damage element".
  • Fig. 114 shows the main load paths in the side view. There is a lower (see Fig. 114: b) and upper carrier plane (see Fig. 14: a). Here, the right and left side of the vehicle with cross members (see Fig. 1 14: c) is connected.
  • the type damage elements in the present concept are based on the described peeling principle. They lie in the cavities of the dip tubes and absorb the energy by cutting into the dip tubes ( Figure 115). Thus, they require very little space and disappear in a collision in the side rails.
  • Fig. 115 shows this operating principle of the type damage elements.
  • Fig. 116 shows a front crash 100%.
  • front crash with 100% coverage e.g. according to F VSS 208
  • the vehicle drives at 56 km / h on a rigid barrier.
  • the barrier hits the entire vehicle front (see FIG. 116).
  • a large part of the kinetic energy acting on the vehicle has to be converted into deformation energy in order to reduce and dampen the accelerations that occur to occupants acceptable levels. Otherwise, the acceleration pulse acting on the occupants becomes too large and the risk of injury increases considerably.
  • a first energy dissipation takes place via the foam in the bumper cross member and via machining in the 3 type damage elements.
  • hybrid bumpers can break down nearly twice as much energy.
  • the bumper has a large cross-section and the foam ensures greater dimensional stability.
  • their structure remains intact longer than with simple bumpers, and the load-sharing function is retained longer.
  • the further deformation course takes place over all three peeling carriers in parallel connection.
  • the peeling principle results in a uniform force level without force peaks. Thus, the energy reduction is very even and the occupant pulse has no extreme acceleration peaks.
  • the peeling carriers dive in a crash under the lower end wall cross member away. A long peeling path is created for the energy reduction, and the deformation path in relation to the length of the front end becomes very large. Thus, more energy can be dissipated by deformation at lower occupant pulse.
  • An additional advantage lies in the telescopically acting peel carriers.
  • the tube profile is preserved in a crash, so that the tube profiles hardly lose any lateral rigidity, which can save lives in a subsequent crash.
  • the lattice structure of the front wagon serves for the kinematic guidance of the peel carriers. It must be designed so that more than 80% of the energies are directed into the skiving beams to avoid undefined additional levels of force across the framework. This makes the occupant pulse reproducible and exactly tunable.
  • ductile connection nodes are used at defined kink points of the framework, for example made of aluminum. On the one hand, they serve as kinematic, plastic joints and prevent premature failure of the Mg profiles due to kinking.
  • offset crash 25% or 40% coverage There are various offset crash tests, e.g. a 40% offset crash according to ECE R94 at 40 km / h on a deformable barrier, or the small overlap carried out by the IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) since 2012 with 25% overlap at 64 km / h against a rigid barrier ,
  • IIHS Insurance Institute for Highway Safety
  • the requirements for offset crash tests on the structure of a vehicle are much higher than for a 100% overlap.
  • the force acts on the vehicle over a smaller area, which increases the force level on the side members in places much higher than in a 100% offset crash.
  • the occupant pulse is usually lower than with a 100% coverage, which is in most cases due to the greater deformation.
  • Fig. 117 shows a front crash 20% and 40% coverage, respectively.
  • a longitudinal beam is hit in almost all body shapes. These are designed in their strength so that they can reduce as much energy through deformation and keep the occupant pulse as low as possible.
  • the side member is supported on the front wall and the 9.schweiler. In the small overlap with 25% coverage, most common bodywork concepts fail.
  • the side member is not hit during impact and thus can not absorb forces.
  • the forces on the bumper cross member no longer meet in a line on the opposing forces of the side members. It creates high shear forces that can simply bend the cross member, or simply shear off.
  • Its power distribution function is no longer there, and the kinetic energy capn not be absorbed and degraded on the Cräsh boxes. In most cases, the occupants' survival space is no longer adequately protected and serious injuries are the result.
  • the balance principle described in this concept in combination with a dimensionally stable bumper cross member causes a much higher energy reduction in an offset crash, than in all current body concepts and protects the passenger compartment even with small overlaps from large deformations and high acceleration pulses.
  • a filled with foam bumper cross member with a large cross-section can provide the required dimensional stability.
  • the distribution function is thus retained in the crash course, and the forces can be passed into the peeling carriers.
  • the cross member is rotated as in a balance around the elastic joint on the middle lying peel carrier. As a result, pressure is exerted on the impact-facing peeling carrier and train on the push-away peeling carrier.
  • the double-acting peeling element in the two lateral side members can absorb the impact energy in tension and compression direction in this way. Thus, a large proportion of the energy can be dissipated by deformation on the shock-away longitudinal member.
  • the tensile and compressive forces create a moment around the hinge on the middle side member and turn the vehicle out of the collision line.
  • An extension on the bumper cross member for example by the radiator module, catches the front edge of the front wheel of the impact-facing side and rotates this front inwards.
  • the wheel is transversely positioned and forms together with the cross member a guide surface for both collision partners.
  • the vehicles are able to glide past one another following the "aikido principle.”
  • the force is diverted, not caught, so that the collision partners can separate earlier, and less energy must be dissipated by deformation as a whole Steering movement away from the accident opponent, prevents greater block formation by the front wheel and thus penetration into the footwell.
  • the rigid bumper cross member may increase the occupant pulse earlier than in conventional body concepts.With the even energy dissipation in all three side members and the earlier separation of the vehicle however, the maximum pulse should be much lower from the collision partner, so the occupant pulse as a whole could be made smoother and much lower.
  • Fig. 118 shows a further development of the above concept, comprising a steering angle assist member.
  • Pas Lenkelntschunterstützungselement is part of a fastening device for a vehicle bumper.
  • the fastening device comprises a fastening element and a pivoting element, wherein the pivoting element is adapted to pivot a fixed vehicle bumper parallel to the ground.
  • the pivoting member includes a preferably filled with a fluid Lenkeintschünterstützungselement.
  • the steering angle support member comprises a peeling element, in which the first end of a piston is movably guided and wherein at least indirectly a bumper 'can be fastened to the second end of the piston.
  • a crash causes an increase in the pressure in the fluid.
  • This increased pressure is used according to the invention to swing the wheels of the car to steer the vehicle away from the crash in a crash. Without this support, this does not succeed faster than 50ms at the present time. With this support, this approach according to the invention succeeds this already at around 5ms.
  • This concept is also suitable for retrofitting. If one executes the type damage elements (again) in any vehicle as a fluid damper anyway, then one can easily retrofit this actuation effect in existing vehicles with simple hydraulic lines and thus significantly improve passive safety

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung einer Fahrzeugstoßstange, wobei zur Kompensation von Crashenergie die Befestigungsvorrichtung die Fahrzeugstoßstange (3) mit der KFZ-Karosserie mit Hilfe eines Schwenkelements (1, 2) bodenparallel schwenkbar verbindet und/oder wobei an der Stoßstange (3) mindestens ein Stoßstangenverlängerungselement (4) angeordnet ist, welches im Falle eines durch einen Crash erfolgten Kraftangriffs diese Stoßstange (3) axial verlängert.

Description

Lenkeinschlagunterstützungselement
Die Erfindung betrifft ein Lenkeinschlagunterstützungselement insbesondere für eine Befestigungsvorrichtung für eine Stoßstange eines Fahrzeugs, z.B. eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik: Mehr als 100 Jahre wurden Fahrzeuge auf die Anforderungen des Verbrennungsmotors und die Möglichkeiten von Stahlblech perfektioniert. Die überwiegende Anordnung vorn, mechanischer Antriebsstrang, hoher Kühlungsbedarf etc. haben zu Frontstrukturen geführt, die grundsätzlich vorne offen sind, links und rechts einen Längsträger besitzen und mit Anbauteilen verkleidet werden. Durch die hohe Schwingungsanregung der Verbrennungsmotoren entstehen aus Komfortgründen zusätzliche Kompromisse und Aufwand (u.a. Motor/Getriebelagerung auf einem Hilfsrahmen). Zu Beginn der „Neuen Mobilität" mit verschiedenen alternativen Antrieben, wurden bestehende Verbrennungsfahrzeuge entkernt und die Elektromotoren, Batterien, Elektronik, Range-Extender in das Jahrzehnte bewährte Package zur sogenannten ersten E-Fahrzeuggeneration verbaut. Nun sind die ersten konsequent auf alternativen Antrieb konstruierten Fahrzeuge auf der Straße, jedoch überwiegend mit dem o.g. klassischen Vorderwagen.
Klassisch ist der Vorderwagen mit sehr stabilem Längsträger links und rechts und dem, daran befestigten Stoßstangenquerträger weist über die Fahrzeugbreite einen sehr ungleichmäßigen Crashwiderstand auf. Sind Kotflügel, Haube, Frontend etc. hierbei eher vernachlässigbar, nehmen neben den Längsträgern erst die Kühler/Motoreinheit sowie die Räder/Achsen im weiteren Crashverlauf größere Kräfte auf, jedoch zu Lasten einer gleichmäßigen Verzögerung. Bisher hat man sich bei der Auslegung darauf verlassen, dass die Stoßstange nur eine gewisse Lastverteilung von einem Längsträger zum anderen erfüllt, der hauptsächliche Energieabbau an großflächigen Hindernissen aber von mindestens einem der beiden Längsträger übernommen wird. Seit der Einführung der Crash-Kompatibilität und spätestens seit der Definition des Small-Overlap-Crashes, bei dem das Fahrzeug auf ein schmales Hindernis bei nur noch 25% Überdeckung trifft, erfüllen derartige klassische Längsträger-Konzepte nicht mehr die gestellten Anforderungen. Grund dafür ist u.a., dass das Fahrzeug nun z.B. auf einem Testparcour auf Hindernisse trifft, die außen am Längsträger vorbei gehen. Der Längsträger benötigt einen, für die exzentrische Punktbelastung der Stoßstange, viel zu höhen Kraftpuls zum Anfalten und schert die Stoßstange als Abstützpunkt am Hindernis bereits sehr früh ab. In der Folge gleitet das Fahrzeug gerade, nahezu ohne Energieabbau, an dem Hindernis vorbei bis die Achse erreicht ist. Nun wird an dem Hindernis Rad samt Achse heraus gerissen und dann mit immer noch sehr viel Energie der Stirnwand/A-Säulen-Knoten getroffen. Lebensbedrohliche Pulse und Deformationen sind die Folge. Aufgabenstellung: Ziel ist es, ein für Leichtbaumaterialien geeignetes, kostengünstiges Konzept mit bestmöglicher Crash-Sicherheit eines insbesondere für Elektrofahrzeuge geeigneten Vorderwagens eines KFZ zu entwickeln.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung einer Fahrzeugstoßstange, wobei die Befestigungsvorrichtung die Fahrzeugstoßstange mit der KFZ-Karosserie mit Hilfe einer Schwenkvorrichtung bodenparallel schwenkbar verbindet und/oder wobei an der Stoßstange mindestens ein Stoßstangenverlängerungselement angeordnet ist, welches im Falle eines durch einen Crash, insbesondere an der Stoßstange erfolgten - also meist zusätzlichen - Kraftangriffs zumindest einen Teil dieser Kraft zumindest teilweise in die Fahrzeuglenkung einleitet.
Grundlage dieser Ausgestaltungsform ist daher eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange deren Aufgabe es ist, die Stoßstange zumindest mittelbar mit der KFZ-Karosserie insbesondere tragend zu verbinden. Die Befestigungsvorrichtung umfasst zumindest die Verbindung zwischen Karosserie und Stoßstangenträger. In weiteren Ausgestaltungsformen kann die Befestigungsvorrichtung auch das Zentralstück des Stoßstangenträgers umfassen, an welchem die axialen Enden der Stoßstange ausfahrbar anordenbar sind. Entsprechend einer ersten Ausgestaltungsform der Erfindung kann das erfindungsgemäße Lenkeinschlagunterstützungselement schon Teil der Befestigungsvorrichtung sein, also in dieses integriert sein, oder das erfindungsgemäße Lenkeinschlagunterstützungselement kann zumindest annähernd parallel zum Befestigungselement zwischen Stoßstange und KFZ-Karosserie angeordnet sein, ohne Teil der Befestigungsvorrichtung zu sein. Entsprechend dieser ersten Ausgestaltungsform und seinen zwei Unterformen verbindet die Befestigungsvorrichtung die Fahrzeugstoßstange mit der KFZ-Karosserie mit Hilfe eines Schwenkelements bodenparallel schwenkbar, wobei die Befestigungsvorrichtung auf ihrer einen Seite die Fahrzeugstoßstange trägt und an ihrem anderen Ende an der KFZ-Karosserie befestigt ist. Eine Möglichkeit dies umzusetzen ist, z.B. in der Mitte von der KFZ-Karosserie und der Stoßstange das Befestigungselement anzubringen. Die Stoßstange kann dann, z.B. mit Hilfe von Zapfen bodenparallel schwenkbar mindestens an der Stoßstange oder an der KFZ-Karoserie, idealerweise an beiden schwenkbar verbunden werden. Hierfür kann im einfachsten Falle an Stelle eines Zapfens auch ein Gelenk oder ein Scharnier Verwendung finden. Im Falle eines dezentralen Kraftangriffs auf die Stoßstange so die gesamte Stoßstange um den z.B. Zapfen des Befestigungselements herum bodenparallel geschwenkt. Erfindungsgemäß wird diese Schwenkung mit Hilfe eines zwischen der Stoßstange und der KFZ- Karosserie angeordneten mindestens einen Lenkeinschlagunterstützungselements unterstützt. Das Schwenkelement kann hierfür entweder im Befestigungselement angeordnet sein, und/oder benachbart zu diesem zwischen Stoßstange und KFZ- Karosserie, wobei eine im Wesentlichen parallele Anordnung vorzugswürdig ist. Am einen Ende des derart ausgestalteten Schwenkelements ist daher zumindest mittelbar mindestens ein Teil der insbesondere vorderen KFZ-Stoßstange befestigt. An seinem anderen Ende kann dieses Lenkeinschlagunterstützungselement in. seiner Ausgestaltungsform als Stoßstangenschwenkelement auch an der KFZ-Karosserie befestigt sein, oder alternativ denkbar ggf. auch mittelbar über ein Befestigungselement an der KFZ-Karosserie. Im letzteren Fall kann dem Befestigungselement die Aufgabe zukommen, die Stoßstange zumindest mittelbar an der Karosserie zu befestigen, während dem Stoßstangenschwenkelement die Aufgabe zukommt, die Schwenkung sicherzustellen. Das derart ausgestaltete Lenkeinschlagunterstützungselement kann damit insbesondere zwei voneinander unabhängige aber auch zusammen einsetzbare Unter-Ausgestaltungsformen aufweisen. Vorzugsweise werden alle diese Elemente zumindest im Crashfall schwenkbar an der Stoßstange und/oder KFZ-Karosserie befestigt. Im Crashfall kann die Schwenkung in ihrem extremsten Schwenkwinkel das äußre Ende der Stoßstange in Richtung des insbesondere Reifens des Vorderrads führen und diesen im Extremfall berühren und über diese Berührung des Reifens mit Hilfe der geschwenkten Stoßstange eine Lenkbewegung in das Rad einleiten und so zumindest einen Teil der Crashkraft zumindest teilweise in die Fahrzeuglenkung einleitet. Entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsform ist als Lenkeinschlagunterstützungselement an der Stoßstange mindestens ein Stoßstangenverlängerungselement angeordnet, welches im Falle eines durch einen Crash erfolgten Kraftangriffs diese Stoßstange axial verlängert und so zumindest einen Teil dieser Kraft zumindest teilweise in die Fahrzeuglenkung einleitet. Vorliegend umfasst damit das Lenkeinschlagunterstützungselement entweder ein Stoßstangenschwenkelement, an deren einem Ende zumindest mittelbar zumindest ein Teil der Stoßstange befestigt ist, und/oder ein Stoßstangenverlängerungselement. So ist das Lenkeinschlagunterstützungselement in Gestalt des Stoßstangenschwenkelements in der Lage im Crashfall die Stoßstange bodenparallel zu schwenken. Außerdem ist das Lenkeinschlagunterstützungselement in Gestalt des
Stoßstangenverlängerungselements in der Lage im Crashfall das axiale Ende der Stoßstange zu verlängern. Das erfindungsgemäße
Lenkeinschlagunterstützungselement kann in dieser ersten Ausgestaltungsform den Lenkeinschlag, z.B. mit Hilfe von mit Flüssigkeit gefüllten ausziehbaren und einfahrbaren Kolben-Zylindersystemen unterstützen, welche z.B. zumindest annähernd parallel zum Befestigungselement angeordnet sind und im Falle eines Crashs an der Seite auf welcher die Crashkraft angreift eingefahren werden können und an der anderen Seite auseinandergezogen werden können, und/oder es kann ein Lenkeinschlagunterstützungselement in einer zweiten Ausgestaltungsform den Lenkeinschlag unterstützen, indem die Stoßstangenenden sich im Crashfall verlängern, um mit Hilfe dieser Verlängerung im Crashfall in die Räder eine zusätzliche Lenkbewegung einzuleiten.
Im Fall, dass durch einen Crash an der Stoßstange ein zusätzlicher Kraftangriffs erfolgt, wird diese Kraft zumindest teilweise durch das Lenkeinschlagunterstützungselement in die Fahrzeuglenkung eingeleitet. Bisherige Konzepte bauten auf eine translatorische Kraft / Energiekompensation auf. Hiervon abweichend wird z.B. durch das Lenkeinschlagunterstützungselement die Energie des Crashs nicht wie traditionell nur translatorisch (durch Abbau der Crasheriergie mit Hilfe des Aufbaus von Verformungsenergie) sondern es wird (auch) rotatorisch Kraft / Energie kompensiert.
Um modernen Crash-Prüfmethoden gerecht zu werden setzt die Lösung an, einen möglichst gleichmäßigen Crashwiderstand über die Fahrzeugbreite sicherzustellen:
In einer ersten Ausgestaltungsform ist das Schwenkelement schwenkbar zwischen Stoßstange und KFZ-Karosserie angeordnet und umfasst ein ausziehbares und einfahrbares Kolben-Zylindersystem. Vorzugsweise ist das Schwenkelement, umfassend ein Kolben-Zylinder-System, auf der einen Seite mit der Stoßstange verbunden und auf der anderen Seite über das Kolben-Zylinder System mit der KFZ- Karosserie. Durch das Ausziehen und / oder Einfahren des Kolben-Zylinder Systems können zusätzliche Energien und Kräfte kompensiert werden; Das Schwenkelement ist vorzugsweise ebenfalls schwenkbar z.B. mit Hilfe von Scharnieren an der Stoßstange befestigt. An seiner anderen Seite ist es ebenfalls vorzugsweise schwenkbar z.B. mit Scharnieren an der KFZ-Karosserie befestigt. Während auf der Stoßstangenseite die Befestigung vorzugswiese von der Befestigungsvorrichtung beabstandet ausgestaltet ist, kann sie an der KFZ-Karosserie entweder nahe an der Befestigungsvorrichtung oder auch von dieser beabstandet erfolgen. Alternativ ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei welcher das Schwenkelement und das Befestigungselement in Reihe hintereinander geschalten sind und die Zapfen / Scharniere / Gelenke zwischen diesen angeordnet sind. Über diese ist dann die Stoßstange bzw. Stoßstangenhalterung mit der Karosserie verbunden. Realisierbar ist das beschriebene Konzept auch mit einer noch anderen, gleich wirkenden Kopplung zwischen Karosserie und Stoßstange.
Fakultativ kann das Kolben-Zylindersystem als Zylinder ein Schälelement aufweisen, in welchem der Kolben beweglich geführt wird und wobei das Schälelement z.B. in Richtung der befestigten Stoßstange ausgerichtet ist und der Kolben an zumindest in Richtung der hieran befestigten KFZ-Karosserie ausgerichtet ist. Crash- Energiemanagemeht durch Schälen statt Beulen: Fast alle heutigen Fahrzeugstrukturen bauen Crashenergie hauptsächlich durch Beulen und Falten mit großen Verformungen ab. Genau bei dieser Beanspruchung neigen viele Leichtbaumaterialien wie z.B. CFK, GFK, hochfestes Aluminium(AI) und Magnesium(Mg) zu Rissbildung. Leichte, dünnwandige Stahlbauteile wiederum zu anfänglich großen Kraftspitzen und im weiteren Verlauf zum Einbruch des Kraftniveaus. Beide Eigenschaften sind nachteilig. Daher die Energieaufnahme speziell für die geplanten Leichtbaukonzepte optimiert werden. In bisherigen Konzepten bei welchen eine Lenkkraftunterstützung genutzt wurde, konnten zwischen Crash und Beginn der Lenkkraftunterstützung minimale Zeiten von 50ms realisiert werden. Durch das erfindungsgemäß verwendete Kolben-Zylinder-System wird im Falle einer dezentral von der Befestigungsvorrichtung angreifenden Kraft der Kolben an der Seite, so die Kraft angreift, in den Zylinder gedrückt werden und an der anderen Seite der Befestigungsvorrichtung kann der Kolben aus dem Zylinder gezogen werden. Bei beiden Bewegungen wird Kraft kompensiert, also Crashenergie aus dem Aufprall genommen. Hierzu kann dieses Kolben-Zylinder-System entweder in Reihe oder mehr oder weniger parallel zwischen Stoßstange und Karosserie befestigt sein.
Fakultativ kann der Raum zwischen Kolben und Schälelement leer sein, ein Fluid umfassen, und/oder einen Schaum umfassen, wobei bei dem Lenkeinschlagunterstützungselement die beweglichen Elemente mit Hydraulikschläuchen untereinander verbunden sind und hydraulisch bewegbar sind. Bei einem derartigen Aufbau kann die Fluidfüllung des Schälträgers nicht nur geeignet sein, um die angreifende Crashkraft zu dämpfen, sondern darüber hinaus auch dazu genutzt werden, um z.B. bei einem Crash den hierdurch in dem Schalträger geführten Kolben oder den durch den Kolben im Schälelement aufgebauten z.B. zusätzlichen Druck zu nutzen, um beim Vorderrad / bei der Vorderachse eine Ausweichbewegung einzuleiten. Vorzugsweise sind alle fluidführenden beweglichen Teile des Lenkeinschlagunterstützungselements über ein Schlauchsystem hydraulisch miteinander verbunden, sodass darin aufgebaute Drücke an die beweglichen Teile des Systems unmittelbar weitergeleitet werden. So kann beispielsweise der im Zylinder auf der kraftangreifenden Seite aufgebaute Druck unmittelbar mechanisch durch ein Verbindungselement zwischen Kolben/Zylinder und Lenkung und/oder mittelbar, beispielsweise zusätzlich durch einen Hydraulikschlauch zwischen Kolben/Zylinder und Hydraulik der Lenkung übertragen werden und auf diese Weise auch ohne Schwenkung unmittelbar eine Lenkbewegung einleiten. Durch dieses Konzept kann die die Schwenkbewegung der Vorderräder um einen Faktor 10 schneller eingeleitet werden, als bis heute möglich (50ms). Dies eröffnet ein erhebliches Potential an Steigerung der Sicherheit. Ein derartiges Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung, wobei mindestens ein solches Druckschälelement elektro- rheologische Fluide beinhaltet, bewirkt die Bereitstellung eines noch weiteren zusätzlichen Kraft / Energieaufnahmereservoirs, welches insbesondere"" durch die ERF auch während der Fahrt oder eines Unfalls einstellbar bzw. veränderbar ist. Das Wirkprinzip der axialen Verschiebung von Zylindern eröffnet ein weites Feld von passiver und aktiver Kraft-Steuerung im Crash z.B. über elektro-rheo logische Fluide, Fluide mit Ventilen oder mittels Mechanik. Damit wird der Weg zu dem volladaptiven, echtzeitgeregelten Front-Crashmanagement geöffnet.
Dieses Konzept ist auch zur Nachrüstung geeignet. Wenn man die sowieso in jedem Fahrzeug vorhanden Typschadenelemente (wieder) als Fluiddämpfer ausführt, dann kann man mit einfachen Hydraulikleitungen diesen Betätigungseffekt ohne großen Aufwand auch in bestehenden Fahrzeugen nachrüsten und damit die passive Sicherheit deutlich verbessern. Eine derartige Befestigungsvorrichtung, wobei die Fahrzeugstoßstange an mindestens einem Befestigungselement und an mehr als einem als Schwenkelement Lenkeinschlagunterstützungselement befestigt ist, bewirkt eine präzisiere Schwenkbewegung und eine höhere Zug-/Druck-Kraftkompensation; 'So, kann letzten Endes auf diese Weise sichergestellt werden, dass Bei Überschreiten der Zug-/Druck-Kraftkompensation im Schwenkelement die Stoßstange am Ende ihrer Schwenkbewegung z.B. einen Reifen berührt und ihn wegzudrücken in der Lage ist. Durch dieses Wegdrücken kann durch die Stoßstange noch sicherer eine Lenkbewegung eingeleitet werden, die das Fahrzeug aus der Hauptstoßrichtung der angreifenden Kraft weglenkt.
Ein derartiges Lenkeirtschlaguriterstützungselement als Schwenkelement für eine
Befestigungsvorrichtung, wobei die Fahrzeugstoßstange an mindestens einem Befestigungselement und an mehr als einem Lenkeinschlagunterstützungselement als
Schwenkelement befestigt ist, bewirkt eine präzisere Führung des Schwenkvorgangs.
Ein derartiges Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung, , wobei bei mindestens zwei der Schwenkelemente deren erstes Ende nahe der
Fahrzeugstoßstange weiter voneinander beabstandet ist, als deren zweites Ende, bewirkt eine z.B. angenäherte„Y"-Gestalt (bildlich an eine Balkenwage erinnernd) der
Befestigungselemente. Diese angenäherte „Y"-Gestalt der Befestigungselemente unterstützt die Schwenkbewegung zusätzlich.
Ein derartiges Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung, wobei mindestens eines der Lenkeinschlagunterstützungselemente wirkendes Schwenkelement mindestens ein Hydraulikelement umfasst, bewirkt, dass im Fall von zwei Hydraulikelementen, also mindestens eines im rechten als Lenkeinschlagunterstützungselement wirkenden Schwenkelement und mindestens eines im linken als Lenkeinschlagunterstützungselement wirkenden Schwenkelement, wobei diese beiden Hydraulikelemente untereinander verbunden sein können, um im Schwenkfall, also im Crashfall, Hydraulikflüssigkeit von dem mit Druck beaufschlagten Hydraulikelement in das andere, also in das auf Zug beaufschlagte Hydraulikelement überzuleiten, was wiederum die Schwenkbewegung unterstützt. Zum weiteren Unterstützen der Schwenkbewegung kann z.B. mit Hilfe einer Pumpe, die wiederum über ein Steuerungsgerät aktiviert wird, wobei das Steuerungsgerät im Crashfall Crashdaten erhält, auf deren Basis die Hydraulikpumpengesteuert werden, zusätzliche Flüssigkeit vom auf Druck beaufschlagten Hydraulikzylinder auf den mit Zug beaufschlagten Hydraulikzylinder gepumpt werden. Auch denkbar ist, mit Hilfe eines Verbindungsschlauchs zwischen jedem der Zug-/Druckelemente und einer Hydraulik der Lenkung vom auf Druck beaufschlagten Zylinder Hydraulikflüssigkeit z.B. über ein Ventil, in die Lenkhydraulik überzuleiten, um dort beschleunigt eine Lenkbewegung einzuleiten
Ein derartiges Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung, wobei mindestens eines der als Schwenkelemente wirkenden
Lenkeinschlagunterstützungselemente mindestens ein Druckschälelement umfasst bewirkt, dass ein zusätzliches Reservoir bereitgestellt werden kann, welches in der Lage ist, weitere Kräfte aufzunehmen. Derartige Druckschälelemente sind ausgelegt, Energie zu absorbieren, indem die beaufschlagende Energie nicht durch ein Knittern des Materials absorbiert wird, sondern z.B. durch sondern durch ein schälen, indem das Druckschälelement Elemente umfasst, welche in einem solchen Fall z.B. gezielt zerspant werden. Auch kann eine mehrschnittige Lagerung vorgesehen werden. Ein derartiges Druckschälelement kann in jedem der Elemente befestigt sein, also im Mittleren, und / oder Rechten / Linken. Eine weitere Wirkung eines derart eingesetzten Druckschälelements ist, dass eine Überlastung der Stoßstange vermieden werden kann, indem der Energieabbau im Druckschälelement dann beginnt, wenn die Kraftbeaufschlagung damit beginnen würde, die geschwenkte Stoßstange zu verformen. Wenn dann auch die Kraft / Energiekompensation des Druckschälelements erschöpft ist, kann weiterhin angreifendes Kraftpotential durch , eine Verformung des Befestigungselements bzw. des Druckschälelements erfolgen. Zur Verbesserung des Crashverhaltens wurde diese Ausgestaltungsform vom Bild einer Balkenwaage abgeleitet. Das Balkenwaagen-Verhalten wird gemäß dem vorliegenden Konzept durch einen knickstabilen Stoßstangenquerträger der mit Befestigungsvorrichtung und Schwenkelementen, wie z.B. drei Schälträgern (also z.B. incl. Druckschälelement) anstatt zwei Längsträgern (Standard) gelagert wird, ergänzt und damit deutlich verbessert. Zwei Seitlichen mit z.B. geringerer und einem Zentralen mit einer z.B. höheren Schälkraft. Trifft das Fahrzeug vollüberdeckend auf ein Hindernis, deformieren sich alle drei Schälträger gleichzeitig mit einem sehr gleichmäßigen Kraftniveau; Je einseitiger ein Hindernis getroffen wird, desto mehr dreht sich der Stoßstangenquerträger in der ersten Phase des Crashes um seine Hochachse um den mittleren Schälträger der zunächst fest stehen bleibt. Dabei wird der stoßzugewandte Schälträger mit moderatem Kraftniveau zusammengedrückt und der gegenüberliegende Schälträger auseinandergezogen und beide wandeln z.B. durch Zerspanen Energie um. Dafür wurde ein Druckschälträger mit einem „gebauten" Schneidring zur einem doppelwirkenden Zug/Druckschälträger erweitert. Vorteil in dieser ersten, frühen Phase (insbes. <20rris). des Crashes ist nun, dass der Stoßstangenquerträger mit moderatem Kraftniveau (insbes. <50kN) sehr früh wie eine „Balkenwaage" an das exzentrische Hindernis koppelt ohne strukturell zerstört zu werden. Um die hohe Knickstabilität der Balkenwaage mit möglichst geringem Gewicht zu erreichen, wird z.B. ein geschlossenes Metallprofil mit Strukturschaumfüllung eingesetzt. Diese Funktionsweise wirkt in ihrer Gesamtheit mit dem Fahrzeug dann als „Balkenwagen-Vorderwagen" aus z.B. MnE-Mischbauweise, der mit einem solchen Aikido-Prinzip (bildlich angelehnt an die asiatische Sportart deren Ziel es ist, die Kraft des gegnerischen Angriffs abzuleiten (Abwehr) und den Gegner mit derselben Kraft vorübergehend angriffsunfähig zu machen (Absicherung)) eine Antwort auf den Small- Overlap-Lastfall gibt, besonders für Modellvielfalt geeignet ist und den Einsatz eines Voll-Magnesium (MnE) Vorderwagens erst möglich macht. Vorzugsweise werden die Kräftekompensation durch die Schwenkbewegung und die Kräftekompensation durch die Verformung des Befestigungselements selbst derart ausgelegt und aufeinander abgestimmt, dass sie im Wesentlichen nacheinander beaufschlagt werden und nicht gleichzeitig. Ein derartiges Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung, wobei dieses Druckschälelement Bauteile umfasst, welche sich bei Druckbeaufschlagung relativ zueinander bewegen und bei dieser Relativbewegung Energie abbauen, bewirkt die Bereitstellung eines zusätzlichen Kraft / Energieaufnahmereservoirs. Der Energieabbau kann verstärkt werden, durch das Zerspanen von Material in den sog. Druckschälelementen. Hierbei schieben sich Bauteile übereinander, wobei an dem einen Teil angebrachte Schneiden Material aus dem anderen Teil herausschneiden. Das Ergebnis ist eine sehr definierte Losbrechkraft fast ohne Überhöhung und ein sehr gleichmäßiger, konstanter Kraftverlauf über den gesamten Stauchweg. Ideal also, um eine für die Crashsicherheit optimale, gleichmäßige Verzögerung zu erzielen. Diese Art des Energieabbaus ist speziell für Magnesium, CFK und GFK ideal und wird im Weiteren als Schälträger bezeichnet.
Darüber hinaus kann das Lerikeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichfung eine Fachwerk-Struktur aus MEIOOStrangpressprofilen umfassen oder Teil einer solchen sein. Das Fachwerk dient hierbei als kinematische Führung: Das geschilderte Konzept funktioniert im Crash unter vielen verschiedenen Aufprallwinkeln. Hierfür wird das Konzept über den gesamten Deformationsweg so geführt, dass eine optimale Verzögerung möglich ist. Um darüber hinaus auch noch so kostengünstig und leicht wie möglich zu sein, wurde in einer Ausfühmngsform ein Fachwerk gewählt, -umfassend eine Befestigungsvorrichtung mit MEIOOStrangpressprofilen, die zur besseren Steifigkeit und aus Funktionsgründen z.B. mit Schubfeldern beplankt ist. Dieses bildet zusammen, mit den 3 Schälträgern sowie der Balkenwaage die Vorderwagenstruktur und trägt auch z.B. Lenkgetriebe und Federbein. Die beiden äußeren Schälträger sind sehr steif und so positioniert, dass die unteren Querlenkerlager einer handelsüblichen McPherson Vorderachse ohne Hilfsrahmen direkt daran befestigt werden können. Da ME100, wie viele andere Leichtbaumateriatien auch, keine zu großen Verformungen erträgt wird das Fachwerk entgegen bestehenden Gitter und Spaceframe-Konstruktionen im Crashfall nicht als wesentliches Energiemanagementsystem eingesetzt, sondern hauptsächlich zur kinematischen Führung der Schälträger. Erreicht wird das zum einen durch die Wahl der Lage der Knotenstellen und zum anderen durch den Einsatz von hochduktilen Knoten (plastische Gelenke; zwischen den Profilen. Im statischen Fall verhält sich das Fachwerk sehr steif, bei großer plastischer Verformung aber ähnlich einem gelenkigen Stabwerk und beeinflusst den Crashpuls durch seine eigenen Verformungswiderstände wenig. Damit sind nun auch Vorderwagenstrukturen aus spröde versagenden Werkstoffen wie z.B. CFK sehr robust realisierbar.
Die erfindungsgemäß angestrebte Schwenkbewegung kann jedoch auf zwei Weisen unterstützt werden. Entweder, wie bis hier beschrieben durch das als Schwenkelement wirkende Lenkeinschlagunterstützungselement z.B. in Gestalt eines Zylinder-Kolben- Systems, welches z.B. ein Schälelement umfasst, oder ergänzend bzw. alternativ hierzu, durch eine als Schwenkelement wirkende Lenkeinschlagunterstützungselement in Gestalt einer Stoßstangenverlängerung, die geeignet ist, im Crashfall eine Schwenkbewegung in mindestens eines der Vorderräder einzuleiten, um so ein zusätzliches Lenkbewegung von außen einzuführen. Natürlich können auch beide Ausgestaltungsformen des Lenkeinschlagunterstützungselements zugleich angewendet werden:
Eine alternative Ausgestaltungsform umfasst ein Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei die Stoßstange an ihren Enden jeweils ein Element umfasst, welches geeignet ist, im Falle eines Crashs die Stoßstange zu verlängern. Eine solche Stoßstange besteht aus einem Element, welches die Länge der Stoßstange vergrößert und ebenfalls als Lenkeinschlagunterstützungselement charakterisierbar ist, weil es dieselbe Wirkung bereitstellt, wie das zuvor beschriebene Kolben-Zylinder-System. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein Element, welches im Normalbetrieb, z.B. kaum sichtbar, in dem Sinne ein Teil der Stoßstange ist, dass es die Stoßstange in ihrer Funktion, einen Crash aufzunehmen unterstützt. Hierzu kann es jedoch unabhängig von dem zentralen Teil der Stoßstange und relativ zu diesem bewegt werden. Um dies umzusetzen kann dieses Lenkeinschlagunterstützungselement entweder über eine weitere, von der Befestigungsvorrichtung der Stoßstange unabhängige Befestigungsvorrichtung an der Stoßstange befestigt sein, oder es kann an einer Befestigungsvorrichtung befestigt sein, an welcher auch die Stoßstange befestigt ist. Diese Ausgestaltungsform umfasst somit ein Befestigungselement einer Stoßstange zum Fahrzeug, umfassend ein als Stoßstangenträger wirkendes Befestigungselement, sowie an jeder Seite benachbart zu diesem mindestens einen weiteren Stoßstangenträger, wobei auf dem zentralen Stoßstangenträger, sowie auf den weiteren Stoßstangenträgern wie schon zuvor beschrieben die Stoßstange schwenkbar angeordnet ist, und wobei mindestens einer der Stoßstangenträger auf jeder Seite eine Befestigungsvorrichtung gemäß dem zuvor beschriebenen Befestigungselement umfasst. Dieser Aufbau erinnert an eine Balkenwaage.
Ein derartiges Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei die Fahrzeugstoßstange an deren beiden axialen Enden axial ausfahrbar gestaltet ist unterstützt damit die Schwenkbewegung, indem das Stoßstangenteil, welches ausgefahren ist im Falle eines dezentralen Kraftangriffs und der damit verbundenen Schrägstellung der Stoßstange geeignet ist, mit dem ausgefahrenen Stoßstangenteil das Vorderrad von außen zu berühren und im Zuge der Schrägstellung der Stoßstange z.B. einen Teil des Reifens von außen nach innen zu drücken umso eine Lenkbewegung von außen in die Räder einzuleiten:
Eine Ausgestaltungsform des Lenkeinschlagunterstützungselements umfasst eine derartige Befestigungsvorrichtung, wobei das ausfahrbare Stoßstangenende mit Hilfe einer gleitenden Verbindung mit dem Zentralstück der Stoßstange axial führbar verbunden ist und mit Hilfe einer Stoßstangen-Ausfahr-Vorrichtung ausgefahren werden kann. Hierfür ist die Stoßstange z.B. in ein Zentralstück mit mindestens einem Endstück am jeweiligen axialen Ende der Stoßstange ausgestaltet. Das jeweilige Endstück ist vom Zentralstück ausfahrbar gestaltet, beispielsweise mit Hilfe einer z.B. kammartigen Verzahnung. Bei der Verzahnung greifen die Zähne des Zentralstücks und des Endstücks derart ineinander, dass das Endstück der Stoßstange die Stoßstange im Wesentlichen in axialer Richtung zu verlängern in der Lage ist. In eingefahrenem Zustand sind die Zinken des Zentralstücks und die Zinken des jeweiligen Außenstücks hierfür vorzugsweise komplett ineinander verschränkt, sodass in diesem Fall das Außenstück der Stoßstange komplett in das Zentralstück der Stoßstange aufgenommen ist. Das Aus- und ggf. Einfahren der Stoßstangenenden in die z.B. kammartige Verzahnung kann mit Hilfe einer Ausfahrvorrichtung erfolgen, die beispielsweise hydraulisch, mechanisch, elektrisch o.ä. sein kann. Die Ausfahrbewegung kann entsprechend der Ausfahrvorrichtung dann ebenfalls hydraulisch, mechanisch, elektrisch eingeleitet werden, wobei der Beginn der Ausfahrbewegung mit der Schwenkung der Stoßstange korreliert. Das Korrelieren kann beispielsweise durch eine Steuerungsvorrichtung erfolgen, welche basierend auf Crashdaten und/oder den Daten der Schwenkbewegung dann das Signal bereitstellt, damit das Stoßstangenende hydraulisch, mechanisch, elektrisch ausgefahren werden kann. Alternativ oder ergänzend kann auch die Crashkraft genutzt werden, indem bei einem Crash durch die hierbei eingeleitete Verformungsenergie ein Hydraulikflüssigkeit beinhaltender Behälter, wie z:B. das in einer vorhergehenden Ausgestaltung beschriebene Kolben-Pumpe-System, welches hierfür mit Hilfe eines Hydraulikschlauchs mit dem die Hydraulikflüssigkeit beinhaltender Behälter einer Stoßstangen-Ausfahr-Vorrichtung verbunden ist und in welchem im Crashfall im Kolben-Pumpe-System aufgebauter hydraulischer Druck z.B. über ein Überdruckventil in die Stoßstangen-Ausfahr-Vorrichtung an den ausfahrbaren Stoßstangenenden weitergeleitet wird, die hierdurch ausgefahren werden, weil z.B. in der Stoßstangen- Ausfahr-Vorrichtung das Ende des Hydraulikschlauchs als fluiddichter Kolben wirkt, der in einem Zylinder des beweglichen Stoßstangenendes geführt wird. Im Falle eines Aufbaus von Druck wird so Druck in diesem Zylinder aufgebaut und der der Hydraulikschlauch axial in dem Zylinder bewegt, wodurch das Stoßstangenende durch die z.B. Zinken geführt in Bewegung gerät. Optional kann durch eine Umkehrung dieses Vorgangs das Stoßstangenende dann wieder eingefahren werden. Statt der beschriebenen Verzahnung sind auch andere Ausgestaltungen denkbar, solange sie eine Verlängerung der Stoßstangenenden sicherstellen können, wie z.B. Bolzen in Zylindern, oder ein Ausklappen. Auch die Stoßstangen-Ausfahr-Vorrichtung kann beliebig ausgeführt sein, so langte sie sicherstellt, dass das Stoßstangenende im Crashfall schnell ausgefahren werden kann, also in axialer Richtung eine Distanz zum Zentralstück der Stoßstange aufbauen kann. Für den Fall, dass die Ausfahrbewegung mit Hilfe von Hydraulik, beispielsweise mit Hilfe von Hydraulikzylindern erfolgt, geschieht dies beispielsweise, indem sich bei einem Unfall durch diesen Unfall im Hydraulikzylinder der Stoßstangen-Ausfahr-Vorrichtung Druck aufbaut, der wiederum mindestens eine der beiden Stoßstangenende ausfährt. Hierdurch wird Stoßstange beispielsweise um ca. 10cm verlängert, über die Verkämmung, bestehend aus z.B. 10 Zinken in 10 Taschen ausgefahren, wobei Versuche gezeigt haben, dass in diesem Fall die Stabilität der Gesamtstoßstange gewährleistet bleibt.
Eine derart als Lenkeinschlag Unterstützung selement mit herausziehbaren Enden ausgestalte Stoßstange ist mit der Stoßstange herausziehbar verbunden und daher mit der Stoßstange ebenso wie das zuvor beschriebene Schwenkelement und das Befestigungselement mit der KFZ-Karosserie verbunden. Die als Lenkeinschlagunterstützungselement wirkenden Stoßstangenenden sind an der Stoßstange zusammenfahrbar und herausziehbar ausgestaltet. Als diese Bewegung diese Bewegung einleitende Vorrichtungen sind z.B. ausziehbare und einfahrbare Kolben-Zylindersysteme geeignet. Diese können z.B. als hydraulisches System mit Flüssigkeit gefüllt sein.
Die Aufgabe wird daher weiterhin gelöst durch einen Vorderwagen, oder Fahrzeugkarosserie, oder Kraftfahrzeug umfassend mindestens eines der beschriebenes Lerikeinschlagunterstützungselemente für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche. Ein derartiger Vorderwagen kann sehr flexibel und günstig auf verschiedene Fahrzeuge angepasst werden.- Er nutzt ein Balkenwaagenprinzip, um adaptiv auf unterschiedlichste Crash-Fälle zu reagieren und verspricht eine sehr einfache Crashpuls-Abstimmung. Durch das physikalisch intelligentere Und robustere Wirkprinzip hat er ein deutlich besseres Leichtbaupotential als klassische Lösungen und macht den Einsatz einer breiten Palette von Leichtbauwerkstoffen erst möglich. Mithin kann das vorgestellte Konzept eine Lösung für den Vorderwagen der Zukunft sein.
Eine derartiger Vorderwagen, oder Fahrzeugkarosserie, oder Kraftfahrzeug umfassend eine Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei im Falle des Schwenkens der Stoßstange um das zentrale Befestigungselement der Schwenkvorgang mindestens bis zur Berührung eines Endes des Vorderrads zu erfolgen in' der Lage ist und danach im Falle einer weitergehenden Schwenkbewegung durch die Berührung mit dem Vorderrad eine Lenkbewegung einzuleiten in der Lage ist, bewirkt, dass das Fahrzeug hierdurch durch die Kraftbeaufschlagung (z.B. durch Unfall) von der Kraftbeaufschlagung (z.B. Unfall) weg gelenkt wird.
Im Zusammenspiel mit dem Vorderwagen kommen die Vorteile des nach dem Aikido Prinzip aufgebaute Balkenwaagen-Konzepts noch besser zum Tragen. Im weiteren Crash-Verlauf dreht sich die Balkenwaage bis sich ihr äußeres Ende auf der Kante des Vorderrades abstützt, um das Vorderrad von außen tendenziell auf die stoßabgewandte Seite einzudrehen. D.h. die Balkenwaage, stützt sich selbst bei sehr kleiner Überdeckung nicht mehr „fliegend" am äußeren Schälträger ab, sondern, zunehmend auch am Rad. Damit ist der Haupt-Eindrehvorgang der Balkenwaage bei relativ großer Schrägstellung weitgehend beendet und ihre Biegeste.ifigkeit ist voll erhalten.
Nun beginnt - sich durch einen solchen Offset-Crash der Vorderwagen im Hindernisbereich nach hinten zu schieben und die Schälträger bauen gemeinsam sehr konstant Energie ab. Die Räder und die Balkenwaage werden, bei kleinen Überdeckungen, immer weiter eingedreht und bilden zusammen eine schiefe Ebene, die eine Querkraft zwischen Hindernis und Vorderwagen ausübt. Dadurch muss z.B. bei sehr kleinen Grash-Überdeckungen nicht die gesamte Bewegungsenergie bis zum Stillstand umgewandelt werden, sondern das Fahrzeug wird tendenziell seitlich an dem Hindernis vorbei geleitet. Um den maximalen Deformationsweg nutzen zu können, ist der mittlere Schälträger mit seinem Schneidelement direkt an dem steifen Stirnwand/Tunnel-Knoten , befestigt und taucht bei Bedarf leicht schräg unter dem Wagenboden durch. Die äußeren Zug/Druckschälträger sind so ausgelegt, dass vorzugsweise etwa 50% der Vorderwagenlänge im Schälvorgang genutzt werden können, wobei das innenliegende Tauchrohr ebenfalls unter dem Wagenboden durchtaucht. Bei weiterer Verformung können sich die eingefahrenen äußeren Schälträger als Ganzes unter den Wagenboden schieben, ggf. mit je einem weiteren Schälelement am Fuß des Trägers.
Somit ist ein großer Teil der Vorbaulänge als Deformationsweg nutzbar. Um die Abstütz- und Eindrehwirkung der Balkenwaage (Stoßstange) auf das Vorderrad gewichtsoptimal zu nutzen, werden bei dieser Lösung die zweigeteilten (kleinen) Kühler fest mit der Struktur der Stoßstange verbunden und dienen als biegesteife „Radleitschaufeln"
Eine derartiger Vorderwagen, oder Fahrzeugkarosserie, oder Kraftfahrzeug umfassend eine Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei im Falle einer dezentral auf die Stoßstange auftreffenden, im wesentlichen bodenparallelen, . Kraft der Schwenkvorgang und die Befestigungselemente bei Erschöpfen ihrer Fähigkeit Kräfte aufzunehmen, geeignet sind, eine weitere Kraftaufnahme durch die Verformung des Vorderwagens einzuleiten, bewirkt, dass erst wenn die gesamte Physik aus Befestigungselement und Druckschälelement was die Kraft / Energieaufnahme betrifft, ausgeschöpft ist, als letzte Kraftkompensation, die Verformung des Vorderwagens eingeleitet wird. Auf diese Weise wird der Fahrgast optimal vor derartigen von außen angreifenden Kräften geschützt.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein beschriebenes Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug ein Fahrzeug mit Elektroantrieb ist. Derartige Fahrzeuge werden insbesondere mit Antrieben ausgestattet, bei welchen der Elektromotor direkt an ein anzutreibendes Rad angekoppelt ist.
Bessere Steifigkeit. Durch immer effizientere, leichtere z.B. E(Radnaben)Motoren entfällt der wesentliche Bauraum und Kühlungsbedarf im Vorderwagen. Dies ermöglicht dann eine „geschlossene" Kasten-Frontstruktur aus z.B. Profilen und Schubfeldern, mit optimaler Gestaltbarkeit hinsichtlich Steifigkeit, Leichtbau, Crashpuls etc. Da die oben beschriebenen Schälträger mit den formschlüssig verpressten Schneidringen selbst sehr biege- und torsionssteife Elemente darstellen und aufgrund der notwendigen Knickstabilität sowieso einen relativ großen Durchmesser erfordern, bietet sich z.B. ME100 als Leichtbauwerkstoff an. Damit können bei geringem Gewicht zusätzlich verhältnismäßig große Wandstärken, gewählt werden. Um die Masse der notwendigen starken Balkenwaage auch für die Steifigkeit bestmöglich zu nutzen, werden die Schälträger mit speziellen Biegeplatten fest mit dieser verschraubt. Diese Lösung erzielt eine hohe Eigenfrequenz des Vorderwagens und erlaubt im Crashfall eine Verdrehung der Balkenwaage mit moderaten Zwangskräften in den Trägern ohne die Schälkinematik zu blockieren.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betätigen einer Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange umfassend eine zuvor beschriebene Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei im Falle dass die Stoßstange rechts oder links von dem zentralen Befestigungselement mit einer Kraft beaufschlagt wird, in einem ersten Schritt durch diese Kraftbeaufschlagung diese Stoßstange eine im wesentlichen bodenparallele Schwenkbewegung um das zentrale Befestigungselement durchzuführen in der Lage ist wodurch durch die Bauteilauswahl ein zweischrittiges Ablauf verfahren eingeleitet wird.
Ein derartiges Verfahren zum Betätigen einer Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei nach Beginn der Durchführung der im Wesentlichen bodenparallelen Schwenkbewegung die translatorische Verformung der Befestigungselemente beginnt, bewirkt durch diese sequentielle Kräftekompensation einen optimalen Bauelementeschutz, da z.B. die Stoßstange noch keine Verformungsenergie aufnehmen musste.
Ein derartiges Verfahren zum Betätigen einer Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei nach Beginn der translatorischen Verformung der Befestigungselemente die Verformung des Vorderwagens beginnt, bewirkt durch diese sequentielle Kräftekompensation neben einem optimalen Bauelementeschutz zusätzlich noch einen gesteigerten Insassenschutz.
Ein derartiges Verfahren zum Betätigen einer Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei die translatorische Verformung der Befestigungselemente im Wesentlichen nicht vor dem Zeitpunkt beginnt, zu welchem die im wesentlichen bodenparallel geschwenkte Stoßstange eines der Vorderräder des Fahrzeugs berührt hat, bewirkt dass das Fahrzeug von der angreifenden Kraft aus durch diese angreifende Kraft weggelenkt werden kann. Ein derartiges Verfahren zum Betätigen eines
Lenkeinschlagunterstützungselements für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei der Beginn der Verformung des Vorderwagens entweder nach Beginn der im Wesentlichen bodenparallelen Schwenkbewegung der Stoßstange, oder nach Beginn der Berührung der Stoßstange mit einem der Vorderreifen, oder nach Beginn der translatorischen Verformung der Befestigungselemente erfolgt, bewirkt durch diese sequentielle Kräftekompensation neben einem optimalen Bauelementeschutz zusätzlich noch einen optimalen Insassenschutz.
Ein derartiges Verfahren zum Betätigen einer
Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange, wobei der Beginn der Verformung des Vorderwagens entweder im Wesentlichen zeitgleich mit dem Ende der der im wesentlichen bodenparallelen Schwenkbewegung der Stoßstange, oder im Wesentlichen zeitgleich mit der Berührung der Stoßstange mit einem der Vorderreifen, oder im Wesentlichen zeitgleich mit dem Ende der translatorischen Verformung der Befestigungselemente erfolgt, bewirkt durch eine derartig aufeinander abgestimmte sequentielle Kräftekompensation eine letztmögliche Inanspruchnahme des Kompensationspotentials des Vorderwagens und insbesondere der mit dem Vorderwagen verbundenen Fahrgastzelle.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform wird das erfindungsgemäße Leichtbau profil wie folgt erzeugt und ausgestaltet. Hierbei zeigt:
Fig. 100: innovativer Vorderwagen insbesondere für Fahrzeuge mit alternativen
Antrieben
1 · - zentraler Schälträger
2 - seitlicher Schälträger
3 - Stoßstangen-Querträger
4 - Endstücke der Stoßstange z.B. Kühler
5 - Bodenträger mit Aufnahme für die Schälträger Fig. 101 : gleichzeitige Deformation dreier Schälträger mit einem gleichmäßigen
Kraftniveau
1 - Barriere/Hindernis mit großer Fahrzeug-Überdeckung
Fig. 102: Um Mittelpunkt drehende Stoßstange mit Schälträgern die mittels
Zerspanung die maßgebliche Energieumwandlung bewirken
1 - Barriere mit 40% Fahrzeug-Überdeckung
2 - Barriere mit 25% Fahrzeug-Überdeckung 3 - aufprallseitig verkürzender Schälträger
4 -verlängernder Schälträger auf stoßabgewandter Seite
Fig. 103: Fahrzeug welches tendenziell seitlich an einem Hindernis vorbei geleitet wird
1 - Barriere mit 40% Fahrzeug-Überdeckung
2 - Barriere mit 25% Fahrzeug-Überdeckung
Fig. 104: Faltrohrprofil, Schälrohr und Kraftverlauf über Weg
1 - schwingender Kraft-/Wegverlauf über den Stauchweg bei Faltenbeulen eines Längsträgers
2 - gleichmäßiger KräftTWegverlauf über den Stauchweg eines Schälträgers
3 - Kraft
4 - Weg
Fig. 105: 3 Punkt Biegeversuch
1 - KrafWWegverlauf eines Stahlhohlprofils im Dreipunktbiegeversuch
2 - KrafWWegverlauf eines schaumgefüllten Stahlhohlprofils im
Dreipunktbiegeversuch
3 - spezifische Energieaufnahme in J/kg des Stahlhohl profils
4 - spezifische Energieaufnahme in J/kg des schaumgefüllten
Stahlhohlprofils
5 - Kraft
6 - Weg
Fig. 106: Vorderwagen
1 - Stoßstangen^Querträger
2 - Crashbox
3 — Vorderrahmen
4 - Federbeindom
5 - Stirnwand
6 - Querträger Scheibenauflage
7 - Radkasten
8 - Strebe Radeinbau - Querträger Front oben
Aufbau innovativer Vorderwagen aus ME100
1 - zentraler Schälträger
2 - seitlicher Schälträger
3 - Stoßstangen-Querträger
4 - Endstücke der Stoßstange z.B. Kühler
5 - Diagonalstreben
6 - Schweller
7 - Tunnellängsträger
8 - oberer A-Säulenträger
9 - Abstützung Federbeindom (kurz FD)
10 - Verlängerung Abstützung FD
11 - A-Säule
12 - Unterer Stirnwand-Querträger
13 - Lagerung Lenker
14 - Frontend-Rahmen
15 - unterer Vorderwagenquerträger Fig. 108: Draufsicht Aufbau innovativer Vorderwagen aus ME100
1a - zentraler Schiälträger
1b - Druck-Schälelement zentraler Schälträger
2a - Tauchrohr seitlicher Schälträger
2b - Tragrohr seitlicher Schälträger
2c — Zug/Druckschälelement
9 - Abstützung Federbeindom
11 - A-Säule
19 - Abschlepphaken
20 - Typschadenelemente
21 - Konsolen für Schälträger im Front-Endrahmen
22 - Durchtauchraum für Tauchrohre
23 - Längsstrebe unterer Vorderwagen Fig. 109: Seitenansicht Aufbau innovativer Vorderwagen aus ME100 2) Seitlicher
Schälträger
2 - Seitlicher Schälträger
12 - unterer Stirnwand-Querträger
13 ■ - Lagerung Lenker
15 - unterer Vorderwagen-Querträger
16 - Stirnwand
17 - Lenkgetriebe
18 - Bodenblech Vorderwagen mögliche Position duktiler Knotenverbindungen
Fig. 111 : Jochplatte mit Schälelement am zentralen Schälträger
7 - Tunnel
12 - Unterer Stirnwand-Querträger
25 - Jochplatte z.B. verschraubt
26 - Schälelement Hauptlängsträger, ggf. eingeschraubt Fig. 112: mehrteiliges Schälelement am linken und rechten Schälträger
27 - Spannring verschraubt mit Tauchrohr
2a - Tauchrohr seitlicher Schälträger
2b - Tragrohr seitlicher Schälträger
2c - mehrteiliges Schälelement
Fig. 1 3: möglicher Prinzipaufbau Typschadenelement
1 - Überwurfmutter
2 - Dichtung
3 -.Schneidbolzen
4 -.Schraube
5 - Stoßstangen-Querträger
6 -.Stützhülse
7 - Tauchrohr seitlicher Schälträger -.Kerbverzahnungs-Schneiden
-.Kerbverzahnung
-.Verdrehsicherung
-.Elastisch/plastisches Gelenk
Hauptlastpfade in der Seitenansicht
- Obere Trägerebene
- Untere Trägerebene
- Querlastpfade
Wirkprinzip der Typschadenelemente
- Ausgangslage der Stoßstange
- im Typschadenlastfall verschobene Lage der Stoßstange Fig. 1 16: Front-Crash mit 100% Überdeckung
1 - Barriere/Hindernis mit 100% Fahrzeug-Überdeckung
10a - Beispiel für Schäl-Kraftniveau seitlicher Schälträger: 40 kN
10b - Beispiel für Schäl-Kraftniveau mittlerer Schälträger: 70 kN
10c - Ausgangslage der Stoßstange
10d - verschobene Lage der Stoßstange
Fig. 1 17: Prinzipdarstellung des Verhaltens des Vorderwagens im Front-Crash mit 20
% bzw. 40 % Überdeckung
1 - Barriere mit 40% Fahrzeug-Überdeckung
2 - Barriere mit 25% Fahrzeug-Überdeckung
10a - Beispiel für Schäl-Kraftniveau seitlicher Schälträger: 40 kN
10b - Beispiel für Schäl-Kraftniveau mittlerer Schälträger: 70 kN
Fig. 118: Unterstützung der Schwenkbewegung der Vorderräder durch Nutzung der
Crashenergie
a - exzentrischer Aufprall
b - Fluiddruck
c - Nehmerzylinder an Lenkung d - Beispiel für die resultierende Lenkkraft
Die vorliegende Beschreibung führt eine Ausgestaltungsform am Beispiel eines innovativen Fahrzeugs mit Magnesium-Rahmen / Karosserie aus, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Grund hierfür sind die Vorteile von Magnesiumblechen gegenüber Mg- Druckgussbauteilen. Diese liegen in gleichmäßigeren mechanischen Eigenschaften und damit höheren Festigkeiten. Beim Mg-Druckguss ergeben sich über die verschiedenen Bauteilbereiche verschiedene Materialkennwerte, z.B. durch ungleichmäßiges Abkühlen in der Form, unterschiedliche Wandstärken oder Fließlinienbildung an den Fließfronten. Auch realitätsnahe zuverlässige Bauteilsimulation und -auslegung wird mit gleichmäßigen Werkstoffeigenschaften einfacher. Dazu kommt, dass Mg-Blech ein höheres plastisches Verformungsvermögen besitzt und somit höhere Energien im Crash aufnehmen kann. Damit erhöht sich gleichzeitig die Ermüdungsfestigkeit und Schadenstoleranz. Der Leichtbau ist meist auch durch dünnwandige Flächenkonstruktionen geprägt, was sich mit Gussbauteilen nur schwer realisieren lässt.
Weitere Vorteile von Mg gegenüber anderen Materialien liegen in der sehr guten spanenden Bearbeitbarkeit, in der sehr guten Recyclebarkeit, einem hohen Schwingungsdämpfungsvermögen, guter Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung und einer guten Wärmeleitfähigkeit.
Längsträger mit Schälprinzip: Bei einem Crash sollte der Energieabbau möglichst über einen konstanten Kraftverlauf ohne' Kraftspritzen erfolgen, um die Insassen bestmöglich vor Beschleunigungsspitzen zü schützen. Bei den herkömmlichen, in den meisten Fahrzeugen als Längsträger eingesetzten Faltprofilen (siehe Fig. 104 rechts) zur Energieabsorption, ist das nicht möglich. Hier liegt das Prinzip des Beulens zu Grunde. Die Kraft baut sich auf bis die Beulsteif ig keit des ersten Triggerpunkts erreicht wird, dann fängt der Träger an auszubeulen und eine Falte zu bilden. Das Kraftniveau fällt dabei solange stark ab, bis der Faltvorgang beendet ist und sich das Niveau am nächsten Triggerpunkt erneut aufbaut bis Beulen eintritt (siehe Fig. 104 links).
Beim Schälprinzip wird das Prinzip des Energieabbaus durch Schälen bzw. Schneiden genutzt. Beim Schälen durch Schneiden (z.B. von eigens eingebauten Zerspanelementen) baut sich die Kraft zu Beginn auf, bis die Widerstandskraft des Materials gegenüber dem Schälwerkzeuge erreicht wird. Startet der Schälvorgang, bleibt das Kraftniveau konstant und damit auch der Energieabbau. Es ergeben sich somit keine überhöhten Kraft- bzw. Beschleunigungsspitzen und der Puls auf die Fahrzeuginsassen wird wesentlich kontrollierbarer.
Vorteile, die sich aus diesem Prinzip ergeben, liegen in der einfachen Adaptierbarkeit als Längsträgerstruktur. Die Struktur und Steifigkeit des teleskopisch einfahrenden Rohres bleiben während eines Crashs erhalten und das erforderliche Kraftniveau kann mittels kleinen Bauteiländerungen einfach angepasst werden.
Hybride Träger bestehen z.B. aus einer mit Schaum gefüllten Trägerstruktur. Die Idee dabei ist, den Querschnitt eines Hohlprofils bei punktueller Biegebelastung, wie z.B. beim Seitencrash gegen frühzeitiges Beulen zu stabilisieren. Hohlträger besitzen zwar eine hohe Steifigkeit pro kg Gewicht, reagieren bei konzentrierter Biegebelastung aber mit Beulen, was den Querschnitt stark schwächt und die Biegesteifigkeit des Trägers stark herabsetzt. Schafft man eine Stabilisierung des Querschnitts eines Trägers während des Biegevorgangs, lassen sich Eindringwiderstand und Energieabsorption erheblich verbessern. In einem 3-Punkt-Biegeversuch, welcher schematisch in Fig. 105 oben dargestellt wird, wurde das Potential von schaumgefüllten Biegeträgern nachgewiesen. In dem Versuch wurden ein Hohlträger aus z.B. DC04 ohne Schaumfüllung und ein Hohlträger mit Schaumfüllung geprüft. Es wurde ein Schaum mit einer Dichte von 400 kg/m3 gewählt. Das Gewicht stieg damit auf das 1 ,72fache des hohlen Trägers. .
Die gewichtsspezifische Energieabsorption stieg mehr als das Dreifache des einfachen Hohlträgers bei nicht mal doppeltem Gewicht.
Die Idee des hybriden Trägers trägt somit ein hohes Leichtbaupotential. Durch Anpassung der verschiedenen Parameter, wie Material und Dichte der Kernfüllung oder dem Material des Biegeträgers, können die Eigenschaften auf den vorhandenen Bauraum optimal abgestimmt werden. Des Weiteren können Anpassungen der Energieabsorptionseigenschaften einfach durch Variationen der Füllung erfolgen, was eine einfache Adaption von Crash-Eigenschafen ohne Änderungen des Bauraums bedeutet.
Die heute gängigsten Crashabsorber in den Längsträgern sind Faltrohre. Sie bauen die kinetische Energie durch Beulen und Knicken ab. Die Deformatiönselemente werden in drei Kategorien aufgeteilt: Typschadenelement, Fußgängerschutz und Crashelement.
Die Typschadenelemente haben ein relativ niedriges Kraftniveau und sollen Energien bei Kollisionen mit niedrigen Geschwindigkeiten abbauen und die Schäden am Fahrzeug möglichst gering halten. Der Fußgängerschutz ist zum Schutz der Fußgänger und soll bei Kollisionen die Unfallschwere der beteiligten Passanten möglichst gering halten. Dazu gehören z.B. nachgiebige elastische Stoßflächen oder Leitelemente, die den Passanten in eine unkritische Fallposition bringen sollen.
Die Crashelemente sind dazu da, einen Großteil der kinetischen Energie bei einem Front-Crash in Deformationsenergie umzuwandeln. Je mehr Weg sie dabei zur Verfügung haben, desto höher ist ihre dämpfende Wirkung und desto geringer wird der Beschleunigungspuls, der auf den Insassen wirkt. Um die Deformationen in der Fahrgastzelle so gering wie möglich zu halten, werden die Kräfte im Vorderwagen während eines Crashs meist über drei Lastpfade verteilt: Unterer, mittlerer und oberer Lastpfad. In Festigkeit und Steifigkeit sind sie so stabil ausgelegt, dass sie während einer Kollision nicht versagen und den Überlebensraum des Insassen schützen. Der untere Lastpfad führt über den Fahrzeugboden. Die Kräfte werden dabei von den Längsträgern über einen Querträger in die Schweller und das Bodenblech geleitet. Der mittlere und obere Lastpfad führt von den Längsträgern in die A-Säule, welche die Lasten in die Türbrüstung (mittlerer Lastpfad) und den Seitenrahmen (oberer Lastpfad) einleitet.
Der Vorderwagen besteht größtenteils aus ME100 (Mg), einem innovativen Leichtbaumaterial, wie in Kapitel 3.1 beschrieben. Es wird mit dem dafür entwickelten Warm-in-Warm-Verfahren (Hersteller www.Stolfig.de) verarbeitet, um die Herstellung möglichst energiesparend und wirtschaftlich zu gestalten. Diese Idee findet sich in einem zentralliegenden Längsträger wieder und soll für einen möglichst gleichmäßigen Energieabbau im Crash sorgen. Zwei seitlich liegende Längsträger mit Zug und Druckschälelementen können Kräfte in Zug und Druckrichtung aufnehmen. Die drei Längsträger sind an der Front mit einem hybriden Stoßstangenquerträger verbunden. Der Querträger bedient sich dem Prinzip einer Balkenwaage und ermöglicht, zusammen mit den Zug/Druck Schälelementen, im Offset-Crash einen höheren Energieabbau, womit der crashabgewandte Längsträger sehr effektiv mit in den Energieabbau eingebunden werden kann. Die Typschadenelemente arbeiten auch mit Schälprinzip, sind direkt in die Längsträger integriert und werden mit elastisch/plastischen Gelenken an den hybriden Stoßstangenquerträger befestigt. Die Kühler dienen als Verlängerung des Stoßfänger-Querträgers, wo sie das Vorderrad im Front-Crash fangen und in eine günstige Stellung leiten
Der dezentrale elektrische Radnabenantrieb ermöglicht ein völlig neues Package im Vorderwagen. Bisherige Karosserien sind nach vorne und unten offen, um den nötigen Platz für einen Hubkolbenmotor und seinen Einbau zu schaffen. Durch den Wegfall eines Hubkolbenmotors bei Elektrofahrzeugen, ist es möglich den Vorderwagen komplett mit Blechen auszukleiden, was ein geschlossenes Kastenprofil darstellt. Damit wird die Gesamtsteifigkeit der Karosserie erhöht und es können zusätzlich Kräfte in die Schubebene übertragen werden.
Um extremes Knicken der ME100Profile und damit ein frühzeitiges Versagen im Crash zu verhindern, werden alle Verbindungspunkte mit hochduktilen Knoten ausgeführt. Sie dienen als kinematische, plastische Elemente und sorgen durch optimierte Crashdeformation für einen optimalen Kraftfluss in die Schälträger.
Einen weiteren Vorteil verspricht die direkte Anbindung der unteren Fahrwerkslenker an die beiden seitlich liegenden Längsträger. Ein Hilfsrahmen, wie er heute oft verbaut wird, kann dadurch entfallen und einiges an Gewicht und Bauteilen sparen. Im Folgenden werden der Aufbau und anschließend die Fünktion des Konzepts genauer beschrieben. Die Einzelteile des Vorderwagens sind in Fig. 107, Fig. 108 und Fig. 109 zu sehen. Er besteht aus drei Längsträgern (1 und 2) mit Schälprinzip, welche im Folgenden nur Schälträger genannt werden. Sie bestehen z.B. alle aus dickwandigen ME100 Rohren.
Der zentral liegende Schälträger ist unten mittig im Vorderwagen positioniert und lagert in einem nur in Druckrichtung wirkendem Schälelement (1b). Er kann die größten Kräfte im Crash aufnehmen und ist deshalb größer dimensioniert als die beiden seitlich liegenden Schälträger (2). Diese sind rechts und links vom Hauptschälträger angeordnet und bestehen aus einem Tauchrohr (2a) und einem Tragrohr (2b).
Fig. 107 zeigt den Aufbau eines innovativen Vorderwagens aus ME100 (geschlossene Blechverkleidung nicht dargestellt), umfassend die Elemente Zentraler Schälträger (1 ); Seitlicher Schälträger (2); Stoßstangen-Querträger (3); Kühler (4); Diagonalstrebe (5); Schweller (6); Tunnellängsträger (7) oberer A-Säulenträger (8); Abstützung Federbeindom (kurz FD) (9); Verlängerung Abstützung FD (10); A-Säule (11 ); Unterer Stirnwand-Querträger (12); Lagerung Lenker (13); Frontend-Rahmen (14); unterer Vorderwagenquerträger.
Auf dem Tauchrohr sitzt im mittleren Bereich ein mehrteiliges Schälelement (2c), welches Zug und Druckkräfte aufnehmen kann und fest in das Ende des Tragrohrs verbaut ist. Das Tragrohr ist im unteren Stirnwandquerträger integriert. Alle drei Längsträger stützen sich am unteren Stirnwandquerträger (12) ab und sind an der Fahrzeugfront über elastisch/plastische Gelenke (ohne Fig.) und Typschadenelemente (20) mit einem hybriden Querträger (3), dem Stoßfänger-Querträger verbunden.
Die A-Säule (1 ) sitzt auf dem unteren Stirnwandquerträger und verläuft in der z- Achse nach oben. Sie trifft auf halber Höhe auf den oberen A-Säulenquerträger (8) und läuft dann in den Seitenrahmen. Ein zweiter Lastpfad in der A-Säule verläuft entlang des Radkastens und stützt die in der xy-Ebene liegende Federdomabstützung (9.) in z- Richtung ab. Die beiden Federdomabstützungen werden mit Profilen (10) nach vorne Richtung Front verlängert und mit einer oben liegenden Querstrebe verbunden. Diese, zwei Streben in z-Richtung und eine unten liegende Querstrebe, bilden den Frontendrahmen (1 ).
Fig. 108 zeigt in Draufsicht den Aufbau eines innovativen Vorderwagen aus ME 100 mit den Elementen Tragrohr zentraler Schälträger (1a); Druck-Schälelement zentraler Schälträger (1 b); Tauchrohr seitlicher Schälträger (2a); Tragrohr seitlicher Schälträger (2b); Zug/Druckschälelement (2c); Abstützung Federbeindom (9); A-Säule (11 ); Abschlepphaken (19); Typschadenelemente (20); Konsolen für Schälträger im Front- Endrahmen (21 ); Durchtauchräum für Tauchrohre (22); Längsstrebe unterer Vorderwagen (23).
Um den unteren Stirnwandquerträger zu entlasten, befindet sich mittig im Vorderwagen ein zusätzlicher Querträger (15), der untere Vorderwagenquerträger. Er dient als Abstützung in z-Richtung für die beiden seitlich liegenden Schälträger und ist mit Diagonalstreben (5) mit dem oberen A-Säulenquerträger verbunden. Zwei Streben in Längsrichtung verbinden den Vorderwagenquerträger mit dem Frontendrahmen.
Der Vorderwagen ist mit Blechen ausgekleidet, welche ein geschlossenes Gehäuse bilden. Sie geben der Karosserie Torsionssteifigkeit und ermöglichen eine Kraftübertragung in der Schubebene. Die Durchbrüche an denen die Längsträger aus dem Blechgehäuse austreten, können mittels Faltenbälgen abgedichtet werden.
Fig. 109 zeigt eine Seitenansicht eines innovativen Vorderwagens aus ME100 bestehend aus: Seitlicher Schälträger (2); unterer Stirnwand-Querträger (12); Lagerung Lenker (13); unterer Vorderwagen-Querträger (15); Stirnwand (16); Lenkgetriebe (17); Bodenblech Vorderwagen (18).
Ein möglicher Baurau für ein Lenkgetriebe (17) befindet sich unter den Diagonalstreben, vor der Stirnwand (16) und innerhalb des Blechgehäuses. Die Querlenker werden direkt am unteren Stirnwandquerträger bzw. am Tragrohr der seitlich liegenden Längsträger gelagert, womit kein zusätzlicher Hilfsrahmen mehr benötigt wird.
Alle Profile und Bleche im Vorderwagen bestehen vorliegend aus E100. Da Magnesium bei extremen Knicken versagt, werden an den wichtigen Verbindungsstücken duktile Knoten (siehe Fig. 110) eingesetzt. Diese werden im Crash zu kinematischen Gelenken, lassen den Vorderwagen definiert versagen, sorgen für eine optimale Kraftverteilung im Vorderwagen und führen , die Crashelemente. Fig. 110 zeigt hierzu Positionen duktiler Knotenverbindungen
Der zentral liegende Längsträger besteht aus einem dickwandigen Mg-Rohr. Er sitzt in einem einteiligen Schälelement (siehe Fig. 1 11 ), welches über eine Jochplatte fest mit dem unteren Stirnwandquerträger verbunden ist und sich zusätzlich an den Tunnellängsträgern abstützt. Das Schälelement wird z.B. durch Schrauben mit der Jochplatte verbunden. Die Schneidelemente sind in eine Richtung ausgerichtet und können nur Druckkräfte aufnehmen. Um eine verdrehgesicherte Verbindung zu schaffen, hat das Schneidelement ein Profil, ähnlich der Schälelemente in Fig. 112. Beim Einbau wird das Schälrohr bis zu einer definierten Länge in das Schälelement gesteckt. Dabei wird das Profil der Schneidelemente auf das Rohr geschnitten. So entsteht ein Formschluss, und gleichzeitig werden Tauchrohr und Schälelement kalibriert.
Fig. 111 zeigt eine Jöchplatte mit 'Schälelement am zentralen Schälträger. Die seitlich liegenden Längsträger (siehe Fig. 112) bestehen aus einem Mg-Tragrohr, einem Mg- Tauchrohr und einem mehrteiligen Schälelement. Sie sind in ihren Wandstärken und Rohrdurchmessern kleiner als der zentral liegende Hauptlängsträger. Die Enden der Tragrohre sind im unteren Stirnwandquerträger eingebettet. Das andere Ende weitet sich auf, um das mehrteilige Schälelement aufzunehmen und dient als lineare Führung und Zentrierung für das Tauchrohr. Die Schälelemente für die seitlich liegenden Längsträger schneiden in Zug und Druckrichtung.
Fig. 112 zeigt ein mehrteiliges Schälelement am linken und rechten Schälträger. Sie müssen im mittleren Bereich des Tauchrohrs sitzen, damit genug Zerspanungsweg für Zug und Druckrichtung bei einem Crash vorhanden ist. Um das Schälelement zu montieren, ohne das Tauchrohr zu zerspanen, ist es mehrteilig ausgeführt.
Es besteht aus zwei Halbschalen und einem Spannring. Die Halbschalen nehmen die Schneidelemente auf und werden mit dem Spannring zusammengehalten. Der Spannring hat z.B. einen Flansch um das Schälelement am Stülprohr zu fixieren, z.B> durch Schrauben oder Schweißen.
An den Enden aller drei Tauchrohre, in Richtung Front, sind Typschadenelemente integriert. Die Typschadenelemente verbinden die Schälträger mittels steifen, aber im Überlastfall elastisch, plastischen Verbindungsstücken mit dem Stoßfänger-Querträger.
Die Typschadenelemente werden an den Enden der drei Längsträger verbaut. Sie kommen bei Kollisionen mit niedrigen Geschwindigkeiten zum Einsatz. Aus diesem Grund liegt ihr Kraftniveau wesentlich niedriger als das der Hauptschälelemente an den drei Längsträgern. Der prinzipielle Aufbau eines Typschadenelementes ist in Fig. 113 dargestellt. Fig. 1 13 zeigt beispielhaft einen Prinzipaufbau„Typschadenelement".
Es besteht aus einem Stahl-Schneidbolzen mit einseitig aufgebrachter Kerbverzahnung. Bei der Montage schneidet sich der Bolzen in das Tauchrohr und ist damit verdrehsicher verbaut. In Längsrichtung wird das Rohr mit einer Scheibe und einer Überwurfmutter positioniert und fixiert. Die Mutter kann gegebenenfalls verschweißt oder verklebt werden. Um Umwelteinflüsse vom Schneidelement fern zu halten und die Funktion über Lebensdauer zu garantieren, befindet sich in der Überwurfmutter eine Dichtung.
Am anderen Ende ist der Schneidbolzen verdrehsicher mit dem Stoßfänger-Querträger verbunden. Dafür sind auf dem Querträger Metall-Platten verschraubt, die im Crash als elastisch/plastische Gelenke dienen. Um die Montage zu gewährleisten, befinden sich im ausgeschäumten Querträger Durchbrüche, die aus Festigkeitsgründen und für die Kraftübertragung mit Stützhülsen versehen sind.
Bei einem Kraftangriff (z.B. Unfall) verlaufen die horizontalen Lastebenen ähnlich wie bei bestehenden Vorderwagenkonzepten. Fig. 114 zeigt die Hauptlastpfade in der Seitenansicht. Es gibt eine untere (siehe Fig. 114: b) und obere Trägerebene (siehe Fig. 1 14: a). Dabei ist die rechte und linke Fahrzeugseite mit Querträgeren (siehe Fig. 1 14: c) verbunden.
Zur Einstufung der Versicherungsklasse wird ein Front-Crash mit 15 km/h genutzt; Zusätzlich existiert seit 2010 der Bumper-Test, der bei 5 bzw. 10 km/h durchgeführt wird. Um den Schaden am Fahrzeug möglichst gering zu halten kommen bei diesen Lastfällen Typschadenelemente zum Einsatz. Sie wandeln einen Großteil der kinetischen Energie in Deformationsenergie um, dämpfen damit die Kräfte auf. die Karosserie und beschränken den Fahrzeugschaden auf den Kollisionsbereich.
Die Typschadenelemente in dem vorliegenden Konzept basieren auf dem beschriebenen Schälprinzip. Sie liegen in den Hohlräumen der Tauchrohre und absorbieren die Energie, indem sie sich in die Tauchrohre schneiden (Fig. 115). Damit benötigen sie sehr wenig Bauraum und verschwinden bei einer Kollision in den Längsträgern.
Das Kraftniveau der Typschadenelemente liegt unter dem der Längsträger. Somit wird gewährleistet, dass sich der Schaden von vorne nach hinten fortpflanzt. Bei leichten Schäden müssen bei den Längsträgern dann lediglich die betroffenen Tauchrohre und beschädigten Bauteile in der Frönt ausgetauscht werden, was zu einer guten Versicherungseinstufung führt. Fig. 115 zeigt dieses Wirkprinzip der Typschadenelemente.
Das Wirkprinzip beim Front-Crash 100 % Überdeckung: Fig. 116 zeigt einen Front- Crash 100%. Beim Front-Crash mit 100% Überdeckung, z.B. nach F VSS 208, fährt das Fahrzeug mit 56 km/h auf eine starre Barriere. Die Barriere trifft dabei die gesamte Fahrzeugfront (siehe Fig. 116). Ein Großteil der dabei auf das Fahrzeug wirkenden kinetischen Energie muss dabei in Verformungsenergie umgewandelt werden, damit die auftretenden Beschleunigungen auf insassenverträgliche Werte reduziert und gedämpft werden. Ansonsten wird der auf den Insassen wirkende Beschleunigungspuls zu groß, und das Verletzungsrisiko steigt beträchtlich.
In beschriebenem Konzept erfolgt ein erster Energieabbau über den Schaum im Stoßfänger-Querträger und über Zerspanen in den 3 Typschadenelementen. Im Vergleich zu herkömmlichen Stoßstangen können hybride Stoßstangen fast doppelt so viel Energie abbauen. Die Stoßstange hat einen großen Querschnitt und der Schaum sorgt für höhere Formstabilität. Damit bleibt ihre Struktur länger als bei einfachen Stoßstangen intakt, und die Lastverteilungsfunktion bleibt länger erhalten. Der weitere Verformungsverlauf erfolgt über alle drei Schälträger in Parallelschaltung. Durch das Schälprinzip ergibt sich ein gleichmäßiges Kraftniveau ohne Kraftspitzen. Damit gestaltet sich auch der Energieabbau sehr gleichmäßig und der Insassenpuls weist keine extremen Beschleunigungsspitzen auf.
Die Schälträger tauchen im Crash unter dem unteren Stirnwandquerträger weg. Dabei wird ein langer Schälweg für den Energieabbau geschaffen, und der Deformationsweg im Verhältnis zur Länge des Vorderwagens wird sehr groß. Damit kann bei niedrigerem Insassenpuls mehr Energie durch Deformation abgebaut werden. Ein zusätzlicher Vorteil liegt in den teleskopartig wirkenden Schälträgern. Das Rohrprofil wird im Crash erhalten, damit verlieren die Rohrprofile kaum an Quersteifigkeit, was in einem Folgecrash Leben retten kann. Die Gitterstruktur des Vorderwagens dient der kinematischen Führung der Schälträger. Sie muss so ausgelegt werden, dass über 80% der Energien in die Schälträger geleitet werden, um Undefinierte zusätzliche Kraftniveaus über das Stabwerk zu vermeiden. Damit wird der Insassenpuls reproduzierbar und exakt abstimmbar. Dazu werden an definierten Knickstellen des Stabwerks duktile Verbindungsknoten eingesetzt, z.B. aus Aluminium. Sie dienen zum einen als kinematische, plastische Gelenke und verhindern ein frühzeitiges Versagen der Mg-Profile durch Knicken.
Wirkprinzip beim Offset-Crash 25 % bzw. 40 % Überdeckung: Es gibt verschiedene Offset-Crashtests, z.B. einen 40% Offset-Crash nach ECE R94 mit 40 km/h auf eine deformierbare Barriere, oder der seit 2012 von der IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) durchgeführte Small-Overlap mit 25% Überdeckung bei 64 km/h gegen eine starre Barriere. Die Anforderungen bei Offset-Crashtests an die Struktur eines Fahrzeugs sind wesentlich höher als bei einer 100% Überdeckung. Die Kraft greift hier über eine kleinere Fläche am Fahrzeug an, was das Kraftniveau an den Längsträgern stellenweise wesentlich höher als bei einem 100%-Offset-Crash ansteigen iässt. Der Insassenpuls liegt dabei meist niedriger als bei einer 100% Überdeckung, was in den meisten Fällen an der größeren Deformation liegt.
Fig. 117 zeigt einen Front-Crash 20 % bzw. 40 % Überdeckung. In einem Front-Crash mit 40% Überdeckung wird bei fast allen Karosserieformen ein Längsträger getroffen. Diese sind in ihrer Festigkeit so ausgelegt, dass sie möglichst viel Energie durch Deformation abbauen können und den Insassenpuls möglichst gering halten. Der Längsträger stützt sich dabei auf der Stirnwand und dem Seitenschweiler ab. Beim Small-Overlap mit 25% Überdeckung versagen die meisten gängigen Karosseriekonzepte. Der Längsträger wird beim Aufprall nicht getroffen und kann somit keine Kräfte aufnehmen. Die Kräfte auf den Stoßstangen-Querträger treffen nicht mehr in einer Linie auf die Gegenkräfte der Längsträger. Es entstehen hohe Scherkräfte, die den Querträger einfach abknicken lassen, bzw. einfach abscheren. Seine Kraftverteilungsfunktion ist damit nicht mehr gegeben, und die kinetische Energie kapn nicht über die Cräsh-Boxen aufgenommen und abgebaut werden. Der Überlebensraum der Insassen wird meist nicht mehr ausreichend geschützt, und schwere Verletzungen sind die Folge.
Das in diesem Konzept beschriebene Waagen-Prinzip in Kombination mit einem formstabilen Stoßstangen-Querträger, bewirkt einen wesentlich höheren Energieabbau bei einem Offset-Crash, als bei allen gängigen Karosseriekonzepten und schützt die Fahrgastzelle auch bei kleinen Überdeckungen vor großen Deformationen und hohen Beschleunigungspulsen.
Ein mit Schaum gefüllter Stoßstangen-Querträger mit großem Querschnitt kann hierbei für die benötigte Formstabilität sorgen. Das wesentlich niedrigere Kraftniveau der seitlich liegenden Längsträger, im Vergleich zu herkömmlichen Vorderwagenkonzepten, verringert zusätzlich die Scherkräfte am Querträger und verhindert ein frühzeitiges Versagen. Die Verteilungsfunktion bleibt damit im Crashverlauf erhalten, und die Kräfte können in die Schälträger geleitet werden. Der Querträger wird dabei wie bei einer Waage um das elastische Gelenk am mittig liegenden Schälträger gedreht. Dadurch wird Druck auf den stoßzugewandten Schälträger und Zug auf den stoßabgewandten Schälträger ausgeübt. Das doppelt wirkende Schälelement in den beiden seitlich liegenden Längsträgern kann auf diese Weise die Stoßenergie in Zug und Druckrichtung aufnehmen. Somit kann auch über den stoßabgewandten Längsträger ein großer Anteil der Energie durch Deformation abgebaut werden. Zusätzlich ergeben die Zug und Druckkräfte ein Moment um das Gelenk am mittleren Längsträger und drehen das Fahrzeug aus der Kollisionslinie. Eine Verlängerung am Stoßfänger-Querträger, z.B. durch das Kühlermodul, fängt die Vorderkante des Vorderrades der stoßzugewandten Seite und dreht dieses vorne nach innen. Das Rad wird dabei quergestellt und bildet zusammen mit dem Querträger eine Leitfläche für beide Kollisionspartner. Die Fahrzeuge können so dem„Aikido-Prinzip" folgend aneinander abgleiten. Die Kraft wird dabei umgeleitet, nicht aufgefangen. Somit können sich die Kollisionspartner früher voneinander trennen, und es muss im Gesamten weniger Energie durch Deformation abgebaut werden. Zusätzlich unterstützt das eingedrehte Rad die Lenkbewegung weg vom Unfallgegner, unterbindet eine größere Blockbildung durch das Vorderrad und damit ein Eindringen in den Fußraum. Der formstabile Stoßstangen-Querträger lässt den Insassenpuls wahrscheinlich früher ansteigen als bei gängigen Karosseriekonzepten. Durch den gleichmäßigen Energieabbau in allen drei Längsträgern und die frühere Trennung des Fahrzeugs vom Kollisionspartner sollte der Maximalpuls aber wesentlich niedriger ausfallen. Der Insassenpuls im Gesamten könnte somit gleichmäßiger und wesentlich niedriger gestaltet werden.
Fig. 118 zeigt eine Weiterentwicklung des obigen Konzepts, umfassend ein Lenkeinschlagunterstützungselement. Pas Lenkelnschlagunterstützungselement ist Teil einer Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange. Die Befestigungsvorrichtung umfasst ein Befestigungselement und ein Schwenkelement, wobei das Schwenkelement dazu geeignet ist, eine befestigte Fahrzeugstoßstange bodenparallel zu schwenken. Das Schwenkelement umfasst ein vorzugsweise mit einem Fluid gefülltes Lenkeinschlagünterstützungselement. Das Lenkeinschlagunterstützungselement umfasst ein Schälelement, in welchem das erste Ende eines Kolbens beweglich geführt wird und wobei am zweiten Ende des Kolbens zumindest mittelbar eine Stoßstange' befestigbar ist.
Ein Crash bewirkt eine Erhöhung des Drucks im Fluid. Dieser erhöhte Druck wird erfindungsgemäß dazu genutzt, die Räder des Wagens einschwenken zu lassen, um bei einem Crash das Fahrzeug vom Crash weg zu lenken. Ohne diese Unterstützung gelingt dies zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht schneller als 50ms. Mit dieser Unterstützung gelingt dies erfindungsgemäßen Ansatzes gelingt dies bereits bei um die 5ms. Dieses Konzept ist auch zur Nachrüstung geeignet. Wenn man die sowieso in jedem Fahrzeug vorhanden Typschadenelemente (wieder) als Fluiddämpfer ausführt, dann kann man mit einfachen Hydraulikleitungen diesen Betätigungseffekt ohne großen Aufwand auch in bestehenden Fahrzeugen nachrüsten und damit die passive Sicherheit deutlich verbessern
Folgende Technologien wurden zur Umsetzung des geschilderten Konzepts wie folgt weiterentwickelt:
1 ) Umstellung der YAG-Laser auf modernste Lasertechnologie; erfolgreiche Schweißversuche und Parametrierung an Blechen (z.B. 1 mm) mit Stumpf und Überlappstoß; Schweißgeschwindigkeit >= 15 m/min . bei nur 500 W Laserleistung; hervorragende Nahtqualität
2) Durchbruch in der Oberflächenbeschichtung von Mg und im Speziellen MnE21/MnE100; > 1000h im Salzsprühtest bestanden
3) GM hat das bisherige als MnE21 bekannte Mischmetall unter der Bezeichnung MnE100 weltweit für seine Fahrzeuge frei gegeben; kann jetzt von jedem ohne
Lizenzgebühren verwendet werden.
4) Aktuelle Konzepthauben mit MnE-Ihnenstruktur weisen eine 50% Gewichtsersparnis der Innenstruktur im Vergleich zu der Serienhaube, bessere Steifigkeitswerte, günstigeres Verhalten im Kopfaufprall und sehr gutes Abschneiden auf den Vergleichsfahrten auf.
5) Ein weiteres Einsatzfeld der kommenden Jahrzehnte ist die Mehrwasserentsalzung.

Claims

Ansprüche
1. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung einer Fahrzeugstoßstange, wobei die Befestigungsvorrichtung die Fahrzeugstoßstange mit der KFZ-Karosserie mit Hilfe eines Schwenkelements bodenparallel schwenkbar verbindet und/oder wobei an der Stoßstange mindestens ein Stoßstangenverlängerungselement angeordnet ist, welches im Falle eines durch einen Crash erfolgten Kraftangriffs diese Stoßstange axial verlängert.
2. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1 wobei das das Schwenkelement schwenkbar zwischen Stoßstange und KFZ-Karosserie angeordnet ist und ein ausziehbares und einfahrbares Kolben-Zylindersystem umfasst.
3. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, das Schwenkelement ein
Schälelement umfasst, in welchem das erste Ende eines Kolben beweglich geführt wird und wobei am zweiten Ende des Kolbens zumindest mittelbar eine Stoßstange befestigbar ist und/oder wobei der Raum zwischen Kolben und Schälelement leer ist, und/oder ein Fluid umfasst, und/oder einen Schaum umfasst.
4. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugstoßstange an mindestens einem Befestigungselement, und an mehr als einem Schwenkelement befestigt ist.
5. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach einem der zuvor genannten Ansprüche,„ wobei mindestens eines der Befestigungselemente mindestens ein Druckschälelement umfasst.
6. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei dieses Druckschälelement Bauteile umfasst, welche sich bei Druckbeaufschlagung relativ zueinander bewegen und bei dieser Relativbewegung Energie abbauen.
7. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei mindestens ein Druckschälelement elektro-rheologisches Fluid beinhaltet.
8. Lenkeinschlagunterstützurigselement für eine Befestig ungs Vorrichtung nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei die Fahrzeugstoßstange an mindestens drei Befestigungselementen befestigt ist und wobei das mindestens eine Schwenkelement zwischen dem zentralen Befestigungselement und der Stoßstange befestigt ist.
9. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei die beweglichen Elemente mit Hydraulikschläuchen untereinander verbunden sind und hydraulisch bewegbar sind.
10. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei das Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung eine Fachwerk-Struktur aus MEIOOStrangpressprofilen umfasst.
11. Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei das axial verlängerbare Stoßstangenende mit Hilfe einer gleitenden Verbindung mit dem Zentralstück der Stoßstange axial führbar verbunden ist und mit Hilfe einer Stoßstangen- Ausfahr-Vorrichtung ausgefahren werden kann.
12. Vorderwagen, oder Fahrzeugkarosserie, oder Kraftfahrzeug umfassend mindestens eine Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche,
13. Vorderwagen, oder Fahrzeugkarosserie, oder Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 12, wobei im Falle des Schwenkens der Stoßstange um das zentrale Befestigungselement der Schwenkvorgang mindestens bis zur Berührung eines Endes des Vorderrads zu erfolgen in der Lage ist und danach im Falle einer weitergehenden Schwenkbewegung durch die Berührung mit dem Vorderrad eine Lenkbewegung einzuleiten in der Lage ist.
14. Vorderwagen, oder Fahrzeugkarosserie, oder Kraftfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, wobei im Falle einer dezentral auf die Stoßstange auftreffenden, im wesentlichen bodenparallelen, Kraft der Schwenkvorgang und die Befestigungselemente bei Erschöpfen ihrer Fähigkeit Kräfte aufzunehmen, geeignet sind, eine weitere Kraftaufnahme durch die Verformung des Vorderwagens einzuleiten.
15. Kraftfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, wobei das Kraftfahrzeug ein Fahrzeug mit Elektroantrieb ist.
16. Verfahren zum Betätigen einer Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei im Falle dass die Stoßstange rechts oder links von dem zentralen Befestigungselement mit einer Kraft beaufschlagt wird, in einem ersten Schritt durch diese Kraftbeaufschlagung diese Stoßstange eine im wesentlichen bodenparallele Schwenkbewegung um das zentrale Befestigungselement durchzuführen in der Lage ist.
17. Verfahren zum Betätigen eines Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach Anspruch 16, wobei nach Beginn der Durchführung der im Wesentlichen bodenparallelen Schwenkbewegung die translatorische, Verformung der Befestigungselemente beginnt.
18. Verfahren zum Betätigen eines Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach Anspruch 17, wobei nach Beginn der translatorischen Verformung der Befestigungselemente die Verformung des Vorderwagens beginnt.
19. Verfahren zum Betätigen eines Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche 16 bis 18, wobei die translatorische Verformung der Befestigungselemente im Wesentlichen nicht vor dem Zeitpunkt beginnt, zu welchem die im wesentlichen bodenparallel geschwenkte Stoßstange eines der Vorderräder des Fahrzeugs berührt hat.
20. Verfahren zum Betätigen eines Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche 16 bis 19, wobei der Beginn der Verformung des Vorderwagens entweder nach Beginn der im Wesentlichen bodenparalleien Schwenkbewegung der Stoßstange, oder nach Beginn der Berührung der Stoßstange mit einem der Vorderreifen, oder nach Beginn der translatorischen Verformung der Befestigungselemente erfolgt.
21. Verfahren zum Betätigen eines Lenkeinschlagunterstützungselement für eine Befestigungsvorrichtung für eine Fahrzeugstoßstange nach einem der zuvor genannten Ansprüche 16 bis 20, wobei der Beginn der Verformung des Vorderwagens entweder im Wesentlichen zeitgleich mit dem Ende der der im wesentlichen bodenparallelen Schwenkbewegung der Stoßstange, oder im Wesentlichen zeitgleich mit der Berührung der Stoßstange mit einem der Vorderreifen, oder im Wesentlichen zeitgleich mit dem Ende der translatorischen Verformung der Befestig ungselemehte erfolgt.
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