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Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Struktur und ein Verfahren zum Kombinieren oder Montieren eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils.
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Ein Automobil weist in der Struktur eines vorderen Teils eine Stirnwand, ein Windlaufseitenblech, eine Scharniersäule (eine vordere Säule), ein Seitenelement und einen Querelement bzw. einen Querträger auf. Vgl. z.B.
1,
3 und
13 der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
JP 2 531 718 Y2 . Eine Stirnwand ist in einem vorderen Teil einer Fahrgastzelle angeordnet und erstreckt sich in die Breitenrichtung eines Automobils. Eine Windlaufseitenblech ist mit der linken und der rechten Seite der Stirnwand verbunden und erstreckt sich nach hinten.
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Eine vordere Säule ist mit dem hinteren Ende eines Windlaufseitenblechs verbunden, wodurch ein geschlossener Querschnitt gegen das Windlaufseitenblech gebildet wird. Das linke und das rechte Seitenelement sind jeweils an einer Position mit der Stirnwand verbunden, die weiter innen liegt als die vordere Säule und vor der Stirnwand angeordnet ist. Das Querelement bildet einen geschlossenen Querschnitt gegen die Stirnwand und erstreckt sich in einer Breitenrichtung einer Karosserie und ist mit dem hinteren Ende eines Seitenelements verbunden.
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Wenn ein Querelement von der Innenseite der Fahrgastzelle an der Stirnwand befestigt wird, werden beide Enden des Querelements entlang der Stirnwand und des Windlaufseitenblechs nach hinten gebogen und mit der vorderen Säule verbunden. Wenn ein Querelement von der Außenseite der Fahrgastzelle an der Stirnwand befestigt wird, werden beide Enden des Querelements mit dem Seitenelement verbunden. Ein Verstärkungselement wird entlang der Stirnwand und des Windlaufseitenblechs zwischen der vorderen Säule und der Innenseite einer Stirnwand an einer Position befestigt, an der die Stirnwand am Seitenelement befestigt ist.
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In der vorstehend beschriebenen Struktur ist ein Flansch, der die Stirnwand und das Windlaufseitenblech kombiniert, an einer Position ausgebildet, die dem Außenumfang eines Reifens zugewandt ist. Dadurch müssen die Stirnwand und das Windlaufseitenblech hinter dem Reifen einen dem Flansch entsprechenden Raum aufweisen, um zu verhindern, daß der Reifen mit dem Flansch in Kontakt kommt und platzt. Dadurch wird die Fahrgastzelle schmaler. Außerdem wird, weil die Position der vorderen Säule nach hinten versetzt ist, auch die Position, an der eine Vordertür angeordnet ist, nach hinten versetzt, so daß es schwierig ist, in die Fahrgastzelle einzusteigen oder aus der Fahrgastzelle auszusteigen.
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Wenn das Querelement im Inneren der Fahrgastzelle angeordnet ist, ist es schwierig, einige Stellen durch ein Punktschweißgerät zu erreichen, um einen Bereich zwischen dem Querelement und der Stirnwand zu verbinden, nachdem das Seitenelement und die Stirnwand aneinander befestigt worden sind. Ähnlicherweise ist es, wenn das Querelement außerhalb der Fahrgastzelle angeordnet ist, schwierig, einige Stellen durch ein Punktschweißgerät zu erreichen, um den Bereich zwischen der Stirnwand und dem Verstärkungselement zu verbinden, nachdem das Seitenelement und die Stirnwand miteinander verbunden worden sind, und um den Bereich zwischen dem Endabschnitt des Querelements und dem Seitenelement zu verbinden, nachdem die Stirnwand und das Verstärkungselement miteinander verbunden worden sind.
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Daher muß ein Abschnitt in den Elementen ausgeschnitten werden, um eine Arbeitsöffnung zum Einführen eines Schweißgeräts herzustellen. Dies ist jedoch unerwünscht, weil, wenn ein Arbeitsloch in einem starren Element ausgebildet wird, die Steifigkeit oder Stabilität dieses Elements abnimmt.
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Die
DE 44 22 498 C1 offenbart eine Aufbaustruktur eines Personenkraftwagens. Diese umfasst eine zwischen dem Vorderwagen und dem Fahrgastraum angeordnete Stirnwand, zwei voneinander beabstandete vordere Längsträger, die jeweils an einem dahinterliegenden, in Verlängerung der Längsträger verlaufende Bodenträger angeschlossen sind sowie seitlich außenliegende Schweller, aufrechte Scharniersäulen und einen Boden. Um einerseits eine steife Fahrgastzelle zu schaffen und andererseits die bei einem Frontalaufprall auftretenden Kräfte gut aufzunehmen und großflächig von den vorderen Längsträgern in die angrenzende, teilweise tieferliegende Aufbaustruktur einzuleiten, ist vorgesehen, dass sich die beiden unteren vorderen Längsträger durchgehend bis zur Stirnwand erstrecken und an einen ersten, außenseitig auf die Stirnwand aufgesetzten Querträger angeschlossen sind und dass an der Stirnwand in Höhe des ersten Querträgers auf der dem Fahrgastraum zugekehrten Seite ein zweiter Querträger angeordnet ist, der in einem mittleren Bereich seiner Quererstreckung mit einer auf den Mitteltunnel aufgesetzten Tunnelverstärkung verbunden ist und der sich in seitlich außenliegenden Bereichen - in Höhenrichtung gesehen - nach unten hin erweitert und in zwei übereinanderliegende Hohlträgerabschnitte aufteilt, wobei der obenliegende Hohlträgerabschnitt an die Stirnwand und die Scharniersäule angeschlossen ist, wogegen der untere Hohlträgerabschnitt mit der Stirnwand, dem Schweller und dem Boden verbunden ist.
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Die
EP 0 226 012 A2 offenbart eine vordere Struktur eines Fahrzeugkörpers, die einen Vorderrahmen aufweist, der sich in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers erstreckt und aus einem Außenrahmen und einem Innenrahmen gebildet ist, die miteinander verbunden sind, um einen geschlossenen Querschnitt zu bilden. Ein unteres Armaturenbrett ist nahe der hinteren Kante des Vorderrahmens angeordnet, um sich vertikal zu erstrecken, und ein vorderer Boden erstreckt sich von der Unterkante des unteren Armaturenbretts nach hinten. Ein Türschweller ist an einer Seite des vorderen Bodens unterhalb des Vorderrahmens angeordnet, und ein Bodenrahmen ist an der Innenseite des Türschwellers unterhalb des Vorderrahmens angeordnet. Der hintere Endabschnitt des Vorderrahmens ist durch ein Rahmenelement mit dem Türschweller und durch ein weiteres Rahmenelement mit dem vorderen Endabschnitt des Bodenrahmens verbunden.
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Die
US 6 364 401 B1 offenbart eine Verstärkungsstruktur für einen Frontsäulenabschnitt eines Kraftfahrzeuges, die zwischen einem unteren Ende des Frontsäulenabschnitts und einer Trennwand ein Verstärkungselement zur Verbesserung der Strukturfestigkeit des Frontsäulenabschnitts aufweist, um die Verformbarkeit des Frontsäulenabschnitts bei Front- und Seitenkollisionen zu verringern, um die Sicherheit der Fahrzeuginsassen zu erhöhen. Ein vorderer Abschnitt der Verstärkungsstruktur ist derart gebogen und gekoppelt, dass er eine geschlossene Querschnittsform mit einem Innensäulenpaneel, einem Säulenverstärkungspaneel, einem Außensäulenpaneel und einer Trennwand bildet, die einen Motorraum und einen Innenraum des Kraftfahrzeugs voneinander trennt. Das Innensäulenpaneel ist mit dem einen Ende eines ersten Verstärkungsträgers und die Trennwand mit dem einen Ende eines zweiten Verstärkungsträgers verbunden, wobei die anderen Enden des ersten und des zweiten Verstärkungsträgers derart gestaltet sind, dass eine geschlossene Querschnittsform zwischen dem Innensäulenpaneel gebildet wird. Die zwei Verstärkungsträger sind miteinander gekoppelt.
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Die
JP H10 - 45 034 A offenbart einen Flansch, der am äußeren Ende einer Trennwand ausgebildet ist, die sich entlang der Querrichtung des Automobils nach außen erstreckt, und mit dem seitlich geschlossenen Querschnitt einer vorderen Säule gekoppelt ist. Ein Flansch, der am fahrzeugoberseitigen Ende der Trennwand ausgebildet ist, das den oberen Teil der Trennwand bildet, ist mit dem oberen geschlossenen Querschnitt der Motorhaubenverstärkung verbunden. Ein Abschnitt nahe dem fahrzeugunterseitigen Ende der Trennwand, der den unteren Teil der Trennwand bildet, bildet zusammen mit einem Trennwandquerträger einen unteren geschlossenen Querschnitt, der sich in Querrichtung des Automobils erstreckt; das heißt, sowohl das rechte als auch das linke Ende und das obere und untere Ende der Trennwand sind mit dem seitlichen geschlossenen Querschnitt, dem oberen geschlossenen Querschnitt und dem unteren geschlossenen Querschnitt verbunden, um die Stützsteifigkeit dieser vier Seiten zu verbessern.
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Die
DE 698 29 719 T2 offenbart eine Konstruktion des vorderen Karosseriebereichs für ein Kraftfahrzeug und im spezielleren auf eine Rahmenkonstruktion für den Frontbereich einer Kraftfahrzeugkarosserie.
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Durch die vorliegende Erfindung wird eine kombinierte Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils bereitgestellt, die eine ausreichende Steifigkeit besitzt, während ein Fahrgastzellenraum erhalten bleibt.
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Eine erfindungsgemäße kombinierte Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils weist eine Stirnwand, ein Stirnblech bzw. eine Wand zum Armaturenbrett und eine vordere Säule auf. Die Stirnwand ist in einem vorderen Teil der Fahrgastzelle angeordnet und erstreckt sich in die Breitenrichtung des Fahrzeugs und bildet ein Radgehäuse, das an der linken und an der rechten Seite zur Innenseite einer Fahrgastzelle hin gewölbt ist. Die Stirnwand weist einen Wandflansch auf, der sich vom proximalen Ende beider Ränder bezüglich der Fahrzeugrichtung nach hinten erstreckt. Die vordere Säule wird durch ein Innenteil und ein Außenteil der vorderen Säule gebildet, die an einem Säulenflansch, an dem die beiden Säulenteile in der Breitenrichtung einander zugewandt sind, miteinander verbunden sind. Ein bezüglich der Fahrzeugrichtung vorne angeordneter Säulenflansch der vorderen Säule ist mit dem Wandflansch verbunden. Das vordere Ende des Säulenflanschs ist bezüglich der Fahrzeugrichtung weiter hinten angeordnet als das proximale Ende.
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Die erfindungsgemäße kombinierte Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils weist ferner ein Verstärkungselement auf, das an der Stirnwand und dem Innenteil der vorderen Säule angeordnet ist. In diesem Fall weist die kombinierte Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle ferner ein Seitenelement auf, das sich bezüglich der Fahrzeugrichtung nach vorne und hinten erstreckt und ein mit der Stirnwand verbundenes hinteres Ende aufweist, und das Verstärkungselement ist mit der Innenseite der Stirnwand verbunden, die von der Außenseite der Fahrgastzelle am Seitenelement befestigt worden ist. Das Innenteil der vorderen Säule weist eine innenseitige Wand und eine vordere Wand auf, die vom vorderen Ende der innenseitigen Wand bezüglich der Fahrzeugrichtung nach außen gebogen ist und mit der hinteren Wand des Verstärkungselements in Kontakt steht, wobei durch die innenseitige Wand und die vordere Wand eine Ecke gebildet wird. Außerdem weist die kombinierte Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils ein Querelement auf, das sich in die Breitenrichtung des Automobils erstreckt und mit der Vorderseite der Stirnwand verbunden ist, während das hintere Ende des Seitenelements mit dem Querelement verbunden ist. In diesem Fall wird der Wandflansch von der Innenseite der Fahrgastzelle mit dem Säulenflansch verbunden. In der kombinierten Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils wird hinsichtlich der Abdichtung der Fahrgastzelle der Wandflansch zwischen dem Säulenflansch des Innenteils der vorderen Säule und dem Säulenflansch des Außenteils der vorderen Säule eingesetzt und verbunden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kombinieren eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils weist die Schritte auf: Verbinden eines Wandflanschs, der sich bezüglich der Fahrzeugrichtung vom proximalen Ende beider Seitenränder einer Stirnwand nach hinten erstreckt, mit einem Säulenflansch, der sich bezüglich der Fahrzeugrichtung von einem Innenteil einer vorderen Säule nach vorne erstreckt, an einer Position, wo das vordere Ende des Säulenflanschs bezüglich der Fahrzeugrichtung weiter hinten angeordnet ist als das proximale Ende; Verbinden eines Verstärkungselements mit der Stirnwand und dem Innenteil der vorderen Säule; Verbinden beider Enden eines sich in die Breitenrichtung des Automobils erstreckenden Querelements mit dem hinteren Ende eines sich bezüglich der Fahrzeugrichtung nach vorne und hinten erstreckenden Seitenelements; Verbinden des Querelements und des Seitenelements, die miteinander verbunden worden sind, mit der Stirnwand; und Verbinden eines Säulenflanschs eines Innenteils der vorderen Säule und eines Säulenflanschs eines Außenteils der vorderen Säule.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kombinierten Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils betrachtet vom Inneren der Fahrgastzelle;
- 2 zeigt eine Querschnittansicht der kombinierten Struktur an einer Position, wo ein Verstärkungselement sich entlang einer Linie F2-F2 in 1 erstreckt; und
- 3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Teils F3 zum Darstellen einer Kombination aus einer vorderen Säule, einer Stirnwand und dem Verstärkungselement.
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Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kombinierten Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils unter Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Die Positionsbezeichnungen „vorne“, „hinten“, „links“ und „rechts“ beziehen sich auf die Fahrtrichtung F eines Automobils, und die Richtung zur Mitte des Automobils hin wird als Innenseite und die Richtung von der Mitte des Automobils weg als Außenseite betrachtet. 1 zeigt einen Zustand in der Nähe eines kombinierten Teils aus einer Stirnwand 1 und einer vorderen Säule 2 an der vorderen linken Seite eines Automobils betrachtet von der Innenseite einer Fahrgastzelle. Wie in 1 dargestellt ist, weist die kombinierte Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils eine Stirnwand 1, eine vordere Säule 2, ein Seitenelement 3, ein Querelement 4 und ein Verstärkungselement 5 auf.
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Die Stirnwand 1 ist in einem vorderen Teil einer Fahrgastzelle angeordnet und erstreckt sich in die Breitenrichtung eines Automobils. Das untere Ende der Stirnwand 1 erstreckt sich nach hinten zum Bodenblech der Fahrgastzelle. An der linken und rechten Seite der Stirnwand 1 ist ein Radgehäuse 11 ausgebildet, das zur Innenseite der Fahrgastzelle hin gewölbt ist, um zu vermeiden, daß es mit einem Vorderrad in Kontakt kommt. Die vordere Säule 2 ist an der linken und an der rechten Seite der Stirnwand 1 angeordnet und erstreckt sich gekrümmt entlang beiden Enden der Stirnwand 1. Die vordere Säule 2 weist ein der Fahrgastzelle zugewandtes Innenteil 21 und ein von der Fahrgastzelle abgewandtes Außenteil 22 auf. Das Innenteil 21 und das Außenteil 22 der vorderen Säule weisen Säulenflansche 23 bzw. 24 auf, die vom Außenumfang der vorderen Säule 2 hervorstehen, und durch Verbinden dieser Säulenflansche 23 und 24 wird die vordere Säule 2 gebildet.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist am linken und am rechten Seitenrand der Stirnwand 1 jeweils ein Wandflansch 12 ausgebildet, der sich von einem proximalen Ende 13 bezüglich der Fahrzeugrichtung nach hinten erstreckt. Die vordere Säule 2 und die Stirnwand 1 sind an einer Position verbunden, wo die vorderen Enden 25 und 26 der Säulenflansche 23 und 24 der vorderen Säule 2 hinter dem proximalen Ende 13 des Wandflanschs 12 der Stirnwand 1 angeordnet sind.
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Das Seitenelement 3 ist in der Breitenrichtung des Automobils weiter innen verbunden als die vordere Säule 2 und die Außenseite der Stirnwand 1. Das Seitenelement 3 erstreckt sich von der Stirnwand 1 nach vorne und von der Unterseite der Stirnwand 1 entlang des Bodenblechs nach hinten.
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Das Querelement 4 ist in der Breitenrichtung des Automobils angeordnet, wie in 2 dargestellt, und beide Enden 4a sind mit dem hinteren Ende 3a des linken und des rechten Seitenelements 3 verbunden. Das Querelement 4 ist mit der Stirnwand 1 verbunden und bildet einen geschlossenen Raum, d.h. einen sogenannten geschlossenen Querschnitt, der durch die Stirnwand 1 und das Querelement 4 geschlossen ist.
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Das Verstärkungselement 5 wird so verbunden, daß das Innenteil 21 der vorderen Säule 2 mit dem Teil 14 der Stirnwand 1 von der Innenseite der Fahrgastzelle verbunden wird, nachdem die Stirnwand 1 von der Außenseite der Fahrgastzelle am Seitenelement 3 befestigt worden ist. Das Verstärkungselement 5 bildet einen geschlossenen Querschnitt gegen den Radgehäuseabschnitt 11 der Stirnwand 1. Die hintere Wand 5a des Verstärkungselements 5 kommt mit einer Ecke 21c in Kontakt, die durch die vordere Wand 21a und die innenseitige Wand 21b des Innenteils 21 der vorderen Säule 2 gebildet wird.
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Nachstehend wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Verbinden der einzelnen Elemente erläutert. Zunächst werden die Stirnwand 1 und das Innenteil 21 der vorderen Säule verbunden. In diesem Fall müssen die Stirnwand 1 und das Innenteil 21 der vorderen Säule mindestens in einem Bereich miteinander verbunden werden, der durch das Verstärkungselement 5 abgedeckt wird. Nachdem das Innenteil 21 der vorderen Säule an der Stirnwand 1 befestigt ist, wird das Verstärkungselement 5 mit der Stirnwand 1 und dem Innenteil 21 der vorderen Säule verbunden. Die hinteren Enden 3a des linken und des rechten Seitenelements 3 werden mit beiden Enden 4a des Querelements 4 verbunden. Das Querelement 4 und das Seitenelement 3, die miteinander verbunden worden sind, werden mit der Stirnwand 1 verbunden, die mit dem Verstärkungselement 5 verbunden worden ist.
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Das Außenteil 22 der vorderen Säule wird mit dem Innenteil 21 der vorderen Säule und mit der Stirnwand 1 verbunden, die mit dem Verstärkungselement 5 verbunden worden ist. In diesem Fall kann das Außenteil 22 der vorderen Säule befestigt werden bevor oder nachdem das Querelement 4 und das Seitenelement 3 mit der Stirnwand 1 verbunden worden sind. Im Bereich, in dem das Verstärkungselement 5 befestigt ist, kann kein Punktschweißgerät eingeführt werden. Daher können das vordere Ende 26 des Flanschs 24 des Außenteils 22 der vorderen Säule und das vordere Ende des Flanschs 23 des Innenteils 21 der vorderen Säule durch MIG- oder TIG-Schweißen ähnlich wie bei einer Kantenverbindung verbunden werden. Das vorstehende Verbindungsverfahren dient lediglich als Beispiel, und es können andere Montageverfahren verwendet werden. Außerdem kann der Säulenflansch 23 des Innenteils 21 der vorderen Säule von der Innenseite des Wandflanschs 12 der Stirnwand 1 her verbunden werden und kann der Flansch 24 des Außenteils 22 der vorderen Säule von der Außenseite des Wandflanschs 12 der Stirnwand 1 her verbunden werden, so daß der Wandflansch 12 der Stirnwand 1 sandwichartig zwischen den Säulenflanschen 23 und 24 der vorderen Säule 2 angeordnet ist.
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In der vorstehend beschriebenen kombinierten Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils stehen der Wandflansch 12 und die Säulenflansche 23, 24 nicht zum Vorderrad im Radgehäuse 11 hin hervor. Dadurch besteht nicht die Gefahr, daß das Vorderrad durch einen Kontakt mit dem Wandflansch 12 und den Säulenflanschen 23, 24 beschädigt wird. Dadurch kann die vordere Säule 2 in der Nähe des Schwenkbereichs S des Vorderrades angeordnet werden.
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Der Wandflansch 12 ist bezüglich der Fahrzeugrichtung hinter dem proximalen Ende 13 an beiden Enden der Stirnwand 1 angeordnet, und die vordere Säule 2 und die Stirnwand 1 sind so verbunden, daß die vorderen Enden 25 und 26 der Säulenflansche 23 und 24 der vorderen Säule 2 weiter hinten angeordnet sind als das proximale Ende 13 des Wandflanschs 12 der Stirnwand 1. D.h., der Abstand von der Ecke 21c des Innenteils 21 der vorderen Säule zum proximalen Ende 13 des Wandflanschs 12 der Stirnwand 1 kann um eine Strecke vergrößert werden, die den Säulenflanschen 23, 24 der vorderen Säule 2 entspricht. D.h., es kann ein großer Abstand von der hinteren Wand 5a des Verstärkungselements 5 bis zum Radgehäuse 11 bereitgestellt werden, und der geschlossene Querschnitt zwischen dem Verstärkungselement 5 und dem Radgehäuse 11 kann groß gemacht werden. Dadurch kann die Steifigkeit und Stabilität des Verstärkungselements 5 erhöht werden. Außerdem kann die Belastung bei einem Aufprall vom Seitenelement 3 über das Verstärkungselement 5 zur vorderen Säule 2 übertragen werden.
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Weil die vordere Säule 2 näher zum Vorderrad hin angeordnet werden kann, kann der Querschnitt der vorderen Säule 2 vergrößert werden, ohne daß die vordere Säule 2 nach hinten versetzt wird. Dadurch kann die Steifigkeit und Stabilität der vorderen Säule 2 erhöht werden.
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Außerdem kann durch Montieren jedes Elements gemäß der vorstehenden Beschreibung in der kombinierten Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils jedes Element durch eine Anzahl von Schweißpunkten geschweißt werden, die ausreichend ist, um die Formfestigkeit jedes Teils zu gewährleisten, ohne daß in jedem Element ein Fenster oder eine Öffnung für ein Punktschweißgerät ausgebildet sein muß.
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In der erfindungsgemäßen kombinierten Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils steht der Flansch, der die vordere Säule und die Stirnwand verbindet, nicht zum Vorderrad hin hervor. Dadurch können die vordere Säule und die Stirnwand in der Nähe des Vorderrades angeordnet werden. Infolgedessen können der geschlossene Querschnitt der vorderen Säule und der durch das Verstärkungselement und die Stirnwand umschlossene Querschnitt vergrößert werden. Dadurch kann die Steifigkeit bzw. Stabilität erhöht werden, und die bei einem Aufprall auf die Seitenelemente ausgeübte Belastung kann effizient zur vorderen Säule übertragen werden. Außerdem kann, weil die Stirnwand und die vordere Säule an der Vorderseite verbunden werden können, der Fahrgastzellenraum verbreitert werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß eine kombinierte Struktur eines vorderen Teils einer Fahrgastzelle eines Automobils mit einer ausreichenden Steifigkeit bereitgestellt werden, während ein Fahrgastzellenraum erhalten bleibt.
