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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs mit einer Vorderwagenstruktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Um Fahrzeuginsassen eines Fahrzeugs bei Frontalkollisionen vor zu großen Verletzungen zu schützen, ist es bekannt, untere Längsträger des Vorderwagens der Fahrzeugkarosserie mit endseitigen Knautschzonen auszubilden, auch Crash-Boxen genannt, welche die Aufprallenergie durch Verformung absorbieren. Jedoch kommt es bei Frontalkollisionen wesentlich häufiger zu Zusammenstößen außerhalb der unteren Längsträger als zu Zusammenstößen innerhalb der unteren Längsträger, d. h. es kommt häufiger zu teilüberdeckten Frontalkollisionen mit einer Überdeckung von höchstens 25% (Small Overlap). Unter einem solchen teilüberdeckten Frontalaufprall wird ein Frontalaufprall mit einem seitlich versetzten Kollisionspartner verstanden, so dass nur an einem vorderen seitlichen Teil der Frontpartie des Fahrzeugs eine Kollisionszone entsteht.
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Der Nachteil bei solchen Frontalkollisionen besteht darin, dass die Längsträger des Vorderwagens nicht so stark verformt werden und daher zu wenig Crashenergie abgebaut wird mit der Folge, dass das Vorderrad nach hinten abgeknickt wird und sogar möglicherweise unerwünscht in die Fahrgastzelle intrudiert.
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Die gattungsbildende
DE 10 2012 013 277 A1 beschreibt eine Schutzeinrichtung für eine Knautschzone eines Fahrzeugs für eine Frontalkollision mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung. Diese Schutzeinrichtung umfasst ein in Fahrzeuglängsrichtung vor einem zugeordneten Fahrzeugrad angeordneten und einen Längsträger seitlich nach außen sowie nach innen in Richtung eines Motorraums überragenden Anschubelement als Kollisionsträger. Bei einer Frontalkollision mit einem Hindernis wird dieses Anschubelement an einer ansprechenden Abstützung, bspw. einem Widerlager am Längsträger, gedreht oder verschwenkt. Liegt dieses Anschubelement an einer Antriebseinheit des Fahrzeugs an, so rotiert bzw. verschwenkt dasselbe um diese Anlage. Durch diese Rotation des Anschubelementes bildet sich ein Block zwischen dem Hindernis und der Antriebseinheit aus, welche die Antriebseinheit in Fahrzeugquerrichtung verschiebt.
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Die
DE 10 2011 004 105 A1 schlägt eine Fahrzeugkarosserie mit einem Längsträger und einem Stoßfängerquerträger vor, bei der ein Kragträger quer zu dem Längsträger entlang einer Fahrzeugquerachse verläuft und an diesem Längsträger drehmomentfest fixiert ist, so dass dieser in einen Zwischenraum zwischen einer Radaufnahme und dem Stoßfängerquerträger hinein ragt. Bei einer Frontalkollision mit geringer Überdeckung nimmt dieser Kragträger zusätzlich Energie auf, die durch die Fixierung an dem Längsträger in diesen hinein abgeleitet wird.
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Als Nachteil eines solchen Kragträgers gemäß der
DE 10 2011 004 105 A1 kann angesehen werden, dass auch bei einem Crash mit geringer Überdeckung die gesamte Crashenergie von der Vorderwagenstruktur abgebaut und gegebenenfalls auch von der Fahrgastzelle eine Abstützung derselben wirkt werden muss. Außerdem kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei einer Kollision mit geringer Überdeckung oder einer Kollision mit einem zur Längsrichtung des Fahrzeugs schrägen Winkel im Bereich des Fahrzeugrades zu einer unerwünschten Blockbildung kommt, bei welcher das betroffene Fahrzeugrad Verformungsablauf innerhalb der Vorderwagenstruktur beeinträchtigt.
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Die
DE 602 11 298 T2 beschreibt einen Vorderwagen für eine Fahrzeugkarosserie mit Längsträgern, die frontseitig nach außen gebogene Bereiche aufweisen. Diese Längsträger sind an ihren gebogenen Enden mit einer Stoßstange mit abgeschrägten Endbereichen verbunden. Im Übergang zu den gebogenen Bereichen sind an dem Längsträger nach innen in Richtung der Antriebseinheit des Fahrzeugs ragende Eingriffselemente vorgesehen, wobei diese Eingriffselemente sich an dieser Antriebseinheit abstützen, wenn aufgrund einer Frontalkollision mit geringer Überdeckung der nach außen gebogene Bereich des Längsträgers in Fahrzeuglängsrichtung verformt wird, um dadurch dessen Verformung zu beschränken.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Fahrzeugkarosserie mit einer Vorderwagenstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher insbesondere bei Frontalkollisionen mit geringer Überdeckung die Fahrgastzelle möglichst wenig mit Crashenergie beaufschlagt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs mit einer Vorderwagenstruktur, welche Längsträger und seitlich angeordnete Radhäuser zur Aufnahme von Fahrzeugrädern aufweist und bei welcher in einen in Fahrzeugrichtung gesehen vor einem Fahrzeugrad liegenden Raum ein mit einem Längsträger verbundener Kopplungsträger ragt, der Kopplungsträger derart deformierbar und/oder schwenkbar mit dem Längsträger verbunden ist, dass bei einer Frontalkollision mit geringer Überdeckung ein kollisionsbedingter Krafteintrag auf das fahrzeugradseitige Ende des Kopplungsträgers dessen Deformation und/oder Verschwenken in eine das fahrzeugradabgewandte Ende des Kopplungsträgers mit einem Antriebsaggregat und/oder eines Getriebes und/oder einer Antriebswelle des Fahrzeugs bringende kraftschlüssige Wirkverbindung mit einer in Fahrzeugquerrichtung gerichteten Kraftkomponente bewirkt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – der Kopplungsträger im Bereich zwischen einem Fahrzeugrad und dem Antriebsaggregat angeordnet ist,
- – der Kopplungsträger mit einer parallelen oder schrägen Orientierung von dessen Trägerlängsrichtung zur Fahrzeuglängsrichtung mit dem Längsträger verbunden ist, und
- – der Kopplungsträger endseitig angeordnete und seitlich in entgegengesetzte Richtungen weisende auskragende Vorsprünge aufweist, wobei der fahrzeugradzugewandte Vorsprung des Kopplungsträgers ausgebildet ist zum zumindest teilweisen hintergreifen des Fahrzeugrades im Falle des kollisionsbedingten Krafteintrages.
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Diese Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das Antriebsaggregat und/oder das Getriebe und/oder die Antriebswelle bei einer Frontalkollision mit Teilüberdeckung aufgrund ihrer Massenträgheit und fehlenden direkten Beaufschlagung bei einer solchen Kollision deren Trägheitskräfte weiterhin im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gerichtet sind. Mit dem erfindungsgemäßen Kopplungsträger wird bewirkt, dass bei einer Frontalkollision mit Teilüberdeckung der Kollisionspartner, bspw. ein Pfahl direkt oder indirekt in einen Kraftschluss mit dem fahrzeugradseitigen Ende des Kopplungsträgers kommt, wodurch dieser in eine Position deformiert und/oder verschwenkt wird, in der das fahrzeugradabgewandte Ende einen Kraftschluss mit dem Antriebsaggregat und/oder dem Getriebe und/oder der Antriebswelle des Fahrzeugs herstellt und somit einen kniehebelähnlichen Blocker bildet, mit dem die parallel zur Fahrtrichtung verlaufende Kraftrichtung der Kraftbeaufschlagung auf das Antriebsaggregat und/oder das Getriebe und/oder die Antriebswelle weitergibt und dadurch an diese einen Impuls quer zur Fahrtrichtung gibt.
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Mit einem solchen erfindungsgemäßen Kopplungsträger werden bei einer Frontalkollision mit geringer Überdeckung das Antriebsaggregat und/oder das Getriebe und/oder die Antriebswelle des Fahrzeugs in den kollisionsbedingten Lastpfad einbezogen und damit die Masse dieser Komponenten direkt abgebremst, wobei durch den im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung erzeugte Impuls auf diese Komponenten das Fahrzeug eine Bewegungskomponente quer zur Fahrtrichtung erhält und infolgedessen dem Kollisionspartner, bspw. einem Pfahl ausweicht. Dadurch wird eine geringere kollisionsbedingte Kraftbeaufschlagung der Fahrgastzelle erreicht.
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Der Kopplungsträger weist endseitig angeordnete und bezüglich dessen Trägerlängsrichtung in entgegengesetzte Richtungen weisende auskragende Vorsprünge auf. Mit einem solchen Kopplungsträger ragt die fahrzeugradseitige Auskragung ausreichend weit in den Bereich außerhalb der Längsträgerspur des Längsträgers der Vorderwagenstruktur, so dass mit hoher Sicherheit bei einer teilüberdeckten Frontalkollision eine Überdeckung des Kollisionspartner mit dieser Auskragung sichergestellt ist. Die entgegen der Fahrtrichtung nach hinten orientierte Auskragung ragt in die von den Längsträgern der Vorderwagenstruktur gebildete Längsträgerspur und bewirkt zum einen eine Verkürzung der Distanz dem Antriebsaggregat und/oder dem Getriebe und/oder der Antriebswelle des Fahrzeugs und zum anderen bei einer teilüberdeckten Frontalkollision einen Formschluss mit dem Antriebsaggregat und/oder dem Getriebe und/oder der Antriebswelle des Fahrzeugs.
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Der fahrzeugradzugewandte Vorsprung des Kopplungsträgers ist zum zumindest teilweisen Hintergreifen des Fahrzeugrades im Falle des kollisionsbedingten Krafteintrages ausgebildet. Damit kann sich im Falle einer teilüberdeckten Frontalkollision auch das fahrzeugradzugewandte Ende des Kopplungsträgers formschlüssig an dem entsprechenden Fahrzeugrad abstützen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der fahrzeugradabgewandte Vorsprung des Kopplungsträgers zum zumindest teilweisen Hintergreifen des Antriebsaggregates und/oder des Getriebes und/oder der Antriebswelle im Falle des kollisionsbedingten Krafteintrages. ausgebildet.
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Desweiteren ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass der Kopplungsträger mit einem Längsträger der Vorderwagenstruktur integral ausgebildet ist, wobei die Vorsprünge an den Längsträger angeformt sind. Damit stellt in dieser Ausgestaltung der Erfindung das Koppelelement den Längsträger selbst dar mit den vorgesehenen Vorsprüngen, so dass durch den kollisionsbedingten Krafteintrag auf den fahrzeugradzugewandten Vorsprung der Längsträger deformiert und dabei in Kollisionsrichtung verschoben wird, so dass dadurch der fahrzeugradabgewandte Vorsprung in den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Aggregat und/oder Getriebe und/oder der Antriebswelle des Fahrzeugs kommt. Auch kann ein solcher Kopplungsträger in einen Hilfsrahmen der Vorderwagenstruktur integral integriert werden.
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Schließlich ist es weiterbildungsgemäß möglich, dass der Kopplungsträger mit einem Längsträger der Vorderwagenstruktur schwenkbar verbunden ist, so dass bei einer Frontalkollision der Kopplungsträger in eine Position verschwenkt wird, in der ein Kraftschluss mit dem Aggregat und/oder Getriebe und/oder der Antriebswelle des Fahrzeugs entsteht.
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Bei einer solchen Realisierung des Kopplungsträgers kann es natürlich kollisionsbedingt auch zu einer Deformation des Kopplungsträgers kommen und daher eine Konstruktion gewählt werden, so dass nicht nur durch Verschwenken sondern gleichzeitig auch durch Deformation der gewünschte Kraftschluss mit dem Aggregat und/oder Getriebe und/oder der Antriebswelle der Fahrzeugs erreicht wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Teildarstellung einer Fahrzeugkarosserie mit einem Kopplungsträger in einer Draufsicht kurz vor einer teilüberdeckten Frontalkollision,
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2 eine schematische Darstellung der Fahrzeugkarosserie nach 1 in einer frühen Phase einer teilüberdeckten Frontalkollision,
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3 eine schematische Darstellung der Fahrzeugkarosserie nach 1 mit einer Anschlaggeometrie kurz vor einer teilüberdeckten Frontalkollision, und
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4 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkarosserie mit einem in einen Längsträger integrierten Kopplungsträger in einer frühen Phase einer teilüberdeckten Frontalkollision.
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Die 1 und 3 zeigen von einer Fahrzeugkarosserie 10 eines Fahrzeugs lediglich eine Fahrgastzelle 7 mit einer Vorderwagenstruktur 1. Diese Vorderwagenstruktur 1 umfasst zwei an die Fahrgastzelle 7 angebundene Längsträger 2, die mittels eines Stoßfängerquerträgers 8 an ihren vorderen Enden miteinander verbunden sind. Ferner umfasst diese Vorderwagenstruktur 1 linke und rechte Radhäuser 3 zur Aufnahme von Fahrzeugrädern 4, die mit einer Antriebswelle 6.2 verbunden sind. Zwischen den beiden Längsträgern 2 werden im Wesentlichen mittig ein Antriebsaggregat 6, bspw. eine Brennkraftmaschine oder ein elektrischer Antrieb, und ein mit diesem verbundenes Getriebe 6.1 von der Vorderwagenstruktur 1 aufgenommen. Über das Getriebe 6.1 wird die Antriebswelle 6.2 angetrieben.
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Schließlich weist die Vorderwagenstruktur 1 gemäß den 1 und 3 einen Kopplungsträger 5 auf. Gemäß 1 ist dieser Kopplungsträger 5 im Bereich zwischen dem Fahrzeugrad 4 und dem Antriebsaggregat 6 schwenkbar mit dem linken Längsträger 2 verbunden, so dass dessen Längsrichtung L im Wesentlichen parallel zum Längsträger 2 verläuft, während gemäß 3 der Kopplungsträger 5 integral von dem Längsträger 2 gebildet wird, bildet also selbst einen Teil des Längsträgers 2.
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An den beiden Enden 5.1 und 5.2 ist der Kopplungsträger 5 jeweils mit einem auskragende Vorsprung 5.3 und 5.4 ausgebildet, die in der x-y-Ebene der Fahrzeugkarosserie 10 in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, so dass der das fahrzeugradseitige Ende 5.1 bildende Vorsprung 5.3 in den in Fahrtrichtung F gesehen vor dem linken Fahrzeugrad 4 liegenden Raum ragt und dadurch zwischen dem Fahrzeugrad 4 und dem Teil des Stoßfängerquerträgers 8 liegt, der den Längsträger 2 nach außen hin überragt. Von Bedeutung ist dabei, dass der eine Auskragung bildende und in Fahrtrichtung F zeigende Vorsprung 5.3 außerhalb der von den beiden Längsträgern 4 gebildeten Längsträgerspur 2.1 und der ebenso eine Auskragung bildende und entgegen der Fahrtrichtung F zeigende Vorsprung 5.4 in den Bereich innerhalb der Längsträgerspur 2.1 liegt. Damit ist dieser Kopplungsträger 5 „doppelhakenartig” ausgebildet.
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Gemäß 1 ist der Kopplungsträger 5 als separates Bauteil ausgebildet und verschwenkbar mit dem Längsträger 2 verbunden. Auch ist es möglich eine solchen Kopplungsträger 5 an einem Hilfsrahmen der Vorderwagenstruktur 1 schwenkbar anzuordnen.
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Nach 3 ist der Kopplungsträger 5 integral mit dem Längsträger 2 realisiert, indem an den entsprechenden Positionen am Längsträger 2 die Vorsprünge 5.3 und 5.4 angeformt sind. Das Koppelelement 5 bildet in dieser Ausführungsart selbst den Längsträger 2, wobei lediglich diese Vorsprünge 5.3 und 5.4 als „Nasen” angeformt sind. Ein solcher Kopplungsträger kann auch integral mit einem Hilfsrahmen der Vorderwagenstruktur 1 realisiert werden.
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Entgegen der Darstellungen nach den 1 und 3 kann der Kopplungsträger 5 derart in der Vorderwagenstruktur angeordnet werden, dass die Längsrichtung L des Kopplungsträgers 5 einen spitzen Winkel mit dem Längsträger 2 bildet.
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Schließlich zeigen die 1 und 3 als Kollisionspartner für die Fahrzeugkarosserie 10 einen Pfahl 20, der zur Darstellung einer Frontalkollision mit geringer Überdeckung sich am linken randseitigen Bereich 8.1 des Stoßfängerquerträgers 8 befindet. Die in den 1 und 3 dargestellten Situationen zeigen daher den Zustand der Fahrzeugkarosserie 10 kurz vor dem Aufprall auf diesen Pfahl 20, in der sich sowohl das Antriebsaggregat 6 zusammen mit dem Getriebe 6.1 und der Antriebswelle 6.2 als auch der Strukturschwerpunkt der Fahrzeugkarosserie 10 in Fahrtrichtung F bewegen.
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In 2 ist eine frühe Phase der teilüberdeckten Frontalkollision der Fahrzeugkarosserie 10 aus 1 mit dem Pfahl 20 dargestellt. In dieser Phase ist der Pfahl 20 bereits soweit in die Vorderwagenstruktur 1 eingedrungen, dass der außenseitige Bereich 8.1 des Stoßfängerquerträgers 8 deformiert und dabei ein Form- und Kraftschluss mit dem Vorsprung 5.3 des Kopplungsträgers 5 entstanden ist, so dass dadurch der Kopplungsträger 5 in die in 2 dargestellte Position verschwenkt wird, in der das fahrzeugradabgewandte Ende 5.2 mit dem Vorsprung 5.4 des Kopplungsträgers 5 in einen Kraft- und Formschluss mit dem Antriebsaggregat 6 und/oder dem Getriebe 6.1 und/oder der Antriebswelle 6.2 kommt, indem diese Komponenten quasi von der Auskragung 5.4 „hinterhakt” werden.
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Nach 1 dient der Getriebeabgang 6.11 als Anschlaggeometrie für den Vorsprung 5.4 des Kopplungsträgers 5. Aus 2 ist ersichtlich, dass dadurch ein weiterer Lastpfad entsteht, der sich von dem fahrzeugradseitigen Ende 5.1 des Kopplungsträgers 5 über den Getriebeabgang 6.11 in die Komponenten 6.1, 6 und 6.2 erstreckt, so dass dadurch aufgrund der in den Kopplungsträger 5 eingeleiteten Crashenergie eine in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) gerichteten Kraftkomponente auf diese Komponenten 6, 6.1 und 6.2 wirkt. Damit wird der zunächst parallel zur Fahrtrichtung wirkende kollisionsbedingte Kraftfluss auf diese Komponenten 6, 6.1 und 6.2 umgelenkt (vgl. Kraftpfeile K1 bis K4), so dass diese einen zusätzlichen Impuls quer zur Fahrtrichtung F erhalten, wodurch die Komponenten 6, 6.1 und 6.2 ein Bewegungsmoment in Richtung des Pfeiles M1 damit auch entsprechend die Fahrzeugkarosserie 10 entsprechendes Pfeiles M2 erhält mit der Wirkung, dass die Fahrzeugkarosserie 10 von dem Pfahl 20 weggedrückt wird.
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Anstelle des Getriebeabganges 6.11 kann als Anschlaggeometrie gemäß 3 auch ein an dem Gehäuse des Aggregates 6 als Vorsprung ausgebildetes Anschlagelement 9 dienen. Im Crashfall bildet sich dann über den Vorsprung 5.4 des Kopplungsträgers 5 ein Lastpfad direkt in das Aggregat 6.
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Bei der Fahrzeugkarosserie 10 gemäß 4 ist der Kopplungsträger 5 entsprechend von 3 als Bestandteil des Längsträgers 2 ausgebildet. In der frühen Phase der teilüberdeckten Frontalkollision der Fahrzeugkarosserie 10 mit dem Pfahl 20 ist dieser bereits soweit in die Vorderwagenstruktur 1 eingedrungen, dass der außenseitige Bereich 8.1 des Stoßfängerquerträgers 8 deformiert und dabei ein Form- und Kraftschluss mit dem Vorsprung 5.3 des Kopplungsträgers 5 entstanden ist, so dass dadurch der Kopplungsträger 5 in die in 4 dargestellte Form gefaltet wird, so dass das fahrzeugradabgewandte Ende 5.2 mit dem Vorsprung 5.4 des Kopplungsträgers 5 in einen Kraft- und Formschluss mit dem Getriebeabgang 6.11 kommt. Damit wird der zunächst parallel zur Fahrtrichtung wirkende kollisionsbedingte Kraftfluss auf diesen Getriebeabgang 6.11 in das Getriebe 6.1 und das Aggregat 6 umgelenkt (vgl. Kraftpfeile K1 bis K4), so dass diese einen zusätzlichen Impuls quer zur Fahrtrichtung F erhalten, wodurch die Komponenten 6, 6.1 und 6.2 ein Bewegungsmoment in. Richtung des Pfeiles M1 mit der Wirkung erhält, dass die Fahrzeugkarosserie 10 von dem Pfahl 20 weggedrückt wird Mit einem solchen erfindungsgemäßen Kopplungsträger 5 wird quasi die Masse des Antriebsaggregates 6 und/oder des Getriebes 6.1 mit dem Getriebeabgang 6.11 und/oder der Antriebswelle 6.2 zum Abbau der Crashenergie genutzt, und zwar in dem Sinne, dass die Fahrzeugkarosserie 10 eine Bewegungskomponente quer zur Fahrtrichtung erhält und somit dem Kollisionspartner, hier dem Pfahl 20 ausweicht.
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Dies führt zu dem Vorteil, dass die Masse dieser Komponenten nicht mehr über die Fahrgastzelle 7 abgestützt werden müssen, wie dies bei Frontalkollisionen mit größeren Überdeckungen erforderlich wäre. Damit unterbleibt eine zu große Einleitung von Crashenergie in die Fahrgastzelle, so dass dadurch auch hohe Intrusionen vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorderwagenstruktur der Fahrzeugkarosserie 10
- 2
- Längsträger der Vorderwagenstruktur 1
- 2.1
- Längsträgerspur zwischen den Längsträgern 2
- 3
- Radhaus der Vorderwagenstruktur 1
- 4
- Fahrzeugrad
- 5
- Kopplungsträger
- 5.1
- fahrzeugradzugewandtes Ende des Kopplungsträgers 5
- 5.2
- fahrzeugradabgewandtes Ende des Kopplungsträgers 5
- 5.3
- fahrzeugradzugewandter Vorsprung des Kopplungsträgers 5, Auskragung
- 5.4
- fahrzeugradabgewandter Vorsprung des Kopplungsträgers 5, Auskragung
- 6
- Antriebsaggregat
- 6.1
- Getriebe
- 6.2
- Antriebswelle
- 7
- Fahrgastzelle
- 8
- Stoßfängerquerträger
- 8.1
- außenseitiger Randbereich des Stoßfängerquerträgers 8
- 9
- Anschlagelement
- 10
- Fahrzeugkarosserie
