-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Managementeinrichtung für Aufprallenergie
für ein
Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1, zur Anbringung an der vorderen Stoßstange
eines Fahrzeuges, welche eine verhältnismäßig weiche Reaktion auf einen
lokalisierten Stoß vom
Bein eines Fußgängers zeigt
sowie eine verhältnismäßig steife Reaktion
auf einen breiten Stoß von
einem anderen Fahrzeug, und ein Fahrzeug mit einer solchen Managementeinrichtung.
-
Für die vordere
Stoßstange
von Fahrzeugen ist eine Konstruktion wünschenswert, bei welcher ein Zusammenstoß des Fahrzeuges
mit einem Fußgänger zu
Verletzungen des Fußgängers führt, die
so gering wie möglich
sind. Das Ziel der Minimierung von Fußgängerverletzungen wird jedoch
durch die Anforderung verkompliziert, dass die vordere Stoßstange und
die zugehörige
Fahrzeugstruktur in der Lage sein müssen, die Insassen des Fahrzeuges
während
eines Zusammenpralls hoher Energie mit einem anderen Fahrzeug oder
einem feststehenden Objekt zu schützen, indem die Stoßenergie
effektiv absorbiert wird. Weiterhin muss die Stoßstange resistent gegenüber Schäden während einer
Kollision mit geringer Energie sein, um Reparaturkosten zu reduzieren. Ferner
können
auch Randbedingungen bezüglich der
Anordnung, die durch das Design und andere Faktoren vorgegeben werden,
beeinflussen, in welcher Weise die drei Ziele erreicht werden können.
-
Der
am weitesten verbreitete Weg, den widerstreitenden Anforderungen
zu begegnen, besteht in der Bereitstellung eines verhältnismäßig steifen Stoßstangenträgers (bumper
beam), welcher in Hinblick auf die Bewältigung von Stößen hoher
Energie (Fahrzeug-Fahrzeug oder Fahrzeug-Barriere) konstruiert ist,
und in der Positionierung eines verhältnismäßig weichen Materials oder
einer weichen Struktur vor dem Stoßstangenträger. Das weiche Material oder
die Struktur deformiert sich bei einem Zusammenstoß mit einem
Fußgänger, um
eine Verletzungen reduzierende Polsterung bereitzustellen, trägt jedoch
typischerweise nur vernachlässigbar
zur Energieabsorption während
einer Kollision mit hoher Energie bei. Ein Nachteil dieser herkömmlichen
Lösung besteht
darin, dass das Vorderteil des Fahrzeuges länger sein muss, um diese Systeme
in einer Reihe anordnen zu können.
-
Aus
der
DE 100 31 374
A1 ist eine Managementeinrichtung für Aufprallenergie gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 bekannt. Sie enthält eine Vielzahl von Wippelementen,
die jeweils um einen mechanisch mit dem Fahrzeugaufbau bzw. Rahmen
verbundenen Drehpunkt Drehbewegungen relativ zum Fahrzeugaufbau
ausführen
können.
Weiterhin weisen die Wippelemente ein erstes und ein zweites Kontaktende
auf, die vom Fahrzeugaufbau beabstandet sind. Die Wippelemente sind
direkt am Fahrzeugaufbau befestigt und weisen vertikal verlaufende
Schenkel auf, wobei im verschwenkten Zustand der obere Schenkel
bzw. der untere Schenkel jeweils nach vorne bzw. nach hinten weist.
Bei einem Aufprall wird der obere Schenkel in Fahrzeuglängsrichtung
nach hinten verschwenkt, während
der untere Schenkel in gleichem Maße nach vorne verschwenkt wird.
Da das Bein eines Fußgängers unter Absorption
von Aufprallenergie nicht sehr weit in die Stoßstangenanordnung eindringen
kann, ist nur ein begrenzter Fußgängerschutz
gegeben. Außerdem sind
die Wippelemente am Fahrzeugaufbau angebracht, so dass bei einem
gravierenden Zusammenstoß auch
der Fahrzeugaufbau ausgetauscht werden muss. Zudem benötigt die
bekannte Einrichtung relativ viel Raum.
-
Aus
der
DE 196 52 277
A1 ist ein Stoßstangensystem
für Kraftfahrzeuge
bekannt, das an der Vorder- und der Rückseite eines Rahmens des Fahrzeugs
angebracht ist und Schlagkräfte
auffängt.
Das Stoßstangensystem
umfasst eine Stoßstangenanordnung
sowie Stoßstangenhalter,
die zwischen der Stoßstangenanordnung
und dem Rahmen liegen und die jeweilige Seite der Stoßstangenanordnung
aufgrund der Einwirkung einer Kraft nach außen drücken, wenn während eines
Zusammenstoßes
eine Kraftausübung
erfolgt, um zu verhindern, dass der an die Stoßstangenordnung angrenzende
Aufbau beschädigt
wird. Bei den Stoßstangenhaltern
handelt es sich um Wippelemente mit horizontal angeordneten, jeweils
einen stumpfen Winkel einschließenden Schenkeln,
die einerseits der Fahrzeugseite und andererseits der Fahrzeugfront
bzw. dem Fahrzeugheck zugewandt sind bzw. denjenigen Stoßstangenteilen,
welche diesen Teilen der Karosserie entsprechen. Dabei sind die
Wippelemente jeweils an den Ecken des Fahrzeugs angebracht, nämlich an
der Vorderseite zwei Wippelemente und an der Heckseite des Fahrzeugs
ebenfalls zwei Wippelemente.
-
Aus
der
DE 100 25 664
A1 ist eine Stoßstangenanordnung
für ein
Kraftfahrzeug bekannt, die auf gegenüberliegenden Seiten mit an
seitliche Kotflügel des
Kraftfahrzeugs anschließenden
Seitenabschnitten versehen ist. Die Seitenabschnitte sind jeweils mittels
einer Kulissenführung
karosserieseitig gehalten, welche einen auf den Verformungsweg abgestimmten,
in Fahrzeuglängsrichtung
ausgerichteten Führungsabschnitt
sowie einen daran anschließenden
zweiten Führungsabschnitt
aufweist, der eine Führungskomponente
in Fahrzeugquerrichtung nach außen
besitzt, die derart bemessen ist, dass ein Lösen der Verbindungen zwischen
Kotflügel
und Seitenabschnitten erfolgen kann. Bei dieser Anordnung ist die
Stoßstange
an einer Rückwand
aufgehängt, welche
am Rahmen der Karosserie befestigt ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine platzsparend
zu gestaltende, wenig reparaturaufwendige Managementeinrichtung
für die Aufprallenergie
eines Fußgängers zu
schaffen, welche in Abhängigkeit
von der Breite des die Aufprallenergie verursachenden Objektes unterschiedliche mechanische
Reaktionen zeigt, und zwar eine erste mechanische Reaktion mit verhältnismäßig geringem Widerstand,
wenn die Managementeinrichtung von einem Objekt mit ungefähr der Breite
eines menschlichen Beines getroffen wird, und eine zweite Reaktion
mit verhältnismäßig hohem
Widerstand, wenn diese von einem Objekt getroffen wird, welches
breiter als ein menschliches Bein ist.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Managementeinrichtung für Aufprallenergie
für ein
Fahrzeug durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
Außerdem
wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einer Managementeinrichtung
für Aufprallenergie
mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Energie absorbierende Einrichtung
für die
Fußgängersicherheit
bereit, welche eine erste mechanische Reaktion mit verhältnismäßig geringem
Widerstand hat, wenn sie von einem Objekt mit ungefähr der Breite
eines menschlichen Beines getroffen wird, und eine zweite Reaktion
mit verhältnismäßig hohem
Widerstand, wenn sie von einem Objekt getroffen wird, das breiter als
ein menschliches Bein ist. Die Einrichtung ist in erster Linie dazu
vorgesehen, an dem vorderen Stoßstangenträger eines
Fahrzeuges angebracht zu werden, sie kann jedoch an jeder äußeren Oberfläche angebracht
werden, die während
einer Kollision mit einem Fußgänger in
Kontakt kommen kann.
-
Gemäß der Erfindung
umfasst die Energie-Managementeinrichtung eine außen am Fahrzeug
anbringbare Rückwand
und mehrere Wippelemente (seesaw elements), wobei jedes Wippelement in
einem Drehpunkt an der Rückwand
befestigt ist zwecks Schwenkbewegung relativ zur Rückwand und
ein erstes und zweites Kontaktende mit Abstand vom Träger aufweist.
Wenn nur ein Ende des Wippelementes durch eine Kollision mit dem
Bein eines Fußgängers in
Richtung der Rückwand
gedrängt wird,
dreht sich das Wippelement in Bezug auf die Rückwand. Der Drehpunkt ist so
konstruiert, dass er während
der Schwenkbewegung Energie absorbiert und einen verhältnismäßig geringen
Widerstand gegenüber
dem Eindringen des Beines in Richtung der Rückwand bietet. Wenn ein breiteres
Objekt auf die Einrichtung stößt, werden
beide Kontaktenden eines Wippelementes ergriffen, so dass sich das
Element zur Rückwand
biegt. Die durch das Biegen verursachte Dehnung bietet gegenüber dem
Eindringen des Objektes einen höheren
Widerstand.
-
Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung werden die Wippelemente in wenigstens
zwei im Allgemeinen horizontalen Reihen angeordnet, wobei benachbarte
Reihen gegeneinander in horizontaler Richtung versetzt sind, so
dass die Kontaktenden von Wippelementen in benachbarten Reihen in
vertikaler Richtung nicht miteinander fluchten. Diese Konfiguration
stellt sicher, dass das Bein eines Fußgängers unabhängig davon, wo die Einrichtung
auf das Bein trifft, durch das Kontaktende von mindestens einem
Element berührt
wird.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eines der
Wippelemente V-förmig
ausgebildet, wobei der Drehpunkt an der Spitze des V liegt und die
Kontaktenden an entgegengesetzten Enden des V liegen. Das erste
und zweite Kontaktende sind voneinander um eine horizontale Distanz entfernt,
die etwas größer ist
als die erwartungsgemäße Breite
des Beines eines Fußgängers. Dies
stellt sicher, dass bei einer Kollision mit einem Fußgängerbein
das Bein nur mit jeweils einem der Kontaktenden der Wippelemente
in Berührung kommt,
so dass die gewünschte
Drehbewegung eintritt.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht der Frontpartie eines Kraftfahrzeuges mit
einer erfindungsgemäßen Energie
absorbierenden Einrichtung;
-
2 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
3 eine
Frontansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung;
-
4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von 2;
-
5 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen Einrichtung
unmittelbar nach einem Stoß mit
einem Fußgängerbein;
-
6 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
nachdem das Fußgängerbein
in die Einrichtung eingedrungen ist;
-
7 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen Einrichtung
unmittelbar nach einem Zusammenstoß mit einem breiten Objekt;
-
8 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen Einrichtung
nach dem Eindringen des breiten Objektes in die Einrichtung, und
-
9 eine
Draufsicht einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung,
wobei die Wippelemente von einer Matrix aus Energie absorbierendem
Material umgeben sind.
-
Eine
Aufprallenergie-Managementeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wie aus 1 ersichtlich, an dem vorderen
Stoßstangenträger 13 eines
Fahrzeuges 11 angebracht. Obgleich die Einrichtung an jeder äußeren Oberfläche eines Fahrzeuges
angebracht werden kann, erfolgt ihre Anwendung normalerweise an
der Vorderseite des Fahrzeuges.
-
Wie
aus den 2 und 3 ersichtlich, umfasst
die erfindungsgemäße Einrichtung
eine Rückwand 12,
welche vorzugsweise an dem Stoßstangenträger 13 oder
einer anderen festen Strukturkomponente des Fahrzeuges befestigt
ist. Eine Vielzahl von Wippelementen 14 ist an der nach
vorne weisenden Oberfläche
der Rückwand 12 in
mehreren im Allgemeinen horizontalen Reihen befestigt. Ein Überzug 16 (fascia)
deckt die Einrichtung ab und besteht vorzugsweise aus einem verhältnismäßig dünnen und
leicht deformierbaren Kunststoffmaterial. Obgleich die 2 und 3 einen
ebenen Ausschnitt der Rückwand 12 zeigen,
kann die Rückwand 12 auch
gebogen, winklig oder in anderer Weise uneben sein, so wie es zur
Abdeckung des gewünschten
Teiles der Fahrzeugstruktur erforderlich ist. Zum Beispiel kann
die Rückwand 12 gebogen
sein, um – wie
in 1 dargestellt – die linke und rechte Ecke eines
gebogenen Stoßstangenträgers 13 zu
umgreifen.
-
Jedes
Wippelement 14 ist mit der Rückwand 12 in einem
Drehpunkt 18 verbunden und besteht aus einem ersten Arm 20 und
einem zweiten Arm 22, wobei die Arme seitlich nach außen von
dem Drehpunkt 18 und nach vorne von der Rückwand 12 abste hen.
Die Arme 20, 22 enden in Kontaktenden 20a, 22a,
welche abgeflacht sein können,
um Platten (pads) zu bilden, welche vorzugsweise im Allgemeinen
parallel zur inneren Oberfläche
des Überzugs 16 stehen.
Die Wippelemente 14 können
integral zusammen mit der Rückplatte 12 geformt
werden. Dabei wird der Drehpunkt 18 als ein ”Filmscharnier” ausgebildet,
bei dem die Querschnittsfläche
an der Verbindung zwischen dem Wippelement 14 und der Rückwand 12 vermindert
ist, um dem Wippelement bei Anwendung einer Belastung an einem der
Kontaktenden 20a, 22a zu ermöglichen, sich um den Drehpunkt 18 zu
biegen.
-
Bei
der bevorzugten Ausgestaltung sind die Wippelemente 14 auf
der Rückwand 12 in
zwei oder mehr im Allgemeinen horizontalen Reihen angeordnet, wobei
Elemente in benachbarten Reihen in seitlicher bzw. horizontaler
Richtung zueinander versetzt sind (3).
-
Wie
am Besten aus 4 ersichtlich ist, hat jedes
Wippelement 14 einen im Allgemeinen T-förmigen Querschnitt mit einem
Flansch 24 und einem Steg 26. Der Steg 26 kann
in der Tiefe und/oder Dicke variieren und wächst vorzugsweise nahe der
Verbindung in der Tiefe. Das gesamte Wippelement 14 kann
aus einem einzigen Material gebildet sein, oder es kann aus einer
zusammengesetzten Konstruktion bestehen, bei der der Steg 26,
der Flansch 24 und/oder die Kontaktplatte aus verschiedenen
Materialien bestehen, um die physikalischen Eigenschaften des Elementes
abzustimmen. Dies kann zum Beispiel durch einen Herstellungsprozess
mit einem gemeinsamen Formen (co-molding) erreicht werden, bei dem
verschiedene Arten von Polymermaterialien nacheinander in eine Form
injiziert werden, wie aus der Gießtechnik gut bekannt. Nicht
alle Wippelemente 14 müssen
identische physikalische Eigenschaften haben, sondern sie können stattdessen
verschiedene Geometrien und/oder Stärken aufweisen, um das gewünschte Maß und die
gewünschte
Rate der Energieabsorption zu erzeugen.
-
Die 5 und 6 zeigen
die Antwort der erfindungsgemäßen Energieabsorptionseinrichtung während einer
Kollision mit einem Fußgängerbein 28.
Bei den meisten Personenkraftwagen ist die Stoßstange in einer solchen Höhe, dass
bei einer Kollision mit einem Fußgänger das Fahrzeug zunächst Kontakt
mit einem oder beiden Beinen des Fußgängers bekommt. Die Kontaktenden 20a, 22a eines
jeden Wippelementes 14 sind voneinander um eine Distanz
beabstandet, die durch die erwartete Breite des Beines 28 bestimmt
wird. Zum Beispiel sind die Kontaktenden 20a, 22a jedes
Elementes 14 vorzugsweise um eine Distanz beabstandet,
die etwas größer ist
als die erwartete Breite des Beines 28, so dass das Bein
nur mit einem Kontaktende eines jeden Wippelementes 14 zusammenwirkt.
Dabei wird angenommen, dass das Bein im Allgemeinen vertikal oder
senkrecht zu der Ebene bleibt, die die beiden Kontaktenden 20a, 22a enthält.
-
Je
nach Anzahl, Größe, Anordnung
und Abstand der Wippelemente 14 und der exakten Position auf
der Vorrichtung 10, auf der das Bein 28 auftrifft, wird
mehr als ein Wippelement 14 durch den Aufprall des Beines
veranlasst, dem Eindringen des Beines 28 aktiv zu widerstehen.
Im in 5 gezeigten Beispiel trifft das Bein 28 die
Einrichtung an einem Ort, an dem es an den Kontaktenden 20a', 22a'' zweier Wippelemente 14', 14'' aus verschiedenen Reihen anliegt,
welche vertikal voneinander beabstandet sind und deren Kontaktenden
horizontal miteinander überlappen.
Dies führt
dazu, dass beide Wippelemente 14 an der Wirkung beteiligt
sind. Wenn eine Kollision eintritt, presst das Bein 28 die
Kontaktenden 20a', 22a'' der Wippelemente 14', 14'' rückwärts zur Stoßstange, was die betroffenen
Wippelemente ver anlasst, um ihre jeweiligen Drehpunkte 18 zu
rotieren. Diese Rotation führt
zu einem verhältnismäßig geringen
Widerstand gegenüber
dem Eindringen des Beines 28 in Richtung der Rückwand 12.
Die genaue Größe des Widerstandes,
die von jedem Wippelement 14 beigetragen wird, kann durch
eine geeignete Auslegung der Verbindung zwischen dem Wippelement 14 und
der Rückwand 12 am
Drehpunkt 18 zugeschnitten werden, wie dem Fachmann im
Bereich der Mechanik und der Materialkunde ersichtlich ist. Der
Drehpunkt 18 kann zum Beispiel so ausgelegt werden, dass
er einen progressiv wachsenden Widerstand erzeugt, wenn das Wippelement 14 weiter aus
seiner ursprünglichen
Position heraus rotiert (vgl. 6).
-
In
Abhängigkeit
von der Anzahl der horizontalen Reihen an Wippelementen 14 und
der Größe des horizontalen
Abstandes zwischen den Elementen in den Reihen wird das Bein 28 Kontaktenden 20a, 22a von
einem oder mehreren Elementen in jeder der verschiedenen Reihen
berühren,
wodurch die Gesamtmenge an Energieabsorption zunimmt. Die Menge
und Rate der von jedem Wippelement 14 bereitgestellten
Energieabsorption werden so abgestimmt, dass der Tatsache Rechnung
getragen wird, dass in den meisten Fußgängerkollisionen mehrere Elemente 14 beteiligt
sind.
-
Die
Aufprallenergie wird ferner von den Kontaktenden 20a'', 22a' absorbiert, die vom Bein 28 entfernt
liegen (d. h. den Enden, die den nach hinten geschobenen Enden gegenüber liegen),
und welche nach außen
auf den Überzug 16 drücken und
diesen deformieren, wenn sich das Wippelement 14 dreht (6).
-
Die 7 und 8 zeigen
die Reaktion der erfindungsgemäßen Energieabsorptionseinrichtung während einer
Kollision mit einem Objekt 30, welches signifikant breiter
als ein menschliches Bein 28 ist, zum Beispiel mit einem
anderen Fahrzeug oder einer feststehenden Barriere. Wie aus 7 ersichtlich, kontaktiert
das Objekt 30 den Überzug 16 auf
einer breiten Fläche,
welche beide Kontaktenden 20a, 22a mindestens
eines, vorzugsweise jedoch mehrere der Wippelemente 14 überspannt.
Wie im Fall der Fußgängerkollision
hängt die
Anzahl der betroffenen Wippelemente 14 von der Zahl, Größe, Anordnung und
Distanz der Wippelemente 14 ab.
-
Wenn
beide Kontaktenden 20a, 22a eines jeden Wippelementes 14 betroffen
sind und durch die Kollision mit dem Objekt 30 nach hinten
gedrückt werden,
wird das Element 14 zur Rückwand 12 flachgepresst,
so dass die Arme 20, 22 eines jeden betroffenen
Elementes 14 mit Gewalt auseinander gedrückt oder
voneinander separiert werden. Dies verursacht Biegespannungen in
dem Wippelement 14, insbesondere in dem Bereich, wo sich
die Arme 20, 22 nahe dem Drehpunkt 18 treffen.
Diese Spannung erzeugt einen sehr viel höheren Widerstand gegenüber dem
Eindringen des Objektes 30 zur Rückwand 12 als er durch
die Rotation der Wippelemente 14 im Falle eines Beinaufpralles
erzeugt wird.
-
Die
Wippelemente 14, welche benachbart zu den Rändern des
Objektes 30 sind, können
nur mit einem Kontaktende betroffen sein, so dass diese ähnlich wie
bei dem oben in Bezug auf den Aufprall des Beines 28 beschriebenen
Fall rotieren.
-
Die
Größe und Rate
der durch die Einrichtung absorbierten Aufprallenergie bei einer
Kollision hängt
unter anderem von der Zahl der Wippelemente 14, die durch
das Objekt 30 betroffen werden, und von der Konstruktion
der Elemente 14 ab. In der dargestellten Ausgestaltung
ist der Steg 26, der zwischen den Flanschen 24 der
Arme 20, 22 angeordnet ist, aus einem Material
gebildet, welches eine verhältnismäßig große Menge
an Energie absorbieren kann, wenn es sich deformiert. Das die Wippelemente 14 bildende
Material kann ferner ausreichend elastisch sein, so dass die Elemente
nach bestimmten Kollisionen in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können. Wie
aus 8 ersichtlich, werden bei einem schweren Aufprall
der Steg 26 und/oder andere Teile der Wippelemente 14 brechen,
reißen
oder sich in anderer Weise plastisch verbiegen, wenn das Element 14 vollständig gegen
die Rückwand 12 kollabiert.
-
Die
erfindungsgemäße Einrichtung
ist vorzugsweise an einem Stoßstangenträger 13 oder
einem anderen Teil der Fahrzeugstruktur angebracht, welche dazu
ausgelegt ist, Aufprallenergie in dem Falle zu bewältigen,
dass die Kollision so schwer ist, dass die erfindungsgemäße Einrichtung
nicht die gesamte Aufprallenergie absorbieren kann.
-
Bei
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, die in 9 dargestellt
ist, sind die Wippelemente 14 mit einer Matrix 32 aus
Schaum oder einem anderen deformierbaren Material ummantelt. Die
Matrix 32 erhöht
die Energiemenge, welche durch die erfindungsgemäße Vorrichtung während einer
Kollision absorbiert wird, und kann die Einrichtung weiterhin haltbarer
machen sowie in die Lage versetzen, nach einer Kollision zu ihrer
ursprünglichen
Form zurückzukehren.
-
Die
Wippelemente sind nicht auf die hier beschriebene und gezeigte V-Form
begrenzt, sondern können
von jeder Form sein, welche zwei Kontaktenden bereitstellt, die
vor der Rückwand
angeordnet sind, sowie einen derart angeordneten Drehpunkt, dass
das Element um den Drehpunkt rotiert, wenn ein Kontaktende belastet
wird, und dass es sich zur Absorption von Energie deformiert, wenn
beide Kontaktenden gleichzeitig belastet werden.