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Dokumentenidentifikation DE102004040050A1 02.06.2005
Titel Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie
Anmelder Honda Motor Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Urushiyama, Yuta, Wako, Saitama, JP;
Suzuki, Shunji, Wako, Saitama, JP
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Anmeldedatum 18.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004040050
Offenlegungstag 02.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.06.2005
IPC-Hauptklasse B62D 21/15
IPC-Nebenklasse B62D 25/20   
Zusammenfassung Eine Vorrichtung (1, 1A) zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie umfasst erfindungsgemäß ein angenähert U-förmiges Element (4), ein Basiselement (5) zum Tragen beider Enden des U-förmigen Elements sowie ein Begrenzungselement (6; 7) zum Begrenzen einer Verformung des U-förmigen Elements (4) in einer zu einer Kollisionslast angenähert orthogonalen Richtung und zum Lösen der Begrenzung.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie, zum Steuern der Steifigkeit eines Fahrzeughauptrahmens und dgl., um in der Lage zu sein, in Abhängigkeit vom Kollisionsmuster und eines Kollisionsobjekts in eine Fahrzeugkollisionsaufprallabsorptionsstruktur, eine adäquate Reaktionskraft zu erhalten.

Herkömmlich gibt es eine Steuervorrichtung für die Karosseriesteifigkeit eines Fahrzeugs, wo die Steifigkeit von Seitenrahmen zur Aufnahme unterschiedlicher Kollisionsmuster umgeschaltet wird, indem den Seitenrahmen durch piezoelektrische Aktuatoren eine Widerstands/Begünstigungskraft für eine von der Fahrzeugfront erhaltene Kollisionslast hinzugefügt wird, wobei die Aktuatoren an den links und rechts des Fahrzeugs angeordneten Seitenrahmen vorgesehen sind (siehe die Absätze 0010 bis 0017 und die 2 bis 5 der japanischen Patentoffenlegungsschrift Hei 11-291951). Genauer gesagt, die Vorrichtung macht die Steifigkeit der Seitenrahmen in einem Kollisionsmuster (Vollüberdeckungskollision) niedrig, wo die Vorderseite der Fahrzeugkarosserie vollständig kollidiert; macht die Steifigkeit des Seitenrahmens in einem anderen Kollisionsmuster (Offset-Muster) hoch, wo sich die Kollisionslast auf einen Seitenrahmen konzentriert; und bildet hierdurch eine Struktur, wo in beiden Kollisionsmustern eine optimale Aufprallabsorption stattfindet.

Zusätzlich ist es in dieser Vorrichtung auch möglich, die an ein Objekt abgegebene Reaktionskraft zu steuern, indem die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie in Abhängigkeit nicht nur vom Kollisionsmuster, wie etwa Vollüberdeckungskollision, Offset-Kollision und dgl., verändert wird, sondern auch in Abhängigkeit von den Größen eines Kollisionsobjekts.

Jedoch ist eine größere Energie zum Aktivieren des piezoelektrischen Aktivators erforderlich, um die der Kollisionslast widerstehende Kraft zu erzeugen, d.h. die Kraft zum direkten Aufnehmen des Kollisionslast in der oben beschriebenen Struktur. Daher entstehen Probleme der Vergrößerung der piezoelektrischen Aktuatoren selbst und der Vergrößerung einer Batterie, die die piezoelektrischen Aktuatoren mit Strom versorgt.

Demzufolge gibt es einen starken Bedart nach einer Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie, die die Steifigkeit der Karosserie mit einer geringeren Kraft steuert.

Eine Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie in Bezug auf einen ersten Aspekt der Erfindung zur Lösung der oben beschriebenen Probleme umfasst: ein angenähert U-förmiges Element; ein Basiselement zum Stützen beider Enden des U-förmigen Elements; und ein Begrenzungselement zum Begrenzen einer Verformung des U-förmigen Elements in einer zur Kollisionslast im Wesentlichen orthogonalen Richtung und zum Lösen der Begrenzung.

Hier kann das "U-förmige" Element durch Biegen eines beliebigen Elements gebildet werden, das eine lange Form, wie etwa eine geradlinige Form, eine Stangenform und eine Streifenform, wie etwa eine U-Form aufweist; und auch durch Kombinieren einer Mehrzahl solcher Elemente.

Wenn gemäß dem ersten Aspekt der Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie eine Kollisionslast zu dem U-förmigen Element hinzugefügt wird, resultiert dies in einem Verknicken in einem mehrfachen Verformungsmodus, wobei eine Mehrzahl von Wölbungen durch das Begrenzungselement begrenzt wird und hierdurch die Steifigkeit des U-förmigen Elements hoch wird. Wenn darüber hinaus die Kollisionslast zu dem U-förmigen Elemeten hinzugefügt wird, resultiert dies in einem Verknicken in einem primären Verformungsmodus mit nur einer Wölbung, indem die Begrenzung des Begrenzungselements gelöst wird und hierdurch dessen Steifigkeit niedrig wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl der U-förmigen Elemente, worin das Begrenzungselement ein plattenförmiges Element aufweist, dessen eines Ende mit den U-förmigen Elementen verbunden ist, sowie einen Aktuator zum Verbinden des anderen Endes des plattenförmigen Elements mit den U-förmigen Elementen und zum Lösen der Verbindung, und worin das plattenförmige Element innerhalb der U-förmigen Elemente angeordnet ist.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Vorrichtung wird, durch Verbinden des anderen Endes des plattenförmigen Elements und der U-förmigen Elemente durch den Aktuator, eine Verformung der U-förmigen Elemente in einer zur Kollisionslast im Wesentlichen orthogonalen Richtung durch das plattenförmige Element begrenzt. Die U-förmigen Elemente knicken in dem mehrfachen Verformungsmodus mit einer Mehrzahl von Wölbungen während der Kollision, und hierdurch wird deren Steifigkeit hoch. Zusätzlich werden beim Lösen der Verbindung des anderen Endes des plattenförmigen Elements und der U-förmigen Elemente durch den Aktuator die U-förmigen Elemente durch das plattenförmige Element nicht eingeschränkt, wodurch sie in dem primären Verformungsmodus knicken und deren Steifigkeit niedrig wird.

Gemäß einem dritten Aspekt umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl der U-förmigen Elemente, worin worin das Begrenzungselement zwei Verbindungselemente aufweist, deren eine Enden jeweils mit zwei benachbarten U-förmigen Elementen verbunden sind, und einen Aktuator zum gegenseitigen Verbinden der anderen Enden der Verbindungselemente und zum Lösen der Verbindung.

Gemäß dem dritten Aspekt der Vorrichtung werden, durch gegenseitiges Verbinden der Verbindungselemente durch den Aktuator, die zwei U-förmigen Elemente gegenseitig eingeschränkt. Sie knicken in dem mehrfachen Verformungsmodus während der Kollision und daher wird ihre Steifigkeit hoch. Zusätzlich werden durch das Lösen der gegenseitigen Verbindung der Verbindungselemente durch den Aktuator die beiden U-förmigen Elemente nicht eingeschränkt, wodurch sie in dem primären Verformungsmodus knicken und ihre Steifigkeit niedrig wird.

In einem vierten Aspekt ist bevorzugt das U-förmige Element aus einer Formgedächtnislegierung gebildet.

Hier hat die "Formgedächtnislegierung" die Eigenschaft, dass sich ihre Knicklasten und ihr Spannungsenergiewerte aufgrund der Länge stark unterscheiden, im Vergleich zu Aluminiumlegierungen und Materialien auf Stahlbasis. Genauer gesagt, obwohl dann, wenn die Länge der Formgedächtnislegierung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die Knicklast eine Spitze erreicht und dann beim Knicken geringer wird, genauso wie Aluminiumlegierungen und Materialien auf Stahlbasis, hat die Formgedächtnislegierung eine weitere Eigenschaft, dass die Knicklast nach dem Knicken erneut ansteigt, falls die Länge kleiner als der vorbestimmte Wert ist. Die Formgedächtnislegierung ist ein Material (ein Material, das bei niedriger Belastung nachgibt, während es konstanter Belastung elastisch verformt wird, dann wieder elastisch verformt wird, die Belastung ansteigt und wiederum ein Nachgiebigkeitspunkt auftritt), das eine zweistufige Belastungs-Spannungs-Beziehung aufweist. Wenn daher die Länge kleiner als der vorbestimmte Wert ist, hat die Belastungs-Spannungs-Beziehung der zweiten Stufe einen starken Einfluss, und die Knicklast steigt an.

Wenn nämlich eine solche Formgedächtnislegierung für die vorliegende Erfindung angewendet wird, befindet sich ein Abschnitt einer Knickverformung in einem längsten Zustand, falls das U-förmige Element nicht eingegrenzt ist, wobei das U-förmige Element durch eine kleinere Last knickt. Wenn man nämlich durch Eingrenzen einer beliebigen Position des U-förmigen Elements den Abschnitt der Knickverformung teilt und ihn bis zu dem vorbestimmten Wert verkürzt, steigt nach dem Knicken die Knicklast wieder an, wobei das U-förmige Element durch eine viel stärkere Last knickt als die kleinere Last.

Weil gemäß dem vierten Aspekt der Vorrichtung das U-förmige Element aus der Formgedächtnislegierung gebildet ist, führt dies zu einer Knicklast proportional zum Young's-Modul und einer Nachgiebigkeits-Belastungsverformung der ersten Stufe mit längerer Teilung (z.B. dem primären Verformungsmodus), und einer hohen Knicklast proportional zur Nachgiebigkeits-Belastungsverformung der zweiten Stufe, nach Verformung mit der ersten Knicklast bei verkürzter Teilung (z.B. dem Mehrfach-Verformungsmodus). Somit kann eine starke Differenz zwischen den Knicklasten in dem U-förmigen Element bereitgestellt werden, das mit der längeren Teilung verformt wird (z.B. in dem primären Verformungsmodus) und der kürzeren Teilung (z.B. dem Mehrfachverformungsmodus). In anderen Worten, weil die Knicklasten des U-förmigen Elements über einen weiten Bereich verändert werden können, kann die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie über einen weiten Bereich eingestellt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

1 ist eine Perspektivansicht eines Frontabschnitts eines Fahrzeugs, das eine Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit gemäß einer ersten Ausführung aufweist;

2A und 2B sind Perspektivansichten der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit: 2A ist eine Perspektivansicht der gesamten Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit; 2B ist eine Perspektivansicht, worin Begrenzungselemente vergrößert gezeigt sind.

3A und 3B sind vergrößerte Perspektivansichten einer Struktur in der Nähe eines Aktuators: 3A ist eine Perspektivansicht, wo ein bewegbarer Stift ausgefahren ist; 3B ist eine Perspektivansicht, wo der bewegbare Stift eingefahren ist.

4A bis 4E sind Seitenansichten von Verformungsmodi eines linearen Element: 4A ist eine Seitenansicht eines primären Verformungsmodus; 4B ist eine Seitenansicht eines sekundären Verformungsmodus; 4C ist eine Seitenansicht eines tertiären Verformungsmodus; 4D ist eine Seitenansicht eines quartären Verformungsmodus; 4E ist eine Seitenansicht eines quintären Verformungsmodus.

5A und 5B zeigen in Graphiken eine Beziehung zwischen einer Verlagerung eines linearen Elements und einer einer Kollisionslast widerstehenden Last in jedem Verformungsmodus: 5A ist eine Graphik der Beziehung zwischen der Verlagerung und der Last eines Nicht-Formgedächtnislegierungsmaterials; 5B ist eine Graphik der Beziehung zwischen der Verlagerung und der Last einer Formgedächtnislegierung.

6A und 6B sind Perspektivansichten einer Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit gemäß einer zweiten Ausführung: 6A ist eine Perspektivansicht der gesamten Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit; 6B ist eine Perspektivansicht, welche Begrenzungselemente vergrößert zeigt.

7A und 7B sind vergrößerte Perspektivansichten mit Darstellung einer Struktur in der Nähe von Aktuatoren der 6A und 6B: 7A ist eine Perspektivansicht eines Zustands, wo Verbindungselemente verbunden sind; 7B ist eine Explosionsperspektivansicht eines Zustands, wo die Verbindung der Verbindungselemente gelöst ist.

8A ist eine Vorderansicht einer Anordnung der linearen Elemente in der ersten Ausführung; 8B ist eine Vorderansicht einer Anordnung der linearen Elemente in einer anderen Ausführung.

[Erste Ausführung]

Nachfolgend wird eine erste Ausführung der Erfindung anhand der 1, 2A und 2B erläutert.

Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Fahrzeug M eine Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 sowie Kollisionsobjekterfassungssensoren 2, die innerhalb seines vorderen Stoßfängers FB vorgesehen sind, sowie einen Controller 3 zum Steuern/Regeln der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 auf der Basis der Erfassungssignale von den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2. Nachfolgend sind der Einfachheit halber eine Mehrzahl der Kollisionsobjekterfassungssensoren 2 von der rechten Seite des Fahrzeugs M in der Reihenfolge 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f beschrieben. Zusätzlich werden in der folgenden Beschreibung eine Längsrichtung, eine Querrichtung und eine Höhenrichtung des Fahrzeugs M einfach als Fahrzeuglängsrichtung, Fahrzeugquerrichtung und Fahrzeughöhenrichtung bezeichnet.

Wie in den 2A und 2B gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 hauptsächlich eine Mehrzahl linearer Elemente (U-förmiger Elemente) 4, die im Wesentlichen U-förmig gebogen sind, ein Basiselement 5 zum Tragen beider Enden der linearen Elemente 4 sowie Begrenzungselemente 6 zum Begrenzen einer Verformung der linearen Elemente 4 in einer zur Kollisionslast angenähert orthogonalen Richtung und zum Lösen der Kollisionslast.

Die linearen Elemente 4 sind aus Formgedächtnislegierung gebildet, sind mit angenähert gleichem Abstand entlang einer Längsrichtung des Basiselements 5 angeordnet und sind mit dem Basiselement 5 in einem Zustand verbunden, wo beide Enden der linearen Elemente 4 in der Höhenrichtung fluchten. D.h. die linearen Elemente 4 sind so angeordnet, dass obere Abschnitte 41 und untere Abschnitte 42 entsprechend beiden Seitenabschnitten der U-Form jeweils parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung werden.

Das Basiselement 5 ist ein rechteckiges plattenförmiges Element, das sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckt, und seine beiden Seiten 51 und 52 (nachfolgend auch als "Vorderseite 51" und "Rückseite 52" bezeichnet) sind orthogonal zur der Fahrzeuglängsrichtung angeordnet. In dem Basiselement 5 wird die Rückseite 52 mit einem Frontabschnitt (einem Abschnitt, wo der vordere Stoßfänger FB angebracht ist) des in 1 gezeigten Fahrzeugs M in einem Zustand verbunden, in dem die linearen Elemente 4 mit der Vorderseite 51 verbunden worden sind. Obwohl in der Ausführung der einfacheren Beschreibung wegen das Basiselement 5 ein Element ist, das in der Fahrzeuglängsrichtung orthogonale Flächen aufweist, sind tatsächlich die Seiten des Basiselements 5 in einer angenäherten Kreisform ausgebildet, die links/rechts symmetrisch ist, in Anpassung an einen Halterungsabschnitt eines gekrümmten Stoßfängers. Daher wird ein Basiselement in diesem Falle so angeordnet, dass eine durch ihren Scheitel hindurchgehende Tangente parallel zur Fahrzeugquerrichtung wird.

Jedes der Begrenzungselemente 6 umfasst hauptsächlich Platten 61, deren Unterenden (eine Enden) 61a mit jedem unterseitigen Abschnitt 42 der linearen Elemente 4 verbunden sind, und Aktuatoren 62 zum Verbinden und Lösen der Oberenden (der anderen Enden) 61b der Platten 61 und jedes oberseitigen Abschnitts 41 der linaren Elemente.

Die Platten 61 sind plattenförmige Elemente, die so angeordnet sind, dass sie innerhalb der Mehrzahl angenähert U-förmiger linearer Elemente 4 hindurchtreten, und vier Stücke der Platten 61 sind mit angenähert gleichem Abstand in der Längsrichtung in einem Zustand angeordnet, wo sie im Wesentlichen parallel zu dem Basiselement 5 werden. Obwohl in der Ausführung die Anzahl der Platten 61 vier ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, und die Anzahl kann beliebig sein. Zusätzlich sind an den Oberenden 61b der Platten 61 eine Mehrzahl von Nutabschnitten 61c (nur einer davon ist dargestellt) ausgebildet, in die die Mehrzahl linearer Elemente 4 eindringen können, wie in 3A und 3B vergrößert gezeigt. Mit beiden Seiten, die jeweils die Nutabschnitte 61c zwischen sich aufnehmen, ist jeweils ein Element von Aktuator 62 und konkavem Element 63 verbunden, das einen Lochabschnitt 63a aufweist, in den ein beweglicher Stift 62a jedes der Aktuatoren 62 eingesetzt wird. Die Nutabschnitte 61 begrenzen eine Verformung in der Fahrzeugquerrichtung der linearen Elemente 4 durch beide Seiten ihrer Seitenwände, sowie eine andere Verformung in der Fahrzeughöhenrichtung durch ihre Bodenwände und die beweglichen Stifte 62a der Aktuatoren 62.

Jeder der Aktuatoren 62 ist ein sogenanntes Magnetsolenoid und umfasst hauptsächlich den beweglichen Stift 62a, der sich in seiner Achsrichtung frei vorwärts und rückwärts bewegen kann, und einen Antriebsabschnitt 62b, der den beweglichen Stift 62a ein- und ausfährt. Jeder der Aktuatoren 62 fährt den beweglichen Stift 62a aus, indem er durch den Controller 3 eingeschaltet wird (siehe 1), und schließt hierdurch eine Öffnung der Nut 61c und verbindet das betreffende lineare Element 4 mit der Platte 61. Zusätzlich fährt jeder der Aktuatoren 62 den beweglichen Stift 62a ein, indem er durch den Controller 3 ausgeschaltet wird (siehe 1), und öffnet hierdurch die Öffnung der Nut 61c und löst die Verbindung des linearen Elements 4 und der Platte 61. Der bewegliche Stift 62a, der zum Schließen der Öffnung der Nut 61c ausfährt, ist übrigens so ausgestaltet, dass er in der Lage ist, eine Aufwärtsverformung des linearen Elements 4 durch Eingriff des konkaven Elements 63 massiv einzuschränken.

Wie in 1 gezeigt, sind die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f Einrichtungen zum Erfassen der Härte eines Kollisionsobjekts. Als die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f kann z.B. eine Kamera verwendet werden, um das Kollisionsobjekt als Bild zu erfassen, Infrarotsensoren zum Erfassen einer Temperatur des Kollisionsobjekts, ein Belastungs- bzw. Dehnungssensor zum Erfassen einer Dehnung einer Fahrzeugkarosserie während der Kollision und dgl. Zusätzlich bestimmt der Controller 3 die Härte des Kollisionsobjekts auf der Basis von Ausgaben (z.B. Bilddaten, Temperaturen, Belastung und dgl.) von den Kollisionsobjektertassungssensoren 2a bis 2f und steuert jeden der Aktuatoren 62 (siehe 2) der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 in Abhängigkeit von der Härte des Kollisionsobjekts, einer von einem nicht gezeigten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und dgl. an. Obwohl in der Ausführung die Kollisionsobjektertassungssensoren 2a bis 2f Einrichtungen bilden, um die Härte des Kollisionsobjekts zu erfassen, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Z.B. können als die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f ein Abstandsensor verwendet werden, der einen Abstand zu dem Kollisionsobjekt mithilfe eines Lasers, einer Ultraschallwelle und dgl. erfasst. In diesem Fall kann die Steifigkeit der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 umgeschaltet werden, um die Offset-Kollision und die Vollüberdeckungskollision des Fahrzeugs aufzunehmen.

Zusätzlich bestimmt der Controller 3, dass das Kollisionsobjekt groß ist, wenn bewertet wird, dass die Erfassungssignale von nicht weniger als vier benachbarten Sensoren von den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f ausgegeben werden. Der Controller 3 bestimmt, dass das Kollisionsobjekt klein ist, wenn bewertet wird, dass die Kollisionserfassungssignale von nicht mehr als drei benachbarten Sensoren ausgegeben werden. Der Controller 3 schaltet eine Mehrzahl der Aktuatoren 62 (siehe 2A und 2B) in Abhängigkeit von der Größe und Härte des wie oben bestimmten Kollisionsobjekts EIN/AUS. Genauer gesagt, der Controller 3 steuert Verformungsmodi des oberseitigen Abschnitts 41 und des unterseitigen Abschnitts 42 jedes der linearen Elemente 4 durch geeignetes Ansteuern der vier Aktuatoren 62, die in der Nähe des oberseitigen Abschnitts 41 jedes der in den 2A und 2B gezeigten linearen Elemente 4 angeordnet sind.

Hier sind die Verformungsmodi der Ausführung ein primärer Verformungsmodus, wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt werden und jeweils nur eine Aufwölbung 41a und 42a haben, wie in 4A gezeigt; ein sekundärer Verformungsmodus, wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt werden und jeweils zwei Wölbungen 41b und 42b aufweisen, wie in 4B gezeigt; ein tertiärer Verformungmodus, wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt werden und jeweils drei Wölbungen 41c und 42c aufweisen, wie in 4C gezeigt, ein quartärer Verformungsmodus, wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt werden und jeweils vier Wölbungen 41d und 42d aufweisen, wie in 4D gezeigt, sowie ein quintärer Verformungsmodus, wo der oberseitige Abschnitt 41 und der unterseitige Abschnitt 42 verformt werden und jeweils fünf Wölbungen 41e und 42e aufweisen, wie in 4E gezeigt.

Von diesen Verformungsmodi wird der in 4A gezeigte primäre Verformungsmodus geschaltet, indem alle vier Aktuatoren 62 AUSgeschaltet werden; wird der in 4B gezeigte sekundäre Verformungsmodus geschaltet, indem keiner bis auf einen der vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet wird; wird der in 4C gezeigte tertiäre Verformungsmodus geschaltet, indem keiner bis auf zwei der vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet wird; wird der in 4D gezeigte quartäre Verformungsmodus geschaltet, indem keiner bis auf drei der vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet wird; und wird der in 4E gezeigte quintäre Verformungsmodus geschaltet, indem alle vier Aktuatoren 62 EINgeschaltet werden.

Durch geeignetes Umschalten der Verformungsmodi der linearen Elemente 4, wie oben beschrieben, kann deren Steifigkeit verändert werden. Hier wird eine Last beschrieben, die einer Kollisionslast in Abhängigkeit von jedem Verformungsmodus widersteht, anhand der 5A und 5B im Vergleich einer Formgedächtnislegierung eines Materials der Ausführung mit einem anderen Material, das keine Formgedächtnislegierung ist.

Wie in den 5A und 5B gezeigt, ist es für jedes der Materialien gemeinsam, dass, je mehr Verformungsmodi man macht, desto größer die der Kollisionslast widerstehende Last wird, d.h. die Steifigkeit der linearen Elemente 4 erhöht werden kann. Es gibt einen merklichen Unterschied zwischen der Formgedächtnislegierung der Erfindung und einem anderen Material aus Nicht-Formgedächtnislegierung, wenn das lineare Element 4 in dem quintären Verformungsmodus verknickt. In anderen Worten, obwohl in dem in 5A gezeigten Material der Nicht-Formgedächtnislegierung die der Kollisionslast widerstehende Last absinkt und nach dem Knicken (Scheitel der Graphik) absinkt, steigt in der in 5B gezeigten Formgedächtnislegierung die Last, die nach dem Knicken absinkt, immer weiter an. Daraus ergibt sich, dass bei der Anwendung der Formgedächtnislegierung wie in der Ausführung die Steifigkeit in dem quintären Verformungsmodus dramatisch erhöht werden kann, im Vergleich zu dem Material der Nicht-Formgedächtnislegierung.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 in Bezug auf die 1, 2A, 2B und 4A bis 4E beschrieben.

Zuerst wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem kleinen Objekt kollidiert (z.B. einem Versorgungspfosten, einem Kompaktfahrzeug und dgl.), in Bezuf auf 1. Wenn das Fahrzeug M mit dem kleinen Kollisionsobjekt kollidiert, wird dies z.B. durch zwei benachbarte Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c der Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst und deren Signale werden an den Controller 3 ausgegeben. In dem Controller 3 wird bewertet, dass die Erfassungssignale von den zwei Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c ausgegeben wurden, und es wird bestimmt, dass das Kollisionsobjekt kompakt ist. Der Controller 3, der das Kollisionsobjekt als kompakt bestimmt hat, bewirkt, dass alle linearen Elemente 4 (siehe 2A und 2B) in dem primären Verformungsmodus (siehe 4A) knicken, indem er z.B. alle Aktuatoren 62 AUSschaltet, während er sich ansonsten auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht.

Anschließend wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem großen Objekt (z.B. einem großen Fahrzeug) kollidiert, in Bezug auf 1. Wenn das Fahrzeug M mit dem großen Kollisionsobjekt kollidiert, wird dies z.B. durch vier benachbarte Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d der Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst, und deren Signale werden an den Controller 3 ausgegeben. Der Controller 3 bewertet, dass die Erfassungssignale von den vier Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d ausgegeben werden, und bestimmt das Kollisionsobjekt als groß. Somit bewirkt der Controller 3, der das Kollisionsobjekt als groß bestimmt hat, dass alle linearen Elemente 4 (siehe 2A und 2B) in dem quintären Verformungsmodus (siehe 4E) knickt, indem er z.B. alle Aktuatoren 62 EINschaltet, während er sich ansonsten auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht.

Obwohl in der Beschreibung alle linearen Elemente 4 in dem quintären Verformungsmodus geknickt werden, indem alle Aktuatoren 62 EIN/AUSgeschaltet werden, kann ansonsten jedes der linearen Elemente 4 in dem sekundären bis quartären Verformungsmodus knicken, wie in den 4B bis 4D gezeigt, indem auf jedem der linearen Elemente 4 angeordnete vier Aktuatoren 62 selektiv und geeignet angesteuert werden. Zusätzlich ist es nicht erforderlich, den Verformungsmodus aller linearer Elemente 4 zu verändern, wie oben beschrieben, wobei nur die einem Kollisionsabschnitt entsprechenden linearen Elemente 4 (z.B. ausschließlich die linearen Elemente 4 einer rechten Hälfte und dgl.) zu dem für das Kollisionsobjekt geeigneten Verformungsmodus umgeschaltet werden können.

Obwohl in der obigen Beschreibung jeder der Aktuatoren 62 in Abhängigkeit von der Größe des Kollisionsobjekts angesteuert wird, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und z.B. kann jeder der Aktuatoren 62 in Abhängigkeit von der Härte des Kollisionsobjekts angesteuert werden. Z.B. bewirkt der Controller 3 in diesem Fall, dass alle linearen Elemente 4 in dem primären Verformungsmodus knicken, indem alle Aktuatoren 62 AUSgeschaltet werden, wenn gewertet wird, dass die Härte des Kollisionsobjekts, die durch die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Der Controller 3 bewirkt, dass alle linearen Elemente 4 in dem quintären Verformungsmodus knicken, indem alle Aktuatoren 62 EINgeschaltet werden, wenn gewertet wird, dass die Härte des Kollisionsobjekts nicht kleiner als der vorbestimmte Wert ist.

Daher lässt sich in der ersten Ausführung der folgende Effekt erhalten:

Weil die Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie nur dadurch erhöht werden kann, dass die Aktuatoren 62 eine Verformung der linearen Elemente 4 in einer zur Kollisionslast angenähert orthogonalen Richtung einschalten, kann die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie mit einer kleineren Kraft gesteuert werden als mit einer herkömmlichen Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit. Daher kann die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit selbst, eine Batterie, die der Vorrichtung Strom zuführt, und dgl. klein gemacht werden.

Weil die linearen Elemente 4 aus der Formgedächtnislegierung gebildet sind und hierdurch z.B. in dem quintären Verformungsmodus die der Kollisionslast widerstehende Last nach dem Knicken erneut ansteigt, kann die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie weiter verbessert werden. Auch wenn darüber hinaus das Fahrzeug M schräg kollidiert, werden die linearen Elemente 4 nicht eingeschlagen, weil die linearen Elemente 4 durch die Platten 61 in der Fahrzeugquerrichtung gestützt werden, was zu einer bevorzugten Funktionsweise führt.

[Zweite Ausführung)

Nachfolgend wird eine zweite Ausführung der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit in Bezug auf die 6A, 6B, 7A und 7B beschrieben. Weil in dieser zweiten Ausführung die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 der ersten Ausführung teilweise verändert ist, werden gleiche Komponenten wie in der ersten Ausführung mit den gleichen Symbolen versehen, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.

Wie in den 6A und 6B gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1A die linearen Elemente 4 und das Basiselement 5 wie in der ersten Ausführung, und ferner hauptsächlich Begrenzungselement 7 mit einer Struktur, die sich jener der ersten Ausführung unterscheidet. Im Unterschied zur ersten Ausführung sind beide Enden der linearen Elemente 4 so angeordnet, dass sie in der Höhenrichtung nicht fluchten. Hingegen sind ihre oberseitigen Abschnitte 41 an der linken Seite des Fahrzeugs angeordnet und sind mit dem Basiselement 5 schräg verbunden, sodass die unterseitigen Abschnitte 42 an der rechten Seite des Fahrzeugs angeordnet sind. Zusätzlich ist eine Mehrzahl der linearen Elemente 4 so angeordnet, dass der oberseitige Abschnitt 41 eines linearen Elements 4 benachbarter linearer Elemente 4 über dem unterseitigen Abschnitt 42 des anderen linearen Elements 4 angeordnet ist.

Jedes der Begrenzungselemente 7 enthält hauptsächlich zwei Verbindungselemente 71, deren eine Enden jeweils mit zwei benachbarten linearen Elementen 4 verbunden sind, sowie einen Aktuator 72 zum gegenseitigen Verbinden der anderen Enden der Verbindungselemente 71 und Lösen derselben. Die Verbindungselemente 71 werden ein Zweierpaar und jedes des Paares ist spiralig zwischen zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet. Genauer gesagt, jeweils fünf Paare der Verbindungselemente 71 sind zwischen zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet, sodass sie von einem vorderen Paar zu einem rückwärtigen hin allmählich ansteigen: Von diesen ist das vorderste Paar der Verbindungselemente 71 angenähert parallel zu der Fahrzeugquerrichtung angeordnet; das hinterste Paar der Verbindungselemente 71 im Wesentlichen parallel zu der Fahrzeughöhenrichtung angeordnet. In anderen Worten, jedes Paar der Verbindungselemente 71, die zwischen zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet sind, ist mit angenähert dem gleichen Abstand in der Fahrzeuglängsrichtung angenähert parallel zu den Seiten des Basiselements 5 und quer zum oberseitigen Abschnitt 71 eines linearen Elements und dem unterseitigen Abschnitt 42 des anderen linearen Elements 4 von den zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet.

Zusätzlich ist, wie in den 7A und 7B gezeigt, an jedem der anderen Enden zweier Verbindungselemente 71 zur Konfiguration jedes Paars ein Überlappungsabschnitt 71a mit einer Stufe ausgebildet, sodass die Verbindungselemente 71 in einem koaxialen Zustand überlappen können; an jedem Überlappungsabschnitt 71 ist ein Durchgangsloch 71b, das bei Überlappung des Überlappungsabschnitts 71a einen Durchdringungszustand einnimmt, so ausgebildet, dass es in einer Achsrichtung jedes der Verbindungselemente 71 orthogonal ist. Ein Antriebsabschnitt 72b, der einen bewegbaren Stift 72a in dessen axialer Richtung ein- und ausfährt, ist mit dem anderen Ende eines Verbindungselements 71 verbunden, sodass der bewegbare Stift 72a des Aktuators 72 frei eingesetzt wird. Der Aktuator 72 wird durch den Controller 3 EINgeschaltet (siehe 1), um hierdurch den bewegbaren Stift 72a auszufahren und die zwei Verbindungselemente 71 zu verbinden; andererseits wird der Aktuator 72 durch den Controller 3 AUSgeschaltet, um hierdurch den bewegbaren Stift 72a einzufahren und die zwei Verbindungselemente 71 zu lösen.

Als Nächstes wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1A in Bezug auf die 1, 4A bis 4E, 6A und 6B beschrieben.

Zuerst wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem kleinen Objekt kollidiert (z.B. einem Versorgungspfosten, einem Kompaktfahrzeug und dgl.), in Bezug auf 1. Wenn das Fahrzeug M mit dem kleinen Kollisionsobjekt kollidiert, wird dies zuerst z.B. durch zwei benachbarte Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c von den Kollisionsobjektertassungssensoren 2a bis 2f erfasst, und deren Signale werden an den Controller 3 ausgegeben. In dem Controller 3 wird gewertet, dass die Erfassungssignale von den zwei Kollisionsobjekterfassungssensoren 2b und 2c ausgegeben werden, und es wird bestimmt, dass das Kollisionsobjekt kompakt ist. Daher bewirkt der Controller 3, der das Kollisionsobjekt als kompakt bestimmt hat, dass alle linearen Elemente 4 in dem primären Verformungsmodus (siehe 4A) knicken, indem er z.B. keinen bis auf den in den 6A und 6B gezeigten vordersten Aktuator 72 EINschaltet, während er sich ansonsten auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht. Obwohl, wenn alle linearen Elemente 4 in dem primären Verformungsmodus knicken, der vorderste Aktuator 72 AUSgeschaltet werden kann, kann ein Verkippen der linearen Elemente 4 im Falle einer schräg einwirkenden Kollisionslast verhindert werden, indem der vorderste Aktuator 72 EINgeschaltet wird.

Anschließend wird ein Fall beschrieben, wo das Fahrzeug M mit einem große Objekt kollidiert (z.B. einem großen Fahrzeug), in Bezug auf 1. Wenn das Fahrzeug M mit dem große Kollsionsobjekt kollidiert, wird dies zuerst z.B. durch vier benachbarte Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d von den Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f erfasst, und die Signale davon werden an den Controller 3 ausgegeben. In dem Controller 3 wird gewertet, dass die Erfassungssignale von den vier Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2d ausgegeben wurden, und es wird bestimmt, dass das Kollisionsobjekt groß ist. Daher bewirkt der Controller, der das Kollisionsobjekt als groß bestimmt hat, dass alle linearen Elemente 4 in dem quintären Verformungsmodus knicken (siehe 4E), indem er z.B. alle in den 6A und 6B gezeigten Aktuatoren 72 EINschaltet, während er sich ansonsten auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht.

Obwohl in der Beschreibung alle linearen Elemente 4 so angesteuert werden, dass sie in den primären und quintären Verformungsmodi knicken, werden anderenfalls die fünf Paare der Verbindungselemente, die zwischen zwei benachbarten linearen Elementen 4 angeordnet sind, selektiv und geeignet verbunden/gelöst. Hierdurch lässt sich bewirken, dass jedes der linearen Elemente 4 in den sekundären, tertiären und quartären Verformungsmodi knickt, wie in den 4B bis 4D gezeigt. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, alle linearen Elemente 4 während einer Kollision umzuschalten, wie oben beschrieben, wobei ausschließlich jene linearen Elemente 4 eines Kollisionsabschnitts so angesteuert werden können, dass sie zu einem für das Kollisionsobjekt geeigneten Verformungsmodus umgeschaltet werden.

Somit lässt sich mit der zweiten Ausführung der folgende Effekt erhalten:

Auch wenn eine Kollisionslast schräg einwirkt, kann ein Verkippen der linearen Elemente 4 verhindert werden, weil die linearen Elemente 4 zu dem Basiselement 5 schräg angeordnet sind. Weil darüber hinaus benachbarte lineare Elemente 4 durch die Verbindungselemente 71 verbunden sind, kann ein Verkippen der linearen Elemente 4 während der Kollsion sicher verhindert werden.

Daher its die Erfindung nicht auf die obigen Ausführungen beschränkt, sonder kann in verschiedenen Mustern in die Praxis umgesetzt werden.

Obwohl in den Ausführungen die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 und 1A und die Kollisionsobjekterfassungssensoren 2a bis 2f innerhalb des vorderen Stoßfängers FB vorgesehen sind, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und sie kann z.B. auch in einem hinteren Stoßfänger vorgesehen sein, der an einem Heckabschnitt des Fahrzeuges M angeordnet ist, Seitenschwellern, die an der linken und rechten Seite des Fahrzeugs M angeordnet sind und dgl. Obwohl darüber hinaus in den Ausführungen die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit 1 und 1A im Wesentlichen in der gleichen Größe wie der vordere Stoßfänger FB ausgebildet sind, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und die Vorrichtung zum Steuern der Karosseriesteifigkeit kann teilweise lediglich an einem erforderlichen Abschnitt der Steifigkeitseinstellung vorgesehen sein (z.B. an einem linken Seitenabschnitt und dem rechten Seitenabschnitt innerhalb des vorderen Stoßfängers FB).

Obwohl in den Ausführungen die Aktuatoren 62 und 72 in Abhängigkeit von der Härte eines Kollisionsobjekts angesteuert werden, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und die Aktuatoren 62 und 72 können auch in Abhängigkeit von Kollisionsmustern, wie etwa dem der Offset-Kollision und der Vollüberdeckungskollision, angesteuert werden. Zusätzlich ist die Beziehung zwischen dem EIN/AUSschalten der Aktuatoren 62 und 72 und des Aus-/Einfahrens der bewegbaren Stifte 62a und 72a nicht auf die obigen Ausführungen beschränkt, und kann umgekehrt sein.

Obwohl in der ersten Ausführung die linearen Elemente 4 so angeordnet sind, dass sie parallel zu der Fahrzeughöhenrichtung werden, wenn man sie von der Fahrzeugfront her betrachtet, wie in 8A gezeigt, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Z.B. können, wie in 8B gezeigt, zwei benachbarte lineare Elemente 4 zur Fahrzeughöhenrichtung gekippt angeordnet werden, sodass sie von der Fahrzeugfront her betrachtet eine unten offene umgekehrte V-Form einnehmen, d.h., sodass die oberseitigen Abschnitte 41 (anderenfalls die unterseitigen Abschnitte 42) einander benachbart sind. Weil die Isotropie für eine Eingaberichtung einer Kollisionslast durch dieses Anordnen jedes dieser linearen Elemente 4 nach Art einer nach unten offenen umgekehrten V-Form beibehalten werden kann, kann ein seitliches Kippen jedes der linearen Elemente 4 weiter verhindert werden.

Eine Vorrichtung 1, 1A zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie umfasst erfindungsgemäß ein angenähert U-förmiges Element 4, ein Basiselement 5 zum Tragen beider Enden des U-förmigen Elements sowie ein Begrenzungselement 6; 7 zum Begrenzen einer Verformung des U-förmigen Elements 4 in einer zu einer Kollisionslast angenähert orthogonalen Richtung und zum Lösen der Begrenzung.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung (1, 1A) zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie, umfassend:

    ein angenähert U-förmiges Element (4);

    ein Basiselement (5) zum Tragen beider Enden des U-förmigen Elements; und

    ein Begrenzungselement (6; 7) zum Begrenzen einer Verformung des U-förmigen Elements (4) in einer im Wesentlichen orthogonalen Richtung für eine Kollisionslast und zum Lösen der Begrenzung.
  2. Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl der U-förmigen Elemente (4), worin das Begrenzungselement (6) ein plattenförmiges Element (61) aufweist, dessen eines Ende mit den U-förmigen Elementen (4) verbunden ist, sowie einen Aktuator (62) zum Verbinden des anderen Endes des plattenförmigen Elements (61) mit den U-förmigen Elementen (4) und zum Lösen der Verbindung, und worin das plattenförmige Element (61) innerhalb der U-förmigen Elemente (4) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl der U-förmigen Elemente (4), worin das Begrenzungselement (7) zwei Verbindungselemente (71) aufweist, deren eine Enden jeweils mit zwei benachbarten U-förmigen Elementen (4) verbunden sind, und einen Aktuator (72) zum gegenseitigen Verbinden der anderen Enden der Verbindungselemente (71) und zum Lösen der Verbindung.
  4. Vorrichtung zum der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das U-förmige Element eine Formgedächtnislegierung aufweist.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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