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Diese Anmeldung betrifft allgemein Verstärkungselemente für Fahrzeuge und insbesondere die Versteifung einer Scharniersäulenanordnung in Fahrzeugen.
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In den letzten Jahren hat die Insassensicherheit in Fahrzeugen die Perspektive der Verbraucher bei der Wahl eines Fahrzeuges verändert. In Fahrzeugen kommen verschiedene Sicherheitstechniken zum Einsatz, wie beispielsweise Airbags, Sicherheitsgurte und Kopfstützen, die auf diversen Sicherheitsnormen im Hinblick auf Unfallvermeidung, Crashverhalten und Leistung nach dem Aufprall beruhen. Das Crashverhalten eines Fahrzeugs definiert die Sicherheitsfunktion eines Fahrzeugs bei einem Aufprall bei unterschiedlichen Arten von Unfällen, wie beispielsweise bei einem Frontalaufprall, einem Seitenaufprall und einem Aufprall mit Überschlagen des Fahrzeugs. Frontalunfälle mit seitlichem oder begrenztem Aufprall oder Aufprall mit geringer seitlicher Überdeckung (SOI) kommen häufig vor, und es hat sich in verschiedenen Crashtests der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) und der Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) gezeigt, dass diese für die Sicherheit der Insassen am gefährlichsten sind. Ein Fahrzeug ist mit Frontkonstruktionen wie beispielsweise Haube, Horn (Frame Horn) usw. ausgestattet, die dem Fahrzeugaufbau Steifheit verleihen und Eindringen der Crashbelastung in den Fahrgastraum reduzieren. Obgleich solche Konstruktionen bei Unfällen mit vollständigem Frontalaufprall wirksam sind, stellen Sie bei SOI-Unfällen keine zuverlässige Sicherheitslösung dar, weil sie nur begrenzt oder gar nicht in die Crashbelastung eingreifen.
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Ein Frontalaufprall wird als Unfall mit geringer seitlicher Überdeckung (SOI) bezeichnet, wenn eine Überdeckung von weniger als dreißig Prozent der Breite eines Fahrzeugs mit einem Kollisionsgegenstand, wie z.B. einem Auto, einem Laternenmast oder einer Wand vorliegt. SOI-Unfälle sind hauptsächlich für die Sicherheit der Fahrzeuginsassen gefährdend, weil sie eine schiefe Kinematik in den Fahrzeugaufbau einführen und den Fahrgastraum durch die Crashbelastung verformen. Durch die schiefe Kinematik des Fahrzeugaufbaus bewegt sich die untere Extremität des Insassen bezüglich der Airbags zur Seite. Infolgedessen kann der Insasse mit dem Kopf auf Außenbordbauteile, wie Tür und A-Säule, oder innen liegende Bauteile wie beispielsweise Armaturentafel, Lenkrad usw. oder auf ein Objekt auf der Außenseite des Fahrzeugs aufprallen. Zusätzlich kann die Verformung des Fahrgastraums zu einer Drehung der Lenksäule führen, wodurch sich der Kopf eines Insassen von dem Bereich, der von den Airbags abgedeckt wird, weg bewegt. Ferner kann eine solche Verformung des Fahrgastraums zum Eindringen von Außenbordbauteilen führen und den Insassen gefährden.
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Eine übliche Vorgehensweise zur Verbesserung des Crashverhaltens eines Fahrzeugs bei SOI-Unfällen ist es, die Dicke der A-Säule und der Scharniersäulenanordnungen zu erhöhen, um die Integrität des Fahrzeugsaufbaus nach dem Crashaufprall aufrechtzuerhalten. Eine solche Erhöhung der Dicke der Säulenanordnungen kann jedoch das Fahrzeuggewicht bedeutend erhöhen, wodurch die gewünschte Effizienz und Leistung des Fahrzeugs verringert wird. Darüber hinaus kann die Erhöhung der Dicke zu einem erheblichen Anstieg der Herstellungskosten für das Fahrzeug führen.
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Deshalb besteht ein Bedarf nach einem kostengünstigen Weg zur Reduzierung von Verletzungen von Fahrzeuginsassen bei SOI-Unfällen ohne das Gewicht des Fahrzeugs erheblich zu erhöhen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung beschreibt ein System zur Verbesserung der Steifheit einer Scharniersäulenanordnung zur Befestigung einer Vordertür an einem Fahrzeug. Die Scharniersäulenanordnung weist eine Innensäule und eine Außensäule auf, die jeweils Hohlräume aufweisen. Diese Hohlräume können mit Trennwänden ausgefüllt sein, um der Scharniersäulenanordnung Steifheit zu verleihen. Die Trennwände sind an die Abmessungen der Hohlräume angepasst, damit sichergestellt wird, dass die Trennwände in diesen Hohlräumen im Wesentlichen fixiert sind. In einer Implementierung können die Trennwände im Wesentlichen in den Hohlräumen der Außensäule fixiert werden. In einer anderen Ausführungsform können die Trennwände, die in der Scharniersäulenanordnung fixiert sind, über die Scharniersäulenanordnung an der Vordertür befestigt werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Trennwände im Hohlraum anderer Fahrzeugteile, wie beispielsweise der A-Säulenanordnung, einer B-Säulenanordnung, einer C-Säulenanordnung oder am Dach, an Balken und Türanordnungen fixiert werden.
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Die unten beschriebenen Figuren erklären und veranschaulichen eine Reihe von beispielhaften Ausführungsformen der Offenbarung. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugsziffern auf identische oder funktionell ähnliche Elemente. Die Zeichnungen sind zur Veranschaulichung bestimmt und nicht maßstabsgerecht.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Fahrzeugrahmens nach einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands.
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2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Scharniersäulenanordnung in einem Fahrzeug nach einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands.
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2B zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Trennwand für die Scharniersäulenanordnung aus 2A, nach einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands.
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Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die Figuren. Beispielhafte Ausführungsformen sind zur Veranschaulichung des Gegenstands der Offenbarung beschrieben und sollen deren Umfang, der von den anhängenden Ansprüchen definiert wird, nicht einschränken.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein System zur Verbesserung der Stärke und Steifheit einer Scharniersäulenanordnung in Fahrzeugen. In einer Ausführungsform umfasst das System die Erhöhung der Steifheit der Scharniersäulenanordnung zur Befestigung der Vordertür an dem Fahrzeug durch Hinzufügen von Trennwänden. Eine Trennwand ist ein Material, das einen Hohlraum ausfüllt und verstärkt und im Stand der Technik wohlbekannt ist. Die Scharniersäulenanordnung weist eine Innensäule und eine Außensäule auf, die jeweils Hohlräume aufweisen. Um die Steifheit der Scharniersäule zu erhöhen, können Trennwände in den Hohlräumen der Innensäule oder der Außensäule oder in beiden fixiert werden. Die Trennwände sind an die Abmessungen der Hohlräume angepasst, damit die Trennwände in den Hohlräumen im Wesentlichen fixiert werden können. In einer anderen Ausführungsform können die Trennwände mit anderen Fahrzeugteilen, wie beispielsweise einer A-Säulenanordnung, einer B-Säulenanordnung und einer C-Säulenanordnung fixiert werden, um die erforderliche Steifheit und Stärke zu erhalten.
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Die Trennwände stellen eine kostengünstige Lösung zur Erhöhung der Belastbarkeit der Scharniersäulenanordnung dar, ohne das Gewicht bedeutend zu erhöhen. Dadurch wird das Crashverhalten des Fahrzeugs verbessert und die Insassensicherheit erhöht.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Fahrzeugrahmens. Der Fahrzeugrahmen 100 weist A-Säulenanordnungen 102a und 102b, die hiernach gemeinsam mit 102 bezeichnet werden, B-Säulenanordnungen 104a und 104b, die hiernach gemeinsam mit 104 bezeichnet werden, und eine Scharniersäulenanordnung 106 auf. Die A-Säulenanordnungen 102, die B-Säulenanordnungen 104 und die Scharniersäulenanordnung 106 sind am Fahrzeugrahmen befestigte Stützkonstruktionen zur Befestigung anderer Fahrzeugteile, wie beispielsweise Dach, Türen und Windschutzscheibe, am Fahrzeug 100. Die Scharniersäulenanordnung 106 kann mit der A-Säulenanordnung 102b integriert sein und wird als Verlängerung der A-Säulenanordnung 102b bereitgestellt. Im Allgemeinen wird die Scharniersäulenanordnung 106 separat hergestellt und dann zur A-Säulenanordnung 102 zusammengebaut.
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Die A-Säulenanordnung 102 ist im vorderen Teil des Fahrzeugs 100 angeordnet und stützt die Windschutzscheibe. Die A-Säulenanordnungen 102 fungieren als Sicherheitskonstruktionen zum Schutz der Insassen vor Unfällen mit Frontalaufprall. Die B-Säulenanordnungen 104, die neben den A-Säulenanordnungen 102 angeordnet sind, fungieren als Sicherheitskonstruktionen zum Schutz vor Überschlagen und Unfällen mit seitlichem Aufprall. Die B-Säulenanordnungen 104 erleichtern die Befestigung der hinteren Türen am Fahrzeug 100. In einer Implementierung ist die Scharniersäulenanordnung 106 im vorderen Teil des Fahrzeugs 100 angeordnet und wird zur Befestigung der Vordertür am Fahrzeugrahmen verwendet. Die Dicke und die Steifheit der Scharniersäulenanordnung 106 ist ein bekanntes Maß zur Ermittlung des Crashverhaltens des Fahrzeugs 100 im Fall von Unfällen mit Frontalaufprall, wie beispielsweise SOI-Unfälle.
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2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Scharniersäulenanordnung in einem Fahrzeug. Die Scharniersäulenanordnung 106 weist eine Innensäule 202 und eine Außensäule 204 auf, die üblicherweise separat hergestellt werden. Während der Montage der Fahrzeugteile wird die Innensäule 202 an der Außensäule 204 befestigt. Im Allgemeinen wird die Innensäule 202 an der Außensäule 204 festgeschweißt, um eine zuverlässige Befestigung zwischen den beiden Säulen sicherzustellen. Jedoch versteht sich, dass die Innensäule 202 mit einer Vielzahl von im Stand der Technik bekannten Techniken an der Außensäule 204 befestigt werden kann. In einer Implementierung weisen die Innensäule 202 und die Außensäule 204 Hohlräume auf, so dass eine hohle Trennung besteht, wenn die beiden Säulen zur Bildung der Scharniersäulenanordnung 106 aneinander befestigt werden. Die hohle Trennung erleichtert die Einführung von Scharnieren zur Befestigung der Vordertür am Fahrzeugaufbau. Bei Unfällen mit Frontalaufprall kann die hohle Trennung ebenfalls zur Reduzierung der Crashenergie, die für den Fahrgastraum gefährlich ist, und somit zur Sicherheit der Fahrzeuginsassen beitragen.
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2B zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Trennwand für die Scharniersäulenanordnung aus 2A. In einer Ausführungsform werden Verstärkungselemente wie Trennwände 206a, 206b, 206c, 206d, 206e und 206f, hiernach gemeinsam mit 206 bezeichnet, in der Scharniersäulenanordnung 106 befestigt. In einer Implementierung können die Abmessungen der Trennwände 206 an die Abmessungen der Hohlräume der Außensäule 204 der Scharniersäulenanordnung 106 angepasst werden, um die Trennwände im Wesentlichen in diesen Hohlräumen zu fixieren. Beispielsweise können kastenförmige Trennwände 206 so angepasst werden, dass sie im Wesentlichen in den Hohlräumen der Außensäule 204 fixiert werden können. In einer anderen Implementierung können analog die Abmessungen der Trennwände 206 angepasst werden, dass sie im Wesentlichen in den Hohlräumen der Innensäule 202 fixiert werden können. Die Trennwände 206 können mit der Innensäule 202 oder mit der Außensäule 204 mit einer Vielzahl von Mechanismen, beispielsweise Schraubenbolzen, Schweißen, Klebstoffe usw. fixiert werden. Die Trennwände 206 können mit einer Reihe von Materialien wie Metalle, Legierungsmetalle, Verbundstoffe und Polymermaterialien hergestellt werden. Spezifische Beispiele dieser Materialien sind, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Aluminium, Wolfram, HSLA-Stahl, Nylon, mit Kohlenfasern verstärkter Kunststoff usw.
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Die Einführung von Trennwänden 206 in die Scharniersäulenanordnung 106 verbessert die Belastbarkeit und das Crashverhalten der Scharniersäulenanordnung 106 bei SOI-Unfällen. Die Trennwände 206 verbessern auch erheblich die Integrität der A-Säulenanordnungen 102 und des Fahrzeugaufbaus, um Türeindrückung während und nach der Aufprallbelastung zu verhindern und Kopfverletzungen sowie Verletzungen von Knie, Oberschenkel und Hüfte zu reduzieren. Außerdem wird eine Drehung und Übersetzung der inneren Bauteile, wie Armaturentafel und Lenkradsäule, die sich im Fahrgastraum befinden, erheblich reduziert, wodurch auch Verletzungen der Insassen verringert werden. Ferner stellen die Trennwände 206 eine kostengünstige Lösung zur Verbesserung der Steifheit der Scharniersäulenanordnung 106 ohne bedeutende Zunahme des Gewichts des Fahrzeugs 100 dar.
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In einer anderen Ausführungsform können sich die Trennwände 206 an der Befestigung eines Fahrzeugteils am Fahrzeug 100 beteiligen. Beispielsweise kann die Vordertür über die Scharniersäulenanordnung 106 mittels Scharnieren oder einem anderen im Stand der Technik bekannten Mechanismus an den Trennwänden 206 befestigt werden, so dass die derzeit verwendeten Türscharnierverstärkungen ersetzt werden. Eine solche Befestigung der Trennwände 206 an der Vordertür kann die Steifheit der Scharniersäulenanordnung 106 weiter verstärken und verbessern. In einer weiteren Ausführungsform können die Trennwände 206 mit unterschiedlichen Teilen des Fahrzeugs 100 unter Verwendung einer Vielzahl von im Stand der Technik bekannten Mechanismen befestigt werden, um diesen Teilen Steifheit und Stärke zu verleihen. Beispiele der Teile des Fahrzeugsaufbaus sind, ohne darauf beschränkt zu sein, eine A-Säulenanordnung, eine B-Säulenanordnung, eine C-Säulenanordnung, Dach, Schweller, Türbalken, Türbalkenanordnungen usw.
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In der Spezifikation wurde eine Anzahl von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen aufgeführt, aber der Fachmann wird verstehen, dass bei der Umsetzung des Gegenstands der Offenbarung in spezifischen Implementierungen und Umgebungen auf natürliche Weise Variationen dieser Ausführungsformen entstehen. Es versteht sich weiter, dass solche Variationen und auch andere in den Umfang der Offenbarung fallen. Weder diese möglichen Variationen noch die oben aufgeführten spezifischen Beispiele sollen den Umfang der Offenbarung begrenzen. Stattdessen wird der Umfang der beanspruchten Erfindung ausschließlich durch die unten aufgeführten Ansprüche definiert.
