DE10227742A1

DE10227742A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10227742A1
Application number: DE2002127742
Authority: DE
Inventors: Jochem Fischer; Martin Schröter; Wulf HÄRTEL; Thomas Dr. Kordisch
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-15

Abstract

Ein Kraftfahrzeug ist mit wenigstens einer einen Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis dämpfenden Sicherheitseinrichtung (1) ausgerüstet, die einen ersten Scherenarm (3) und einen zweiten Scherenarm (4) umfasst. Die Scherenarme (3, 4) sind in ihren mittleren Bereichen (6, 7) in einem Kreuzungspunkt (5) schwenkbeweglich miteinander verbunden. Wenigstens zwischen einem sich von dem Kreuzungspunkt (5) aus erstreckenden ersten Schenkel (8) des ersten Scherenarms (3) und einem ersten Schenkel (9) des zweiten Scherenarms (4) ist eine Relativbewegung der Scherenarme (3, 4) dämpfende Dämpfungseinheit (16) vorgesehen. Die Kennlinie der Dämpfungseinheit (16) ist sensorisch aktiviert steuerbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer einen Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis dämpfenden Sicherheitseinrichtung.

Aktive und passive Sicherheitsmaßnahmen bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Personenkraftwagen, haben in den letzten Jahren wesentlich zur Reduzierung der Verletzungsschwere der Fahrzeuginsassen beigetragen. Neben den passiven Sicherheitssystemen, wie z.B. Seitenaufpralldämpfern in den Türen, sind auch aktive Sicherheitssysteme bekannt, wie beispielsweise pyrotechnisch ausgelöste Airbags und Gurtstraffsysteme, aktive Kopfstützen und Lenksäulen etc. Ferner stehen durch numerische Berechnungsmethoden Mittel der Crashsimulation zur Verfügung, die eine optimierte Auslegung von sicherheitsrelevanten Strukturbauteilen eines Kraftfahrzeugs ermöglichen. Das Augenmerk liegt hierbei insbesondere auf dem Frontendbereich eines Kraftfahrzeugs, da hier die Wahrscheinlichkeit für einen Aufprall auf ein Hindernis am größten ist.

Zur Erzielung von niedrigen Belastungswerten für Insassen eines Kraftfahrzeugs ist es in jedem Fall notwendig, hohe negative Beschleunigungswerte bei einem Crash auf ein erträgliches Maß zu reduzieren. Dieses Ziel soll sowohl für den Car-to-Car-Crash als auch für mögliche andere Crashsituationen erreicht werden, wie beispielsweise den Aufprall eines Kraftfahrzeugs auf ein stehendes Hindernis. Damit eine grundsätzlich starre Struktur des Frontendbereichs eines Kraftfahrzeugs all diese Anforderungen erfüllt, sind komplexe Konstruktionen erforderlich, die jedoch nur einen Kompromiß für verschiedenste Crashszenarien darstellen können. Eine optimale Anpassung an alle denkbaren Crashsituationen ist zumindest in der Großserienfertigung aus Kostengründen nicht realisierbar.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einer neuen Sicherheitsvorrichtung bereitzustellen, die eine Reduzierung der bei einem Unfall an einem Insassen dieses Kraftfahrzeugs angreifenden Beschleunigungskräfte ermöglicht.

Diese Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Als Grundgedanke kommen bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug eine oder auch mehrere Sicherheitseinrichtungen zum Einsatz mit zu einer Doppelschere konfigurierten Scherenarmen. Die Scherenarme sind in ihren mittleren Bereichen in einem Kreuzungspunkt schwenkbeweglich miteinander verbunden, wobei wenigstens eine an Schenkeln der Scherenarme angeordnete Dämpfungseinheit Schwenkbewegungen der Scherenarme entgegenwirkt.

Das Verschwenken der Scherenarme erfolgt bei einem Aufprall dadurch, dass die Sicherheitseinrichtung mit ihren ersten Schenkeln an Karosserie- oder auch Strukturbauteilen des Kraftfahrzeugs befestigt ist, welche bei einem Aufprall verlagert werden. Durch eine relativ verschiebliche Anbindung der Schenkel an diese sich verlagernden Karosserie- und/oder Strukturbauteile wird der jeweils zwischen zwei benachbarten Schenkeln gemessene Öffnungswinkel ver größert. Gleichzeitig wird auch der Öffnungswinkel des korrespondierenden Schenkelpaars vergrößert, welches sich an als Widerlager fungierenden Strukturbauteilen abstützt, um auf diese Weise die durch den Aufprall eingeleiteten Kräfte auf eine Fahrgastzelle zu übertragen. Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung kann sowohl im Frontendbereich als auch im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.

Die Dämpfungseinheit kann je nach Einbaulage mit ihrem einen Ende an einem Schenkel eines Scherenarms befestigt sein und mit ihrem anderen Ende an einem Strukturbauteil der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Besonders vorteilhaft lässt sich die Dämpfungseinheit jedoch zwischen einem sich von dem Kreuzungspunkt aus erstreckenden Schenkel des ersten Scherenarms und einem Schenkel des zweiten Scherenarms anordnen (Anspruch 2). Die Anordnung zwischen unterschiedlichen Scherenarmen hat den Vorteil, dass durch die gegenläufigen Relativbewegungen der Scherenarme ein größerer Dämpfungsweg zur Verfügung steht, als bei der einseitigen starren Anbindung der Dämpfungseinheit an einem Strukturbauteil.

Ebenso wird es als vorteilhaft angesehen, wenn wenigstens eine Sicherheitseinrichtung mit ihren ersten Schenkeln an einer Stoßfängeranordnung befestigt ist (Patentanspruch 3). Dies kann sowohl die vordere als auch hintere Stoßfängeranordnung eines Kraftfahrzeugs sein. Grundsätzlich kann eine einzelne relativ groß ausgeführte Sicherheitseinrichtung mit entsprechend langen Scherenarmen mit der Stoßfängeranordnung gekoppelt sein. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, zwei oder sogar noch mehr einzelne kleinere Sicherheitseinrichtungen mit einer Stoßfängeranordnung zu verbinden.

Die Sicherheitseinrichtungen können räumlich sowohl vertikal als auch horizontal orientiert in dem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Auch eine Anordnung im Winkel zur Fahrbahn bzw. zu einer senkrecht zur Fahrbahn verlaufenden Mittellängsebene des Kraftfahrzeugs ist möglich, um auf diese Weise unter schiedliche Impact-Richtungen und damit auch Crashsituationen berücksichtigen zu können.

Insbesondere wenn die Sicherheitseinrichtung mit ihren ersten Schenkeln an der Stoßfängeranordnung befestigt ist, wird es als zweckmäßig angesehen, die Sicherheitseinrichtung im unteren Karosseriebereich des Kraftfahrzeugs anzuordnen (Patentanspruch 4).

Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist die Dämpfungseinheit. Diese soll nach den Merkmalen des Patentanspruchs 5 zwischen Schenkeln angeordnet sein, bei denen der Öffnungswinkel bei einem Aufprall vergrößert ist. Eine Energieumwandlung findet bei der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung erst durch die Zwischenschaltung einer oder mehrerer Dämpfungseinheiten statt, die sowohl im Zugbereich, das heißt bei einem sich vergrößernden Öffnungswinkel eingesetzt werden können als auch im Druckbereich, entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Auch eine Kombination mehrerer Dämpfungseinheiten, die sowohl im Zugbereich als auch im Druckbereich der sich relativ zueinander bewegenden Scherenarme angeordnet sind, ist im Rahmen der Erfindung möglich.

Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 7 ist an wenigstens einem Schenkel ein der Relativbewegung des Schenkels entgegenwirkendes Federelement vorgesehen. Ebenso wie bei der Anordnung der Dämpfungseinheit ergeben sich hierbei eine Vielzahl von unterschiedlichen Möglichkeiten für die Anordnung des Federelements. Grundsätzlich kann ein Federelement mit seinem einen Ende an einem feststehenden Karosserie- oder Strukturbauteil befestigt sein, während sein anderes Ende einem Schenkel eines Scherenarms zugeordnet ist. Das Federelement kann dabei in Abhängigkeit von der Einbaulage entweder eine Zugfeder oder eine Druckfeder sein. Wesentlich ist, dass die Feder der Relativbewegung der Scherenarme entgegenwirkt.

Ebenso wie die Dämpfungseinheit nach den Merkmalen des Patentanspruchs 2 zwischen zwei Schenkeln zwei Schenkeln angeordnet sein kann, ist dies nach den Merkmalen des Patentanspruchs 7 auch für die Federelemente möglich. Durch die gegenläufige Bewegung der Schenkel der Scherenarme ist der Federweg eines zwischen diesen Schenkeln angeordneten Federelements größer als wenn ein Ende des Federelements an einem feststehenden Karosserie- oder Strukturbauteil befestigt ist. Ein Federelement kann sowohl parallel als auch in Reihe zu einer Dämpfungseinheit geschaltet sein, wodurch einem Dämpfungselement eine bestimmte Grundsteifigkeit verliehen wird.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass zwischen den ersten Schenkeln der Scherenarme eine Dämpfungseinheit montiert ist, während die zweiten Schenkel der Scherenarme über ein Federelement gekoppelt sind. In Abhängigkeit von dem gewünschten Dämpfungsverhalten, der Steifigkeit der Anordnung sowie dem vorhandenen Bauraum sind eine Mehrzahl unterschiedlicher Feder-Dämpfer-Kombinationen vorstellbar. Die Federelemente können ein lineares oder progressives Federverhalten besitzen, wobei die jeweiligen Kennlinien von Parametern, wie beispielsweise dem Fahrzeugtyp, dem Fahrzeuggewicht und der Größe des Fahrzeugs abhängig sind.

Neben vorkonfigurierten Federelementen und Dämpfungseinheiten mit vorbestimmten Kennlinien ist im Rahmen der Erfindung ferner vorgesehen, dass das Dämpfungsverhalten der Dämpfuntseinheiten sensorisch aktiviert steuerbar ist (Patentanspruch 9).

Als Sensorik können dabei sowohl Precrash-Sensoren als auch Kontaktsensoren dienen. Die von der Sensorik erfassten Messdaten werden in einer Steuer- oder Regeleinheit ausgewertet und durch entsprechende Algorithmen in Steuersignale umgesetzt. Hierdurch erfolgt eine gezielte Ansteuerung der Dämpfungseinheiten. Auf diese Weise wird das Deformationsverhalten eines Kraftfahrzeugs an die jeweilige Crashsituation angepasst. Auch weitere Informationen, beispielsweise aus einem Antiblockiersystem oder aus elektronischen Stabilisierungsprogrammen können im Rahmen der Precrasherfassung zur crashoptimierten Ansteuerung der Dämpfungseinheiten herangezogen werden.

Beispielsweise ist es möglich, dass besonders häufige bzw. typische Crashsituationen als Steuersignalmuster in der Steuereinheit abgelegt sind und dass bei einem Vergleich mit den durch die Sensorik erfassten Daten eine Zuordnung zu einem der Steuersignalmuster erfolgt. Dadurch kann ein abgestufter Deformationswiderstand der Karosserie durch die gezielte Beeinflussung der Kennlinien der Dämpfungseinheiten erreicht werden.

Die Dämpfungseinheiten selbst können beispielsweise Kolben-Zylinder-Einheiten sein, die in unterschiedlicher Weise hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften und ihres Kraftaufnahmevermögens steuerbar und regelbar sind. Beispielsweise kann die Steuerung/Regelung hydraulisch erfolgen. Es sind aber auch magnetorheologische Steuerungen/Regelungen möglich.

Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt in Blickrichtung von oben eine Sicherh eitseinrichtung 1, die an einer Stoßfängeranordnung 2 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs befestigt ist.
Die Sicherheitseinrichtung 1 umfasst zwei zu einer Doppelschere konfigurierte Scherenarme 3, 4, die in einem Kreuzungspunkt 5 in ihrem mittleren Bereich 6, 7 schwenkbeweglich miteinander verbunden sind. Jeder Scherenarm 3, 4 besitzt einen ersten Schenkel 8, 9, der sich jeweils von dem Kreuzungspunkt 5 bis zur Stoßfängeranordnung 2 erstreckt. Die jeweils zweiten Schenkel 10, 11 der Scherenarme 3, 4 erstrecken sich von dem Kreuzungspunkt 5 ausgehend von der Stoßfängeranordnung 2 weg. Die zweiten Schenkel 10, 11 sind in nicht näher dargestellter Weise an weiteren Strukturbauteilen des Kraftfahrzeugs befestigt, wobei diese Strukturbauteile als Widerlager dienen. Um eine Relativbewegung der Scherenarme 3, 4 zu ermöglichen, ist wenigstens ein Ende 12, 13 eines zweiten Schenkels 10, 11 quer zur Fahrtrichtung FR des Kraftfahrzeugs verlagerbar. Ebenso ist wenigstens ein Ende 14 der ersten Schenkel 8, 9 ge genüber der Stoßfängeranordnung 2 relativ verlagerbar. Die Pfeile P verdeutlichen mögliche Bewegungsrichtungen der Enden 13, 14.
Erfolgt ein Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis, greift eine Kraft F an der Stoßfängeranordnung 2 an und wird von dieser auf die Sicherheitseinrichtung 1 übertragen. Das Ende 14 des ersten Schenkels 8 bewegt sich dabei von dem Ende 15 des ersten Schenkels 9 des anderen Scherenarms 4 weg, so dass sich der zwischen den ersten Schenkeln 8, 9 gemessene Öffnungswinkel α vergrößert, während sich der Öffnungswinkel β zwischen den Schenkeln 8, 11 verkleinert.
Zwischen den ersten Schenkeln 8, 9 ist eine Dämpfungseinheit 16 geschaltet, die mit einem Federelement 17 gekoppelt ist. Derartige Feder-Dämpfer-Einheiten 18, 19 befinden sich sowohl quer zur Fahrtrichtung FR zwischen den ersten Schenkeln 8, 9 und den zweiten Schenkeln 10, 11, wobei dieses Feder-Dämpfer-System 18 Zugkräfte zwischen den ersten Schenkeln 8, 9 und den zweiten Schenkeln 10, 11 aufnimmt. Zusätzlich sind Feder-Dämpfer-Systeme 19 jeweils zwischen einen ersten Schenkel 8 des ersten Scherenarms 3 sowie einem zweiten Schenkel 11 des zweiten Scherenarms 4 angeordnet und ebenso zwischen dem ersten Schenkel 9 des zweiten Scherenarms 4 und dem zweiten Schenkel 10 des ersten Scherenarms 3. Diese Feder-Dämpfer-Systeme 19 müssen dabei Druckkräfte aufnehmen, da sich die ersten Schenkel 8, 9 und zweiten Schenkel 10, 11 bei einer Verkleinerung des Öffnungswinkels β aufeinander zu bewegen.
Die Dämpfungseinheiten 16 sind in nicht näher dargestellter Weise an eine Steuereinheit angeschlossen. Diese nimmt in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Daten Einfluss auf die Dämpfungskennlinie und damit auf die Dämpfung der gesamten Sicherheitseinrichtung. Hierdurch wird das Deformationsverhalten des Kraftfahrzeugs an die Größe und Richtung der Kraft F angepasst.
Die Daten für die Ansteuerung der Dämpfungseinheiten 16 werden aus einer Kontaktsensorik und/oder Precrash-Sensorik gewonnen sowie optional aus weiteren sicherheitstechnischen Systemen, wie z.B. einem Antiblockiersystem.

1: Sicherheitseinrichtung
2: Stoßfängeranordnung
3: erster Scherenarm
4: zweiter Scherenarm
5: Kreuzungspunkt
6: mittlerer Bereich v. 3
7: mittlerer Bereich v. 4
8: erster Schenkel v. 3
9: erster Schenkel v. 4
10: zweiter Schenkel v. 3
11: zweiter Schenkel v. 4
12: Ende v. 11
13: Ende v. 10
14: Ende v. 8
15: Ende v. 9
16: Dämpfungseinheit
17: Federelement
18: Feder-Dämpfersystem
19: Feder-Dämpfersystem
F: Kraft
FR: Fahrtrichtung
P: Pfeil
α: Öffnungswinkel
β: Öffnungswinkel

Claims

Kraftfahrzeug mit wenigstens einer einen Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis dämpfenden Sicherheitseinrichtung (1), dadurch gekenn zeichnet, dass jede Sicherheitseinrichtung (1) einen ersten Scherenarm (3) und einen zweiten Scherenarm (4) umfasst, welche in ihren mittleren Bereichen (6, 7) in einem Kreuzungspunkt (5) schwenkbeweglich miteinander verbunden sind, wobei wenigstens an einem sich von dem Kreuzungspunkt (5) aus erstreckende Schenkel (8, 9, 10, 11) eines Scherenarms (3, 4) eine eine Relativbewegung der Scherenarme (3, 4) dämpfende Dämpfungseinheit (16) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Dämpfungseinheit (16) zwischen einem sich von dem Kreuzungspunkt (5) aus erstreckenden Schenkel (8, 10) des ersten Scherenarms (3) und einem Schenkel (9, 11) des zweiten Scherenarms (4) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sicherheitseinrichtung (1) mit ihren ersten Schenkeln (3, 4) an einer Stoßfängeranordnung (2) befestigt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (1) im unteren Karosseriebereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit (16) zwischen Schenkeln (8, 9; 10, 11) angeordnet ist, bei denen der zwischen den Schenkeln (8, 9; 10, 11) gemessene Öffnungswinkel (α) bei einem Aufprall vergrößert ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dämpfungseinheit (16) zwischen Schenkeln (9, 10; 8, 11) angeordnet ist, bei denen der zwischen den Schenkeln (9, 10; 8, 11) gemessene Öffnungswinkel (β) bei einem Aufprall verkleinert ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Schenkel (8, 9, 10, 11) ein der Relativbewegung des Schenkels (8, 9, 10, 11) entgegenwirkendes Federelement (17) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (17) zwischen zwei benachbart angeordneten Schenkeln (8, 9; 10, 11) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsverhalten der Dämpfungseinheiten (16) sensorisch aktiviert steuerbar ist.