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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Frontpartie eines Kraftfahrzeugs.
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Die Gestaltung der Frontpartien von Kraftfahrzeugen im Hinblick auf den Fußgängerschutz unterliegt sich ständig verschärfenden Anforderungen, etwa durch Euro NCAP. Um die Konformität einer Kraftfahrzeugkarosserie mit diesen Anforderungen zu überprüfen, wird der Aufprall eines Fußgängers simuliert, indem die Frontpartie des Kraftfahrzeugs mit einem Impaktor, der ein Körperteil eines Fußgängers nachbildet, mit vorgegebener Geschwindigkeit und unter vorgegebenem Winkel beschossen wird und die dabei an dem Impaktor auftretenden Kräfte gemessen werden. Auch die Impaktoren werden kontinuierlich weiterentwickelt, um eine möglichst gute Übereinstimmung der an ihnen gemessenen Kräfte mit den bei einem tatsächlichen Unfall auf den Körper des Fußgängers einwirkenden Kräften zu erreichen und so eine Optimierung der Frontpartie in Richtung auf minimale Verletzungsgefahr zu ermöglichen. Kürzlich wurde unter der Bezeichnung FlexPLI ein neuer Typ von Unterschenkelimpaktor eingeführt, der voraussichtlich ab 2014 von Euro NCAP verwendet werden wird. Dieser Impaktor bildet den Aufbau des menschlichen Knies mit den diversen darin vorhandenen Bändern detailliert nach und ermöglicht jeweils auf die einzelnen Bänder bezogene Messungen der bei einem Zusammenstoß auftretenden Kräfte.
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Messungen mit diesem Impaktor zeigen, dass herkömmliche Frontpartien zwar in der Mitte durchaus in der Lage sind, die gesetzlichen Anforderungen im Hinblick auf die Belastungen des Knies bei einem Zusammenstoß zu erfüllen, dass dies aber in den seitlichen Bereichen (speziell im Scheinwerferbereich) der Frontpartie im Allgemeinen weniger gut gelingt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Frontpartie für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der die Abhängigkeit der Kniebelastung vom Auftreffpunkt auf die Karosserie verringert ist.
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Die Aufgabe wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung gelöst, indem bei einer Frontpartie für ein Kraftfahrzeug mit einer Stoßfängerverkleidung und wenigstens einem ersten zwischen der Stoßfängerverkleidung und einem Träger angeordneten, stauchbaren Schaumstoffkörper die Steifigkeit des Schaumstoffkörpers in einem schräg zur Fahrzeuglängsrichtung orientierten Bereich höher ist als in einem zur Fahrzeuglängsrichtung senkrechten Bereich der Frontpartie.
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Fahrzeugkarosserien haben in der Draufsicht im Allgemeinen eine gepfeilte Form, d. h. ein zur Fahrzeuglängsrichtung senkrechter mittiger Bereich der Frontpartie ist beiderseits von schräg orientierten, seitwärts entgegensetzt der Fahrtrichtung zurückweichenden Bereichen umgeben. Bei einem Aufprall auf einen solchen schräg orientierten Bereich dringt der Impaktor nicht nur senkrecht zur Oberfläche in die Stoßfängerverkleidung ein, sondern es treten auch parallel zur Oberfläche der Stoßfängerverkleidung nach außen gerichtete Kräfte auf, so dass der Impaktor dazu neigt, seitwärts abzugleiten. Dies beeinträchtigt die Verzögerungswirkung des Schaumstoffkörpers, d. h. wenn dieser in einem schräg zur Fahrzeuglängsrichtung orientierten Bereich getroffen wird, so dass die Aufprallrichtung nicht auf der Oberfläche der Stoßfängerverkleidung senkrecht steht, dann „fühlt er sich weicher an” als wenn der Impaktor senkrecht zur Oberfläche auftrifft. Wenn die Steifigkeit des Schaumstoffkörpers für ein senkrechtes Auftreffen im mittigen Bereich passend eingestellt ist, dann ist sie bei schrägem Auftreffen zu gering, und dies kann ausgeglichen werden, indem der Schaumstoffkörper in Bereichen, auf die der Impaktor schräg auftrifft, steifer gemacht wird.
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Um ein den Vorschriften genügendes Aufprallverhalten über die gesamte Breite des Trägers hinweg zu erzielen, ist es wünschenswert, dass der Schaumstoffträger sich durchgehend über die Breite des Trägers erstreckt.
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Um die Steifigkeit des Schaumstoffkörpers in Breitenrichtung zu variieren, kommen verschiedene Möglichkeiten in Betracht. So kann insbesondere die in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs gemessene Dicke des Schaumstoffkörpers in den zur Fahrzeuglängsrichtung senkrechten Bereich größer sein als in den schräg orientierten Bereichen.
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Alternativ oder kumulativ kann die Höhe des Schaumstoffkörpers in den schräg orientierten Bereichen größer sein als in dem senkrechten Bereich.
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Eine weitere Möglichkeit ist, die Dichte des Schaumstoffkörpers in den schräg orientierten Bereichen größer zu wählen als in dem senkrechten Bereich.
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Entsprechend einer gleichmäßigen Krümmung der Frontpartie, d. h. einem zur Seite hin kontinuierlich zunehmenden Winkel zwischen Fahrzeuglängsrichtung und Oberflächennormaler, ist es zweckmäßig, wenn die Steifigkeit des Schaumstoffkörpers über dessen Breite hinweg kontinuierlich veränderlich ist.
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Der Schaumstoffkörper sollte elastisch verformbar sein, um den Impaktor nicht nur zu verzögern, sondern anschließend entgegen der Fahrtrichtung von der Frontpartie wieder fortschleudern zu können. Dies erleichtert bei einem realen Fußgängerunfall eine Drehung des Beines, die notwendig ist, damit der Rumpf des Fußgängers von oben auf die Haube des Fahrzeugs aufschlagen kann, ohne dass dabei übermäßig hohe Biegekräfte auf das Kniegelenk einwirken, und trägt so ebenfalls zu einer Reduzierung der Beanspruchung beim Aufprall bei.
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Der erste und ein zweiter Schaumstoffkörper können zweckmäßigerweise übereinander angeordnet sein, um den Impaktor bzw. das Bein des Fußgängers über dessen Höhe verteilt auffangen zu können.
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Um dabei die oben genannte Drehung des Beins herbeizuführen, ist es hilfreich, wenn der zweite Schaumstoffkörper tiefer angeordnet ist als der erste und in Fahrzeuglängsrichtung weiter nach vorn vorspringt als dieser.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Kraftfahrzeug-Frontpartie und eines Impaktors;
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2 einen schematischen Horizontalschnitt durch die Frontpartie und den Impaktor kurz vor einem Aufschlag;
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3 eine Vorderansicht eines Schaumstoffkörpers;
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4, 5 den während eines Aufschlags in die Frontpartie eindringenden Impaktor in einem Horizontalschnitt;
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6 einen schematischen Querschnitt durch die Frontpartie vor dem Aufschlag; und
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7, 8 zu 6 analoge Querschnitte während des Aufschlags.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Frontpartie und eines zum Testen des Deformationsverhaltens der Frontpartie verwendeten Beinimpaktors 1. Die Frontpartie umfasst eine Stoßfängerverkleidung 2 aus Kunststoff, die sich einteilig über die gesamte Breite des Fahrzeugs von einem vorderen Radkasten 3 zum gegenüberliegenden, in der Figur nicht sichtbaren erstreckt. Die Stoßfängerverkleidung 2 umfasst wenigstens einen zwischen oberem Kühlergrill 4 und unterem Kühlergrill 5 horizontal durchgehenden Gurt 6; im hier gezeigten Fall erstreckt sich die Stoßfängerverkleidung 2 um den unteren Kühlergrill 5 herum und bildet unterhalb von diesem einen horizontal durchgehenden unteren Gurt 7, und nach oben reicht sie über den oberen Kühlergrill 4 hinaus bis zur Vorderkante einer Motorhaube 8.
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Im Innern der Karosserie ist ein oberer Stoßfängerquerträger 9 verborgen, im Allgemeinen ein Hohlprofil aus Metall, das sich, wie in 2 gezeigt, bogenförmig zwischen dem Gurt 6 und einem Kühleraggregat 10 erstreckt und die Stoßfängerverkleidung 2 gegen Druck von vorn über einen sich zwischen dem oberen Stoßfängerquerträger 9 und dem Gurt 6 erstreckenden Schaumstoffkörper 11 abstützt. 2 zeigt beiderseits einer als strichpunktierte Linie dargestellten Mittelebene des Fahrzeugs zwei verschiedene Varianten des Schaumstoffkörpers 11. Auf der linken Seite der Mittelebene ist eine Ausgestaltung des Schaumstoffkörpers 11 gezeigt, dessen Abmessung senkrecht zur Oberfläche der Stoßfängerverkleidung 2 im Wesentlichen über die gesamte Breite des Stoßfängerquerträgers 9 hinweg konstant ist. Die Dichte des Schaumstoffkörpers nimmt jedoch von der Mitte in seitlicher Richtung kontinuierlich zu, so dass die Stoßfängerverkleidung 2 in einem seitlichen Bereich 12, in der Nähe des Beinimpaktors 1, durch den Schaumstoffkörper 11 deutlich steifer abgestützt ist als in einem zur Mittelebene benachbarten Bereich 13. Eine solche Modulation der Dichte über die Breite des Schaumstoffkörpers 11 hinweg ist z. B. realisierbar, indem während des Expandierens des Schaumstoffkörpers 11 dieser einem Temperaturgradienten ausgesetzt ist.
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Der zweiten, rechts von der Mittelebene dargestellten Ausgestaltung zufolge kann die Dichte des Schaumstoffkörpers 11 über dessen Breite hinweg homogen sein, indem jedoch die in Fahrzeuglängsrichtung gemessene Dicke des Schaumstoffkörpers 11 im seitlichen Bereich 12 deutlich geringer ist als im mittleren Bereich 13, wird auch hier eine steifere Abstützung der Stoßfängerverkleidung 2 im seitlichen Bereich 12 erreicht.
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Eine ähnliche Modulation der Steifigkeit über die Breite des Schaumstoffkörpers hinweg ist auch mit einem Schaumstoffkörper 11, wie in 3 in Vorderansicht gezeigt, erreichbar. Bei diesem Schaumstoffkörper 11 ist die Höhe in den seitlichen Bereichen 12 größer als im mittleren Bereich 13, und dementsprechend ist bei gleicher Eindringtiefe des Impaktors 1 in die Stoßfängerverkleidung 2 das zu stauchende Volumen des Schaumstoffkörpers 11 bei einem Aufschlag im seitlichen Bereich 12 größer als im mittleren Bereich 13.
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Während wie in 2 gezeigt im mittleren Bereich 13 eine Oberflächennormale 14 der Stoßfängerverkleidung 2 parallel zur Mittelebene ausgerichtet ist, weicht in den seitlichen Bereichen 12 die Richtung der Oberflächennormalen 15 deutlich von der Fahrzeuglängsrichtung ab. Wenn der Beinimpaktor 1 parallel zur Fahrzeuglängsrichtung auf einen der seitlichen Bereiche 12 geschossen wird, wie in 4 dargestellt, dann hat seine Geschwindigkeit v eine zur Oberflächennormalen 15 parallele Komponente vp und eine dazu senkrechte Komponente vs. Die Geschwindigkeitskomponente vs bewirkt, dass der Beinimpaktor 1, während er die Stoßfängerverkleidung 2 eindrückt und dabei den dahinterliegenden Schaumstoffkörper 11 staucht und dabei verzögert wird, in seitliche Richtung abdriftet. Da der Impaktor 1 sich dabei in den Schaumstoffkörper 11 hineindrückt, wirkt auf seiner von der Mitte abgewandten Seite eine starke Verzögerung auf ihn. Gleichzeitig führt die Seitwärtsdrift dazu, dass auf der der Mitte zugewandten Seite des Impaktors der Druck auf die Stoßfängerverkleidung schon wieder nachlässt, doch kann diese, bedingt durch Massenträgheit, die beim Eindringen des Impaktors 1 vom Schaumstoffkörper 11 aufgenommene Energie nicht vollständig an den Impaktor 1 zurückgeben. Dies führt zu einer stark inelastischen Bremsung der Geschwindigkeitskomponente vs. Nachdem der Impaktor 1 zur Ruhe gekommen ist, und die Stoßfängerverkleidung 2 und der Schaumstoffkörper 11 in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, üben sie, wie in 5 dargestellt, auf den Impaktor 1 eine Beschleunigung im Wesentlichen in Richtung der Oberflächennormalen aus. Der Winkel, unter dem der Beinimpaktor 1 von der Oberfläche wieder abprallt, liegt daher nahe an der Oberflächennormalen 15, d. h. der Beinimpaktor 1 wird weniger stark zur Seite weggeschleudert als ohne die selektive Abbremsung der Geschwindigkeitskomponente vs zu erwarten gewesen wäre.
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6, 7 und 8 zeigen den Ablauf des Zusammenstoßes mit dem Beinimpaktor 1 in mehreren Schritten. Gemäß dieser in diesen Figuren dargestellten Ausgestaltung der Frontpartie gibt es zwei Schaumstoffkörper mit jeweils von der Mitte zur Seite hin zunehmender Steifigkeit, zum einen den bereits beschriebenen Schaumstoffkörper 11 am oberen Stoßfängerquerträger 9, zum anderen einen Schaumstoffkörper 16, über den ein unterer Querträger 17 den unteren Gurt 7 der Stoßfängerverkleidung 2 abstützt. Indem der untere Schaumstoffkörper 16 in Fahrzeuglängsrichtung weiter vorspringt als der obere Schaumstoffkörper 11, kommt er als erster mit dem Impaktor 1 in Kontakt und übt, indem er ihn unterhalb seines Schwerpunkts verzögert, ein Drehmoment auf ihn aus.
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6 zeigt die Frontpartie mit den Schaumstoffkörpern 11, 16 unmittelbar vor dem Aufschlag des Impaktors 1. Man erkennt hier, dass der obere Schaumstoffkörper 11 vor einer frontseitigen Vertiefung 18 des oberen Stoßfängerquerträgers 9 angeordnet ist, so dass er unter dem Druck des Impaktors 1 in die Vertiefung 18 hineinschwenken kann. Wenn sich die Vertiefung 18 nur über einen Teil der Breite des Stoßfängerquerträgers 9 erstreckt, ist durch sie ebenfalls eine Modulation der Nachgiebigkeit des Schaumstoffkörpers 11 über die Breite des Stoßfängerquerträgers 9 hinweg erreichbar.
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In 7 ist der obere Stoßfängerquerträger 9 stark gestaucht und in die Vertiefung 18 hineingeklappt, während der untere Schaumstoffkörper 18 das Maximum seiner Stauchung schon überwunden hat und dabei ist, sich wieder nach vorn auszudehnen und den Impaktor 1 nach vorn zu schleudern. In 9 ist diese Entwicklung bereits soweit fortgeschritten, dass der Impaktor 1 sich vom unteren Gurt 7 der Stoßfängerverkleidung 2 gelöst hat. Auch der obere Schaumstoffkörper 11 ist nun dabei, elastisch in seine Ausgangslage zurückzukehren. Der Beinimpaktor 1 befindet sich mitten in einer Drehbewegung, an deren Ende sich sein Unterschenkel vollständig von der Frontpartie gelöst haben wird und der Oberschenkel auf der Motorhaube 8 aufliegt.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beinimpaktor
- 2
- Stoßfängerverkleidung
- 3
- Radkasten
- 4
- oberer Kühlergrill
- 5
- unterer Kühlergrill
- 6
- Gurt
- 7
- Gurt
- 8
- Motorhaube
- 9
- oberer Stoßfängerquerträger
- 10
- Kühleraggregat
- 11
- Schaumstoffkörper
- 12
- seitlicher Bereich
- 13
- mittlerer Bereich
- 14
- Oberflächennormale
- 15
- Oberflächennormale
- 16
- Schaumstoffträger
- 17
- unterer Querträger
- 18
- Vertiefung
