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Dokumentenidentifikation DE69711912T2 07.11.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0939722
Titel FAHRZEUGWAGENVORDERBAU
Anmelder Volvo Car Corp., Göteborg, SE
Erfinder LARSSON, K., Johnny, S-411 28 Gothenburg, SE;
JERNSTRÖM, Clas, S-436 45 Askim, SE
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69711912
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.11.1997
EP-Aktenzeichen 979462074
WO-Anmeldetag 21.11.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/SE97/01961
WO-Veröffentlichungsnummer 0009822328
WO-Veröffentlichungsdatum 28.05.1998
EP-Offenlegungsdatum 08.09.1999
EP date of grant 10.04.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.11.2002
IPC-Hauptklasse B62D 21/15

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugwagenvorderbau, umfassend ein Paar von seitlich beabstandeten Trägern, wobei jeder ein Blechelement aufweist, das eine größere Länge als sowohl Breite als auch Höhe hat, und einen Bereich hat, der in der Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, ebenso wie eine Einrichtung zum Erfassen der Verzögerung des Fahrzeugs während einer Kollision, und, als Funktion davon, zum Verändern der Steifigkeit des Trägers in seiner Längsrichtung.

Kastenträger werden für eine Reihe unterschiedlicher Anwendungen in Fahrzeugen verwendet, beispielsweise als die Vorderseitenelemente der Fahrgastwagenchassis und sind somit Komponenten, deren Gestaltung beträchtlich die Crashsicherheit des Fahrzeugs beeinflusst. Beim Streben nach dem Erreichen einer hohen Crashsicherheit, hat man stets danach gestrebt, durch eine gesteuerte Crashsequenz soweit wie möglich die Elemente in der Struktur dazu zu bringen, dass sie auf die am meisten Energie absorbierende Weise deformiert werden, was ein progressives Stauchen oder Knautschen ist. Weniger Energie absorbierende Reaktionen, wie ein Drehen, Beulen oder Biegen, sollten somit vermieden werden.

Von einem Kollisionssicherheits-Gesichtspunkt aus sollte idealer Weise das Volumen, das durch den Vorderbereich des Fahrzeugs gebildet wird, aus einer großen Anzahl von Zellen bestehen, von denen jede eine große Energie absorbierende Fähigkeit aufweist, unabhängig davon, aus welcher Richtung das Fahrzeug getroffen wird, wobei jedoch solche Lösungen für die Massenfertigung aus mehreren Gründen nicht anwendbar sind.

Testfahrzeuge wurden gemacht, die mit geschäumtem Kunststoff gefüllte Kastenträger verwenden, um eine kontrollierte Deformation zu erreichen. Solche Fahrzeuge wurden jedoch niemals in großen Zahlen hergestellt. Die Gründe dafür sind vielseitig, wobei jedoch die wichtigsten die hohen Kosten sind, die mit dem komplizierten Herstellungsvorgang einhergehen, und der Umweltgesichtspunkt durch giftige Chemikalien im verwendeten Schaum.

Normalerweise wird das Trägersystem in einem Fahrzeug als ein passives Sicherheitssystem angesehen, bei dem primär die geometrische Gestalt der kastenförmigen Träger die Kollisionssicherheit durch ihre Energie absorbierende Fähigkeit bestimmt. Es ist jedoch bekannt, ein "aktives" Trägersystem in einem Fahrzeug anzuordnen, d. h. ein System, in dem eine Kollision eine Aktivität auslöst, die dazu führt, dass sich das Trägersystem auf eine Weise verhält, die die normalen mechanischen Grenzen übertrifft. Solch ein aktives Trägersystem ist beispielsweise aus der US 4 050 537 bekannt. Hier wird eine explosive Charge verwendet, um bei einer Kollision den Querschnitt eines Kastenträgers auf solch eine Weise zu verändern, dass seine Steifigkeit und somit seine Energieabsorptionsfähigkeit zunimmt. Die Schwierigkeit ist jedoch, eine gesteuerte Detonation in Verbindung mit der Deformation zu erreichen, die durch die Kollision bewirkt wird, so dass das Ergebnis tatsächlich eine Zunahme in der Steifigkeit und der Energieabsorptionsfähigkeit ist und nicht den Träger durch die Detonation so beschädigt, dass das Ergebnis das Gegenteil ist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorderstruktur der in der Einleitung beschriebenen Art vorzusehen, jedoch mit einem aktiven Trägersystem, das das oben beschriebene Risiko verhindert und das auch die Basis einer Vorderstruktur sein kann, deren Deformation und Energieabsorptionsfähigkeit an verschiedene Kollisionssituationen angepasst werden kann.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die Tatsache erreicht, dass eine Einrichtung vorgesehen wird, um plötzlich die Steifigkeit des Trägers in seiner Längsrichtung zu verringern.

Die Erfindung erzeugt eine aktive Vorderstruktur, wobei Technologie, die an sich bekannt ist, auf eine vollkommen neue Weise verwendet wird, basierend auf der Idee des Dimensionierens der Träger für eine bestimmte Kollisionssituation, die eine bestimmte Steifigkeit verlangt, und des Veränderns der Steifigkeit der Träger für Kollisionssituationen, in denen eine andere Steifigkeit wünschenswert ist.

Die Erfindung kann mit Vorteil die Basis einer Vorderstruktur sein, in der der Verlauf der Deformation und die Energieabsorptionsfähigkeit des Trägerelements abhängig davon, ob eine mehr oder weniger symmetrische Frontalkollision oder eine sogenannte versetzte Kollision stattfindet, d. h. eine Kollision mit einem Fahrzeug oder Objekt, das im wesentlichen auf einer Seite der Längsmittelebene des Fahrzeugs auftrifft, unterschiedlich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Vorderbaus gemäß der Erfindung sind die Träger jeweils mit einem individuellen Verzögerungssensor und mit einer Einrichtung zum Aktivieren von explosiven Chargen koordiniert, die an dem jeweiligen Träger befestigt sind. Eine Steuereinheit ist vorhanden, um Signale miteinander zu vergleichen, die die Verzögerung von jedem Sensor abbilden, und um Signale während einer Kollision zu den jeweiligen Aktivierungseinrichtungen zu senden, um die explosiven Chargen nur dann auszulösen, wenn die Differenz geringer ist als ein vorbestimmter geringster Wert.

Die Träger sind für eine versetzte Kollision dimensioniert, was eine hohe Steifigkeit verlangt, da die gesamte oder das meiste der Deformationsenergie durch nur einen der Träger absorbiert werden muss. Bei einer symmetrischen Frontalkollision wird die Deformationsenergie zwischen den Trägern verteilt und die optimale Energieabsorption wird in diesem Fall erhalten, indem die Steifigkeit der Träger verringert wird.

Die Träger in dem Vorderbau sind somit aktiv. Durch Studieren der Deformation eines passiven Trägers nach einer Kollision ist es möglich zu bestimmen, wo der Übergang zwischen dem Stauchen oder der Knautschfaltenbildung und dem Beulen des gesamten Trägers beispielsweise auftrat. Durch aktives Erweichen des Trägers in diesem Gebiet, beispielsweise mit Hilfe von kleinen pyrotechnischen Chargen, kann das Beulen vermieden werden und der Knatschfaltenbildungsabstand kann somit über das erweichte Gebiet in das Gebiet dahinter ausgedehnt werden, das steifer sein kann.

Die Erfindung wird nun unten genauer unter Verweis auf Beispiele, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben, wobei

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Vorderbaus gemäß der Erfindung eines schematisch dargestellten Personenwagens zeigt;

Fig. 2a und 2b perspektivische Ansichten der Trägerkonstruktion der Frontalstruktur vor und nach einer bestimmten Deformation zeigen;

Fig. 3a bis 3d Ansichten von oben auf einen Bereich des Trägers in Fig. 2a in verschiedenen Deformationszuständen sind;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht entsprechend Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform ist;

Fig. 5a und 5b Ansichten entsprechend Fig. 2a und 2b der Ausführungsform aus Fig. 4 sind;

Fig. 6a bis 6d Ansichten entsprechend Fig. 3a bis 3d der Ausführungsform aus Fig. 4 sind; und

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für eine aktive Deformationssteuerung ist.

In Fig. 1 und 4 bezeichnet 1 einen Fahrzeugkörper des sogenannten selbsttragenden Typs. Ein Kastenträger, der im allgemeinen mit 2 bezeichnet ist, ist einer von zwei Seitenträgern, die symmetrisch relativ zur Mittelebene in Längsrichtung des Fahrzeugs befestigt sind. Der Träger 2 besteht aus zwei U-Profilen 3, die miteinander durch Punktschweißen verbunden sind, so dass ein rechteckiges Kastenprofil gebildet wird. Der gezeigte Träger und seine allgemeine Konstruktion und Funktion sind gut bekannt und müssen hier nicht genauer beschrieben werden. Es sollte ausreichen festzuhalten, dass bei einem auf dem Markt verfügbaren Fahrzeugmodell die seitlichen Träger als Stützen für einen Zwischenrahmen dienen, der wiederum den Motor stützt. Wie es in den Figuren zu erkennen ist, ist der Träger in die Gestalt eines Horns zugespitzt. Sein Ende 4 (links in den Figuren) ist mit der Vorderstoßstange 5 (Fig. 1 und 4) verbunden. Ausgehend von seinem geraden vorderen Bereich, der sich in der Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt, krümmt sich der Träger in einen gekrümmten rückwärtigen Bereich 7, der an der Bodenplatte des Fahrzeugs angebracht ist.

Jeder Träger 2 in der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform hat geprägte Vertiefungen 8 in den aufeinander gerichteten vertikalen Trägerseiten 9. Kleine explosive Chargen 10 sind in den Vertiefungen befestigt. Die Vertiefungen 8 mit den explosiven Chargen 10 sind in einem Bereich angeordnet, der temporär an einer Beulung gehindert werden muss, und die Träger sind hier so dimensioniert, dass sie die Struktur davor stützen, so dass sie effektiv zur Energieabsorption durch Optimieren des Stauchens oder Knautschfaltenbildungsvorgangs ausgenützt wird. Wenn die Deformation den Bereich mit den explosiven Chargen 10 erreicht, werden diese sequentiell aktiviert, um die Träger zu schwächen und ihn am Beulen zu hindern, so dass der Stauch- oder Knautschfaltenbildungsablauf und die Energieabsorption sich in den Trägerbereich dahinter fortsetzen können.

Ein Verzögerungssensor in der Gestalt eines Beschleunigungsmessgeräts 20 ist am vorderen Ende jedes Trägers 2 montiert. Dieser kann von der Art sein, die verwendet wird, um Airbags (Gassäcke) auszulösen. Die Beschleunigungsmesser 20 auf den Trägern 2 sind mit einer Steuereinheit verbunden, z. B. einem Mikroprozessor 21, an den die elektrisch aktivierten Detonatoren 22 für die explosiven Chargen 16 ebenso angeschlossen sind. Die Steuereinheit 21 ist so programmiert, dass sie das Auslösen der explosiven Chargen auf dem jeweiligen Träger sequentiell steuert, wie es in Fig. 3a bis 3d dargestellt ist, abhängig von den Signalen von den Beschleunigungsmessgeräten 20.

Die Steuereinheit 21 ist in einer bevorzugten Ausführungsform angebracht, um die Signale von den Beschleunigungsmessgeräten 20 miteinander zu vergleichen und die Detonatoren 22 in Abhängigkeit von einem Muster, das von dem Differentialsignal abhängt, zu aktivieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit 21 programmiert sein, dass sie die explosiven Chargen 10 von beiden Trägern 2 gleichzeitig in einem bestimmten Moment auslöst, wenn das Differentialsignal unter einen bestimmten vorbestimmten Wert fällt, der eine verhältnismäßig symmetrische Frontalkollision angibt, wobei beide Träger 2 gleichzeitig zur Energieabsorption einzusetzen sind. Wenn das Differentialsignal groß ist, was eine sogenannte versetzte Kollision bezeichnet, muss der Träger 2 auf der Auftreffseite während der Kollision eine größere Kraft und mehr Energie absorbieren und daher kann es abhängig von der Crashsequenz vorteilhaft sein, die explosiven Chargen überhaupt nicht auszulösen oder sie zu einem anderen Zeitpunkt als bei der symmetrischen Frontalkollision auszulösen. Dies setzt voraus, dass die Träger 2 für eine versetzte Kollision optimiert sind, was bedeutet, dass die Schwächung der Träger bei einer symmetrischen Kollision erforderlich wird, um optimal den gesamten verfügbaren Deformationsabstand auszunützen.

Bei der in Fig. 4 bis 6 gezeigten Ausführungsform sind die U- Profile 3 der Träger 2 miteinander durch Nieten 30 verbunden, von denen einige mit explosiven Chargen 10 versehen sind. Ein Schwächen der Träger 2 wird in diesem Fall durch Heraussprerigen dieser Nieten 30 erreicht und somit durch Aufbrechen der Verbindung zwischen den U-Profilen 3 an ausgewählten Orten entlang des Trägers, wie es in Fig. 6a bis 6d gezeigt ist.

Die Erfindung wurde oben unter Verweis auf Beispiele beschrieben, in denen die explosiven Chargen 10 direkt auf die Träger 2 aufgebracht werden. Andere Varianten sind selbstverständlich ebenfalls machbar. Beispielsweise kann eine Art von Gasgeneratoranordnung verwendet werden, die bei einer Kollision einen Überdruck in Vertiefungen in den Trägersegmenten erzeugt, die dann reißen oder auf solche eine Weise deformiert werden, dass die erforderliche Schwächung erreicht wird.


Anspruch[de]

1. Fahrzeugwagenvorderbau, umfassend ein Paar von seitlich beabstandeten Trägern, wobei jeder ein Blechelement hat, das eine größere Länge als sowohl Breite als auch Höhe hat, und einen Bereich hat, der in der Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, ebenso wie eine Einrichtung, die explosive Chargen (10), Beschleunigungsmessgeräte (20), eine Steuereinheit (21) und eine Aktivierungseinrichtung (22) hat, zum Erfassen der Verzögerung des Fahrzeugs während einer Kollision und zum Verändern der Steifigkeit des Trägers in seiner Längsrichtung als Funktion davon, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (10, 20, 21, 22) so angeordnet sind, dass sie steuerbar die Steifigkeit des Trägers (2) in seiner Längsrichtung plötzlich verringern.

2. Vorderbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung Explosivstoffe (10) umfasst, die bei der Detonation so angeordnet sind, dass sie die Steifigkeit des Trägers (2) in seiner Längsrichtung verringern.

3. Vorderbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung Explosivstoffe (10) umfasst, die an dem Träger (2) befestigt sind, eine Steuereinheit (21), einen Verzögerungssensor (20), der abhängig von der Verzögerung ein Signal an die Steuereinheit vorsteht, und eine Aktivierungseinrichtung (22), die durch die Steuereinheit gesteuert wird, durch die die Explosivstoffe zur Detonation gebracht werden können.

4. Vorderbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Explosivstoffe explosive Chargen (10) umfassen, die sequentiell in einer Längsrichtung des Trägers (2) beabstandet angeordnet sind, und dass die Steuereinheit (21) eine Detonation der Chargen sequentiell in der Deformationsrichtung des Trägers bewirkt.

5. Vorderbau nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Explosivstoffe (10) so angeordnet sind, dass sie bei der Detonation das Trägermetall verzahnen.

6. Vorderbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) aus mindestens zwei Blechprofilen (3) besteht, die miteinander durch Befestigungselemente (30) verbunden sind, und dass die Explosivstoffe (10) so angeordnet sind, dass sie bei der Detonation die Verbindung zwischen den Profilen aufbrechen.

7. Vorderbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente Nieten (30) sind und dass die Explosivstoffe (10) so angeordnet sind, dass sie bei der Detonation mindestens bestimmte Nieten loslösen.

8. Vorderbau nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (2) jeweils mit einem individuellen Verzögerungssensor (20) und einer Aktivierungseinrichtung (22) koordiniert sind und dass die Steuereinheit (21) während einer Kollision die Signale jedes Verzögerungssensors miteinander vergleicht und Signale an die jeweilige Aktivierungseinrichtung sendet, um den Explosivstoff (10) nur dann auszulösen, wenn der Unterschied weniger als ein vorbestimmter geringster Wert ist.







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