DE10063582A1

DE10063582A1 - Aufpralldämpfendes Karosserieteil für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10063582A1
Application number: DE2000163582
Authority: DE
Inventors: Ruprecht Sinnhuber; Gerhard Zogalla; Ellen Wykowski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aufpralldämpfendes Karosserieteil für ein Fahrzeug, mit einer der Motorhaube zugewandten oberen Begrenzungskante, entlang der fahrzeuginnenseitig wenigstens über eine Teillänge des Karosserieteils ein Aufprallenergie aufnehmendes Stützelement angeordnet und mit dem steifen Fahrzeugaufbau fest verbunden ist. Sie löst die Aufgabe, ein derartiges Karosserieteil so zu gestalten, daß dieses bei einem Aufprall eines Fußgängerkopfes, simuliert durch einen Impaktor, eine hohe Anfangssteifigkeit, verbunden mit einer hohen Verzögerung desselben, aufweist, die jedoch rasch sinkt. Dazu besteht das Stützelement (4, 12, 14) aus einem bleibend verformbaren Deformationsglied (5) und einem an diesem angeordneten, die Massenträgheit erhöhenden Versteifungsglied (6, 11, 15) aus oder mit einem spröden Material.

Description

Die Erfindung betrifft ein aufpralldämpfendes Karosserieteil, insbesondere einen Kotflügel, für ein Fahrzeug, bei dem dieses zur Erhöhung des Energieaufnahmevermögens bei einem Aufprall eines Fußgängers oder eines anderen Aufprallbeteiligten im Bereich seiner Begrenzungskante über Stützelemente am festen Fahrzeugaufbau befestigt ist.

Aufpralldämpfende Karosserieteile, die besonders wirksam Aufprallenergie aufnehmen und abbauen können, wodurch die Schwere von Verletzungen bei aufprallenden Fußgängern oder anderen Aufprallbeteiligten im Falle einer Kollision mit diesen reduziert wird, sind bekannt. Bei diesen wird die beim Zusammenstoß mit einem Fußgängerkopf die in das Karosserieteil eingebrachte Aufprallenergie, in bekannter Weise simuliert durch einen Impaktoraufschlag, weitgehend einer idealen Kurve der Beschleunigung über der Zeit (a-t-Kurve) entsprechend, abgebaut und so zur Verringerung des sog. Kopfverletzungskriteriums HIC (Head Injury Criterion) beigetragen, wobei die Kurve auf einer Berechnung auf der Grundlage des Betrages an Aufprallenergie, die beim Zusammenstoß aufgenommen werden muß, beruht. Die Bereiche und Konstruktionen, die besonders wirksam Aufprallenergie aufnehmen können, werden mit Aufprallvorrichtungen und den genannten Impaktoren durch Aufprallversuche ermittelt. Dabei werden die Impaktoren mit bestimmter Geschwindigkeit auf die vorbestimmten Bereiche geschossen und die relevanten geometrischen und Materialparameter anhand eines optimalen Verzögerungsverlaufs bewertet.

In der DE 29 34 060 A1, der DE 30 47 969 A1 und in der DE 44 01 023 C1 sind Kotflügel und Fronthauben beschrieben, bei denen im Bereich zwischen deren oberen Begrenzungskante und dem unter dieser angeordneten steifen Fahrzeugaufbau, also beispielsweise einem Radhaus oder einem Längsträger, Aufprallenergie aufnehmende Stützelemente angeordnet und mit den beiden Komponenten fest verbunden sind. Die in den genannten Dokumenten beschriebenen Stützelemente sind bleibend verformbare Deformationsglieder aus einem biegbaren Material, die auch durch einen eingebogenen Randbereich des Kotflügels selbst gebildet sein können. Dabei kann durch eine entsprechende Formgebung und durch eine entsprechende Wahl der Härte des Materials des jeweiligen Deformationsgliedes eine verhältnismäßig genau definierte Steifigkeit des Kotflügels und der Fronthaube im Bereich ihrer Begrenzungskante zum jeweils anderen Karosserieteil, d. h. im Bereich der durch diese gebildeten Fuge, erreicht werden. Es ist auch bekannt, zur Steuerung der Deformation und Verbesserung der Aufpralleigenschaften im Fugenbereich an der Begrenzungskante eine verstärkende Kunstharzschicht anzuordnen (DE 195 14 324 A1, bei einer Stoßstangenanordnung).

Des weiteren ist auch schon vorgeschlagen worden (siehe DE 199 48 732.4), das jeweils im wesentlichen vertikal verformbare Stützelement als Scherelement auszubilden, das beispielsweise schräg verlaufende offene Rinnen aufweist, die bei einer vertikalen Belastung durch einen aufprallenden Fußgänger zusammenbrechen, oder dasselbe mit Sollbruchstellen zu versehen.

Beim Aufprall eines Fußgängers auf das Frontend des Fahrzeugs werden zunächst die Beine des Fußgängers vom Stoßfänger erfaßt, und der Fußgänger schlägt mit seinem Oberkörper und dem Kopf von oben her auf die Fronthaube bzw. den seitlich von dieser verlaufenden Längsbereich des Kotflügels auf. Durch die Stützelemente wird sichergestellt, daß ein Teil der Aufprallenergie in Verformungsarbeit umgesetzt und damit das Verletzungsrisiko (Kopfverletzungskriterium HIC) des Fußgängers verringert wird.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein aufpralldämpfendes Karosserieteil für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß dieses bei einem Aufprall eines Fußgängerkopfes, insbesondere simuliert durch einen Impaktor, eine hohe Anfangssteifigkeit, verbunden mit einer hohen Verzögerung desselben, aufweist, die jedoch rasch sinkt.

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

Die Erfindung besteht darin, daß bei einem aufpralldämpfenden Karosserieteil mit einer Begrenzungskante, entlang der innenseitig wenigstens über eine Teillänge des Karosserieteils ein Aufprallenergie aufnehmendes Stützelement angeordnet und am steifen Fahrzeugaufbau befestigt ist, dieses Stützelement aus einem bleibend verformbaren Deformationsglied und einem die Massenträgheit des Karosserieteils im Bereich der Begrenzungskante erhöhenden Versteifungsglied aus einem spröden Material gebildet ist.

Das abgestützte Karosserieteil ist einerseits ausreichend steif, um die Betriebsbeanspruchungen und auch normale Stoß- oder Druckbeanspruchungen ohne Verformung und Schwingungen aushalten zu können, und andererseits ausreichend weich, um den Aufprall eines Fußgängers im Bereich der Begrenzungskante dämpfend aufnehmen zu können. Bei dem Aufprall eines Fußgängers bzw. des Kopfes eines Fußgängers, in im wesentlichen vertikaler Richtung, insbesondere auf einen Kotflügel, wird eine hohe Aufprallenergie im Bereich des Stützelementes in den Kotflügel eingeleitet, verbunden mit einer hohen Belastungsspitze am Stützelement und mit einer hohen Verzögerung des Kopfes, die dieser aushält. Die Ausbildung des Stützelementes mit einem im Bereich der Begrenzungskante die Steifigkeit des Karosserieteils beeinflussenden Deformationsglied und einem die Massenträgheit erhöhenden Versteifungsglied, führt bei einem Aufprall zu einer Erhöhung der Anfangsverzögerung des Aufprallbeteiligten. In der Folge, im wesentlichen jedoch gleichzeitig, geht das Versteifungsglied zu Bruch, verbunden mit einer Senkung der Verzögerung des Kopfes, die nun nur noch durch das Deformationsglied mitbestimmt ist. Damit wird das Kopfverletzungskriterium (HIC) gesenkt.

Auf einfache Weise kann das Deformationsglied stegförmig ausgebildet und im Querschnitt mit wenigstens einer im wesentlichen parallel zur Begrenzungskante ausgebildeten und eine Kehle bildenden Abwinklung versehen sein, wobei die beiden durch die Abwinklung gebildeten Deformationsgliedbereiche einen spitzen Winkel einschließen und das Versteifungsglied zwischen diesen auf der Seite der Kehle am Deformationsglied angeordnet ist. Insbesondere ist es als spröde Masse direkt auf das Deformationsglied aufgebracht. Es kann jedoch auch als stegartige Stütze zwischen den Deformationsgliedbereichen angeordnet und mit diesen an seinen Längskanten verbunden sein. Bei letzterer Ausführung weist das Versteifungsglied wenigstens auf einer Seite eine in Längsrichtung ausgebildete Kerbe als Sollbruchstelle auf.

Beide einem Aufprall wird das Stützelement in vertikaler Richtung schlagartig druckbeaufschlagt, wodurch das V-förmig ausgebildete Deformationsglied deformiert wird und die auf diesem aufgebrachte spröde Masse absplittert, was wiederum die Deformation desselben beschleunigt. Dieser Vorgang kann durch eine entsprechende Auslegung des Deformationsgliedes begünstigt werden, beispielsweise, daß dieses aus einem dünneren Blech gestaltet wird. Bei der zweiten Ausführung bricht das Versteifungsglied entlang der an diesem ausgebildeten Kerbe, wodurch ebenfalls die Steifigkeit des Stützelementes rasch gesenkt wird. Durch die beschriebenen Ausgestaltungen des Stützelementes wird die für eine Deformation des Karosserieteils im Bereich der Begrenzungskante erforderliche Kraft durch eine Erhöhung des Energieaufnehmevermögens in diesem Bereich gesenkt.

Weitere, wenn auch aufwendigere Ausführungen sind dadurch gegeben, daß das Versteifungsglied aus einem vordeformierten, insbesondere abgewinkelten und in vertikaler Richtung deformierbaren Trägerblech und einer auf diesem aufgebrachten spröden Masse gebildet ist. Dabei ist die Masse auf der Seite des Trägerbleches aufgebracht, die der durch die Abwinklung gebildeten Kehle abgewandt ist. Dieses so gestaltete Versteifungsglied ist derart am Deformationsglied angeordnet, daß die Kehlen der beiden Glieder einander zugewandt sind. Auch diese. Ausführung dient dazu, das Deformationsglied schwächer auszulegen.

Zusätzlich zu den vorbeschriebenen Maßnahmen kann die Innenseite des Karosserieteils, beispielsweise des Kotflügels oder der Motorhaube in einem vorbestimmten Bereich mit einer versteifenden Schicht oder einem Gitter aus dem spröden Material, ggf. versehen mit Sollbruchlinien, versehen sein, ggf. verbunden mit einer Verdünnung des Blechs in diesem Bereich, die bei einer lokalen Belastung energieabsorbierend lokal absplittert, so daß das weiche Blech zusätzlich lokal deformiert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kotflügel mit einem Stützelement,

Fig. 2 diesen Schnitt mit einem anders ausgeführten Stützelement,

Fig. 3 diesen Schnitt mit einer weiteren Ausführung eines Stützelementes und

Fig. 4 einen Abschnitt dieses Stützelementes in perspektivischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt einen Kotflügel 1.1 an einem Fahrzeug mit einer der Motorhaube 2 zugewandten Begrenzungskante 3, entlang der fahrzeuginnenseitig über die Länge des Kotflügels 1 ein Aufprallenergie aufnehmendes Stützelement 4 angeordnet ist, das aus einem bleibend verformbaren Al-Deformationsblech 5 aus Aluminium in einer Dicke von 0,7 mm und einem direkt auf diesem aufgebrachten Versteifungsglied 6 aus Polypropylenschaum in einer Dicke von 4 mm gebildet ist. Das Deformationsblech 5 ist stegförmig ausgebildet und im Profil mit einer parallel zur Begrenzungskante 3 ausgebildeten Abwinklung versehen, wobei die beiden durch die Abwinklung gebildeten Deformationsblechbereiche 5.1 und 5.2 einen spitzen Winkel α von 85 Grad einschließen. Das Versteifungsglied 6 ist auf der Seite der an der Abwinklung gebildeten Kehle 7 am Deformationsblech 5 angeordnet. Dieses ist mit dem Deformationsblechbereich 5.1 über ein Verstärkungsblech 8, auf einem Abdeckblech 9 für einen oberen Längsträger 10 eines festen Fahrzeugaufbaus angeschraubt.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführung eines Kotflügels 1.2 weist ein Stützelement 12 auf, das aus einem abgewinkelten Deformationsblech 5 mit zwei Deformationsblechbereichen 5.1 und 5.2 und einem stegartig als Stütze zwischen diesen (5.1 und 5.2) ausgebildeten Versteifungsglied 11 gebildet ist. Dieses ist mit einer Kerbe 13 als Sollbruchlinie versehen. Die Anordnung des Stützelementes 12 am festen Fahrzeugaufbau entspricht der vorbeschriebenen Ausführung. Die Dicke des Versteifungsgliedes 11 beträgt 5 mm und die Restmaterialdicke an der Kerbe 2, 5 mm.

Bei der In den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführung eines Kotflügels 1.3 besteht das Stützelement 14 aus einem abgewinkelten Deformationsblech 5 mit zwei Deformationsblechbereichen 5.1 und 5.2 und einem Versteifungsglied 15, das aus einem deformierbaren Trägerblech 16, ebenfalls aus Aluminium in einer Dicke von 0,7 mm gefertigt, und einem auf diesem aufgebrachten Polypropylenschaum von 4 mm Dicke als spröde Masse 17 gebildet ist. Das Versteifungsglied 15 ist im Profil mit einer Abwinklung versehen, wobei die dadurch gebildete Kehle 18 dem Deformationsblech 5 zugewandt ist. Der Polypropylenschaum (spröde Masse 17) befindet sich auf der dem Deformationsblech 5 abgewandten Seite des Trägerbleches 16.

Bei einem Vertikalaufschlag des Kopfes eines Aufprallbeteiligten bzw. eines einen Kopf eines Aufprallbeteiligten simulierenden Impaktors auf die Begrenzungskante 3 wird in den jeweiligen Kotflügel 1.1, 1.2 und 1.3 und in das jeweilige Stützelement 4, 12 und 14 Aufprallenergie eingeleitet, durch die dieses auf Biegung beansprucht wird. Dabei wird das jeweilige Stützelement ebenfalls deformiert, wodurch das jeweilige Versteifungsglied absplittert (6, 15) bzw. zu Bruch geht (11) und der jeweilige anfangssteife Kotflügel 1.1, 1.2 und 1.3 nachgibt und deformiert wird. Durch die damit verbundene Verringerung der Verzögerung des Kopfes bzw. des Impaktors wird das Kopfverletzungskriterium (HIC) gesenkt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1.1

Kotflügel

1.2

Kotflügel

1.3

Kotflügel

2

Motorhaube

3

Begrenzungskante

4

Stützelement

5

Deformationsblech

5.1

Deformationsblechbereich

5.2

Deformationsblechbereich

6

Versteifungsglied

7

Kehle

8

Verstärkungsblech

9

Abdeckblech

10

Längsträger

11

Versteifungsglied

12

Stützelement

13

Kerbe

14

Stützelement

15

Versteifungsglied

16

Trägerblech

17

Spröde Masse

18

Kehle
α Winkel

Claims

1. Aufpralldämpfendes Karosserieteil für ein Fahrzeug, mit einer oberen Begrenzungskante, entlang der fahrzeuginnenseitig wenigstens über eine Teillänge des Karosserieteils ein Aufprallenergie aufnehmendes Stützelement angeordnet und mit dem steifen Fahrzeugaufbau fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (4, 12, 14) aus einem bleibend verformbaren Deformationsglied (5) und einem an diesem angeordneten, die Massenträgheit erhöhenden Versteifungsglied (6, 11, 15) aus oder mit einem spröden Material gebildet ist.

2. Karosserieteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationsglied (5) stegförmig ausgebildet und im Profil mit wenigstens einer im wesentlichen parallel zur Begrenzungskante ausgebildeten Abwinklung (Kehle 7, 18) versehen ist, wobei die beiden durch die Abwinklung (Kehle 7, 18) gebildeten Deformationsgliedbereiche (5.1, 5.2) einen spitzen Winkel (α) einschließen, und daß das Versteifungsglied (6, 11, 15) auf der Seite der Kehle (7, 18) am Deformationsglied (5) angeordnet ist.

3. Karosserieteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied als spröde Masse direkt auf dem Deformationsglied angeordnet ist.

4. Karosserieteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied (6) als stegartige Stütze zwischen den Deformationsgliedbereichen (5.1, 5.2) angeordnet ist.

5. Karosserieteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied (15) aus einem deformierbaren Trägerblech (16) und dem spröden Material (Masse 17) gebildet ist, wobei das spröde Material (Masse 17) auf der dem Deformationsglied (5) abgewandten Seite des Trägerbleches (16) angeordnet ist.

6. Karosserieteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied (15) im Profil mit einer Abwinklung versehen ist, deren Kehle dem Deformationsglied (5) zugewandt ist.

7. Karosserieteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Karosserieteils in einem vorbestimmten Bereich entlang der Begrenzungskante mit einer Schicht oder einem Gitter aus sprödem Material versehen ist.

8. Karosserieteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das spröde Material ein fester Schaum aus Polyurethan oder Polypropylen oder eine Keramik- oder Siliciummasse ist.