DE102013012273A1

DE102013012273A1 - Vorrichtung zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit

Info

Publication number: DE102013012273A1
Application number: DE102013012273.2A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Averdiek; Joachim Förnbacher; Marco Herok; Reiner Scheu; Tomislav Rebic
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-01-29
Also published as: EP3024670A1; KR20160013143A; US20160176441A1; JP2016527136A; WO2015010766A1; CN105392637A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit eines Radfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, welche derart mit einem Fahrwerk des Radfahrzeugs verbunden werden kann, dass sie bei einem Aufprall des Radfahrzeugs auf ein Hindernis einem Eindrehen eines Rades (5) entgegenwirkt. Eine verbesserte passive Fahrzeugsicherheit ergibt sich, wenn die Vorrichtung an einem Radträger (6) des Radfahrzeugs angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit eines Radfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Radfahrzeuge weisen zur Richtungssteuerung in der Regel eine Lenkeinrichtung auf. Eine konventionelle Lenkeinrichtung umfasst ein über eine stangen- oder röhrenförmige sogenannte Lenksäule mit einem Lenkgestänge verbundenes Lenkrad. Eine dem Techniker als Lenkeinschlag geläufige Drehung des Lenkrads gegenüber seiner neutralen Stellung bewirkt, dass zumindest zwei auf Radträgern gelagerte Räder des Fahrzeugs eine durch die Fahrwerksgeometrie bestimmte Stellung einnehmen, die im Fahrbetrieb des Fahrzeugs eine Richtungsänderung herbeiführt. Der sich einstellende Winkel zwischen Radebene und Geradeauslaufstellung wird dabei im Fahrzeugbau als Lenkwinkel bezeichnet. Ein als Lenkrad- oder Rückstellmoment bekanntes, im Wesentlichen von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängiges Drehmoment wirkt diesem Lenkwinkel entgegengerichtet auf die Lenksäule und gewährleistet somit in Abwesenheit weiterer Lenkeinflüsse einen stabilen Geradeauslauf des Fahrzeugs. Diese Erscheinung ist dem Fachmann als Lenkungsrücklauf vertraut.
In DE 4017210 C1 wird zur Verbesserung des Lenkungsrücklaufs ein über Verbindungsarme mit dem Radträger verbundener Drehstab-Stabilisator vorgeschlagen, der bei Lenkbewegungen der Radträger durch am Stabilisator vorgesehene nachgiebige Abstützungen ein Rückstellmoment bewirkt, welches besonders bei maximalem Radeinschlag den Lenkungsrücklauf merklich verbessern kann.
Problematisch ist indes das Fahrwerksverhalten bei einem Unfall des Fahrzeugs, der insbesondere bei Personenkraftwagen für die Fahrzeuginsassen gefährliche kinetische Energien freisetzen kann. Zur Sicherung der Insassen in einem solchen Fall lehrt etwa DE 4326668 A1 in dessen Ausführungsform gemäß 3 und Anspruch 5, auf welcher der Oberbegriff des Anspruch 1 beruht, die Verbindung des Lenkgestänges mit der in Fahrtrichtung vorderen Stoßstange des Fahrzeugs mittels eines spezifisch angeordneten Hebelwerks. Dieses Hebelwerk ist derart konfiguriert, dass es bei Überschreitung einer bestimmten auf die Stoßstange einwirkenden Aufprallenergie die eingeschlagenen Fahrzeugräder in eine vorgegebene Ausrichtung bringt. Die vorgeschlagene Maßnahme bewirkt im Idealfall, dass bei einem Aufprall während einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs die Fahrzeugreifen als Puffer dienen können, um eine möglichst großflächige und zeitlich gleichmäßige Verteilung der Aufprallenergie zu erreichen. Dieser dämpfende Effekt verringert bei einem Frontalaufprall während der Kurvenfahrt jene Härte, mit der die Fahrzeuginsassen in Fahrtrichtung geworfen werden, und reduziert somit letztlich deren Verletzungsrisiko.
Trotz dieser aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen geht jedoch eine besondere Gefahr von Zusammenstößen des Fahrzeugs bei geringer Überdeckung mit dem Hindernis aus. In diesem speziellen Szenario kann ein übermäßiges Eindrehen der Räder resultieren, welches dazu führt, dass eine durch den Aufprall verursachte Verformung des Fahrwerks eintritt, die im ungünstigsten Fall ein Rad zumindest teilweise in die Fahrgastzelle drückt. Wird die Integrität der Fahrgastzelle auf diese Weise zerstört, droht die Einwirkung beträchtlicher Massekräfte auf die Fahrzeuginsassen, deren Gesundheit somit in erheblichem Maße gefährdet werden kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Vorrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte passive Fahrzeugsicherheit bei Aufprallunfällen mit geringer Überdeckung auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Vorrichtung unmittelbar an einem Radträger des Radfahrzeugs anzuordnen. Durch diese maßgebliche konstruktive Vereinfachung erübrigt sich die Verwendung einer komplexen und potenziell unzuverlässigen Hebelanordnung oder eines anderweitigen Gestänges zur Verbindung mit weiter entfernt liegenden Fahrzeugteilen wie der Stoßstange. Die beschriebenen Massekräfte, die insbesondere bei einem Aufprall mit geringer Überdeckung auf Rad und Radträger einwirken können, lassen sich auf diese Weise einfach und effektiv durch die Vorrichtung abfangen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Vorrichtung derart angeordnet sein, dass sie die Innenstruktur des Rades bei dem Aufprall abzustützen vermag und das Risiko eines Kollabierens des durch die Aufprallenergie verformten Rades somit erheblich reduziert. Durch die Aufrechterhaltung seines Gesamtgefüges kann das Rad in vorteilhafter Weise einen größeren Teil der Energie auf Außenbereiche der Karosserie des Radfahrzeugs ableiten, wo sie die Integrität der Fahrgastzelle in weit geringerem Ausmaß gefährdet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung zu diesem Zweck eine Strebe, die aufgrund ihrer Form die Innenstruktur mechanisch versteift. Der Widerstand der Innenstruktur und somit des gesamten Rades gegen eine durch die Aufprallenergie herbeigeführte elastische Verformung erhöht sich bei dieser Ausgestaltung merklich. Die Ausführung der Vorrichtung in Form einer Verstrebung bietet sich angesichts der außerordentlich hohen Belastung bei einem Unfall der beschriebenen Art daher in besonderem Maße an.
Besondere Vorzüge bietet nun eine Ausgestaltung, bei der die Vorrichtung kraft ihrer Anordnung ein Eindrehen des Rades derart beschränkt, dass ein vorgegebener Radlenkwinkel nicht überschritten werden kann. Diese Begrenzung stellt sicher, dass das Rad selbst bei größtmöglichem Eindrehen noch auf den Schweller trifft, wenn es entgegen der Fahrtrichtung gegen die Karosserie gepresst wird. Der Schweller wiederum, der seinerseits in dem Fachmann bekannter Weise für die Aufnahme entsprechender Lastpfade konzipiert ist, vermag die auf ihn abgeleitete Aufprallenergie gezielt abzubauen und die Gefahr eines Eindringens zu vermindern.
Vorteilhaft lässt sich die Vorrichtung dabei in einem Bereich des Radträgers anordnen, der in Fahrtrichtung des Radfahrzeugs auf einer dem gegenüberliegenden Achsenende zugewandten Innenseite des Radträgers liegt. Eine solche Anordnung gewährleistet, dass die Vorrichtung beim Aufprall noch vor anderen Teilen des Radträgers mit dem Hindernis in Kontakt tritt, sodass sie ihre abstützende Wirkung in optimaler Weise zum frühestmöglichen Zeitpunkt entfalten kann.
Es empfiehlt sich zu diesem Zweck aus fertigungspraktischen Erwägungen, die Vorrichtung bereits werksseitig in dem Radträger auszubilden, was weitere Montageschritte zu ihrer Anbringung im Regelfall überflüssig werden lässt. In einer alternativen Ausführungsform jedoch mag die Vorrichtung zur nachträglichen Montage an einem geeigneten Radträger vorgesehen sein, was unter Umständen selbst die Nachrüstung eines handelsüblichen Radfahrzeugs zur Erhöhung dessen passiver Fahrzeugsicherheit ermöglicht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine perspektivische Darstellung einer an einem Radträger angebrachten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine teilweise Schnittdarstellung eines mit der Vorrichtung gemäß 1 ausgerüsteten Radfahrzeugs bei dessen Aufprall auf ein Hindernis,
3 die Schnittdarstellung gemäß 2 in einem Zustand kurz nach dem Aufprall und
4 die Schnittdarstellung gemäß 2 und 3 in einem Zustand maximaler Verformung des Radfahrzeugs.
1 zeigt ein auf einem Achsschenkel oder Radträger 6 mittels eines Radlagers gelagertes Rad 5, welches sich aus einer aus gewalztem Stahl geformten oder aus Leichtmetall gegossenen oder geschmiedeten Felge mit einem im Bereich seiner Lauffläche profilierten Reifen zusammensetzt. In 1 ist das Rad 5 dabei aus einer im montierten Zustand des Radträgers 6 näherungsweise mit der Fahrerposition eines entsprechend ausgerüsteten Radfahrzeugs 2 (in 1 nicht gezeigt) korrespondierenden Blickrichtung dargestellt, welche der Innenseite des Rades 5 im Betriebszustand entspricht. Der Radträger 6 ist mit einer Einzelradaufhängung versehen, die das Rad 5 über Achslenker und ein aus einer Feder und einem hydraulischen Stoßdämpfer bestehendes MacPherson-Federbein 9 mit einer Karosserie des Radfahrzeugs 2 verbinden kann. Eine weitere Karosserieverbindung des Rades 5 lässt sich mittels einer in 1 nicht dargestellten Spurstange 8 herstellen, welche an einem Anlenkpunkt 7 des Radträgers 6 ansetzt.
Die Vorrichtung 1 weist dabei die Form einer bügelartigen Strebe auf, welche an der in 1 gezeigten Innenseite des Rades 5 in einem in Fahrtrichtung 10 des Radfahrzeugs 2 liegenden Bereich die Symmetrieachse des Rades 5 kreisbogenförmig mit einem Zentriwinkel von näherungsweise 100° umläuft. Als mechanische Verstärkung für den Fall eines Aufpralls ist eine wulstartig verdickte Prallfläche des Bügels etwa auf Höhe der Achse in Radmitte ausgeformt, die die angestrebte Abstützung des Rades 5 weiter verbessert. Im Bereich seines dem Federbein 9 benachbarten oberen Endes verjüngt sich die Vorrichtung 1 geringfügig und weist einen ausreichenden Freischnitt auf, um den Freilauf des Reifens nicht zu beeinträchtigen. Auf diesem Weg wird ein Mindestabstand zum Rad und Reifen eingehalten. Ein entsprechender Freigang ist auch am unteren, im Bereich des Anlenkpunktes 7 angeordneten Ende der Vorrichtung 1 vorgesehen, um in deren verbautem Zustand einer Kollision mit dem Bremsabdeckblech durch einen geeigneten Abstand vorzubeugen. Zum Zwecke einer alternativen oder zusätzlichen Abstandsoptimierung zwischen Vorrichtung 1 und Bremsabdeckblech kann in einer anderen Ausführungsform ein geeigneter Beschnitt der Kontur des Bremsabdeckbleches vorgenommen werden.
Ein zusätzlicher Zwischenhalter ist einerseits mit Schraubverbindungen am Bügel, andererseits mit einer mittig auf der Anlagefläche am Radträger 6 angeordneten, zur Bügelverschraubung orthogonal ausgerichteten Schraubverbindung mit der Spurstange 8 (in 1 nicht dargestellt) am Radträger 6 befestigt. Die mit dem Zwischenhalter korrespondierenden Anschlagflächen des Radträgers 6 sind zu diesem Zweck in geeigneter Weise bearbeitet oder anderweitig angepasst. Um im Falle eines Aufpralls schnell ein mechanisches Aufliegen des Bügels am Radträger oder Achsschenkel herbeizuführen, ist dieser in seinem nächstgelegenen Punkt mit einem geringen Abstand zum Radträger oder Achsschenkel positioniert. Fertigungstechnisch bietet sich eine Ausführung des Zwischenhalters als Biegeteil, beispielsweise aus Stahlblech, an. Entsprechend ist der auf dem Radträger 6 zur Anbringung des Spurstangengelenks vorgesehene Zapfen um die genannte Blechstärke verlängert, um auch im montierten Zustand des Spurstangengelenks ein Überstehen des für die Gegenmutter auf dem Zapfen vorgesehenen Klemmbereichs zu gewährleisten, sodass eine sichere Schraubverbindung zwischen Bügel und Radträger 6 hergestellt werden kann.
Um der Bildung von Engstellen bei der Verkabelung des erfindungsgemäß ausgerüsteten Radfahrzeugs 2 vorzubeugen, kann der Bügel mit einem Durchgang für beispielsweise elektrische Leitungen versehen sein. Ein geeigneter Sollabstand ist auch hier über den gesamten Federweg und Einschlag des Radträgers 6 einzuhalten und bedarf nötigenfalls einer Überprüfung am Radfahrzeug 2 im Rahmen der Endmontage.
Hinsichtlich seines Werkstoffs ist der Bügel der Vorrichtung 1 mittels einer geeigneten Schmiedetechnik aus Aluminium gefertigt, es kann aber auch Stahl oder Verbundwerkstoff zum Einsatz kommen. Zur Verbindung mit dem Federbein sind ferner eine Schraube und eine Mutter und zur Befestigung an der Spurstangenverschraubung im Bereich des Anlenkpunktes jeweils eine weitere Schraube und Mutter vorgesehen. Eine alternative, kürzere Formgebung insbesondere des Bügels mag die Gesamtmasse der Vorrichtung verringern. Weitere Befestigungselemente, etwa ein geeigneter Blechhalter oder eine Schelle, können zur Anbindung an die Federbeinbefestigungsschrauben Verwendung finden.
Eine alternative, nicht gezeigte Ausführungsform mag sich anstelle der vorliegenden Achsschenkel-Lenkung einer anderen Lenkungstechnik bedienen oder eine erfindungsgemäße Einrichtung an einer ungelenkten Fahrzeugachse anordnen. Der Fachmann erkennt ferner, dass sich der beschriebene Ansatz entsprechend auf den Radträger einer angetriebenen Fahrzeugachse übertragen lässt, die ungelenkt oder – etwa im Falle eines Vierradantriebs – gelenkt ausgestaltet sein mag, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die 2 bis 4 zeigen in chronologischer Abfolge verschiedene Phasen eines Aufpralls des mit einem erfindungsgemäßen Fahrwerk 3 ausgestatteten Radfahrzeugs 2 auf ein feststehendes, in Fahrtrichtung 10 die linke Seite der Fahrbahn des Radfahrzeugs 2 geringfügig überlappendes Hindernis 4. Dabei wird deutlich, wie das im Zustand kurz nach dem Aufprall gemäß 2 noch minimale Eindrehen des Rades 5 zunehmend fortschreitet, wodurch die entgegen der Fahrtrichtung 10 auf die Kontaktfläche des Rades 5 durch das Hindernis 4 ausgeübten Druckkräfte in Richtung des äußeren Bereichs des Rades 5 verschieben. Diese Kraftverschiebung wiederum geht mit einem zunehmenden auf die Lenkachse wirkenden Torsionsmoment einher, da sich der gemittelte Angriffspunkt der Kraft mehr und mehr vom Anlenkpunkt entfernt und mit diesem einen sich stetig verlängernden Hebelarm bildet.
In diesem Szenario offenbart sich die vorteilhafte Wirkungsweise der Erfindung, die durch ein bereits in 2 deutlich erkennbares Verklemmen zwischen einem von dem Hindernis 4 elastisch verformten Bereich des Rades 5 und dem Radträger 6 das Eindrehen des Rades auf einen vorgegebenen Maximalwinkel begrenzt. In Folge dieser Begrenzung ergibt sich nur eine geringfügige Kraftverschiebung im oben beschriebenen Sinne, die wiederum keine nennenswerte Erhöhung des Drehmoments auf die Lenkachse herbeizuführen vermag. Als Ergebnis dieser spezifischen Kinematik tritt selbst im Endzustand der Kollision gemäß 4 keine Intrusion des Rades 5 in die Fahrgastzelle ein; stattdessen prallt das Rad 5 in erster Linie auf den Schweller 11, wo es die durch den Aufprall verursachten Massekräfte gezielt absetzen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4017210 C1 [0003]
DE 4326668 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit eines Radfahrzeugs (2), insbesondere eines Personenkraftwagens, welche derart mit einem Fahrwerk (3) des Radfahrzeugs (2) verbunden werden kann, dass sie bei einem Aufprall des Radfahrzeugs (2) auf ein Hindernis (4) einem Eindrehen eines Rades (5) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an einem Radträger (6) des Radfahrzeugs (2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart angeordnet ist, dass sie bei dem Aufprall eine Innenstruktur des Rades (5) abstützt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Strebe umfasst, welche die Innenstruktur mechanisch versteift.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart angeordnet ist, dass das Eindrehen des Rades (5) auf einen vorgegebenen Radlenkwinkel begrenzt wird.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) in einem in Fahrtrichtung (10) innen liegenden Bereich des Radträgers (6) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) so ausgebildet ist, dass sie an dem Radträger (6) montiert werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) in dem Radträger (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (5) mit einem Antrieb des Radfahrzeugs (2) gekoppelt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (5) ein freilaufendes Rad ist.