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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Fronthaube, einer von einem hinteren Rand der Fronthaube aus ansteigenden Frontscheibe und einem einen vorderen unteren Rand der Frontscheibe unterstützenden Querträger.
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Aus
DE 10 2009 058 285 A1 ist eine Kraftfahrzeugkarosserie dieses Typs bekannt, bei der ein auf seiner gesamten Länge rinnenförmig gekrümmter Querträger an seinem sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden vorderen Rand eine die Frontscheibe unterstützende Kontaktzone bildet und die seitlichen Enden sowie ein hinterer Rand des Querträgers an Strukturteilen der Karosserie abgestützt sind.
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Wenn dieses Fahrzeug im Verkehr einen Fußgänger berührt, dann stürzt dieser normalerweise schräg von oben auf die Haube, wobei er um eine Achse schwenkt, die sich ungefähr am vorderen Rand der Haube befindet. Bei einem normal großen, erwachsenen Fußgänger trifft in diesem Fall meist der Kopf auf die Frontscheibe, durchschlägt diese und verformt den darunterliegenden Querträger. In einem mittleren Bereich ist der Querträger einigermaßen leicht nachgiebig. Der Kopf ist daher in einer Anfangsphase des Kontakts, beim Durchschlagen der Frontscheibe einer relativ starken Verzögerung ausgesetzt; die im Vergleich dazu relativ leichte Verformbarkeit nach Durchschlagen der Frontscheibe erlaubt es, niedrige Werte des Head Injury Criterion (HIC) bei einem Aufprall in der Mitte der Frontscheibe zu erreichen.
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Wenn der Kopf jedoch nahe an den Enden des Querträgers auftrifft, dann führt deren Verankerung an den Strukturteilen der Karosserie zu einem deutlich höheren Verformungswiderstand und damit auch zu höheren HIC-Werten.
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Aus
EP 1 810 892 B1 ist eine andere Kraftfahrzeugkarosserie mit einem auf seiner gesamten Länge rinnenförmig gekrümmten Querträger bekannt geworden. Bei diesem herkömmlichen Kraftfahrzeug erstrecken sich eine obere Seitenwand der Rinne, an der die Frontscheibe anliegt, und eine an einem Strukturteil der Karosserie abgestützte unteren Seitenwand der Rinne im Wesentlichen übereinander, sodass eine offene Seite der Rinne der Fahrgastzelle zugewandt ist. Da die obere Seitenwand der Rinne nicht eigens an einem Strukturteil abgestützt ist, sind die seitlichen Enden dieser oberen Seitenwand unter dem Druck eines Aufschlags deutlich leichter verformbar als ein mittlerer Bereich. Daher besteht hier die Gefahr, dass die Verzögerungswirkung des Querträgers bei einem Aufprall auf einen seitlichen Randbereich der Frontscheibe unzureichend ist und obere und untere Seitenwand unter der Wucht eines Aufschlag gegeneinander stoßen. Wenn dies geschieht, treten extreme Verzögerungen auf, die wiederum unerwünscht hohe HIC-Werte zur Folge haben.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen, die eine übermäßige Abhängigkeit des HIC-Werts vom Ort des Aufpralls auf die Frontscheibe vermeidet und niedrige HIC-Werte über die gesamte Breite der Frontscheibe hinweg zu erzielen erlaubt.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Fronthaube, einer von einem hinteren Rand der Fronthaube aus ansteigenden Frontscheibe und einem langgestreckten Querträger, der in einem mittleren Bereich im Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung rinnenförmig gekrümmt ist und eine einen unteren Rand der Frontscheibe unterstützende Kontaktzone aufweist, und der an wenigstens einem seiner Längsenden unterstützt ist, der Querträger ferner einen Übergangsbereich zwischen dem unterstützten Längsende und dem mittleren Bereich aufweist, der im Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung schwächer gekrümmt ist als der mittlere Bereich.
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Dieser Übergangsbereich sollte die Frontscheibe vorzugsweise nicht selber unmittelbar unterstützen, um bei einem Aufprall ohne Wechselwirkung mit der Frontscheibe verformbar zu sein.
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Insbesondere kann der Übergangsbereich im Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung geradlinig sein und nach vorn durch eine der Frontscheibe zugewandte Kante des Querträgers begrenzt sein.
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Insbesondere wenn die hintere Kante des Querträgers an einem Strukturteil der Karosserie abgestützt ist, kann der Übergangsbereich nach hinten auch durch eine Biegezone begrenzt sein, denn eine durch eine solche Biegezone bewirkte Versteifung wirkt sich, da dieser Bereich bei einem Aufschlag im Allgemeinen nicht verformt wird, auf das Deformationsverhalten des Querträgers nicht oder zumindest nicht maßgeblich aus.
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Vorzugsweise ist der Übergangsbereich eben, d. h. er ist geradlinig nicht nur im Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung, sondern auch in einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schnittebene.
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Um eine befriedigende Wirkung zu erzielen, sollte der Übergangsbereich in Fahrzeugquerrichtung vorzugsweise eine Ausdehnung von mehreren Zentimetern haben.
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An dem Längsende kann der Querträger einen abgewinkelten Befestigungsflansch zur Befestigung an einem Strukturteil der Karosserie aufweisen.
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Als Strukturteil, welches das Längsende des Querträgers unterstützt, kommt insbesondere eine A-Säule in Betracht.
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Um die Kontaktzone zwischen der Frontscheibe und dem Querträger möglichst lang machen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn der Übergangsbereich sich in Fahrzeugquerrichtung über einen seitlichen Rand der Frontscheibe hinaus erstreckt.
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Es kann aber auch die Kontaktzone einen seitlichen Randbereich der Frontscheibe aussparen, so dass hinter diesem Randbereich der Frontscheibe wenigstens ein Teil des Übergangsbereichs des Querträgers Platz finden kann. in diesen Randbereich kann die Frontscheibe zweckmäßigerweise von einer von der A-Säule aus vorspringenden Lasche unterstützt sein.
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Diese Lasche greift zweckmäßigerweise in einen Zwischenraum zwischen dem Übergangsbereich des Querträgers und dem Randbereich der Frontscheibe ein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß der vorliegende Erfindung und eines den Aufschlag des Kopfes eines Fußgängers auf die Karosserie simulierenden Impaktors;
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2 eine Draufsicht auf den Querträger der Kraftfahrzeugkarosserie aus 1;
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3 einen schematischen Querschnitt durch die in 1 gezeigten Karosserieteile und deren Unterbau entlang der in 2 mit III-III bezeichneten, sich in Längsrichtung der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckenden Schnittebene;
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4 einen zu 3 analogen Querschnitt entlang der Schnittebene IV-IV aus 2;
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5 eine partielle Vorderansicht des Querträgers und von ihn unterstützenden Karosserieteilen; und
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6 den Querträger und die ihn unterstützenden Karosserieteile, gesehen von einem Blickpunkt im Motorraum aus.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Kraftfahrzeugkarosserie, an der die vorliegende Erfindung implementiert ist. Zu sehen ist der hintere Bereich einer Fronthaube 1 sowie eine daran anschließende, beim fertigen Fahrzeug eine Frontscheibe aufnehmende Fensteröffnung, flankiert von A-Säulen 2. Eine sich beim fertigen Fahrzeug unter der Frontscheibe erstreckende Armaturenbrettverkleidung ist in 1 weggelassen, um darunter liegende Einbauten 3 des Armaturenbretts sowie einen Querträger 4 zeigen zu können, die beim fertigen Fahrzeug unter der Armaturenbrettverkleidung verborgen sind. Die Gestalt des Querträgers 4 ist plattenartig in dem Sinne, dass sie durch dreidimensionale Verformung eines Zuschnitts aus Flachmaterial, insbesondere durch Umformen von Stahlblech, formbar ist. Denkbar ist auch, Zuschnitte aus Fasermaterial auf eine Matrize aufzulegen und unter Hitzeeinwirkung miteinander zu verpressen, um den Querträger 4 aus faserverstärkten Kunststoff zu fertigen.
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Ein hinterer Flansch 5 des Querträgers 4 stützt sich auf der Oberkante einer in der Figur nicht sichtbaren Trennwand ab, die sich zwischen Fahrgastzelle und Motorraum erstreckt. Der Flansch 5 ist hier horizontal orientiert und eben. Ein nach vorn abschüssiger vorderer Flansch 6 des Querträgers 4 bildet eine Kontaktzone, die einen vorderen unteren Rand der in der Fensteröffnung anzubringenden Frontscheibe unterstützt. Entsprechend der Wölbung dieser Frontscheibe ist der vordere Flansch 6 in einer sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Schnittebene gekrümmt. Die unterschiedlichen Formen und Orientierungen der Flansche 5, 6 bringen es mit sich, dass ein sie einteilig verbindendes, geschlossenwandiges Mittelstück 14 im Schnitt in einer in Fahrzeuglängsrichtung orientierten Schnittebene rinnenförmig mit nach oben gekehrter konvexer Seite ist, wobei eine Scheitellinie der Rinnenform, in 2 mit 8 bezeichnet, der Krümmung von Frontscheibe und Flansch 6 folgt.
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3 zeigt den Querträger 4 und dessen Umgebung in einem schematischen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung, entlang der Ebene III-III aus 2. Zu sehen ist ein hinterer Bereich der Fronthaube 1 sowie jeweils ein Teil der hier mit 9 bezeichneten Frontscheibe sowie der Trennwand zwischen Motorraum 11 und Fahrgastzelle 12, mit 10 bezeichnet. An einer Oberkante der Trennwand 10 ist eine horizontale Auflagefläche gebildet, auf der der Flansch 5 großflächig anliegend abgestützt und befestigt ist, z. B. mit Hilfe von Schweißpunkten oder sonstigen geeigneten Verbindungs- oder Fügetechniken. Eine stark gekrümmte oder geknickte Biegezone 13 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung zwischen dem Flansch 5 und dem Mittelstück 14.
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Die Krümmung des die Flansche 5, 6 verbindenden Mittelstücks 14 des Querträgers 4 ist an der mittig durch den Querträger 4 verlaufenden Schnittebene III-III maximal und nimmt von dort in seitlicher Richtung kontinuierlich ab, bis sie schließlich, in etwa in Höhe der Enden 19 des Flansches 6, verschwindet, und ebene Übergangsbereiche 15 sich, wie in 2 gezeigt, in Verlängerung des Mittelstücks 14 seitwärts erstrecken. Die strichpunktierten Linien, die in 2 Grenzen zwischen dem Mittelstück 14 und den Übergangsbereichen markieren, dienen lediglich der Orientierung des Betrachters; in der Praxis ist nicht notwendigerweise eine scharfe Grenze zwischen beiden sichtbar. Die Übergangsbereiche 15 enden jeweils an im Wesentlichen vertikal abgewinkelten Befestigungsflanschen 16.
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4 zeigt einen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung durch einen der Übergangsbereiche 15, wobei der Querschnittsverlauf des Mittelstücks 14 in der Ebene III-III zum Vergleich als punktierter Umriss eingezeichnet ist. Eine vordere Kante 17 des Übergangsbereichs 15 ist von der Frontscheibe 9 durch einen Spalt 18 getrennt. Auch eine Hinterkante 20 des Übergangsbereichs 15 reicht hier nicht bis zu der Trennwand 10. Der Winkel, mit dem der Übergangsbereich 15 nach vorn ansteigt, bietet eine weitere Möglichkeit, abhängig von der Steifigkeit und dem Deformationsverhalten der umgebenen Strukturen sowie der Scheibenlage den HIC zu optimieren.
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Wenn der Impaktor 7 benachbart zu einem der Enden 19 des Flansches 6 auf die Frontscheibe 9 trifft, wird dadurch der Flansch 6 nach unten verdrängt, und das Mittelstück 14 schwenkt, eventuell begleitet von einer Stauchung, zumindest in der Umgebung des Auftreffpunktes um eine entlang der Biegezone 13 verlaufende Achse. Indem der Befestigungsflansch 16 an der benachbarten A-Säule 2 befestigt ist, kann der Übergangsbereich 15 dieser Bewegung nur eingeschränkt folgen und unterliegt einer Schraubenverformung. Dadurch ist der Verformungswiderstand des Querträgers 4 bei einem Aufschlag des Impaktors 7 an einem der Enden 19 des Flansches 6 ähnlich hoch wie bei einem Aufschlag in der Mitte des Flansches 6.
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Bei dem in 2 gezeigten Querträger 4 endet der hintere Flansch 5 wie der vordere Flansch 6 in Höhe eines Übergangs vom gekrümmten Mittelstücks 14 zu dem ebenen Übergangsbereich. Da sich allerdings der Verlauf der hinteren Kante 20 des Übergangsbereichs 15 durch die Schraubenverformung bei einem Aufschlag kaum ändert, kann der hintere Flansch 5 auch, wie in 2 als punktierter Umriss dargestellt, bis in den Übergangsbereich 15 hinein verlängert sein, wenn sich dies zur Vereinheitlichung des Verformungswiderstandes entlang des Querträgers 4 als zweckmäßig erweist. In diesem Fall ist der Querträger entlang der Schnittebene IV-IV nicht auf seinem gesamten Querschnitt geradlinig, wie in 4 dargestellt, sondern nur der bei einem Aufschlag allein von Verformung betroffene Übergangsbereich ist geradlinig.
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Da der Flansch 6 die Unterkante der Frontscheibe 9 nicht auf deren gesamter Breite unterstützt, kann die Frontscheibe 9 insbesondere in ihren vor den Übergangsbereichen 15 liegenden seitlichen Randbereichen relativ empfindlich sein, wenn keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden. Um die Frontscheibe 9 bis zu ihren seitlichen Rändern hin zu stabilisieren, sind daher an den A-Säulen 2 jeweils in die Fensteröffnung hinein vorspringende Laschen 21 vorgesehen, die an Stelle des Flansches 6 die Frontscheibe 9 in Höhe der Übergangsbereiche 15 unterstützen.
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Eine solche Lasche 21 ist insbesondere in 5 gut zu erkennen, die eine partielle Ansicht des Querträgers 4, einer A-Säule 2 und eines die A-Säule nach unten verlängernden Kotflügelelements 22 zeigt. Der Flansch 6 endet in einem Abstand von mehreren Zentimetern von der A-Säule 2, und die von der A-Säule 2 aus vorspringende Lasche 21 füllt die so gebildete Lücke weitgehend aus. Der Übergangsbereich ragt seitwärts über den Rand der Fensteröffnung hinaus, so dass ein Teil des Übergangsbereichs 15 und der Befestigungsflansch 16 hinter einer dem Betrachter zugewandten vorderen Wand des Kotflügelelements 22 verborgen sind.
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6 zeigt dieselben Komponenten wie 5 in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten, gesehen aus dem Motorraum heraus. Deutlich zu erkennen ist die langgestreckte Rinnenform des Mittelstücks 14, die zu dem ebenen Übergangsbereich 15 hin abnimmt, sowie der an einer Wand der A-Säule 2 anliegende Befestigungsflansch 16.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fronthaube
- 2
- A-Säule
- 3
- Einbauten
- 4
- Querträger
- 5
- Flansch
- 6
- Flansch
- 7
- Impaktor
- 8
- Scheitellinie
- 9
- Frontscheibe
- 10
- Trennwand
- 11
- Motorraum
- 12
- Fahrgastzelle
- 13
- Biegezone
- 14
- Mittelstück
- 15
- Übergangsbereich
- 16
- Befestigungsflansch
- 17
- vorderer Kante
- 18
- Spalt
- 19
- Ende von Flansch 6
- 20
- hintere Kante
- 21
- Lasche
- 22
- Kotflügelelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009058285 A1 [0002]
- EP 1810892 B1 [0005]
