DE10023112A1 - Fahrzeugkarosserie - Google Patents
FahrzeugkarosserieInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit als Lastpfad dienenden, im wesentlichen in einer Ebene angeordneten Längsträgern. Um die Kompatibilität zu erhöhen, ohne den Eigenschutz zu vernachlässigen und unter Beibehaltung weiterer Strukturfunktionen, wie lineare und dynamische Steifigkeiten, AZT-Einstufung (d. h. Kaskoeinstufung), Abschleppverhalten usw., ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mindestens ein weiterer Lastpfad vorgesehen ist, der in einer zur Ebene der Längsträger (1) versetzten Ebene angeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit einem verbesserten Crash-
Verhalten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kraftfahrzeugkarosserien müssen ein gewisses Verformungsverhalten aufweisen,
damit im Falle eines Unfalls ein Großteil der freiwerdenden Energie über
Verformungen der Karosserie aufgenommen werden kann, so daß ein
größtmöglicher Schutz der Insassen und auch der im Fahrzeug angeordneten
Komponenten gewährleistet ist.
Zur Entwicklung von Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit von
Fahrzeuginsassen und der im Fahrzeug angeordneten Komponenten werden
Unfälle im Experiment nachgeahmt, um das Verhalten eines Fahrzeuges bei einem
Unfall beurteilen zu können. Solche Crash-Tests werden vom Gesetzgeber oder von
Verbraucherschutzorganisationen vorgeschrieben, anhand derer die Bewertung der
Crash-Anforderungen aufgrund bekannter Auslegungskriterien erfolgt, so daß das
Crash-Verhalten des Fahrzeuges und die auftretenden Verformungen der
Karosserie bei einem Unfall beurteilt werden können.
Im Falle eines frontalen oder nahezu frontalen Zusammenstoßes erfolgt der
Lastabtrag bei herkömmlich konstruierten Karosserien im wesentlichen über die
Motorträger, so daß bisher keine Notwendigkeit vorlag, den Eigenschutz bzgl. der
Auslegungskriterien im entsprechenden Maße mit dem Kompatibilitätsansatz
abzugleichen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kompatibilität zu erhöhen,
ohne den Eigenschutz zu vernachlässigen. Außerdem sollen weitere
Strukturfunktionen, wie lineare und dynamische Steifigkeiten, AZT-Einstufung (d. h.
Kaskoeinstufung), Abschleppverhalten usw. erhalten bleiben.
Die im Anspruch 1 angegebene Lösung hat den Vorteil, daß bei Zusammenstößen
neben den Längsträgern, die nach wie vor zur Lastabtragung herangezogen
werden, nunmehr mindestens ein weiterer Lastpfad vorgesehen ist, der ebenfalls
zur Lastabtragung dient. Somit verringern sich die in die einzelnen Komponenten
eingeleiteten Kräfte. Dies hat zur Folge, daß sich das entspr. Kraftniveau jeder
einzelnen Komponente bzgl. des Kompatibilitätsansatzes reduziert. Somit können
sich kleinere bzw. leichtere Fahrzeuge, die als Unfallpartner an einem
Zusammenstoß beteiligt sind, besser in der Struktur eines größeren bzw.
schwereren Fahrzeuges abstützen, ohne daß es zu einer dramatischen
Reduzierung des Eigenschutzes der größeren bzw. schwereren Fahrzeuge kommt.
Weiterhin können die als Lastpfad dienenden Komponenten geringer dimensioniert
werden, da sich die eingeleiteten Kräfte auf mehrere Lastpfade aufteilen. Dies führt
zu einer leichteren Karosserie. Wird dagegen die bisherige Dimensionierung
beibehalten, kommt es infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit einer
zusätzlichen Lastebene zu einer höheren Energieaufnahme, so daß sich die passive
Sicherheit erhöht. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
infolge der veränderten Kraftverteilung ein besserer Schutz der Insassen und der im
Fahrzeug vorgesehenen Komponenten erreicht.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Konstruktion ist nach einer bevorzugten
Weiterbildung im Frontbereich des Fahrzeuges vorgesehen, da dieser Bereich
durch Zusammenstöße nicht nur am häufigsten beeinträchtigt wird, sondern auch
Zusammenstöße in diesem Bereich die schwerwiegendsten Einflüsse auf die
Insassen haben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann sich der mindestens eine zusätzliche
Lastpfad auch im Heckbereich des Fahrzeuges befinden, wenn man die gleichen
vorteilhaften Wirkungen auch bei einem Heckaufprall erzielen will. Neben dem
verbesserten Insassenschutz ergeben sich darüber hinaus noch die Vorteile, daß
der Kraftstofftank bei einem Heckaufprall durch die erfindungsgemäße Konstruktion
besser gegen Lecks geschützt ist und somit die Brandgefahr nach einem Unfalls
erheblich vermindert wird.
Wenn nach einer vorteilhaften Weiterbildung der weitere Lastpfad von einer
Tragstruktur gebildet ist, die in einer vorzugsweise oberhalb der Ebene der
Längsträger liegenden Ebene angeordnet ist, wird eine 2. Ebene zur Kraftabtragung
herangezogen, die oberhalb der durch die Längsträger definierten Ebene liegt.
Dadurch ergibt sich eine bessere Kräfteverteilung auf die gesamte Karosserie, da
die bei dem Zusammenstoß auftretenden Kräfte in zwei Ebenen in die Karosserie
eingeleitet werden und somit ein räumliches Tragverhalten erreicht wird. Bei
herkömmlichen Karosseriekonstruktionen dagegen erfolgt die Lastabtragung im
wesentlichen nur über die Längsträger, die aber in einer relativ weit untenliegenden
Ebene des Fahrzeuges angeordnet ist, so daß das Abtragen der auftretenden Kräfte
im wesentlichen nur im Bodenbereich des Fahrzeuges erfolgt. Da bei
herkömmlichen Konstruktionen außerdem die gesamte Krafteinleitung relativ weit
unten erfolgt, kommt es bei einem Zusammenstoß infolge des tiefliegenden
Kraftangriffspunktes zu einer Kippbewegung des Fahrzeuges nach oben, wodurch
die Insassen einen zusätzlichen Impuls nach vorne erhalten. Dieses Phänomen wird
durch die vorstehend erläuterte Maßnahme größtenteils verhindert, da der
resultierende Kraftangriffspunkt weiter nach oben verlagert wird und dadurch die
Kippbewegung unterdrückt oder sogar vollständig verhindert wird.
Die Maßnahme, die beiden Ebenen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen
zu lassen, führt zu einem symmetrischen Aufbau der Karosserie, der sich vorteilhaft
auf das Gesamttragverhalten und auf den Energieabbau auswirkt, da bei einem
Zusammenstoß die Energie in zwei Ebenen abgetragen werden kann. Infolge der in
etwa symmetrischen Krafteinleitung in die Karosserie wird darüber hinaus nicht nur
eine vorteilhafte Kräfteverteilung erreicht, sondern auch die gesamte Karosserie
zum Ableiten der bei einem Zusammenstoß freiwerdenden Energie herangezogen.
Sofern die Tragstruktur aus zwei Trägern besteht, die mit den Längsträgern im
wesentlichen in der gleichen Vertikalebene liegen, wird der insgesamt symmetrische
Aufbau der gesamten Struktur zur Lastabtragung positiv beeinflußt. Darüber hinaus
ergibt sich durch diese Ausgestaltung der Träger ein ausreichend größer Freiraum
im Zwischenbereich, so daß Motor- bzw. Kofferraum nicht durch die zusätzlich
vorhandenen Träger in ihrer Verwendung eingeschränkt sind. Darüber hinaus führt
diese Ausgestaltung dazu, daß die zwei Längsträger und die zwei den weiteren
Lastpfad bildenden Träger die Kanten eines im wesentlichen rechteckigen Rahmens
bilden, über den eine relativ großflächige Krafteinleitung und -verteilung in die
Karosserie ermöglicht wird.
Wenn nach einer weiteren Ausgestaltung die im Frontbereich des Fahrzeuges
vorgesehene Tragstruktur mit ihrem nach außen weisenden Ende an einem
Kühlerquerträger und mit ihrem nach innen weisenden Ende an einem
Stirnwandquerträger befestigt ist, wird bei einem Aufprall eine günstige
Kräfteverteilung erzielt, da die in die Träger eingeleiteten Kräfte über den
Kühlerquerträger und über den Stirnwandquerträger sicher auf die gesamte
Fahrzeugkarosserie übertragen werden, so daß diese insgesamt an der
Kräfteverteilung beteiligt wird.
Wenn darüber hinaus nach einer weiteren Ausgestaltung die im Heckbereich des
Fahrzeuges vorgesehene Tragstruktur mit ihrem nach außen weisenden Ende an
einem Heckquerträger und mit ihrem nach innen weisenden Ende an einem
Rückwandquerträger befestigt ist, wird auch bei einem Heckaufprall eine günstige
Krafteinleitung und -verteilung erzielt.
Die Maßnahme, die Tragstruktur mit ihrem nach innen weisenden Ende in Höhe der
Gürtellinie unterhalb der Fenster zu befestigen, führt zu einer gleichmäßigen
Beanspruchung der Karosserie, da die sog. "2. Ebene" der Karosseriestruktur
verstärkt zum Tragen herangezogen wird. Dies hebt die resultierende
Kraftangriffsebene relativ zum Fahrzeugschwerpunkt und entgegnet so der Tendenz
des Fahrzeuges, beim Frontal- bzw. nahezu Frontalaufprall hinten hochzukippen
und den Insassen einen Impuls in Richtung nach oben zur Dachvorderkante zu
geben.
Damit der erfindungsgemäße Träger bei einem Aufprall den auftretenden Kräften
standhält, muß der Träger eine hohe Steifigkeit aufweisen. Träger hoher Steifigkeit
lassen sich bevorzugt als Hohlträger ausbilden, die vorzugsweise, z. B. mit einem
Polyurethanschaum, ausgeschäumt sind. Dies führt zu einer vorteilhaften
Beeinflussung des Faltverhaltens und der Energieaufnahme, ohne das Gewicht
übermäßig zu erhöhen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispieles einer
erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie von
schräg oben,
Fig. 2 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie von unten,
und
Fig. 3 das Verhalten der erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie bei einem
Zusammenstoß mit einem herkömmlich konstruierten Fahrzeug.
In den Fig. 1 bis 3 ist die erfindungsgemäße Fahrzeugkarosserie jeweils nur im
Frontbereich des Fahrzeuges gezeigt. Es ist aber selbstverständlich, daß die
erfindungsgemäße Karosseriekonstruktion zusätzlich auch im Heckabschnitt
vorgesehen sein kann. Eine solche Ausgestaltung würde einen symmetrischen
Aufbau der gesamten Karosserie begünstigen. Außerdem würden dann die durch
die erfindungsgemäße Konstruktion erzielten Vorteile auch bei einem
Heckauffahrunfall zum Tragen kommen, so daß geringere Verformungen der
Karosserie und eine verminderte Belastung der Insassen die Folge wären.
In Fig. 1 ist der Frontabschnitt einer Fahrzeugkarosserie dargestellt. Man erkennt
einen Motorraum mit einem im wesentlichen geraden Längsträger 1. Zur besseren
Übersicht sind die im Motorraum üblicherweise vorgesehenen Komponenten, wie
Motor u. dgl. weggelassen. Der Längsträger 1 ist im vorliegenden Fall als
Motorträger ausgebildet und in üblicher Weise im Fahrzeug im Bereich der
Bodenplatte angeordnet. Infolge des schrägen Blickwinkels ist in Fig. 1 nur der in
Fahrtrichtung linke Längsträger 1 zu erkennen, aber auf der in Fahrtrichtung rechten
Seite ist selbstverständlich ebenfalls ein Längsträger vorgesehen.
Die beiden Längsträger 1 spannen eine gemeinsame Ebene auf, die sich im
wesentlichen horizontal erstreckt. An ihren vorderen Enden sind die Längsträger 1
mit einer Stoßleiste 2 verbunden. Bei einem Zusammenstoß werden so die
auftretenden Kräfte z. B. über die Stoßleiste 2 in die Längsträger 1 eingeleitet. Diese
bilden einen Lastpfad, über den die auftretenden Kräfte dann verteilt und abgeleitet
werden. Da die Krafteinleitung infolge der im Bodenbereich des Fahrzeuges
vorgesehenen Längsträger 1 relativ weit unten erfolgt, kommt es zu einer
unsymmetrischen Kräfteverteilung in der Karosserie. Dies führt dazu, daß im Falle
eines frontalen oder nahezu frontalen Zusammenstoßes das gesamte Fahrzeug
dazu neigt, hinten hochzukippen, wodurch den Insassen ein Impuls in Richtung auf
die Dachvorderkante erteilt wird.
Um diesem Effekt entgegenzuwirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß
zusätzlich zu dem durch die Längsträger 1 gebildeten Lastpfad mindestens ein
weiterer Lastpfad vorgesehen ist, der in einer zur Ebene der Längsträger 1
versetzten Ebene angeordnet ist. Dieser weitere Lastpfad leitet im Falle eines
Zusammenstoßes die auftretenden Kräfte in einer weiteren Ebene in die Karosserie
ein und trägt dadurch zu einer besseren Gesamtkräfteverteilung in der Karosserie
bei. Der weitere Lastpfad wird erfindungsgemäß durch zwei Träger 3 gebildet, die in
einer zur Ebene der Längsträger 1 parallelen Ebene oberhalb der Längsträger 1
angeordnet sind. Damit im Motorraum bzw. im Kofferraum - sofern auch im
Heckbereich eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Karosserie vorgesehen ist -
ausreichend Platz für die unterzubringenden Komponenten verbleibt, sind die
Träger 3, welche den weiteren Lastpfad bilden, vorzugsweise im wesentlichen in der
gleichen Vertikalebene wie die Längsträger 1 angeordnet. Die Längsträger 1 und die
den weiteren Lastpfad bildenden Träger 3 bilden somit die Kanten eines im
wesentlichen rechteckigen Rahmens, der eine großflächige Kräfteverteilung
gewährleistet.
Die Träger 3 sind im Frontbereich des Fahrzeuges mit ihren nach außen weisenden
Enden an einem Kühlerquerträger 4 und mit ihren nach innen weisen Enden an
einem Stirnwandquerträger 5 in üblicher Weise, z. B. durch Schweißen, befestigt.
Sofern nach einer nicht dargestellten Ausführungsform auch im Heckbereich ein
weiterer Lastpfad in der vorstehend erläuterten Weise vorgesehen ist, sind die den
weiteren Lastpfad bildenden Träger mit ihren nach außen weisenden Enden an
einem Heckquerträger und mit ihren nach innen weisen Enden an einem
Rückwandquerträger befestigt.
Die Befestigungspunkte der Träger 3 an dem Stirnwandquerträger 5 bzw. dem
Rückwandquerträger liegen vorzugsweise in Höhe der Gürtellinie unterhalb der
Fenster, so daß die Kräfte nicht nur im Bodenbereich, sondern auch im Bereich
unterhalb der Fenster in die Karosserie eingeleitet werden können. Dadurch kann
die bei einem frontalen oder nahezu frontalen Zusammenstoß auftretende
Kippbewegung der Karosserie vermindert oder ganz verhindert werden.
Die den weiteren Lastpfad bildenden Träger 3 müssen eine hohe Steifigkeit
aufweisen. Sie sind zu diesem Zweck vorzugsweise als Hohlprofil ausgebildet.
Damit eine vorteilhafte Beeinflussung des Faltverhaltens und der Energieaufnahme
gewährleistet ist, sind die Träger 3 vorzugsweise ausgeschäumt, z. B. mit einem
Polyurethanschaum.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Karosserie von unten. Man
erkennt die Stoßleiste 2 und die sich nach hinten erstreckenden und an der
Stoßleiste 2 angebrachten Längsträger 1. Außerdem ist bei dieser Ansicht der
Motorraum mit den entsprechenden Komponenten versehen. Da die den weiteren
Lastpfad bildenden Träger 3 in der gleichen Vertikalebene angeordnet sind wie die
Längsträger 1 und somit deckungsgleich zu den Längsträgern 1 verlaufen, bleibt im
Motorraum ausreichend Platz für den Einbau des Motors und der übrigen
Komponenten.
In Fig. 3 ist das Verhalten der erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie bei einem
Zusammenstoß mit einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen Karosserieaufbau
dargestellt. Das in Fig. 3 unten gezeigte Fahrzeug ist mit einer erfindungsgemäßen
Karosserie versehen, während das in Fig. 3 oben dargestellte Fahrzeug eine
herkömmliche Karosseriekonstruktion aufweist.
Beim Vergleich des oberen und des unteren Fahrzeuges in Fig. 3 erkennt man, daß
im Falle eines Zusammenstoßes bei dem mit der erfindungsgemäßen Karosserie
ausgestatteten Fahrzeug deutlich geringere Verformungen auftreten als bei dem in
Fig. 3 oben dargestellten Fahrzeug, welches keine erfindungsgemäße Karosserie
besitzt. Das in Fig. 3 unten gezeigte Fahrzeug wird zwar ebenfalls deformiert, wie
sich aber im Vergleich mit dem in Fig. 3 oben dargestellten Fahrzeug zeigt, sind die
Verformungen bei dem erfindungsgemäß konstruierten Fahrzeug deutlich geringer
als bei einem herkömmlich konstruierten Fahrzeug. Insbesondere beim in Fig. 3
oben dargestellten Fahrzeug ist der herkömmlich konstruierte Längsträger auf der
Seite des Zusammenstoßes erheblich deformiert und zusammengedrückt, so daß
die Stoßleiste 6 in diesem Bereich bis in den A-Säulenbereich 7 zurückverlagert
wurde. Die dadurch hervorgerufene große Krafteinleitung in den A-Säulenbereich 7
bringt eine verhältnismäßig große Rückverlagerung der A-Säule und folglich auch
eine Verformung des Stirnwandquerträgers 8 mit sich.
Beim erfindungsgemäß konstruierten Fahrzeug nach Fig. 3 unten dagegen ist der
Längsträger 1 bzw. der Träger 3 auf der Seite des Zusammenstoßes erheblich
weniger gestaucht, so daß eine Rückverlagerung des A-Säulenbereichs hier völlig
unterbleibt. Auch der Stirnwandquerträger 5 ist bei der erfindungsgemäßen
Karosseriekonstruktion nicht in Mitleidenschaft gezogen worden.
Durch die wesentlich geringere Verformung des gesamten Frontbereichs des
erfindungsgemäß konstruierten Fahrzeuges kommen auch die im Motorraum
befindlichen Komponenten nicht so stark zu Schaden, wie bei einem herkömmlich
konstruierten Fahrzeug, wo der Motorraum nahezu vollständig zerstört ist, wie in
Fig. 3 oben zu sehen ist.
Die erfindungsgemäße Karosserieausgestaltung führt somit im Falle eines frontalen
oder nahezu frontalen Zusammenstoßes zu einer deutlich verringerten Belastung
der Karosserie, da der Abbau der bei einem Zusammenstoß freiwerdenden Energie
über mehrere Ebenen erfolgt, und dies wirkt sich im Falle eines Zusammenstoßes
positiv auf die Beeinträchtigungen und Belastungen der Insassen aus.
Auch wenn in den Figuren nicht dargestellt, ist es grundsätzlich möglich, den
Lastabtrag über mehr als zwei Lastpfade vorzunehmen und z. B. weitere Träger
vorzusehen, die sich an der Krafteinleitung und -verteilung innerhalb der Karosserie
beteiligen.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der
vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der
Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene
Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie
ihre Äquivalente zu verlassen.
Claims (10)
1. Fahrzeugkarosserie mit als Lastpfad dienenden, im wesentlichen in einer
Ebene angeordneten Längsträgern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein weiterer Lastpfad vorgesehen ist, der in einer zur Ebene der Längsträger
(1) versetzten Ebene angeordnet ist.
2. Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der
mindestens eine weitere Lastpfad im Frontbereich des Fahrzeuges befindet.
3. Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
sich der mindestens eine weitere Lastpfad im Heckbereich des Fahrzeuges
befindet.
4. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der weitere Lastpfad von einer Tragstruktur gebildet ist,
die in einer vorzugsweise oberhalb der Ebene der Längsträger (1) liegenden
Ebene angeordnet ist.
5. Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Ebenen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
6. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tragstruktur aus zwei Trägern (3) besteht, die mit
den Längsträgern (1) im wesentlichen in dergleichen Vertikalebene liegen.
7. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die im Frontbereich des Fahrzeuges vorgesehene
Tragstruktur mit ihrem nach außen weisenden Ende an einem
Kühlerquerträger (4) und mit ihrem nach innen weisenden Ende an einem
Stirnwandquerträger (5) befestigt ist.
8. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die im Heckbereich des Fahrzeuges vorgesehene
Tragstruktur mit ihrem nach außen weisenden Ende an einem Heckquerträger
und mit ihrem nach innen weisenden Ende an einem Rückwandquerträger
befestigt ist.
9. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tragstruktur an ihren nach innen weisenden Enden
in Höhe der Gürtellinie unterhalb der Fenster befestigt ist.
10. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Träger (3) der Tragstruktur als Hohlträger
ausgebildet und vorzugsweise ausgeschäumt sind, z. B. mit einem
Polyurethanschaum.
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