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Die Verbesserung der Fahrzeugsicherheit hinsichtlich der Minimierung der Verletzungsgefahr für Insassen bei einem Zusammenprall ist eine ständige Herausforderung. Eine übliche Lösung besteht in der Erhöhung der Metallstärke oder der Verstärkung der den Fahrzeuginnenraum umgebenden Struktur. Durch die Verstärkung der Metallstruktur erhöht sich notwendigerweise jedoch auch das Gewicht, was somit die Optimierung des Kraftstoffwirkungsgrads beeinträchtigt.
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Die US-Fahrzeugsicherheitsbehörde (NHTSA) ist für mehrere bundesweite Bestimmungen verantwortlich, die im Interesse der Fahrgastsicherheit bekannt gemacht worden sind. Die US-Kraftfahrzeugsicherheitsnorm 214 (FMVSS 214) betrifft insbesondere Seitenpfahlaufprallschutzanforderungen und legt gewisse Fahrgastsicherheitsanforderungen für den Fall eines Seitenaufpralls auf einen Pfahl oder ein anderes feststehendes Objekt fest.
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Selbsttragende Rahmen-/Karosserieanordnungen bieten aufgrund ihrer Auslegung von sich aus mehr Schutz. Hinsichtlich Seitenpfahlaufprallereignissen haben Fahrzeuge mit aufgesetzter Karosserie, die üblicherweise bei Nutzfahrzeugen wie Bussen oder Lkws sowie bei der Verwendung beispielsweise von Zug-Baugruppen bei Leicht-Lkws mit Pritsche zum Einsatz kommt, möglicherweise nicht die Festigkeit, die einem Fahrzeug mit einem monolithischen Rahmen/einer monolithischen Karosserie eigen ist. Dementsprechend muss die strukturelle Integrität von Fahrzeugen mit aufgesetzter Karosserie verbessert werden. Die Erfüllung der Anforderungen der FMVSS-214 bei Verwendung eines Fahrzeugs mit aufgesetzter Karosserie ist daher eine besondere Herausforderung.
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Dementsprechend wäre es eine Verbesserung, eine Lösung mit relativ geringem Gewicht zur Verstärkung von Fahrzeugen mit aufgesetzter Karosserie bei einem Seitenpfahlaufprall bereitzustellen, wodurch der notwendige verbesserte Insassenschutz bei einem Seitenpfahlaufprall mit dem Bedürfnis nach optimalem Kraftstoffwirkungsgrad vereinbart wird.
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Zur Vereinbarung der oben genannten Aufgaben miteinander wird ein Pfahlaufprallschutzsystem für ein Fahrzeug mit aufgesetzter Karosserie bereitgestellt. Ein Fahrzeug mit aufgesetzter Karosserie enthält eine Karosserie, die auf bekannte Weise auf einem unteren Rahmen ruht und daran befestigt ist. Ein Rahmen enthält ein erstes längliches Rahmenelement und ein zweites längliches Rahmenelement, die sich jeweils entlang der Länge des Fahrzeugs und allgemein oder mindestens ungefähr parallel zu einer Längsachse des Fahrzeugs erstrecken. Eine Querelementstütze verbindet das erste und das zweite längliche Element seitlich und weist einen Umfang auf, der einen Querschnitt definiert. Die Querelementstütze kann rohrförmig sein, wodurch das Gewicht des Pfahlaufprallschutzsystems verringert wird.
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In einer Ausführungsform des Aufprallschutzsystems kann ein erster seitlich äußerer Verbindungsbereich durch einen äußeren Übergang des ersten länglichen Elements definiert sein, wobei sich die Querelementstütze dort hindurch erstreckt, wobei der erste Verbindungsbereich an mindestens einem Abschnitt des Umfangs befestigt ist. Ein zweiter seitlich äußerer Verbindungsbereich kann durch einen äußeren Übergang des zweiten länglichen Elements definiert sein, wobei sich die Querelementstütze dort hindurch erstreckt, wobei der zweite Verbindungsbereich an mindestens einem Abschnitt des Umfangs befestigt ist. Falls erwünscht, kann ein dritter seitlich innerer Verbindungsbereich durch einen inneren Übergang des ersten länglichen Elements definiert sein, wobei sich die Querelementstütze dort hindurch erstreckt, wobei der dritte Verbindungsbereich an mindestens einem Abschnitt des Umfangs befestigt ist. Falls erwünscht, kann zusätzlich ein vierter seitlich innerer Verbindungsbereich durch einen inneren Übergang des zweiten länglichen Elements definiert sein, wobei sich die Querelementstütze dort hindurch erstreckt, wobei der vierte Verbindungsbereich an mindestens einem Abschnitt des Umfangs befestigt ist.
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In einer zweiten Ausführungsform enthält das Aufprallschutzsystem dieselben Bestandteile wie oben beschrieben, außer, dass das Querelementstützenrohr am ersten und zweiten länglichen Element befestigt ist, indem eine erste radial innere Platte der starren Querelementstütze an das erste längliche Element angeschraubt oder daran befestigt ist und indem eine zweite radial innere Platte der starren Querelementstütze an das zweite längliche Element angeschraubt oder daran befestigt ist.
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1 ist eine Ansicht des Rahmens und der Querelementstütze der vorliegenden Erfindung, wie sie unter dem Fahrzeug befestigt ist, von unten.
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2 ist eine Perspektivansicht des Pfahlaufprallschutzsystems nach der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Pfahlaufprallschutzsystems der vorliegenden Erfindung, wobei ein durch die Linie 4-4 gekennzeichneter Bereich der Schnittstelle zwischen der Querelementstütze und den Rahmenelementen hervorgehoben ist.
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4 ist eine Ansicht entlang der Linie 4-4 in 3 mit einer Darstellung der Schnittstelle zwischen der Querelementstütze und den Rahmenelementen nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Querelementstütze an jeweiligen inneren und äußeren Bereichen jedes länglichen Rahmenelements an diesen befestigt ist.
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4A ist eine auseinandergezogene Ansicht der inneren und äußeren Bereiche der Querelementstütze, die mit dem/den Rahmenelement/en Schnittstellen bilden.
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5 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Pfahlaufprallschutzsystems nach der vorliegenden Erfindung, wobei ein Querschnitt der Querelementstütze entlang der Linie 6-6 gekennzeichnet ist.
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6 ist eine Mehrzellen-Ausführungsform mit einer Darstellung eines möglichen Querschnitts der Querelementstütze nach der vorliegenden Erfindung, wobei vier längliche Zellen eine mittlere längliche Zelle umgeben und ein rechteckiger Umfang der Querelementstütze gezeigt wird.
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7 ist eine Einzellen-Ausführungsform mit einer Darstellung eines möglichen Querschnitts der Querelementstütze nach der vorliegenden Erfindung, wobei ein achteckiger Umfang der Querelementstütze gezeigt wird.
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8 ist eine Mehrzellen-Ausführungsform mit einer Darstellung einer wabenförmigen Mehrzellen-Konfiguration.
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9 ist eine weitere Mehrzellen-Ausführungsform mit einer Darstellung eines möglichen Querschnitts der Querelementstütze nach der vorliegenden Erfindung, wobei vier längliche Zellen mit einem rechteckigen Umfang gezeigt werden.
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10 ist eine Einzellen-Ausführungsform mit einer Darstellung eines möglichen Querschnitts der Querelementstütze nach der vorliegenden Erfindung, wobei ein rechteckiger Umfang gezeigt wird.
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11 ist eine weitere Mehrzellen-Ausführungsform mit einer Darstellung eines möglichen Querschnitts der Querelementstütze nach der vorliegenden Erfindung, wobei vier längliche Zellen mit einem achteckigen Umfang gezeigt werden.
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12 ist eine Ansicht des in 1 gezeigten Pfahlaufprallschutzsystems von unten nach einem Zusammenprall mit einem Pfahl. Wie gezeigt, ist die Zusammenprallenergie entlang einem Rahmenelement an ein gegenüberliegendes Rahmenelement übertragen worden.
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13 ist eine weitere Ausführungsform mit einer Darstellung eines alternativen Verfahrens zur Befestigung der Querelementstütze an den länglichen Rahmenelementen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Pfahlaufprallschutzsystem in einem Fahrzeug mit aufgesetzter Karosserie bereitgestellt. Ein Fahrzeug wie ein Lkw oder ein Leicht-Lkw mit Pritsche enthält vielfach eine an einem getrennten Rahmen angebrachte Karosserie. Dies gilt üblicherweise zum Beispiel dann, wenn das jeweilige Fahrzeug auch mit einer Zug-Baugruppe versehen ist, die optimal in einem Fahrzeug mit aufgesetzter Karosserie enthalten ist. Es wird angemerkt, dass der Rahmen dadurch besser geeignet ist, die Zug-Baugruppe zu enthalten, wodurch die damit einhergehenden Belastungen, die ansonsten von der Karosserie aufgenommen werden können, beispielsweise in einer selbsttragenden oder monolithischen Karosserie-Rahmen-Konfiguration minimiert werden.
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1 und 2 zeigen ein Fahrzeug 10, in das das vorliegende Pfahlaufprallschutzsystem 12 eingegliedert ist. Ein Rahmen 14 enthält ein linkes oder erstes längliches Rahmenelement 16 und ein rechtes oder zweites längliches Rahmenelement 18 zum Stützen einer Karosserie 20. Der Rahmen 14 hat eine Länge, die durch eine vordere seitliche Position 17 in der Nähe einer Vorderseite des Fahrzeugs und eine hintere seitliche Position 19 in der Nähe einer Rückseite des Fahrzeugs definiert wird. Ein Querträger 22 kann rohrförmig oder nicht rohrförmig sein und erstreckt sich vom ersten länglichen Rahmenelement 16 zum zweiten länglichen Rahmenelement 18 seitlich durch das Fahrzeug. Der Begriff „rohrförmig“ vermittelt allgemein die hohle Art des Querelements 22, während der Begriff „nicht rohrförmig“ allgemein eine massive Art des Querelements 22 über seinen Querschnitt vermittelt. Das Querträgerstützelement 22 kann aus einem beliebigen starren und sich nicht biegenden Material wie beispielsweise Carbonfaser-, metallischen, polymeren Materialien und/oder anderen ähnlichen geeigneten Materialien hergestellt sein. Zur weiteren Veranschaulichung kann das Querträgerstützelement 22 aus Aluminium- oder Stahlstrangpressprofilen oder Legierungen davon oder aus (einem) starren polymeren Material(ien) hergestellt sein. Die Rahmenelemente können auf in der Technik bekannte Weise hergestellt sein. Das Querträgerstützelement 22 ist vorzugsweise starr rohrförmig ausgebildet, wodurch Bereiche, in denen mechanische Deformation leicht auftritt, erfindungsgemäß spezifisch vermieden werden. Anders gesagt, zeigt die Querträgerstütze 22 im Gegensatz zu anderen Querträgerstützelementen, die üblicherweise in der Automobilindustrie verwendet werden (unten beispielsweise als Querelemente 40 und 42 bezeichnet), keine Bereiche oder enthält auch keine, die leicht einbrechen, wenn die Querträgerstütze 22 mit einer axialen Kraft beaufschlagt wird, die entlang einer Achse „A“ der Stütze 22 verläuft. Ein Umfang 24 wird durch das Äußere der Querträgerstütze 22 definiert, wobei die Querträgerstütze 22 am linken und rechten länglichen Rahmenelement 16 und 18 befestigt ist.
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Wie in 3, 4 und 4A gezeigt, kann mindestens ein Hohlraum 26 oder ein erstes Paar Hohlräume 26 im ersten länglichen Rahmenelement 16 und durch es hindurch ausgebildet sein, damit die Querträgerstütze 22 dort hindurchgehen kann. In gleicher Weise kann mindestens ein Hohlraum 28 oder ein zweites Paar Hohlräume 28 im zweiten länglichen Rahmenelement 18 und durch es hindurch ausgebildet sein, damit die Querträgerstütze 22 dort hindurchgehen kann. Wie auch aus 4 und 13 hervorgeht, kann die Querträgerstütze 22 an das erste und zweite längliche Element 16 und 18 angeschweißt oder anderweitig z. B. durch Muttern 23 und Bolzen 25 oder durch irgendeine andere Befestigungsvorrichtung wie Niete an diesen befestigt sein. Ein erster äußerer Übergang 30 kann in der Nähe einer äußeren Seitenfläche 33 des länglichen Elements 16 angeordnet sein und kann durch den Übergang des Umfangs 24 und einer inneren Hohlraumwand 31 in der Nähe der ersten Hohlräume 26 definiert sein. Ein zweiter äußerer Übergang 34 kann in der Nähe einer äußeren Seitenfläche 35 des zweiten länglichen Elements 18 angeordnet sein und kann durch den Übergang des Umfangs 24 und einer inneren Hohlraumwand 32 in der Nähe der zweiten Hohlräume 28 definiert sein. Wie beispielsweise in 4 gezeigt, kann der Querträger 22 um mindestens einen Abschnitt des Umfangs 24 an dem ersten äußeren Übergang 30 angeschweißt sein, wodurch für eine feste und verbesserte Verbindung zwischen dem Träger 22 und dem ersten länglichen Element 16 gesorgt ist. Ferner kann der Querträger 22 auch um mindestens einen Abschnitt des Umfangs 24 an dem zweiten äußeren Übergang 34 angeschweißt sein, wodurch für eine feste und verbesserte Verbindung zwischen dem Träger 22 und dem zweiten länglichen Element 18 gesorgt ist. In einer bevorzugteren Ausführungsform kann der Querträger 22 vollständig um seinen Umfang 24 an jedem äußeren Übergang 30 und 34 verschweißt sein. Weiter kann ein erster innerer Übergang 36, falls erwünscht, in der Nähe einer inneren Seitenfläche 37 des ersten länglichen Elements 16 angeordnet sein und kann durch den Übergang des Umfangs 24 und einer inneren Hohlraumwand 32 in der Nähe des ersten Hohlraums 26 definiert sein. Ein zweiter innerer Übergang 38 kann auch in der Nähe einer inneren Seitenfläche 39 des zweiten länglichen Elements 18 angeordnet sein und kann durch den Übergang des Umfangs 24 und einer inneren Hohlraumwand 32 in der Nähe des zweiten Hohlraums 28 definiert sein. Wie in 4 gezeigt, kann der Querträger 22 um mindestens einen Abschnitt des Umfangs 24 an dem ersten inneren Übergang 36 angeschweißt sein, wodurch für eine feste und verbesserte Verbindung zwischen dem Träger 22 und dem ersten länglichen Element 16 gesorgt ist. Ferner kann der Querträger 22 auch um mindestens einen Abschnitt des Umfangs 24 an dem zweiten inneren Übergang 38 angeschweißt sein, wodurch für eine feste und verbesserte Verbindung zwischen dem Träger 22 und dem zweiten länglichen Element 18 gesorgt ist. In einer bevorzugteren Ausführungsform und wie in 4 gezeigt kann der Querträger 22 vollständig um seinen Umfang 24 an jedem äußeren Übergang 30 und 34 und/oder an jedem inneren Übergang 36 und 38 verschweißt sein.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Fähigkeit zum Übertragen der Energie eines Seitenpfahlaufpralls von einer Seite des Fahrzeugs zur anderen, während die mechanische Beschädigung der Karosserie und/oder des Fahrzeuginnenraums abgemildert wird, dadurch verbessert wird, dass der Querträger 22 wie oben beschrieben an das erste und zweite längliche Element 16 und 18 geschweißt oder anderweitig an ihnen befestigt ist. Dadurch wird die Fahrgastsicherheit wesentlich erhöht, während sich das Gewicht des Fahrzeugs leichter reduzieren lässt, indem die Stützstrukturen, die nötig sind, um zu verhindern, dass Fahrgäste verletzt werden, auf ein Mindestmaß verringert werden. Dementsprechend werden sowohl die NHTSA-Bestimmungen als auch die Forderung nach Bereitstellung von kraftstoffsparenden, relativ leichten Fahrzeugen erfüllt. Wie in 2 gezeigt, können die Rahmenelemente 16 und 18 auch an anderen Querelementen wie beispielsweise einer Getriebestütze 40 und einer Antriebswellen-Querelementstütze 42 befestigt sein. Im Gegensatz zu der Querträgerstütze 22 sind die Stützelemente 40 und 42 nicht dazu ausgelegt, für eine seitliche Energieübertragung von einer Seite des Fahrzeugs zur anderen oder von einem länglichen Rahmenelement zum anderen zu sorgen. Stattdessen können die Stützelemente 40 und 42 jeweils ein nicht gezeigtes Getriebe und eine nicht gezeigte Antriebswelle stützen. Im Gegensatz zu den Querelementen 40 und 42 ist verständlich, dass das Einbrechen der Querträgerstütze 22 entlang einem beliebigen seitlichen Querschnitt entlang ihrer Länge durch die starre und sich nicht biegende Struktur der Querelementstütze 22 abgemildert und möglicherweise verhindert wird. Eine Strecke „Y“ erstreckt sich nach hinten am Boden des Fahrzeugs 10 vom Getriebestützelement 40 zur Antriebswellenquerelementstütze 42. Die Strecke „Y“ kann für verschiedene Fahrzeuge mit aufgesetzter Karosserie unterschiedlich sein und definiert im Prinzip die seitlichen Punkte, an denen die Querträgerstütze 22 an jedem Rahmenelement 16 und 18 angebracht sein kann, d. h. den „idealen“ Bereich. Ferner versteht es sich, dass der Querträger 22 im Wesentlichen orthogonal an jedem Rahmenelement befestigt sein kann, da er an den länglichen Rahmenelementen 16 und 18 befestigt ist, wodurch für eine starre und unbiegsame Querträgerstütze zur Energieübertragung darüber hinweg gesorgt ist.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Querschnitt 44 der Querträgerstütze 22 rechteckig und rohrförmig sein. Ferner können sich eine oder mehrere Verlängerungen 46, die in einem Inneren 48 enthalten und an einer inneren Wand 50 des Querträgers 22 befestigt sind, von einer Seite der Stütze 22 zu einer zweiten Seite der Stütze 22 erstrecken, wodurch das starre Stützelement 22 weiter verstärkt wird, um beim Pfahlaufprall ein Einbrechen zu verhindern. Dementsprechend verbessert die Querschnittauslegung die Übertragung von mechanischer Energie vom länglichen Rahmenelement 16 oder 18 zum anderen länglichen Rahmenelement 16 oder 18. Wie weiter aus den Figuren hervorgeht, können die extrudierten Verlängerungen 46 auf vielfältige Art und Weise miteinander verbunden sein.
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6 zeigt eine Ausführungsform und einen Querschnitt 44, der vier Quadranten oder Zellen 52 zeigt, die durch zur Mitte des Querschnitts 44 gerichtete Verlängerungen 46 definiert sind. Jeder Quadrant (jede Zelle) 52 können durch Verlängerungen 46 definiert sein, die sich über die Länge des Trägers 22 erstrecken. Jeder Quadrant 52 erstreckt sich radial nach innen zu einem inneren Rohr 54, das sich ebenfalls über den größten Teil der Länge oder die gesamte Länge des Trägers 22 erstreckt. Die Querträgerstütze bzw. das Rohr 22 kann daher als durch die Verlängerungen 46, die sich entlang eines Inneren 56 des Rohrs 22 erstrecken und mit der inneren Wand 50 des Trägers 22 physisch in Verbindung stehen, „verstärkt“ definiert sein. Die Verlängerungen 46 definieren daher mehrere Zellen 52, die in der Querträgerstütze 22 enthalten sind. Verschiedene Mehrzellen-Konfigurationen/Strangpressprofile können einen zweizelligen Querschnitt bzw. eine zweizellige Konfiguration, einen vierzelligen oder „fensterartigen“ Querschnitt bzw. eine vierzellige oder „fensterartige“ Konfiguration oder einen wabenartigen Querschnitt aufweisen. In Frage kommen auch andere Querschnittsformen 44 des Querträgers 22, einschließlich achteckige und rechteckige Formen, und andere „Verstärkungs“konfigurationen, wie die in 6–11 gezeigten. Wie in 6–11 gezeigt, können gemäß der vorliegenden Erfindung und gemäß in der Technik wohlbekannten Metallverarbeitungsverfahren Einzellen- und Mehrzellenstrangpressprofile ausgebildet werden. Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung, der aus 13 hervorgeht, kann die Querträgerstütze 22 durch Verschrauben der Querträgerstütze 22 mit den Rahmenelementen 16 und 18 mit diesen verbunden oder an diesen befestigt werden. Wie aus 13 hervorgeht, enthält die Querträgerstütze 22 eine erste Verschraubungsplatte 60 und eine zweite Verschraubungsplatte 62, um die Querträgerstütze 22 an den Rahmenelementen 16 und 18 zu befestigen. Wie ebenfalls aus 13 hervorgeht, hat jede Schraubplatte mindestens einen Bolzen 64 oder mindestens eine Befestigungsvorrichtung 64 wie einen Niet, der sich dort hindurch erstreckt, und bevorzugter mindestens zwei Bolzen 64, die die Querträgerstütze 22 am Rahmen 14 befestigen, und zwar in einem im Wesentlichen orthogonalen Verhältnis zu den Rahmenelementen 16 und 18. Auch hier wird die Energieübertragung über den Träger 22 bei Aufprall auf einen Pfahl oder ein anderes Objekt dadurch verbessert, dass der Querträger 22 starr, fest und nicht biegsam ist. Wie in 11 gezeigt, führt der Aufprall des Pfahls entlang dem „idealen“ Bereich eines Rahmenelements zu mechanischer Deformation über beide längliche Rahmenelemente 16 und 18 hinweg, wodurch die Deformation der Karosserie des Fahrzeugs minimiert wird. Der „ideale“ Bereich kann als ein mittlerer Bereich entlang der Länge der Rahmenelemente definiert werden. Nach Berechnungen liegt der mittlere Bereich innerhalb eines mittleren Abschnitts der Rahmenelemente. Im Einzelnen befindet sich der „ideale“ Bereich der Verbindungsbereiche 30 und 34, die Schnittstellen mit der Querträgerstütze 22 bilden, falls erwünscht, in einem mittleren Bereich, der sich von etwa 20% bis 80% der Länge der Rahmenelemente erstreckt. Ferner ergibt sich aus der leichten Konfiguration des vorliegenden Pfahlschutzsystems ein besserer Kraftstoffwirkungsgrad, während die Festigkeit und Stoßfestigkeit des Fahrzeugs mit aufgesetzter Karosserie weiter erhöht werden.
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Es versteht sich, dass die obigen Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur der Veranschaulichung dienen. Dementsprechend können die verschiedenen hierin offenbarten Struktur- und Betriebsmerkmale auf mehrfache Art und Weise im Kompetenzbereich des Durchschnittsfachmanns modifiziert werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.
