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Die Erfindung betrifft eine Karosserie-Vorbaustruktur für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei einer Fahrzeugfrontalkollision mit nur geringfügiger seitlicher Überdeckung besteht die Problematik, dass die Kollisionskräfte nicht unmittelbar in den frontseitigen Stoßfänger-Querträger und weiter in die Karosserie-Längsträger eingeleitet werden. Vielmehr erfolgt bei dieser speziellen Unfallkonstellation die Krafteinleitung vorbei am Stoßfänger-Querträger über den seitlichen Karosserie-Oberbau, das heißt über die oberen Radhaus-Längsträger, bis in den jeweiligen oberen A-Säulenknoten. Parallel dazu erfolgt die Krafteinleitung über das crashzugewandte Fahrzeugrad (das heißt dessen Felge) in die dahinter liegende, den Fahrzeuginnenraum begrenzende Stirnwand.
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Aus der
DE 199 26 352 A1 ist eine Karosserie-Vorbaustruktur für ein Fahrzeug bekannt. Die Karosserie-Vorbaustruktur weist beidseitig angeordnete A-Säulen auf. Von deren jeweiligem oberen A-Säulenknoten ragt ein oberer Radhaus-Längsträger nach vorne ab. Vom jeweiligen unteren A-Säulenknoten ragt ein Karosserie-Längsträger nach vorne ab, der frontseitig an einem Stoßfänger-Querträger abschließt. In einer Ansicht von oben ist der Karosserie-Längsträger in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet um einen Querversatz nach innen versetzt, und zwar mit Bezug auf den seitlich äußeren, oberen Radhaus-Längsträger.
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Bei der oben angegebenen Unfallkonstellation ergibt sich aufgrund der geringfügigen Überdeckung der folgende Crash-Ablauf: So gleitet die mit dem Fahrzeug kollidierende Barriere im Crashverlauf zunächst entlang des Karosserie-Längsträgers und schiebt diesen leicht nach innen. Beim Auftreffen der Barriere auf das Radhaus kommt es in der Regel aufgrund der geringen Verbindungssteifigkeit zwischen den Blechteilen (geringe Fügetechnik) sowie der geringen Materialstärke zu einem unmittelbaren Abreißen der Fügungen bzw. zu einem Durchreißen des Radhauses, bei dem der obere Radhaus-Längsträger und der Karosserie-Längsträger in der Fahrzeugquerrichtung voneinander separiert werden.
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Aus der
US 7 147 275 B2 ist eine gattungsgemäße Karosserie-Vorbaustruktur bekannt. Aus der
DE 2 258 290 A ist eine Anordnung von bei Aufprallunfällen auf Druck beanspruchten Hohlbauteilen in Fahrzeugen bekannt. Aus der
DE 603 17 743 T2 ist ein Vorderbau eines Fahrzeugs bekannt. Aus der
US 2005/0127717 A1 , aus der
JP 2003 -
019 978 A , aus der
US 5 024 482 und aus der
US 5 244 248 A sind weitere Karosserie-Vorbaustrukturen bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosserie-Vorbaustruktur bereitzustellen, die bei geringem fertigungstechnischen Mehraufwand bei einer Frontalkollision mit nur geringfügiger seitlicher Überdeckung einen gesteigerten Abbau von Kollisionskräften gewährleistet.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei der oben angegebenen Unfallkonstellation sich der obere Radhaus-Längsträger und der Karosserie-Längsträger in der Fahrzeugquerrichtung voneinander separieren, wodurch der Verbund zwischen der oberen und unteren Längsträgerebene aufgelöst ist und dieser nur im reduzierten Umfang Crashenergie abbauen kann. Vor diesem Hintergrund sind der obere Radhaus-Längsträger und der Karosserie-Längsträger mit einem Zugelement verbunden, das bei einer Frontalkollision mit geringer seitlicher Überdeckung ein Auseinanderreißen bzw. ein Separieren des oberen Radhaus-Längsträgers vom Karosserie-Längsträger in der Fahrzeugquerrichtung verhindert. Mit Hilfe des Zugelementes kann daher der Verbund zwischen der oberen und unteren Längsträgerebene aufrecht erhalten werden. Dadurch kann wesentlich mehr Crashenergie im Vorderwagen dissipiert werden. In der Folge muss weniger Crashenergie an der, für das Verletzungskriterium kritischeren Fahrgastzelle abgebaut werden.
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Zudem führt der stärkere Verbund zwischen der oberen und unteren Längsträgerebene zu folgendem weiteren Vorteil: So kann durch den stärkeren Verbund zwischen oberer und unterer Längsträgerebene das Fahrzeug beim Crashverlauf einen höheren Querversatz erfahren. Dadurch kann die Barriere im günstigsten Fall an der A-Säule abgleiten und wird ein Verhaken des Fahrzeuges vor der Barriere minimiert.
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Während die Barriere entlang des unteren Karosserie-Längsträgers gleitet, wird der obere Radhaus-Längsträger unter Abbau von Crashenergie bis maximal auf ein Blockmaß zusammengedrückt. Dadurch wird - aufgrund des stärkeren Längsträger-Verbunds - der untere Karosserie-Längsträger in einer Schwenkbewegung nach oben gezogen, wodurch zusätzliche Crashenergie abgebaut wird. Eine Verblockung des oberen Radhaus-Längsträgers vor der A-Säule (und damit verbundene erhöhte Intrusionswerte) wird durch ein „Eindrehen“ des Radhaus-Längsträgers aufgrund des bestehenden Trägerverbundes im günstigen Fall vermieden.
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Das Zugelement ist randseitig an einer ersten Fügestelle am unteren Karosserie-Längsträger und an einer zweiten Fügestelle am oberen Radhaus-Längsträger angebunden. Das Zugelement ist als ein durchgängiges, materialeinheitliches Blechteil ausgeführt, das heißt es erstreckt sich durchgängig zwischen den Anbindungsstellen ohne Schweißverbindungen oder sonstige Verbindungsstellen.
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Der Karosserie-Längsträger ist in an sich bekannter Weise als ein geschlossenes Hohlprofilteil ausgeführt. Bevorzugt kann der Karosserie-Längsträger zweiteilig aus einem U-Profilteil, das in der Fahrzeugquerrichtung nach außen offen ist, und einem äußeren Deckprofilteil bestehen, das das offene U-Profil schließt. Das Deckprofilteil kann in Schweißverbindung mit seitlich von den U-Schenkeln des inneren U-Profilteiles abragenden Verbindungsflanschen in Schweißverbindung sein. Bevorzugt ist das Zugelement nicht unmittelbar mit dem Deckprofilteil verschweißt, sondern vielmehr unabhängig davon direkt am U-Profilteil des Karosserie-Längsträgers angebunden.
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Zwischen den beiden A-Säulen der Vorbaustruktur erstreckt sich eine Querbaugruppe, die aus einem, an den oberen A-Säulenknoten angebundenen Modulquerträger, einer in etwa hochkant aufgestellten Stirnwand und einem, dem Modulquerträger vorgelagerten Wasserkasten aufgebaut ist. Der Wasserkasten geht seitlich jeweils in einen nach vorne abragenden Federbeindom über. Dieser ist am oberen Radhaus-Längsträger angebunden, wodurch der Inneneckbereich zwischen dem querverlaufenden Wasserkasten und dem oberen Radhaus-Längsträger versteift ist. Bevorzugt kann zur Steigerung des Verbundes zwischen der oberen und unteren Längsträgerebene ein Druckelement vorgesehen sein, das den Federbeindom mit dem darunter liegenden Karosserie-Längsträger kraftübertragend verbindet.
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Das Zugelement ist ein das Radhaus begrenzendes Radhaus-Blechteil. Das Radhaus-Blechteil und das oben erwähnte Druckelement können zu einer bauteilsteifen Doppelwandstruktur zusammengefügt sein.
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Eine, in der Fahrzeuglängsrichtung nach vorne weisende frontseitige Wand des Federbeindomes und der Radhaus-Längsträger können einen Inneneckbereich mit einem Winkel aufspannen, der zumindest bei 90°, insbesondere bei 100° liegt. Der Inneneckbereich ist bevorzugt vom Radhaus-Blechteil geschlossen. Bei einem solchen Aufbau ist das als Zugelement ausgebildete Radhaus-Blechteil nicht nur unmittelbar am unteren Karosserie-Längsträger und am oberen Radhaus-Längsträger angebunden, sondern zusätzlich auch über eine dritte Fügestelle am Federbeindom und über eine vierte Fügestelle an dem hinteren Teil des vorderen Radhauses.
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Zur weiteren Verstärkung des Verbundes zwischen der oberen und unteren Längsträgerebene kann die Blechdicke des Zugelementes bevorzugt größer als 1,5mm sein und insbesondere bei 3mm liegen. Zudem kann das Zugelement aus einem höherfesten Stahl hergestellt sein.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 in einer grob schematischen Darstellung von oben einen Versuchsaufbau zur Durchführung einer Frontalkollision mit geringfügiger Überdeckung;
- 2 in einer perspektivischen Teilansicht von innen die Karosserie-Vorbaustruktur;
- 3 in einer Teilansicht von oben die Karosserie-Vorbaustruktur;
- 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittebene I-I aus der 3;
- 5 in einer Ansicht entsprechend der 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 6 in einer Teilseitenansicht eine Karosserie-Vorbaustruktur gemäß einem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiels.
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In der 1 ist ein Versuchsaufbau gezeigt, mit dem eine Fahrzeugkollision mit nur geringfügiger seitlicher Überdeckung mit einer Barriere 4 simuliert wird, bei der sich die Aufprallfläche am Fahrzeug weitgehend seitlich außerhalb eines angedeuteten frontseitigen Stoßfänger-Querträgers 5 befindet. In dem Fahrzeug sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile angedeutet. So schließen sich an den Stoßfänger-Querträger 5 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten zwei Karosserie-Längsträger 7 an. In der 1 ist lediglich eine Fahrzeugseite der Karosserie-Vorbaustruktur gezeigt. Die nicht dargestellte rechte Seite der Karosserie-Vorbaustruktur ist mit Bezug auf die Längsmittelebene 6 spiegelbildlich ausgeführt.
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Die Karosserie-Längsträger 7 bilden eine untere Längsträgerebene und verlaufen in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet innerhalb des jeweiligen Radhauses 10 des Fahrzeug-Vorderrades 9. Zusätzlich sind obere Radhaus-Längsträger 15 vorgesehen, die die obere Längsträgerebene bilden.
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Die Karosserie-Vorbaustruktur weist zwei in Fahrzeugquerrichtung y einander gegenüberliegende A-Säulen 11 auf, von denen in der 1 lediglich ein oberer A-Säulenknoten 13 angedeutet ist. Im oberen A-Säulenknoten 13 laufen der obere Radhaus-Längsträger 15 sowie eine Querbaugruppe 17 zusammen. In der Querbaugruppe 17 ist ein Modulquerträger 19, eine Stirnwand 21 sowie ein Wasserkasten 23 integriert. Der Modulquerträger 19 ist über angedeutete Befestigungsstellen 20 bauteilsteif an dem oberen A-Säulenknoten 13 befestigt. Wie aus der 1 weiter hervorgeht, geht der, dem Modulquerträger 19 vorgelagerte Wasserkasten 23 seitlich in einen, nach vorne abragenden Federbeindom 27 über. Dieser ist am oberen Radhaus-Längsträger 15 angebunden, wodurch der Inneneckbereich zwischen dem Wasserkasten 23 und dem oberen Radhaus-Längsträger 15 bauteilsteif verstärkt ist.
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Gemäß der 2 ist das Radhaus 10 in der Fahrzeughochrichtung z nach oben durch den oberen Radhaus-Längsträger 15 begrenzt. Zudem ist das Radhaus 10 in der Fahrzeugquerrichtung y nach innen durch ein Radhaus-Blechteil 29 begrenzt. Das Radhaus-Blechteil 29 ist randseitig an einer ersten Fügestelle I am unteren Karosserie-Längsträger 7 und an einer zweiten Fügestelle II am oberen Radhaus-Längsträger 15 angebunden. Die Fügestellen I, II des Radhaus-Blechteiles 29 am oberen Radhaus-Längsträger 15 und am unteren Karosserie-Längsträger 7 sind in der 4 detaillierter gezeigt. In der 4 ist der untere Karosserie-Längsträger 7 zweiteilig aus einem, in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen offenen U-Profilteil 31 und einem Deckprofilteil 33 ausgebildet. Das Deckprofilteil 33 ist in Schweißverbindung mit den seitlich nach außen abgewinkelten Verbindungsflanschen 35 des U-Profilteiles 31. Der untere Rand 37 des Radhaus-Blechteiles 29 ist nicht unmittelbar am Deckprofilteil 33, sondern beabstandet vom Deckprofilteil 33 an der in der Querrichtung y inneren Seite des oberen Verbindungsflansches 35 des U-Profilteiles 31 angebunden, wodurch eine größere Verbindungssteifigkeit erzielbar ist.
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Gemäß der 2 und 3 ist das Radhaus-Blechteil 29 nicht nur am oberen Radhaus-Längsträger 15 und am unteren Karosserie-Längsträger 7 angebunden, sondern zusätzlich über eine dritte Fügestelle III auch am Federbeindom 27 sowie über eine vierte Fügestelle IV seitlich an der Stirnwand 21. Auf diese Weise wirkt das Radhaus-Blechteil 29 im Kollisionsfall als ein Zugelement, das den Verbund zwischen der oberen und der unteren Längsträgerebene stärkt.
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In der 2 ist zur weiteren Verstärkung der Vorbaustruktur der Federbeindom 27 über ein Druckelement 41 am unteren Karosserie-Längsträger 7 angebunden. Das Druckelement 41 ist in der 2 ein hochkant aufgestellter Blechstreifen, der zusammen mit dem Radhaus-Blechteil 29 eine bauteilsteife Doppelwandstruktur ergibt, bei der das Druckelement 41 das Radhaus-Blechteil 29 nach vorne überdeckt. Gegebenenfalls kann im überdeckten Bereich eine in der 2 angedeutete Trennfuge 43 hinter dem Druckelement 41 angeordnet sein. An der Trennfuge 43 ist das Blechteil 29a mit dem Radhaus-Blechteil 29 in Stoßverbindung.
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Wie aus der 2 oder 3 weiter hervorgeht, ist das Radhaus-Blechteil 29 zwischen den oberen und unteren Fügestellen I, II durchgängig sowie materialeinheitlich ausgeführt, das heißt frei von Schweißverbindungen, die bei crashbedingten Zugbelastungen reißanfällige Schwachstellen bilden, an denen der Verbund zwischen dem unteren Karosserie-Längsträger 7, dem Radhaus-Blechteil 29 und dem oberen Radhaus-Längsträger 15 in der Fahrzeugquerrichtung y auseinanderreißen würde.
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Bei einem, in der 1 durchgeführten Fahrzeugcrash mit geringer seitlicher Überdeckung 3 ergibt sich der folgende Crashablauf:
- Aufgrund der schmalen Überdeckung 3 gleitet die Barriere 4 zunächst außenseitig entlang des Karosserie-Längsträgers 7 und schiebt diesen gegebenenfalls leicht nach innen (Pfeil 45 in der 3). Dadurch wird der obere Radhaus-Längsträger 15 in der Querrichtung y nach innen eingedreht (Pfeil 47 in der 3). Beim Auftreffen der Barriere 4 auf den oberen Radhaus-Längsträger 15 erfährt das Fahrzeug aufgrund des stärkeren Verbundes einen höheren Querversatz, wodurch die Barriere 4 im günstigsten Fall an der A-Säule 11 außen abgleitet und ein Verhaken des Fahrzeuges vor der Barriere 4 verhindert wird. Im weiteren Crashverlauf wird der obere Radhaus-Längsträger 15 maximal bis zu einem Blockmaß deformiert. Eine Verblockung des oberen Radhaus-Längsträgers 15 vor der A-Säule 11 (und damit verbundene erhöhte Intrusionswerte) wird durch das oben beschriebene Eindrehen (Pfeil 47 in der 3) vermieden.
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Zudem wird aufgrund des stärkeren Längsträger-Verbundes der Karosserie-Längsträger 7 bei sich deformierendem Radhaus-Längsträger 15 in einer Schwenkbewegung (Pfeil 50 in der 2) nach oben verlagert, wodurch zusätzliche Crashenergie abgebaut werden kann.
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Die Blechdicke d (4) des Radhaus-Blechteils 29 ist erfindungsgemäß größer als die Blechdicke des hinteren Radhauses ausgeführt. Zudem weist das Zugelement eine Blechdicke auf, die größer als 1,5mm ist, und insbesondere bei 3mm liegt.
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In der 5 ist das Radhaus-Blechteil 29 nicht mit einer oben angegebenen vergrößerten Blechdicke ausgeführt, sondern vielmehr in einer Doppelwandstruktur, bestehend aus einem Innenblech 47 und einem Außenblech 49.
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Alternativ dazu ist in dem in der 6 gezeigten, nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel das Zugelement nicht durch das Radhaus-Blechteil 29 ausgebildet, sondern separat durch ein U-Profilteil 51, das nach Art einer Zugstrebe dem Radhaus-Blechteil 29 in der Fahrzeuglängsrichtung x vorgelagert ist.
