DE10038430A1

DE10038430A1 - Motorhaube an einem Fahrzeug zur Aufnahme eines Aufpralls

Info

Publication number: DE10038430A1
Application number: DE2000138430
Authority: DE
Inventors: Ruprecht Sinnhuber; Dennis Gevers
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorhaube an einem Fahrzeug zur Aufnahme eines Aufpralls, mit einem Oberblech und einer Unterstruktur sowie mit wenigstens einer Tilgermasse in wenigstens einem vorbestimmten Bereich der Motorhaube. Sie löst die Aufgabe, bei einer derartigen Motorhaube das Kopfverletzungskriterium HIC in vorbestimmten Bereichen durch eine Verringerung der Schwingung der Beschleunigung des dort aus einem Impaktor und der Motorhaube gebildeten Schwingungssystems zu reduzieren, um das Energieaufnahmevermögen der Motorhaube zu erhöhen. Dazu ist in dem vorbestimmten Bereich (I, II) der Motorhaube (1/2) eine den Zwischenraum zwischen dem Oberblech (1) und der Unterstruktur (2) ausfüllende Dämpfungsschicht (3, 7) angeordnet, und die Tilgermasse (4, 8) ist in der Dämpfungsschicht (3, 7) oder auf der dieser (3, 7) abgewandten Seite der Unterstruktur (2) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorhaube an einem Fahrzeug zur Aufnahme von Aufprallenergie, insbesondere von solcher, die durch einen den aufprallenden Kopf eines Fußgängers simulierenden Impaktor eingebracht wird.

Um die Schwere von Kopfverletzungen bei Fußgängern zu reduzieren, deren Kopf im Falle einer Kollision auf die Motorhaube aufschlägt, sind Motorhaubenkonstruktionen bekannt geworden, die in vorbestimmten Bereichen besonders wirksam Aufprallenergie aufnehmen und abbauen können. Diese Bereiche werden mit Aufprallvorrichtungen mit den Kopf eines Fußgängers simulierenden Impaktoren durch Aufprallversuche ermittelt, in denen die Impaktoren mit bestimmter Geschwindigkeit auf die vorbestimmten Bereiche geschossen werden. Um mit zielgerichteten Maßnahmen ein Fahrzeug fußgängerfreundlich auslegen zu können, werden anhand eines optimalen Verzögerungsverlaufs die relevanten geometrischen und Materialparameter der Motorhaube bewertet. Dieser optimale Verzögerungsverlauf ermöglicht es mit einem praktisch erreichbaren Kraft/Weg-Verlauf die Impaktorenergie mit möglichst kleinem Deformationsweg umzuwandeln. Es hat sich ergeben, daß neben diesem Deformationsweg die geometrische Steifigkeit der Motorhaube, die Massenträgheit und die Streckgrenze der Materialien für den Kraft/Weg-Verlauf des Impaktors bestimmend sind.

Zur Verringerung des sog. Kopfverletzungskriteriums HIC (Head Injury Criterion) muß die beim Zusammenstoß durch den Impaktor eingebrachte Aufprallenergie in bekannter Weise weitestgehend entsprechend einer idealen Kurve der Beschleunigung über der Zeit (a-t-Kurve), abgebaut werden, wobei die Kurve auf einer Berechnung auf der Grundlage des Betrages an Aufprallenergie, der beim Zusammenstoß aufgenommen werden muß, beruht. Die wesentlichen Zusammenhänge sind in der DE 195 14 324 A1 dargestellt. In dieser Schrift ist eine Motorhaube offenbart, die eine vordere, obere Außentafel (Oberblech) und eine unter dieser angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Stoßes (Aufprallaufnahmevorrichtung), der auf die Außentafel durch einen Impaktor ausgeübt wird und durch den diese verformt wird, aufweist und die mit einem sog. Aufprallstörkörper, z. B. dem Motor, korrespondiert, der die verformte Aufprallaufnahmevorrichtung auffängt bzw. anhält. Dabei sind eine Aufnahmerate an Aufprallenergie dieser Vorrichtung und ein Gesamthohlspalt, der zwischen der Außentafel und dem Aufprallstörkörper ausgebildet ist, derart festgelegt, daß die beim Zusammenstoß eingebrachte Aufprallenergie entsprechend der idealen Beschleunigungs (a)-Zeit (t)-Kurve aufgenommen werden kann, um das Kopfverletzungskriterium HIC bei dem kürzestmöglichen Hub (kleinstmöglichem Deformationsweg) der Außentafel zu verringern, so daß auch der Abstand der Außentafel zum Aufprallstörkörper klein gehalten werden kann. In der Schrift sind dazu zahlreiche Ausführungen von Motorhauben beschrieben.

Des weiteren ist es aus den Dokumenten JP 7 165 120 und JP 6 239 268 bekannt, zur Verringerung des Deformationsweges der Motorhaube in vorbestimmten Bereichen über dem Aufprallstörkörper deren Massenträgheit lokal zu erhöhen, indem in dem durch die Motorhaube und den Aufprallstörkörper gegebenen Zwischenraum eine an dieser angeordnete Trägheitsmasse (Tilgermasse) angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Kopfverletzungskriterium HIC bei einer Motorhaube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in vorbestimmten Bereichen durch eine Verringerung der Schwingung der Beschleunigung des dort aus einem Impaktor und der Motorhaube gebildeten Schwingungssystems zu reduzieren, um das Energieaufnahmevermögen der Motorhaube zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einer Motorhaube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer aus einem Oberblech und einer Unterstruktur gebildeten Motorhaube mit wenigstens einer Tilgermasse in wenigstens einem vorbestimmten Bereich der Motorhaube, in diesem Bereich eine den Zwischenraum zwischen dem Oberblech und der Unterstruktur ausfüllende Schicht zur mechanischen Schwingungsdämpfung (Dämpfungsschicht) angeordnet ist, und daß die Tilgermasse in dieser Schicht oder/und auf der der Schicht abgewandten Seite der Unterstruktur angeordnet ist. Dabei wirkt die Tilgermasse als Schwingungstilger in dem aus der Impaktormasse bzw. der Masse des aufschlagenden Kopfes, der anteiligen Masse der aus dem Oberblech und der Unterstruktur gebildeten Motorhaube im genannten Bereich, und der Tilgermasse selbst gebildeten Schwingungssystems. Dieses ist über die Parameter eines Schwingers - Masse, Feder und Dämpfer - einstellbar. Über die Dämpfungsschicht werden im vorbestimmten Bereich Anteile der Gesamtmasse von Oberblech und Unterstruktur der Motorhaube aneinandergekoppelt und die Dämpfung und Steifigkeit an der Auftreffstelle des Impaktors bestimmt. Während des Aufpralls desselben biegt sich die Motorhaube um den Auftreffpunkt. Damit wird im Auftreffpunkt eine Rückstellkraft in der Größe der Kontaktkraft des Impaktors hervorgerufen, die sich aus der Massenträgheit der Motorhaube und wegen deren beschränkter Bewegungsfreiheit infolge ihrer seitlichen Befestigungen auch aus deren Elastizität bzw. Federung und der Dämpfung ergibt. Die Rückstellkraft auf den Impaktor bestimmt den Verzögerungsverlauf desselben und damit den HIC.

Über die genannten Parameter ist das Schwingungssystem einstellbar, wobei über die Geometrie und die Blechdicke der Unterstruktur und die Wahl der eingesetzten Materialien Einfluß auf den Verzögerungsverlauf (Beschleunigung) in Abhängigkeit von der Zeit (a-t-Kurve) genommen werden kann. Dabei bleibt der Deformationsweg der Motorhaube gering, und ein sog. Aufprallstörkörper, der die deformierte Motorhaube auffängt bzw. anhält, ist nicht erforderlich. Die zwischen dem Oberblech und der Unterstruktur angeordnete Dämpfungsschicht trägt durch ihr Energieaufnahmevermögen zur Tilgung von Schwingungsenergie wesentlich bei und erhöht in erheblichem Maße die Verzögerung. In dem Fall, daß der Impaktor in dem vorbestimmten Bereich auf das Oberblech trifft, ist im wesentlichen eine Hintereinanderanordnung (Reihenschaltung) von Feder und Dämpfer wirksam, während in dem Fall, daß der Impaktor neben diesem Bereich auftrifft, mehr eine Parallelanordnung (Parallelschaltung) von Feder und Dämpfer gegeben ist, die jedoch ebenfalls zu einer anfänglichen Verzögerungsspitze in der a-t-Kurve führt. Unabhängig von der vorbeschriebenen Wirkung der Schicht als mechanischer Schwingungsdämpfer wirkt die Schicht in vorteilhafter Weise auch schalldämpfend während des Betriebes des Fahrzeugs.

Die auf der dem Oberblech abgewandten Seite der Unterstruktur angeordnete Tilgermasse kann vorteilhaft in eben einer solchen Schicht zur Schwingungsdämpfung eingebettet sein. Die einbettende Dämpfungsschicht dient dann auch bei entsprechender Ausbildung als Kraftbegrenzer, wenn es bei einem Aufprall zu einem Berührungskontakt derselben mit einer unter der Motorhaube befindlichen Komponente kommt, wobei die Dämpfungsschicht von der Komponente aufgefangen und angehalten wird. Die Dämpfungsschicht(en) besteht(en) aus einem Schaumstoff, insbesondere aus einem aufgeschäumten harten Kunststoff, der sich durch einen hohen Verformungswiderstand und eine geringe elastische Verformbarkeit auszeichnet und überdies schalldämmend wirkt.

Zur Erhöhung der Massenträgheit kann das Oberblech in dem Bereich dicker als in den benachbarten Bereichen ausgebildet sein. Werden an der Motorhaube verschiedene Aufprallbereiche vorgesehen, die auf die jeweils zu erwartende Aufprallsituation abgestimmt sind, insbesondere Aufprallbereiche für einen Erwachsenenkopf, einen Kinderkopf oder für einen Oberschenkel, sind unterschiedliche Schwingungssysteme mit unterschiedlichen Tilgermassen zu gestalten. Das kann durch eine segmentierte Motorhaube mit unterschiedlichen Blechstärken in den genannten Bereichen erfolgen, indem beispielsweise am Oberblech ein oder mehrere Unterbleche, auch aus unterschiedlichen Blechdicken, aufgeschweißt, - gewalzt oder - geklebt sind.

Auch die Unterstruktur selbst kann bereichsweise verschieden gestaltet sein, beispielsweise zur Erzielung einer höheren Massenträgheit und Steifigkeit aus einem Doppelblech, auch mit unterschiedlicher Blechdicke, oder aus unterschiedlichen Materialien in den einzelnen Bereichen.

Zusätzlich kann die Unterstruktur mit Deformationselementen, auch aus Kunststoff und mit einer Wabenstruktur, versehen sein, um deren Masse und Massenträgheit, die in dem Schwingungssystem wirken, zu erhöhen und das Energieaufnahmevermögen zu verbessern. Auf einfache Weise wird Bleikleber zur lokalen Erhöhung der Massenträgheit aufgebracht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Motorhaube, schematisch,

Fig. 2 ein in einem vorbestimmten Bereich an der Motorhaube gebildetes Schwingungssystem, schematisch, und

Fig. 3 Eine Beschleunigungs (a)-Zeit (t)-Kurve.

In Fig. 1 ist eine aus einem Oberblech 1 und einer Unterstruktur 2 gebildete originale (herkömmliche) Motorhaube im Querschnitt dargestellt. An dieser ist in einem vorbestimmten Bereich I ein schwingungstilgendes Schwingungssystem für einen Aufprall eines Impaktors K ausgebildet, in dem zwischen dem Oberblech 1 und der Unterstruktur 2 eine eingeklebte Dämpfungsschicht 3 aus Schaumstoff, insbesondere Polyurethan, strukturiert, angeordnet ist, die die Unterstruktur an das Oberblech 1 ankoppelt. Die Dämpfungsschicht 3 umgibt eine Tilgermasse 4 aus Stahlblech. Anstelle des Stahlbleches können beliebige andere Materialien mit hoher Dichte eingesetzt werden. Auf der dem Oberblech 1 abgewandten Seite der Unterstruktur 2 ist eine zweite Tilgermasse 5, ebenfalls aus Stahlblech, angeordnet, die in eine Dämpfungsschicht 6 aus Polyurethan, strukturiert, eingebettet ist. Im Abstand neben diesem Schwingungssystem ist in einem vorbestimmten Bereich II ein weiteres schwingungstilgendes Schwingungssystem ausgebildet, in dem zwischen dem Oberblech 1 und der Unterstruktur 2 eine von diesen (1, 2) durch eine Dämpfungsschicht 7 aus Polyurethan getrennte Tilgermasse 8 aus Stahlblech angeordnet ist. Fig. 1 zeigt weiterhin zwei Impaktor-Auftreffpunkte K.1 und K.2. Der Auftreffpunkt K.1 liegt im Bereich I, so daß die Komponenten des Schwingungssystems, also die aus der Impaktormasse mK, der anteiligen Masse der Motorhaube (1/2) im Bereich I mM, der Tilgermassen 4 und 5 mT und der Masse der Dämpfungsschichten 3 und 6 (vernachlässigt) gebildete Schwingungsmasse, die durch die Dämpfungsschichten 3 und 6 gegebene Schwingungsdämpfung und die elastische Motorhaube (1/2) als Feder hintereinander (in Reihe) angeordnet sind. Der Auftreffpunkt K.2 liegt außerhalb des Bereiches I, so daß die durch die Motorhaube (1/2) gebildete Feder zu den übrigen Komponenten des Schwingers parallelgeschaltet ist.

In Fig. 2 ist das Prinzip des durch die Ausbildung der Motorhaube im Bereich I bei Auftreffen des Impaktors K gebildeten Schwingungssystems dargestellt. In diesem ist die schwingungstilgende Komponente mT durch die Tilgermassen 4 und 5 gebildet.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit zwei a-t-Kurven. Die (Schwingungs-)Kurve A ergibt sich beim Aufprall eines Impaktors K ohne Ankopplung einer Tilgermasse an die originale Motorhaube, und die Kurve B bei Ankopplung der Tilgermassen 4 und 5 über die Dämpfungsschichten 3 und 6 nach Fig. 1. Die erste Amplitude der Kurve B ist mehr als doppelt so groß als die der Kurve A und zeigt deutlich, daß der Verzögerungsverlauf optimiert ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Oberblech

2

Unterstruktur

3

Dämpfungsschicht

4

Tilgermasse

5

Tilgermasse

6

Dämpfungsschicht

7

Dämpfungsschicht

8

Tilgermasse
I Bereich
II Bereich
A Kurve
B Kurve
K Impaktor
K.1 Auftreffpunkt
K.2 Auftreffpunkt
mK Impaktormasse
mM anteilige Motorhaubenmasse
mT Tilgermasse

Claims

1. Motorhaube an einem Fahrzeug zur Aufnahme eines Aufpralls, mit einem Oberblech und einer Unterstruktur sowie mit wenigstens einer Tilgermasse in wenigstens einem vorbestimmten Bereich der Motorhaube, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vorbestimmten Bereich (I, II) eine den Zwischenraum zwischen dem Oberblech (1) und der Unterstruktur (2) ausfüllende Dämpfungsschicht (3, 7) angeordnet ist, und daß die Tilgermasse (4, 8) in der Dämpfungsschicht (3, 7) oder auf der dieser (3, 7) abgewandten Seite der Unterstruktur (2) angeordnet ist.

2. Motorhaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dämpfungsschicht (3) und auf der dem Oberblech (1) abgewandten Seite der Unterstruktur (2) jeweils eine Tilgermasse (4, 5) angeordnet ist.

3. Motorhaube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der der Dämpfungsschicht (3) abgewandten Seite der Unterstruktur (2) angeordnete Tilgermasse (5) in einer Dämpfungsschicht (6) eingebettet ist.

4. Motorhaube nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (3, 6, 7) aus einem Schaumstoff gebildet ist.

5. Motorhaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberblech (1) in dem Bereich (I, II) dicker als in den benachbarten Bereichen ausgebildet ist.

6. Motorhaube nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstruktur (2) in dem Bereich (I, II) aus einem Doppelblech gebildet ist.

7. Motorhaube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bleche unterschiedlich dick sind.

8. Motorhaube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstruktur (2) in dem Bereich (I, II) mit Verrippungen und Deformationselementen versehen ist.

9. Motorhaube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente eine Wabenstruktur aufweisen.

10. Motorhaube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterstruktur (2) Bleikleber zur lokalen Erhöhung der Massenträgheit aufgebracht ist.