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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung zur Absorption von Energie bei einem Unfall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Anordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem Kraftfahrzeug sind diese üblicherweise an der Fahrzeugfront angebracht. Sie sollen dazu dienen, bei einem Unfall Energie zu absorbieren. Die
DE 10 2008 063 538 A1 zeigt eine solche Anordnung.
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Bei einem Kraftfahrzeug ergeben sich für die Ausgestaltung derartiger Anordnungen unterschiedliche Anforderungen. Bei einem Unfall mit relativ geringer Geschwindigkeit (z.B. weniger als 20 km/h) soll die Anordnung steif sein und wenig nachgeben, um Beschädigungen am Kraftfahrzeug zu vermeiden. Bei einem Unfall mit relativ großer Geschwindigkeit soll die Anordnung viel Energie absorbieren.
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Eine weitere wichtige Anforderung ist der Fußgängerschutz. Bei einem Unfall mit einem Fußgänger soll die Fahrzeugfront möglichst weich sein.
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Aus der gattungsbildenden
US 1 647 627 A ist bereits ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung zur Absorption von Energie bei einem Unfall bekannt, die mehrere nebeneinander angeordnete Energieabsorptionseinheiten umfasst, die jeweils unabhängig voneinander elastisch verformbar und/oder beweglich sind.
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Ferner ist aus der
DE 10 2011 105 646 A1 eine Anordnung zur Absorption von Energie für ein Schienenfahrzeug bekannt. Es sind mehrere nebeneinander angeordnete Energieabsorptionseinheiten mit jeweils einer Kontaktfläche und Abstützmitteln vorgesehen. Bei einer Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche werden die Abstützmittel in Richtung der benachbarten Energieabsorptionseinheiten bewegt. So wird die Energie in sich gegenseitig aufhebende Kräfte umgeleitet und die Steifigkeit der Anordnung erhöht.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur Absorption von Energie zu schaffen, die einerseits die Fußgängerschutzanforderungen erfüllt, andererseits aber bei einem Unfall mit relativ großer Geschwindigkeit viel Energie absorbieren kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung zur Absorption von Energie gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Anordnung mehrere nebeneinander angeordnete Energieabsorptionseinheiten mit jeweils einer Kontaktfläche und Abstützmitteln umfasst. Die Abstützmittel sind für eine Abstützung an den jeweils benachbarten Energieabsorptionseinheiten, vorzugsweise an den Abstützmitteln der benachbarten Energieabsorptionseinheiten, ausgebildet. Die Energieabsorptionseinheiten sind jeweils dazu ausgebildet, bei einer Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche die jeweiligen Abstützmittel in Richtung der benachbarten Energieabsorptionseinheit zu bewegen. Dabei sind die Energieabsorptionseinheiten jeweils unabhängig voneinander, vorzugsweise in Richtung der Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche, elastisch verformbar und/oder beweglich.
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Dadurch, dass die Energieabsorptionseinheiten jeweils unabhängig voneinander beweglich sind, wird bei einem Unfall mit einem Fußgänger eine geringere Steifigkeit der Anordnung erreicht. Vorzugsweise wird die Breite der Energieabsorptionseinheiten in etwa der Breite eines Menschen angepasst. Es ist auch möglich, dass die Breite der Energieabsorptionseinheiten geringer ist. Somit wirkt die Kraft beim Aufprall des Fußgängers nur auf eine einzelne oder wenige der Energieabsorptionseinheiten. Wenn nur eine der Energieabsorptionseinheiten elastisch verformt oder bewegt wird, wird durch die Abstützmittel dieser Energieabsorptionseinheit keine oder nur eine sehr geringe Kraft auf die benachbarten Energieabsorptionseinheiten weitergeleitet. Die Abstützmittel erfahren keinen oder nur einen geringfügigen Widerstand der Abstützmittel der benachbarten Energieabsorptionseinheiten. Die Folge ist eine relativ geringe Steifigkeit der Anordnung.
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Bei einem Unfall mit einem anderen Objekt als einem Fußgänger werden üblicherweise mehrere Energieabsorptionseinheiten mit Kraft beaufschlagt, sodass die Steifigkeit automatisch höher ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können platzsparend die unterschiedlichen Anforderungen beim Unfallverhalten erfüllt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um zusätzlichen Bauraum für andere Bauteile im Kraftfahrzeug zu schaffen und um eine Länge des Überhangs (der Abstand des Radmittelpunkts des Vorderrads zum vordersten Punkt der Frontverkleidung) zu reduzieren. Ein möglichst kurzer Überhang kann zum Beispiel aus Designgründen gewünscht sein. Außerdem kann ein relativ langer Überhang bei Befahren einer steilen Rampe aufsetzen.
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Bei einer Krafteinwirkung auf zwei benachbarte Energieabsorptionseinheiten stützen sich die Abstützmittel dieser beiden Energieabsorptionseinheiten aneinander ab. Die in Richtung der Querachse umgeleiteten Kräfte zweier benachbarter Energieabsorptionseinheiten heben sich so zumindest teilweise gegenseitig auf. So wird eine effiziente Energieabsorption erreicht.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche in einer ersten Richtung gerichtet sein. Die Energieabsorptionseinheiten können in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sein. Dabei kann die erste Richtung senkrecht zur zweiten Richtung verlaufen. Jede der Energieabsorptionseinheiten kann in der ersten Richtung unabhängig von den anderen beweglich und/oder elastisch verformbar sein.
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Auf diese Weise wird die bei einem Frontalunfall auftretende Kraft in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs in Richtung der Querachse des Kraftfahrzeugs umgeleitet.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Energieabsorptionseinheiten jeweils eine Hebelmechanik aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der jeweiligen Kontaktfläche in der ersten Richtung, zum Beispiel bei einer elastischen Verformung der jeweiligen Energieabsorptionseinheit, in eine Bewegung der jeweiligen Abstützmittel in der zweiten Richtung umzusetzen. Eine solche Hebelmechanik kann beispielsweise ähnlich wie ein Kniehebel ausgestaltet sein. Unter einer Bewegung in der zweiten Richtung wird hier insbesondere eine Bewegung parallel zur Querachse des Kraftfahrzeugs verstanden. Es kann sich somit um eine Bewegung in der zweiten Richtung oder antiparallel zur zweiten Richtung handeln.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Energieabsorptionseinheiten jeweils ein elastisch verformbares Führungsmittel und ein in dem Führungsmittel verschiebbares Kraftaufnahmemittel umfassen. Das Führungsmittel umgibt einen Abschnitt des Kraftaufnahmemittels. Das Kraftaufnahmemittel umfasst an einem ersten Ende die Kontaktfläche. An einem dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende, das zu dem Abschnitt gehört, weist das Kraftaufnahmemittel eine Querschnittsfläche auf, deren Flächeninhalt geringer ist als der der Kontaktfläche.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann bei einer Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche das Kraftaufnahmemittel weiter in das Führungsmittel bewegt werden, sodass der vom Führungsmittel umgebene Abschnitt größer wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Führungsmittel in einem unverformten Zustand einen Führungsbereich für das Kraftaufnahmemittel definieren, der zumindest teilweise von dem Führungsmittel umschlossen ist und eine Querschnittsfläche aufweist. Die Querschnittsfläche des zweiten Endes des Kraftaufnahmemittels kann kleiner als oder gleich groß wie die Querschnittsfläche des Führungsbereichs sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann sich zumindest in einem Teilbereich des Kraftaufnahmemittels die Querschnittsfläche in Richtung des ersten Endes kontinuierlich vergrößern, sodass bei einer Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche das Kraftaufnahmemittel weiter in das Führungsmittel bewegt wird und das Führungsmittel in Richtung der benachbarten Energieabsorptionseinheiten elastisch verformt wird. Unter einer kontinuierlichen Vergrößerung wird dabei hier insbesondere verstanden, dass es in diesem Teilbereich keinen Abschnitt mit einer gleichbleibenden Querschnittsfläche gibt. Es kann allerdings Abschnitte geben, in denen sich der Querschnitt pro Längeneinheit mehr vergrößert als in anderen Abschnitten.
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Durch eine solche Anordnung lässt sich ebenfalls die beim Unfall auftretende Kraft zuverlässig in eine Richtung parallel zur Querachse des Kraftfahrzeugs leiten. Die Abstützmittel können in diesem Fall an den Außenflächen der Führungsmittel angeordnet sein oder durch die Außenflächen der Führungsmittel gebildet werden. Wenn eine Kraft auf mehrere nebeneinander angeordnete Energieabsorptionseinheiten ausgeübt wird, heben sich die umgeleiteten Kräfte zumindest teilweise auf. Außerdem wird die Steifigkeit der Energieabsorptionseinheiten durch die Abstützung aneinander erhöht.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer einzelnen Energieabsorptionseinheit;
- 2 schematische Darstellungen einer Anordnung nach einer A und B Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Energieabsorptionseinheiten aus 1;
- 3 schematische Darstellungen einer weiteren einzelnen A und B Energieabsorptionseinheit;
- 4 schematische Darstellungen einer Anordnung nach einer A und B Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Energieabsorptionseinheiten aus 3; und
- 5 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen A bis C der Energieabsorptionseinheit.
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In 1 ist eine Energieabsorptionseinheit 100 mit einer Kontaktfläche 101, einer Befestigung 102, einer Hebelmechanik 103 und Abstützmitteln 104 dargestellt. Die Abstützmittel 104 sind über die Hebelmechanik 103 mit der Kontaktfläche 101 und der Befestigung 102 verbunden. Die Befestigung 102 kann an einem tragenden Element der Karosserie eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise an einer Trägerstruktur wie etwa einem Längs- oder Querträger, befestigt sein.
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Die Energieabsorptionseinheit 100 kann so in einem Kraftfahrzeug angeordnet werden, dass bei einem Frontalunfall eine Kraft F auf die Kontaktfläche 101 in Richtung der Befestigung 102 wirkt. Durch die Hebelmechanik 103 wird diese Kraft zumindest teilweise in eine Bewegung der Abstützmittel 104 nach außen umgesetzt. Wenn eine einzelne Energieabsorptionseinheit 100 mit der Kraft F beaufschlagt wird, verformt sie sich relativ leicht und hat eine geringe Steifigkeit. Dies ist insbesondere bei einem Unfall mit einem Fußgänger vorteilhaft.
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In 2A ist eine Anordnung mit mehreren Energieabsorptionseinheiten 100 dargestellt, die nebeneinander angeordnet sind. Wie sich eine derartige Anordnung bei Beaufschlagung der Energieabsorptionseinheiten 100 mit einer Kraft F bei einem Unfall verhält, ist in 2B dargestellt. Wie bereits mit Bezugnahme auf 1 erklärt, werden die Abstützmittel 104 jeder einzelnen Energieabsorptionseinheit 100 nach außen in Richtung der jeweils benachbarten Energieabsorptionseinheit 100 gedrückt. Das Abstützmittel 104 der benachbarten Energieabsorptionseinheit 100 wird ebenfalls nach außen gedrückt. Auf diese Weise stützen sich die benachbarten Energieabsorptionseinheiten 100 an den Abstützmitteln 104 aneinander ab. Die auftretenden Kräfte wirken entgegengesetzt und heben sich dadurch zumindest teilweise auf. Daher wird besonders viel Energie absorbiert und es wird eine hohe Steifigkeit der Anordnung erreicht. Dies ist insbesondere bei einem Unfall mit einem relativ breiten Objekt, zum Beispiel einem anderen Kraftfahrzeug oder einer Wand oder einer Mauer, vorteilhaft.
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Die Anordnung hat also den Vorteil, dass sie bei einem Unfall mit einem Fußgänger eine relativ geringe Steifigkeit aufweist, während sie bei einem Unfall mit einem Objekt wie einer Mauer, einem Kraftfahrzeug oder einer Wand eine relativ hohe Steifigkeit aufweist. Dieser Vorteil wird unter Verwendung eines besonders kleinen Bauraums erreicht, sodass die Länge des Fahrzeugs reduziert werden kann oder der Bauraum für andere Bauteile zur Verfügung steht.
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Die in den 3A und 3B dargestellte Energieabsorptionseinheit 200 weist eine Kontaktfläche 101, ein Kraftaufnahmemittel 201 und ein elastisch verformbares Führungsmittel 202 auf. Das Führungsmittel 202 kann beispielsweise an einer Trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs befestigt sein. In 3A ist die Energieabsorptionseinheit 200 dargestellt, ohne dass eine Kraft auf die Kontaktfläche 101 wirkt. Das Kraftaufnahmemittel 201 wird durch das Führungsmittel 202 geführt, sodass es nur in einer ersten Richtung beweglich ist. Die Breite des Kraftaufnahmemittels ist mit y1 bezeichnet und genauso groß oder kleiner als der durch das Führungsmittel 202 definierte Führungsbereich. Das Kraftaufnahmemittel 201 weist außerdem einen Teilbereich 204 auf, in dem sich die Breite kontinuierlich vergrößert. Die Form des Kraftaufnahmemittels 201 kann daher auch als Kegelstumpf bezeichnet werden.
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In 3B wirkt eine Kraft auf die Kontaktfläche 101. Dies bewirkt, dass das Kraftaufnahmemittel 201 weiter in das Führungsmittel 202 eingeschoben wird, sodass der sich in Richtung der Kontaktfläche 101 verbreiternde Teilbereich 201 in den Führungsbereich geschoben wird und die Breite des Führungsmittels 202 auf y2 vergrößert.
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Die Abstützmittel 203 der Energieabsorptionseinheit 200 sind an den Außenseiten der Führungsmittel 202 angeordnet. Es ist auch möglich, dass die Außenseiten die Abstützmittel 203 sind. Bei einer Verbreiterung des Führungsbereichs auf y2 werden die Abstützmittel 203 in Richtung der benachbarten Energieabsorptionseinheiten 200 gedrückt.
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Wenn lediglich eine einzige Energieabsorptionseinheit 200 bei einem Unfall mit einer Kraft beaufschlagt wird, liegt eine relativ geringe Steifigkeit vor und die Energieabsorptionseinheit 200 gibt der Kraft relativ leicht nach.
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In den 4A und 4B ist eine Anordnung mit mehreren nebeneinander angeordneten Energieabsorptionseinheiten 200 dargestellt. In 4A ist der Zustand ohne Kraftbeaufschlagung dargestellt. In 4B ist der Zustand dargestellt, wenn die Kontaktflächen 101, beispielsweise bei einem Unfall mit einem relativ breiten Objekt (z.B. einem Kraftfahrzeug, einer Wand oder einer Mauer), mit einer Kraft beaufschlagt werden.
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Die Abstützmittel 203 der nebeneinander angeordneten Energieabsorptionseinheiten 200 werden gegeneinander gedrückt, sodass sich - ähnlich wie bei den Energieabsorptionseinheiten 100 aus den 1 und 2 - die Steifigkeit der Anordnung erhöht und die auftretenden Kräfte sich gegenseitig zumindest teilweise aufheben. Auf diese Weise wird besonders viel Energie absorbiert.
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Die in den 4A und 4B dargestellte Anordnung hat also den Vorteil, dass sie bei einem Unfall mit einem Fußgänger eine relativ geringe Steifigkeit aufweist, während sie bei einem Unfall mit einem Objekt wie einer Mauer, einem Kraftfahrzeug oder einer Wand eine relativ hohe Steifigkeit aufweist und viel Energie absorbiert. Dieser Vorteil wird unter Verwendung eines besonders kleinen Bauraums erreicht, sodass die Länge des Fahrzeugs reduziert werden kann oder der Bauraum für andere Bauteile zur Verfügung steht.
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In den 5A bis 5C sind alternative Ausführungsformen der Energieabsorptionseinheit dargestellt. Sie können ähnlich wie die in den 3A und 3B dargestellte Energieabsorptionseinheit 200 verwendet werden. Das Funktionsprinzip der Energieabsorptionseinheiten 200, 300, 400 und 500 ähnelt sich dabei.
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Die in 5A dargestellte Energieabsorptionseinheit 300 weist einen Teilbereich 301 auf, dessen Breite sich in Richtung der Kontaktfläche 101 vergrößert. Der Grad der Änderung der Breite pro Längeneinheit ist jedoch im Gegensatz zum Teilbereich 204 bei der Energieabsorptionseinheit 200 nicht konstant. In Richtung der Kontaktfläche 101 nimmt die Breite der Energieabsorptionseinheit 300 im Teilbereich 301 zunächst stark zu. Der Grad der Änderung der Breite pro Längeneinheit nimmt dann in Richtung der Kontaktfläche 101 ab, sodass sich nahe der Kontaktfläche 101 die geringste Breitenänderung pro Längeneinheit ergibt. Die Breitenzunahme in Richtung der Kontaktfläche könnte also auch als degressiv bezeichnet werden.
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Die in 5B dargestellte Energieabsorptionseinheit 400 weist einen Teilbereich 401 auf, dessen Breite sich in Richtung der Kontaktfläche 101 vergrößert. Der Grad der Änderung der Breite pro Längeneinheit ist jedoch im Gegensatz zum Teilbereich 204 bei der Energieabsorptionseinheit 200 nicht konstant. In Richtung der Kontaktfläche 101 nimmt die Breite der Energieabsorptionseinheit 300 im Teilbereich 301 zunächst wenig zu. Der Grad der Änderung der Breite pro Längeneinheit nimmt dann in Richtung der Kontaktfläche 101 zu, sodass sich nahe der Kontaktfläche 101 die größte Breitenänderung pro Längeneinheit ergibt. Die Breitenzunahme in Richtung der Kontaktfläche könnte also auch als progressiv bezeichnet werden.
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Die in 5C dargestellte Energieabsorptionseinheit 500 weist einen Teilbereich 501 auf, dessen Breite sich in Richtung der Kontaktfläche 101 stufenartig vergrößert. Dabei gibt es einen mittleren Abschnitt mit einer kontinuierlichen Breite, der zwischen einem ersten und einem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Im ersten und zweiten Abschnitt nimmt die Breite der Energieabsorptionseinheit kontinuierlich zu. Dabei ist zu beachten, dass die Breitenzunahme pro Längeneinheit im ersten und zweiten Abschnitt nicht gleich sein muss, aber gleich sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Energieabsorptionseinheit
- 101
- Kontaktfläche
- 102
- Befestigung
- 103
- Hebelmechanik
- 104
- Abstützmittel
- 200
- Energieabsorptionseinheit
- 201
- Kraftaufnahmemittel
- 202
- Führungsmittel
- 203
- Abstützmittel
- 204
- Teilbereich
- 300
- Energieabsorptionseinheit
- 301
- Teilbereich
- 400
- Energieabsorptionseinheit
- 401
- Teilbereich
- 500
- Energieabsorptionseinheit
- 501
- Teilbereich
