DE102016105864B4

DE102016105864B4 - Karosseriestruktur und Fahrzeug mit einer solchen Karosseriestruktur

Info

Publication number: DE102016105864B4
Application number: DE102016105864.5A
Authority: DE
Inventors: Robert N. Saje; Michael E. Quigley; John C. Johnson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: US20160288835A1; CN106043441B; DE102016105864A1; US9452783B1; CN106043441A

Abstract

Karosseriestruktur (12), die umfasst:einen Träger (14), der einen hohlen Trägerquerschnitt (44), eine Trägerachse (48) und eine Trägerwand (50) aufweist;eine Trennwand (20), die innerhalb des hohlen Trägerquerschnitts (44) angeordnet und an der Trägerwand (50) befestigt ist; undein Kompressionselement (22), das eine Elementachse (56) und ein Elementende (28) aufweist, das an der Trennwand (20) oder an der Trägerwand (50) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (12) dadurch eine mechanische Kompressionssperre unter einer äußeren Kraft (F) erzeugtdass sich die Elementachse (56) und die Trägerachse (48) in einer Draufsicht an einem Schnittpunkt (58) schneiden, um einen spitzen Winkel (60) und einen stumpfen Winkel (62) zu bilden,dass die Trennwand (20) bezüglich des Schnittpunkts (58) in einer Verschiebungsrichtung (OD) parallel zu der Trägerachse (48) und in Richtung der Öffnung des stumpfen Winkels (62) verschoben ist, um die Trennwand (20) bezogen auf das Kompressionselement (22) fehlauszurichten, unddass eine Belastung des Kompressionselements (22) entlang der Elementachse (56) bewirkt, dass das Elementende (28) die Trägerwand (50) verformt, um dadurch eine Tasche (66) in der Trägerwand (50) zu erzeugen, die das Elementende (28) bezüglich einer Bewegung in der Verschiebungsrichtung (OD) mechanisch blockiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einer solchen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7, wobei die Karosseriestruktur eine verschobene Trennwand zum Erzeugen einer mechanischen Kompressionssperre an dem Ende eines Elements aufweist.
HINTERGRUND
Ein Fahrzeug kann eine Karosseriestruktur aufweisen, die einen Träger und ein Kompressionselement mit einem Ende aufweist, das an einer Befestigung an dem Träger befestigt ist. Das Fahrzeug kann einer äußeren Kraft ausgesetzt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die äußere Kraft das Kompressionselement entlang seiner Länge beispielsweise in Kompression belasten. Das Kompressionselement und der Träger verlaufen möglicherweise an der Befestigung nicht rechtwinklig zueinander, und sie können daher an der Befestigung einen spitzen Winkel und einen stumpfen Winkel bilden. Der Träger weist typischerweise an der Befestigung eine innere Trennwand auf. Die innere Trennwand ist normalerweise mit dem Ende des Kompressionselements ausgerichtet, um zu verhindern, dass das Kompressionselement den Träger verformt, wenn das Kompressionselement belastet wird.
Aus der DE 10 2004 017 181 A1 sind eine Karosseriestruktur mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 bekannt.
Die US 2015/0251703 A1 beschreibt eine Karosseriestruktur, die einen Träger, eine Trennwand und ein Kompressionselement umfasst. Der Träger weist einen hohlen Trägerquerschnitt, eine Trägerachse und eine Trägerwand auf. Die Trennwand ist innerhalb des hohlen Trägerquerschnitts angeordnet und an der Trägerwand befestigt.
Eine ähnliche Karosseriestruktur ist in der US 2016/0052554 A1 beschrieben.
Ferner beschreibt auch die US 2011/0031781 A1 eine ähnliche Karosseriestruktur.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur und ein Fahrzeug mit einer solchen zu schaffen, bei denen eine Verschiebung eines Kompressionselements in einer vorgegebenen Richtung verhindert wird, wenn eine Kraft auf die Karosseriestruktur wirkt.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch eine Struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Die Struktur und das Fahrzeug erzeugen unter einer äußeren Kraft eine mechanische Kompressionssperre. Die Struktur umfasst einen Träger, eine verschobene Trennwand und ein Kompressionselement. Der Träger weist einen hohlen Trägerquerschnitt, eine Trägerachse und eine Trägerwand auf. Die Trennwand ist innerhalb des hohlen Trägerquerschnitts angeordnet und an der Trägerwand befestigt. Das Kompressionselement weist eine Elementachse und ein Elementende auf, das an der Trennwand oder an der Trägerwand befestigt ist. Die Elementachse und die Trägerachse schneiden sich in einer Draufsicht an einem Schnittpunkt, um einen spitzen Winkel und einen stumpfen Winkel zu bilden. Die Trennwand ist bezüglich des Schnittpunkts in einer Verschiebungsrichtung parallel zu der Trägerachse und in Richtung der Öffnung des stumpfen Winkels verschoben, um die Trennwand bezogen auf das Kompressionselement fehlauszurichten. Die äußere Kraft belastet das Kompressionselement entlang der Elementachse derart, dass das Elementende die Trägerwand verformt, um dadurch eine Tasche in der Trägerwand zu erzeugen, die das Elementende gegenüber einer Bewegung in der Verschiebungsrichtung mechanisch blockiert.
Das Fahrzeug erzeugt eine mechanische Kompressionssperre unter einer äußeren Kraft und weist eine Karosseriestruktur mit einem Träger, einer verschobenen Trennwand und einem Kompressionselement auf. Der Träger weist einen hohlen Trägerquerschnitt, eine Trägerachse und eine Trägerwand auf. Die Trennwand ist innerhalb des hohlen Trägerquerschnitts angeordnet und an der Trägerwand befestigt. Das Kompressionselement weist einen Elementquerschnitt, eine Elementachse und ein Elementende auf, das an der Trennwand oder an der Trägerwand befestigt ist. Die Elementachse und die Trägerachse schneiden sich in einer Draufsicht an einem Schnittpunkt, um einen spitzen Winkel und einen stumpfen Winkel zu bilden. Die Trennwand ist bezüglich des Schnittpunkts in einer Verschiebungsrichtung parallel zu der Trägerachse und in Richtung der Öffnung des stumpfen Winkels verschoben, um die Trennwand bezogen auf das Kompressionselement fehlauszurichten. Die äußere Kraft belastet das Kompressionselement entlang der Elementachse derart, dass das Elementende die Trägerwand verformt, um dadurch eine Tasche in der Trägerwand zu erzeugen, die das Elementende gegenüber Bewegung in der Verschiebungsrichtung mechanisch blockiert.
Diese Offenbarung gilt für eine beliebige Struktur, die eine ähnliche Konstruktion mit einem Träger und einem Kompressionselement aufweist und einer äußeren Kraft ausgesetzt ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Perspektivdarstellung eines Fahrzeugs, das eine Karosseriestruktur mit einer verschobenen Trennwand zum Erzeugen einer mechanischen Kompressionssperre unter einer äußeren Kraft aufweist.
2 ist eine fragmentarische, schematische Draufsichtsdarstellung des vorderen Abschnitts des Fahrzeugs von 1 auf der Fahrerseite und zeigt die Karosseriestruktur mit der verschobenen Trennwand von 1 in größerem Detail.
3 ist eine fragmentarische, schematische Perspektivdarstellung des Fahrzeugs von 1 und zeigt die Karosseriestruktur mit der verschobenen Trennwand von 1 in größerem Detail.
4A ist eine schematische Querschnittsdarstellung, teilweise im Aufriss, der Karosseriestruktur mit der verschobenen Trennwand von 3 entlang der Linie 4-4 von 3 vor der äußeren Kraft.
4B ist eine schematische Querschnittsdarstellung, teilweise im Aufriss, der Karosseriestruktur mit der verschobenen Trennwand von 3 entlang der Linie 4-4 von 3 bei Ausübung der äußeren Kraft.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das einer äußeren Kraft F ausgesetzt werden kann. Das Fahrzeug 10 weist eine Karosseriestruktur 12 auf, die eine Tasche oder eine mechanische Kompressionssperre 66, die am besten in 4B zu erkennen ist, bei Ausübung der äußeren Kraft F erzeugt. Nun auf 1 und 2 Bezug nehmend, weist die Karosseriestruktur 12 einen Träger 14, eine verschobene oder fehlausgerichtete Trennwand 20 und eine Kompressionselement 22 auf. Die Karosseriestruktur 12 kann eine Schwellerleiste 38 umfassen. Die Karosseriestruktur 12 kann aus einem Metallmaterial und/oder aus einem Nichtmetallmaterial hergestellt sein.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf 2 - 4A kann der Träger 14 durch eine Platte 18 gebildet sein, die an einer Leiste 16 befestigt ist. Die Leiste 16 kann ausgebildet sein, um einen hohlen Trägerquerschnitt 44 zu bilden, wenn die Leiste 16 an der Platte 18 befestigt ist, wie es gezeigt ist. Die Platte 18 kann eine Spritzwand sein, wie es gezeigt ist und wie Fachleute verstehen werden. Die Leiste 16 kann eine Ziffer-Eins-Leiste sein, wie es gezeigt ist und wie Fachleute verstehen werden. Die Platte 18 kann an der Leiste 16 mittels einer Schweißung, eines mechanischen Befestigungselements, einer Klebstoffverbindung und/oder eines beliebigen anderen geeigneten Befestigungsverfahrens befestigt sein. Alternativ kann der Träger 14 durch die Leiste 16 und eine andere Leiste (nicht gezeigt) gebildet sein, die ausgebildet ist, um den hohlen Trägerquerschnitt 44 zu bilden, wenn sie an der Leiste 18 befestigt ist. Der Träger 14 mit dem hohlen Trägerquerschnitt 44 kann auf andere Weisen gebildet sein, wie es geeignet ist.
Der Träger 14 weist eine Trägerlängsrichtung BLD, den hohlen Trägerquerschnitt 44, eine Trägerachse 48 und eine Trägerwand 50 auf. Die Trägerlängsrichtung BLD ist als die Richtung parallel zu der längsten Abmessung des Trägers 14 definiert. Der hohle Trägerquerschnitt 44 ist als der Querschnitt des Trägers 14 in einer Ebene rechtwinklig zu der Trägerlängsrichtung BLD definiert. Die Trägerwand 50 kann durch die Platte 18 und/oder durch die Leiste 16 gebildet sein. Die Trägerachse 48 ist als eine Linie definiert, die entlang der Trägerlängsrichtung BLD durch den Trägerschwerpunkt verläuft. Der Trägerschwerpunkt ist als die arithmetische Mittelposition aller Punkte in der Trägerwand 50 definiert.
Die verschobene oder fehlausgerichtete Trennwand 20 ist innerhalb des hohlen Trägerquerschnitts 44 angeordnet und an der Trägerwand 50 befestigt. Die Trennwand 20 kann aus einem Metallmaterial und/oder aus einem Nichtmetallmaterial hergestellt sein. Die verschobene Trennwand 20 kann an der Trägerwand 50 mittels einer Schweißung, eines mechanischen Befestigungselements, einer Klebstoffverbindung und/oder mittels eines beliebigen anderen geeigneten Befestigungsverfahrens befestigt sein. Die verschobene Trennwand 20 kann an mehreren Positionen an der Trägerwand 50 befestigt sein. Die verschobene Trennwand 20 wird nachstehend in größerem Detail beschrieben.
Das Kompressionselement 22 weist eine Elementlängsrichtung MLD, einen Elementquerschnitt 52, eine Elementachse 56, ein Elementende 28, eine Element-Endbreite 30 und ein zweites Elementende 36 auf. Die Elementlängsrichtung MLD ist als die Richtung parallel zu der längsten Abmessung des Kompressionselements 22 definiert. Der Elementquerschnitt 52 ist als der Querschnitt des Kompressionselements 22 in einer Ebene rechtwinklig zu der Elementlängsrichtung MLD definiert. Die Elementachse 56 ist als eine Linie definiert, die entlang der Elementlängsrichtung MLD durch den Elementschwerpunkt verläuft. Der Elementschwerpunkt ist als die arithmetische Mittelposition aller Punkte in dem Elementquerschnitt 52 definiert.
Das Kompressionselement 22 kann ein Strangpressprofil 24 umfassen. Das Strangpressprofil 24 kann aus einem Aluminiumlegierungsmaterial oder aus einem beliebigen anderen geeigneten Metall- oder Nichtmetallmaterial hergestellt sein. Das Kompressionselement 22 kann eine Halterung 26 aufweisen, die an dem Strangpressprofil 24 befestigt ist. Die Halterung 26 kann aus einem Aluminiumlegierungsmaterial oder aus einem beliebigen anderen geeigneten Metall- oder Nichtmetallmaterial hergestellt sein. Die Halterung 26 kann an dem Strangpressprofil 24 mittels einer Schweißung, eines mechanischen Befestigungselements, einer Klebstoffverbindung und/oder mittels eines beliebigen anderen geeigneten Befestigungsverfahrens befestigt sein.
Das Elementende 28 ist an einer Befestigung 32 an der Trennwand 20 oder an dem Träger 14 befestigt. Die Befestigung 32 kann mittels eines mechanischen Befestigungselements 34, einer Schweißung (nicht gezeigt), einer Klebstoffverbindung (nicht gezeigt) und/oder mittels eines beliebigen anderen geeigneten Befestigungsverfahrens erfolgen. Das mechanische Befestigungselement 34 kann eine Mutter an einem Stehbolzen, wie es gezeigt ist, eine Schraube und eine Mutter, eine Gewindeschraube, eine Niete und/oder ein beliebiges anderes geeignetes mechanisches Befestigungselement sein. Das zweite Elementende 36 kann an einer zweiten Befestigung 40 an der Schwellerleiste 38 oder an einem beliebigen anderen Teil der Struktur 12 befestigt sein. Die zweite Befestigung 40 kann mittels eines zweiten mechanischen Befestigungselements 42, einer Schweißung (nicht gezeigt), einer Klebstoffverbindung (nicht gezeigt) und/oder mittels eines beliebigen anderen geeigneten Befestigungsverfahrens erfolgen.
Nun auf 4A Bezug nehmend, schneiden sich die Elementachse 56 und die Trägerachse 48 in einer Draufsicht an einem Schnittpunkt 58, um einen spitzen Winkel 60 und einen stumpfen Winkel 62 zu bilden. Die Draufsicht kann von oberhalb des Fahrzeugs 10 in eine Richtung rechtwinklig zu einer Ebene, die durch den Boden gebildet ist, erfolgen, wie es gezeigt ist, oder sie kann aus einer beliebigen anderen Richtung im dreidimensionalen Raum erfolgen, wie es geeignet ist, was von der Richtung der äußeren Kraft F und der Ausbildung der Struktur 12 abhängt. Die Elementachse 56 kann gekrümmt sein, um den spitzen Winkel 60 und den stumpfen Winkel 62 an dem Schnittpunkt 58 zu bilden.
Die Trennwand 20 ist bezüglich des Schnittpunkts 58 in einer Verschiebungsrichtung OD parallel zu der Trägerachse 48 und in Richtung der Öffnung des stumpfen Winkels 62 um eine Verschiebungsdistanz 64 verschoben. Spezieller verläuft die Verschiebungsrichtung OD parallel zu der Trägerachse 48 und zeigt von dem Scheitelpunkt des stumpfen Winkels 62 weg sowie entlang des Schenkels des stumpfen Winkels 62, der parallel zu der Trägerachse 48 verläuft, wie es gezeigt ist. Daher ist die Trennwand 20 bezogen auf das Kompressionselement 22 um die Verschiebungsdistanz 64 verschoben oder fehlausgerichtet. Die Trennwand 20 kann bezüglich des Schnittpunkts 58 der Trägerachse 48 und der Elementachse 56 in der Verschiebungsrichtung OD um eine Verschiebungsdistanz 64 von zumindest der Element-Endbreite 30 verschoben sein.
Nun auf 4B Bezug nehmend, belastet die äußere Kraft F das Kompressionselement 22 entlang der Elementachse 56 derart, dass das Elementende 28 die Trägerwand 50 verformt, um dadurch die Tasche oder die mechanische Kompressionssperre 66 in der Trägerwand 50 zu bilden, welche das Elementende 28 gegenüber einer Bewegung in der Verschiebungsrichtung OD mechanisch blockiert. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die äußere Kraft F das Kompressionselement 22 im Wesentlichen in Kompression belasten; bei anderen Ausführungsformen kann sie eine Kombination sein, die eine Kompression, eine Biegung, eine Torsion und eine Spannung umfasst, ohne auf diese beschränkt zu sein, was von der Anwendung und den Besonderheiten der äußeren Kraft F abhängt. Die Tasche oder mechanische Kompressionssperre 66 kann verhindern, dass das Elementende 28 unter Ausübung der äußeren Kraft F in der Verschiebungsrichtung OD bewegt wird. Die Tasche oder mechanische Kompressionssperre 66 kann verhindern, dass das Elementende 28 in Ansprechen auf die äußere Kraft F in einer Richtung parallel zu der Trägerachse 48 bewegt wird. Die Tasche oder mechanische Kompressionssperre 66 kann verhindern, dass das Elementende 28 in einer Richtung rechtwinklig zu der äußeren Kraft F bewegt wird. Die Trennwand 20 und die Halterung 26 können in Ansprechen auf die äußere Kraft F verformt werden, wie es gezeigt ist. Die äußere Kraft F kann den Träger 14 beispielsweise in einer Biegung und/oder in Kompression rechtwinklig zu der Trägerachse 48 belasten.
Wenn die Trennwand 20 nicht gemäß dieser Offenbarung verschoben oder fehlausgerichtet wäre, würde die Trennwand 20 eine Verformung der Trägerwand 50 verhindern und die Bildung der Tasche oder mechanischen Kompressionssperre 66 verhindern. Diese Offenbarung gilt für eine beliebige Struktur 12, die eine ähnliche Konstruktion mit einem Träger 14 und einem Kompressionselement 22 aufweist und einer ähnlichen äußeren Kraft F ausgesetzt ist.

Claims

Karosseriestruktur (12), die umfasst: einen Träger (14), der einen hohlen Trägerquerschnitt (44), eine Trägerachse (48) und eine Trägerwand (50) aufweist; eine Trennwand (20), die innerhalb des hohlen Trägerquerschnitts (44) angeordnet und an der Trägerwand (50) befestigt ist; und ein Kompressionselement (22), das eine Elementachse (56) und ein Elementende (28) aufweist, das an der Trennwand (20) oder an der Trägerwand (50) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (12) dadurch eine mechanische Kompressionssperre unter einer äußeren Kraft (F) erzeugt dass sich die Elementachse (56) und die Trägerachse (48) in einer Draufsicht an einem Schnittpunkt (58) schneiden, um einen spitzen Winkel (60) und einen stumpfen Winkel (62) zu bilden, dass die Trennwand (20) bezüglich des Schnittpunkts (58) in einer Verschiebungsrichtung (OD) parallel zu der Trägerachse (48) und in Richtung der Öffnung des stumpfen Winkels (62) verschoben ist, um die Trennwand (20) bezogen auf das Kompressionselement (22) fehlauszurichten, und dass eine Belastung des Kompressionselements (22) entlang der Elementachse (56) bewirkt, dass das Elementende (28) die Trägerwand (50) verformt, um dadurch eine Tasche (66) in der Trägerwand (50) zu erzeugen, die das Elementende (28) bezüglich einer Bewegung in der Verschiebungsrichtung (OD) mechanisch blockiert.
Karosseriestruktur (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressionselement (22) entlang der Elementachse (56) in Kompression belastet wird, und die Kompressionselementachse (56) gekrümmt ist, um den spitzen Winkel (60) und den stumpfen Winkel (62) an dem Schnittpunkt (58) zu bilden.
Karosseriestruktur (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kraft (F) den Träger (14) rechtwinklig zu der Trägerachse (48) belastet.
Karosseriestruktur (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressionselement (22) mittels eines mechanischen Befestigungselements (34) an der Trennwand (20) oder an dem Träger (14) befestigt ist.
Karosseriestruktur (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressionselement (22) mittels einer Schweißung an der Trennwand (20) oder an dem Träger (14) befestigt ist.
Karosseriestruktur (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressionselement (22) eine Element-Endbreite (30) aufweist, und die Trennwand (20) bezüglich des Schnittpunkts (58) der Trägerachse (48) und der Elementachse (56) zumindest um die Element-Endbreite (30) verschoben ist.
Fahrzeug (10), das umfasst: eine Karosseriestruktur (12), die aufweist: einen Träger (14), der einen hohlen Trägerquerschnitt (44), eine Trägerachse (48) und eine Trägerwand (50) aufweist; eine Trennwand (20), die innerhalb des hohlen Trägerquerschnitts (44) angeordnet und an der Trägerwand (50) befestigt ist; und ein Kompressionselement (22), das einen Elementquerschnitt, eine Elementachse (56) und ein Elementende (28) aufweist, das an der Trennwand (20) oder an der Trägerwand (50) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) dadurch eine mechanische Kompressionssperre unter einer äußeren Kraft (F) erzeugt, dass sich die Elementachse (56) und die Trägerachse (48) in einer Draufsicht an einem Schnittpunkt (58) schneiden, um einen spitzen Winkel (60) und einen stumpfen Winkel (62) zu bilden, dass die Trennwand (20) bezüglich des Schnittpunkts (58) in einer Verschiebungsrichtung (OD) parallel zu der Trägerachse (48) und in Richtung der Öffnung des stumpfen Winkels (62) verschoben ist, um die Trennwand (20) bezogen auf das Kompressionselement (22) fehlauszurichten, und dass die äußere Kraft (F) das Kompressionselement (22) entlang der Elementachse (56) derart belastet, dass das Elementende (28) die Trägerwand (50) verformt, um dadurch eine Tasche (66) in der Trägerwand (50) zu erzeugen, die das Elementende (28) gegenüber einer Bewegung in der Verschiebungsrichtung (OD) mechanisch blockiert.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kraft (F) das Kompressionselement (22) entlang der Elementachse (56) in Kompression belastet, und die Kompressionselementachse (56) gekrümmt ist, um den spitzen und den stumpfen Winkel (62) an dem Schnittpunkt (58) zu bilden.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kraft (F) den Träger (14) rechtwinklig zu der Trägerachse (48) belastet.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressionselement (22) mittels eines mechanischen Befestigungselements (34) an der Trennwand (20) oder an dem Träger (14) befestigt ist.