DE102018203749A1

DE102018203749A1 - Fahrzeugfrontstruktur

Info

Publication number: DE102018203749A1
Application number: DE102018203749.3A
Authority: DE
Inventors: Kenshi Tomiki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: US10618561B2; DE102018203749B4; JP2018154137A; CN108622205A; US20180265134A1; JP6624131B2; CN108622205B

Abstract

Eine Fahrzeugfrontstruktur (60) umfasst: eine rohrförmige Frontsäule (10); ein Frontsäulen-Verstärkungselement (15), das in der Frontsäule (10) eingebaut ist; ein Spritzwand-Querelement (31), das an einer Spritzwand (30) befestigt ist, die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung vor der Frontsäule (10) angeordnet ist, und das sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; ein Innenplatten-Verstärkungselement (35), das in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter der Frontsäule (10) angeordnet ist und sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; und eine Frontsäulen-Innenverstärkung (38) mit der ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Spritzwand-Querelements (31) und ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Innenplatten-Verstärkungselements (35) verbunden sind, wobei die Frontsäulen-Innenverstärkung (38) an dem Frontsäulen-Verstärkungselement (15) befestigt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugfrontstruktur und insbesondere eine Struktur zum Verbinden eines Spritzwand-Querelements und eines Innenplatten-Verstärkungselements an einer Frontsäule eines Fahrzeugs.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Frontmotorraum und eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs sind durch eine Spritzwand, die vor Frontsäulen angeordnet ist, voneinander getrennt. Ein Innenplatten-Verstärkungselement, das sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt und an dem ein Lenkrad gestützt ist, ist in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter den Frontsäulen angeordnet. Enden in Fahrzeugbreitenrichtung von der Spritzwand sowie von dem Innenplatten-Verstärkungselement sind mit den Frontsäulen verbunden.
Bei einer Frontalkollision eines Fahrzeugs mit einer solchen Struktur wird die Spritzwand durch eine auf die Fahrzeugkarosserie von der Seite ausgeübte Last nach hinten verlagert. Dadurch kann eine Innenplatte der Frontsäule nach innen fallen und das Innenplatten-Verstärkungselement nach hinten verlagert werden. Jedwede Verlagerung der Spritzwand nach hinten wird die Spritzwand näher an die Füße des Fahrers bringen. Jedwede Verlagerung des Innenplatten-Verstärkungselements nach hinten wird das Lenkrad näher zum Fahrer bringen.
Um eine solche Verlagerung zu begrenzen, ist eine Struktur vorgeschlagen worden, in der ein brüchiger Abschnitt zwischen einem vorderen Frontsäulenabschnitt, mit dem eine Spritzwand verbunden ist, und einem hinteren Frontsäulenabschnitt, mit dem ein Innenplatten-Verstärkungselement verbunden ist, angeordnet ist (siehe z. B. die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 11-105738 ( JP 11-105738 A )). Wenn eine Last von vorn ausgeübt wird, wird der Aufprall dadurch absorbiert, dass der brüchige Abschnitt in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung ausgebaucht wird, und ein Abschnitt der Spritzwand, der mit der Frontsäule verbunden ist, verformt wird. Somit wird die Verlagerung des Innenplatten-Verstärkungselements, das hinter der Spritzwand angeordnet ist, nach hinten begrenzt. Jedoch kann die in der JP 11-105738 A beschriebene Fahrzeugfrontstruktur eine übermäßige Verlagerung nach hinten der Spritzwand bei einer Frontalkollision bewirken.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Fahrzeugfrontstruktur bereit, die dazu geeignet ist, die Verlagerung einer Spritzwand und eines Innenplatten-Verstärkungselements nach hinten bei einer Frontalkollision eines Fahrzeugs zu begrenzen.
Eine Fahrzeugfrontstruktur der vorliegenden Erfindung umfasst: eine rohrförmige Frontsäule; ein Frontsäulen-Verstärkungselement, das in der Frontsäule eingebaut ist; ein Spritzwand-Querelement, das an einer Spritzwand befestigt ist, die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung vor der Frontsäule angeordnet ist, und das sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; ein Innenplatten-Verstärkungselement, das in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter der Frontsäule angeordnet ist und sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; und eine Frontsäulen-Innenverstärkung mit der ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Spritzwand-Querelements und ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Innenplatten-Verstärkungselements verbunden sind. Die Frontsäulen-Innenverstärkung ist an der Frontsäulen-Verstärkungselement befestigt.
Wenn die Frontsäulen-Innenverstärkung, mit der das Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Spritzwand-Querelements und das Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Innenplatten-Verstärkungselements verbunden sind, auf diese Weise an der Frontsäulen-Verstärkungselement befestigt ist, kann bei einer Frontalkollision eine Kollisionslast, die in Front-Heck-Richtung wirkt und auf die Frontsäulen-Innenverstärkung übertragen wird, über das Frontsäulen-Verstärkungselement auf die Frontsäulen-Außenplatte übertragen werden. Dadurch kann die Verlagerung des Spritzwand-Querelements und des Innenplatten-Verstärkungselements nach hinten bei einer Frontalkollision begrenzt werden.
In der Fahrzeugfrontstruktur der vorliegenden Erfindung kann die Frontsäulen-Innenverstärkung auch an der Frontsäule befestigt sein.
Wenn Frontsäulen-Innenverstärkung auf diese Weise an dem Frontsäulen-Verstärkungselement und der Frontsäule befestigt ist, kann eine Kollisionslast wirksamer verteilt werden. Dadurch kann die Verlagerung des Spritzwand-Querelements und des Innenplatten-Verstärkungselements nach hinten bei einer Frontalkollision wirksamer begrenzt werden.
Die Fahrzeugfrontstruktur der vorliegenden Erfindung kann ferner ein oberes Element umfassen, das in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung vor der Frontsäule angeordnet und an der Frontsäule in der Nähe einer Position, an der das Frontsäulen-Verstärkungselement in der Frontsäule eingebaut ist, befestigt ist.
Wenn das obere Element auf diese Weise in der Nähe der Position befestigt ist, bei der das Frontsäulen-Verstärkungselement in der Frontsäule eingebaut ist, kann bei einer Frontalkollision eine Kollisionslast, die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung wirkt und von dem oberen Element übertragen wird, auf die Frontsäule übertragen werden. Dadurch kann das Fahrzeug verzögert werden.
In der Fahrzeugfrontstruktur der vorliegenden Erfindung kann die Frontsäule ein hohles, längliches Element ist umfassen, das eine Frontsäulen-Außenplatte und eine Frontsäulen-Innenplatte) umfasst, die jeweils ein dünnwandiges, längliches Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals und so miteinander verbunden sind, dass die Frontsäule eine im Wesentlichen rechteckige, rohrförmige Form besitzt. Das Frontsäulen-Verstärkungselement kann ein dünnwandiges Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals sein, das Flansche und einen Steg umfasst und in der Frontsäule so eingebaut sein, dass, betrachtet aus der Fahrzeugbreitenrichtung, die Flansche und der Steg die Frontsäule schneiden und sich der Steg auf der Seite der Frontsäulen-Innenplatte befindet. Die Frontsäulen-Innenverstärkung kann an der Frontsäulen-Innenplatte und dem Steg des Frontsäulen-Verstärkungselements befestigt sein.
Diese Konfiguration kann ein leichtgewichtige und stabile Frontstruktur bereitstellen, die wirksam die Verlagerung des Spritzwand-Querelements und des Innenplatten-Verstärkungselements nach hinten begrenzen kann.
In der Fahrzeugfrontstruktur der vorliegenden Erfindung kann das obere Element an der Frontsäulen-Außenplatte befestigt sein.
Bei einer Frontalkollision ermöglicht diese Konfiguration, dass eine Last, die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung wirkt und von dem oberen Element übertragen wird, geschmeidig auf die Frontsäulen-Außenplatte übertragen wird. Dadurch kann das Fahrzeug wirksamer verzögert werden.
In der Fahrzeugfrontstruktur der vorliegenden Erfindung können die Frontsäulen-Innenverstärkung, die Frontsäulen-Innenplatte und der Steg des Frontsäulen-Verstärkungselements mittels einer Schraube aneinander befestigt sein.
Somit kann die Verlagerung des Spritzwand-Querelements und des Innenplatten-Verstärkungselements nach hinten bei einer Frontalkollision durch eine einfache Konfiguration begrenzt sein.
Die vorliegende Erfindung kann die Verlagerung einer Spritzwand und eines Innenplatten-Verstärkungselements nach hinten bei einer Frontalkollision eines Fahrzeugs begrenzen.
Figurenliste
Nachfolgend sind Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Rahmenstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs zeigt, in dem eine Frontstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;
2 eine perspektivische Ansicht der Frontstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Draufsicht ist, die die in 2 gezeigte Frontstruktur zeigt;
4 eine Seitenansicht der in 2 gezeigten Frontstruktur von der Fahrzeugheckseite aus gesehen ist;
5 eine Draufsicht ist, die einen Übertragungsweg einer Kollisionslast zeigt, die auf ein oberes Element bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs mit der in 2 gezeigten Frontstruktur ausgeübt wird;
6 eine Draufsicht ist, die eine Verformung einer Frontsäule unter einer auf das obere Element bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs mit der in 2 gezeigten Frontstruktur ausgeübten Kollisionslast zeigt;
7 eine Draufsicht ist, die eine Verformung von Teilen unter einer auf das obere Element bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs mit der in 2 gezeigten Frontstruktur ausgeübten Kollisionslast zeigt;
8 eine Draufsicht ist, die einen Übertragungsweg einer von einem Aufhängungsdom auf ein Spritzwand bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs mit der in 2 gezeigten Frontstruktur ausgeübten Kollisionslast zeigt;
9 eine Draufsicht ist, die eine Verformung von Teilen unter einer von einem Aufhängungsdom auf eine Spritzwand bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs mit der in 2 gezeigten Frontstruktur ausgeübten Kollisionslast zeigt; und
10 eine Draufsicht ist, die Übertragungswege einer auf ein oberes Element ausgeübten Kollisionslast und einer von einem Aufhängungsdom auf eine Spritzwand bei einer Frontalkollision eines Fahrzeugs mit einer Frontstruktur des Standes der Technik ausgeübten Kollisionslast zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend ist eine Fahrzeugfrontstruktur 60 einer Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zuerst ist eine Karosseriestruktur eines Fahrzeugs 100, in dem die Frontstruktur 60 der Ausführungsform eingebaut ist, mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das Fahrzeug 100 eine Rahmenstruktur, die aus Metall wie etwa Aluminium hergestellt ist. Das Fahrzeug 100 umfasst einen Frontrahmen 55 auf der Vorderseite von Frontsäulen 10, einen Heckrahmen 80 und einen Fahrgastzellenrahmen 70 zwischen den Frontsäulen 10 und dem Heckrahmen 80. Der Frontrahmen 55 umfasst: ein Frontverstärkungselement 50, der mit einem Frontstoßfänger (nicht gezeigt) verbunden ist; Seitenelemente 40, die mit dem Frontverstärkungselement 50 verbunden sind; eine Spritzwand 30, die zwischen dem Fahrgastzellenrahmen 70 und einem Motorraum 56 angeordnet ist; die Frontsäulen 10; und obere Elemente 20, die mit den Frontsäulen 10 verbunden sind und sich zur Fahrzeugfrontseite erstrecken. Die oberen Elemente 20 verbinden das Frontverstärkungselement 50 über die Seitenelementen 40 mit den Frontsäulen 10. Ein Motor, ein Antriebsmotor, etc., ist an den Seitenelementen 40 befestigt. Aufhängungsdome 45, in denen ein Aufhängungssystem von Vorderrädern aufgenommen ist, sind zwischen den Seitenelementen 40 und den oberen Elementen 20 angeordnet. Die Aufhängungsdome 45 und die Spritzwand 30 sind durch Aufhängungsdomstreben 46 miteinander verbunden.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die der Frontstruktur 60, die eine Struktur eines Teils ist, bei dem die Frontsäule 10, das obere Element 20, ein Spritzwand-Querelement 31, ein Innenplatten-Verstärkungselement 35 und ein Frontsäulen-Innenverstärkung 38 miteinander verbunden sind, betrachtet von innerhalb der Fahrgastzelle in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter der Spritzwand 30.
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Frontstruktur 60 dieser Ausführungsform: die im Wesentlichen rechteckige, rohrförmige Frontsäule 10; ein Frontsäulen-Verstärkungselement 15, das in der Frontsäule 10 eingebaut ist; das Spritzwand-Querelement 31, das an der Spritzwand 30 befestigt ist, die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung vor der Frontsäule 10 angeordnet ist und sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; das Innenplatten-Verstärkungselement 35, das in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter der Frontsäule 10 angeordnet ist und sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; und die Frontsäulen-Innenverstärkung 38, mit der ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Spritzwand-Querelements 31 und ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Innenplatten-Verstärkungselements 35 verbunden sind. Die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 umfasst einen Verstärkungshauptkörper 33, eine Frontsäulenstütze 32 und einen Verbindungsarm 34.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist die Frontsäule 10 ein hohles, längliches Element, das durch Verbinden einer Frontsäulen-Außenplatte 11 mit einer Frontsäulen-Innenplatte 13 gebildet ist, die jeweils ein dünnwandiges, längliches Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals sind, durch Punktschweißen an ihren jeweiligen bandplattenförmigen Verbindungsrippen 12, 14 miteinander verschweißt sind, um so eine im Wesentlichen rechteckige, rohrförmige Form zu bilden. Bezugszeichen 18, 19 in 2 bezeichnen jeweils eine Schweißverbindung. Das Frontsäulen-Verstärkungselement 15, das in der Frontsäule 10 eingebaut ist, ist ein dünnwandiges Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals, das Flansche 16, einen Steg 17 und bandplattenförmige Verbindungsrippen 16a, die jeweils an einem vorderen Ende eines jeweiligen Flansches 16 gebildet sind, umfasst. Das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 ist so in der Frontsäule 10 angeordnet, dass die Flansche 16 und der Steg 17 eine Längsrichtung der Frontsäule 10 schneiden und sich der Steg 17 auf der Seite der Frontsäulen-Innenplatte 13 befindet. Das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 in der Frontsäule 10 befestigt, indem jede Verbindungsrippe 16a an eine innere Oberfläche der Frontsäulen-Außenplatte 11 punktgeschweißt ist.
Die Spritzwand 30 ist ein Plattenelement, das den Motorraum 56 und die Fahrgastzelle voneinander abtrennt. Wie es in 2 gezeigt ist, ist das Spritzwand-Querelement 31 durch Biegen einer dünnen Metallplatte in eine Kanalform und Erzeugen einer bandplattenförmigen Verbindungsrippe 31a an vorderen Enden der Biegeteile gebildet. Das Spritzwand-Querelement 31 ist durch Punkteschweißen der Verbindungsrippen 31a an die Spritzwand 30 an der Spritzwand 30 befestigt und dient der Verstärkung der Spritzwand 30. Ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Spritzwand-Querelements 31 ist an der Frontsäulenstütze 32 der Frontsäulen-Innenverstärkung 38 befestigt.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist das Innenplatten-Verstärkungselement 35 ein zylindrisches Verstärkungselement, das in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter der Frontsäule 10 angeordnet ist und sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt, und ein Lenkrad (nicht gezeigt) ist an dem Innenplatten-Verstärkungselement 35 befestigt. Ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Innenplatten-Verstärkungselements 35 ist an dem Verbindungsarm 34 der Frontsäulen-Innenverstärkung 38 befestigt.
Wie es oben beschrieben ist, umfasst die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 den Verstärkungshauptkörper 33, die Frontsäulenstütze 32 und den Verbindungsarm 34. Wie es in 2 gezeigt ist, hat der Verstärkungshauptkörper 33 die Form eines Kastens, dessen Breite zur Fahrzeugfrontseite abnimmt, und bandplattenförmige Verbindungsrippen 33a, die mit einer äußeren Oberfläche der Frontsäulen-Innenplatte 13 in Kontakt gelangen, sind um den Verstärkungshauptkörper 33 gebildet. Die Verbindungsrippe 33a ist an die äußere Oberfläche der Frontsäulen-Innenplatte 13 punktgeschweißt und mit einer Befestigungsschraube 36 an dem Steg 17 des Frontsäulen-Verstärkungselements 15 befestigt, wie es in 3 und 4 gezeigt ist. Die Befestigungsschraube 36 befestigt die Verbindungsrippe 33a, die Frontsäulen-Innenplatte 13, den Steg 17 der Frontsäulen-Verstärkungselement 15 und eine Verbindungsrippe 32a der Frontsäulenstütze 32, die weiter unten beschrieben ist, aneinander. Wie es in 3 gezeigt ist, ist ein Verbindungsabschnitt 33b in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter dem Verstärkungshauptkörper 33 durch Punktschweißen mit einer Oberfläche der Frontsäulen-Innenplatte 13, die zur Fahrzeugheckseite weist, verbunden. Die Kreuze in 3 bis 10 kennzeichnen Schweißpunkte.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist die Frontsäulenstütze 32 ein bogenförmiges Element, das die Frontsäule 10 mit dem Spritzwand-Querelement 31 verbindet. Wie es in 2 und 4 gezeigt ist, ist die Frontsäulenstütze 32 durch Biegen einer Platte derart, dass sie eine Kanalquerschnittsform erhält, und Erzeugen der bandplattenförmigen Verbindungsrippe 32a an vorderen Enden jeder Kanalwand 32f gebildet. Ein Ende der Verbindungsrippe 32a auf der Seite der Spritzwand 30 ist mit Schrauben etc. an dem Spritzwand-Querelement 31 befestigt. Wie es in 3 und 4 gezeigt ist, ist ein Ende der Verbindungsrippe 32a auf der Seite der Frontsäule 10 zusammen mit der Verbindungsrippe 33a des Verstärkungshauptkörpers 33, der Frontsäulen-Innenplatte 13 und dem Steg 17 des Frontsäulen-Verstärkungselements 15 mit der Befestigungsschraube 36 befestigt. Somit sind die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 (die Frontsäulenstütze 32 und der Verstärkungshauptkörper 33), die Frontsäulen-Innenplatte 13 und der Steg 17 der Frontsäulen-Verstärkungselement 15 mit der Befestigungsschraube 36 zu einer Einheit miteinander verbunden. Ein Vorsprung 32w der Frontsäulenstütze 32 mit Schrauben 37 an einem Vorsprung 33w des Verstärkungshauptkörpers 33 befestigt. Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, ist der Verbindungsarm 34, an dem das Innenplatten-Verstärkungselement 35 befestigt ist, durch Punktschweißen etc. an einer zur Fahrzeugheckseite weisenden Oberfläche des Verstärkungshauptkörpers 33 befestigt.
Somit sind die Frontsäule 10, das Spritzwand-Querelement 31, das Innenplatten-Verstärkungselement 35 und die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 miteinander verbunden. Demzufolge sind das Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Spritzwand-Querelements 31 und das Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Innenplatten-Verstärkungselements 35 jeweils durch die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 für die Frontsäule 10 und das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 verbunden.
Wie es in 3 und 4 gezeigt ist, ist das obere Element 20 durch Zusammenbauen einer äußeren Platte 21, einer inneren Platte 22, und einer oberen Platte 23 und einer unteren Platte 24, die die äußere Platte 21 mit der inneren Platte 22 verbinden, durch Punktschweißen gebildet, um so eine rechteckige rohrförmige Form zu erzeugen. Wie es in 3 gezeigt ist, ist die äußere Platte 21 durch Punktschweißen an einer Oberfläche der Frontsäulen-Außenplatte 11, die von der Fahrgastzelle nach außen weist, befestigt. Die innere Platte 22, die obere Platte 23 und die untere Platte 24 sind durch Punktschweißen an einer Oberfläche der Frontsäulen-Außenplatte 11, die zur Fahrzeugfront weist, befestigt. Wie es in 4 gezeigt ist, sind die Positionen der in Fahrzeughöhenrichtung oberen Platte 23 und unteren Platte 24 des oberen Elements 20 im Wesentlichen die gleichen wie die Positionen in Fahrzeughöhenrichtung der Flansche 16 der Frontsäulen-Verstärkungselement 15. Somit ist das obere Element 20 an der Frontsäule 10 in der Nähe der Position befestigt, bei der das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 in der Frontsäule 10 befestigt ist. Um die obere Platte 23, die untere Platte 24 und die Flansche 16 klar darzustellen, zeigt 4 schematisch diese Elemente an Positionen in der Höhenrichtung, die geringfügig von ihren tatsächlichen Positionen verschoben sind.
Wie es in 4 gezeigt ist, ist die Position des in Fahrzeughöhenrichtung oberen Flansches 16 des Frontsäulen-Verstärkungselements 15 im Wesentlichen die gleiche wie die Positionen in Fahrzeughöhenrichtung einer Kanalwand 32f des Vorsprungs 32w der Frontsäulenstütze 32 und einer Kanalwand 33f des Vorsprungs 33w des Verstärkungshauptkörpers 33.
Nachfolgend ist ein Übertragungsweg einer Last, die auf das obere Element 20 ausgeübt wird, und die resultierende Verformung bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs 100 mit der Frontstruktur 60 der oben beschriebenen Konfiguration mit Bezug auf 5 bis 7 beschrieben. Bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs 100 wird die Kollisionslast von dem in 1 gezeigten Frontverstärkungselement 50 auf das obere Element 20 übertragen. Ein Teil der in das obere Element 20 eingeleiteten Kollisionslast wird, wie es durch den Pfeil S10 in 5 gezeigt ist, von der äußeren Platte 21 des oberen Elements 20 zu der Frontsäulen-Außenplatte 11 übertragen, wie es durch den Pfeil S11 in 5 gezeigt ist. Ein weiterer Teil der Kollisionslast wird von der oberen Platte 23 und der unteren Platte 24 des oberen Elements 20 auf eine Oberfläche der Frontsäulen-Außenplatte 11, die zur Fahrzeugfront weist übertragen, wie es durch den Pfeil S14 in 5 gezeigt ist. Ersterer drückt die Frontsäulen-Außenplatte 11 in Richtung Fahrzeugheck, wie es durch die Pfeile S12, S13 in 5 gezeigt ist, während letzterer zu der Frontsäulen-Innenplatte 13 übertragen wird, wie es durch den Pfeil S16 in 5 gezeigt ist, und drückt die Frontsäulen-Innenplatte 13 in Richtung Fahrzeugheck, wie es durch den Pfeil S17 in 5 gezeigt ist.
Unter dieser Kollisionslast versucht die Frontsäulen-Außenplatte 11, sich bezüglich der Fahrgastzelle nach außen zu verformen, wie es durch die gestrichelte Linie und den Pfeil a in 6 gezeigt ist. Ferner versucht die Frontsäulen-Innenplatte 13, sich bezüglich der Fahrgastzelle nach innen zu verformen, wie es durch die gestrichelte Linie und den Pfeil b in 6 gezeigt ist. Somit versuchen die Frontsäulen-Außenplatte 11 und die Frontsäulen-Innenplatte 13, sich so zu verformen, dass sie sich in Fahrzeugbreitenrichtung ausdehnen. Dadurch öffnen sich die Seiten der Verbindungsrippen 12, 14, die zu einer inneren Oberfläche der Frontsäule 10 weisen, in Fahrzeugbreitenrichtung, wie es durch die Pfeile c in 6 gezeigt ist, so dass auf die Schweißverbindungen 18, 19 eine Last in eine Richtung wirkt, in der Schweißverbindungen 18, 19 in Fahrzeugbreitenrichtung auseinandergerissen werden.
Hingegen ist, wie es in 4 gezeigt ist, das obere Element 20 an der Frontsäule 10 in der Nähe der Position befestigt, bei der das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 in der Frontsäule 10 eingebaut ist, und das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 ist an der Frontsäulen-Außenplatte 11 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 befestigt. Daher dient das Frontsäulen-Verstärkungselement 15, wie es in 7 gezeigt ist, bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs 100 dazu, eine Verformung der Frontsäulen-Außenplatte 11 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 zu verhindern, bei der diese sich in Fahrzeugbreitenrichtung ausdehnen, so dass keine Last, die die Schweißverbindung 19, die sich auf der Rückseite in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung befindet, auseinanderreißen könnte, in Fahrzeugbreitenrichtung ausgeübt wird. Somit wird bei einer Frontalkollision die Schweißverbindung 19 auf der Rückseite in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung nicht auseinandergerissen, wie es in 7 gezeigt ist. Es ist daher möglich, die Verlagerung nach hinten der Frontsäule 10 und die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 zu begrenzen und dadurch die Verlagerung nach hinten des Spritzwand-Querelements 31 und des Innenplatten-Verstärkungselements 35, die an die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 befestigt sind, zu begrenzen.
Somit ist in der Frontstruktur 60 dieser Ausführungsform das obere Element 20 in der Nähe der Position, bei der das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 in der Frontsäule 10 eingebaut ist, an der Frontsäule 10 befestigt, und das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 ist an der Frontsäulen-Außenplatte 11 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 befestigt, so dass das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 dazu dient, eine Verformung der Frontsäulen-Außenplatte 11 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 zu verhindern, bei der eine Ausdehnung in Fahrzeugbreitenrichtung stattfindet. Ferner dient das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 dazu, eine von dem oberen Element 20 übertragene Kollisionslast auf die Frontsäule 10 zu übertragen, um so die Last auf die gesamte Frontsäule 10 zu verteilen. Es ist daher möglich, bei einer Frontalkollision zu verhindern, dass die Kollisionslast, die von dem oberen Element 20 auf die Frontsäule 10 übertragen wird, die Schweißverbindung 19 auf der Rückseite in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung auseinanderreißt, und dadurch die Verlagerung nach hinten des Spritzwand-Querelements 31 und des Innenplatten-Verstärkungselements 35, die an der Frontsäulen-Innenverstärkung 38 befestigt sind, zu begrenzen. Ferner kann das Fahrzeug 100 bei einer Frontalkollision effektiver verzögert werden.
Wenn hingegen, wie in dem in 10 gezeigten Stand der Technik die Befestigungspositionen des oberen Elements 20 und des Frontsäulen-Verstärkungselements 15 nicht ausgerichtet sind oder das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 nicht an der Frontsäulen-Außenplatte 11 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 befestigt ist, verformen sich bei einer Frontalkollision die Frontsäulen-Außenplatte 11 und die Frontsäulen-Innenplatte 13 unter der von dem oberen Element 20 übertragenen Kollisionslast, bei der sich diese in Fahrzeugbreitenrichtung ausdehnen, wie es durch die gestrichelten Linien und die Pfeile a, b in 6 gezeigt ist. Somit wird bei einer Frontalkollision die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hintere Schweißverbindung 19 auseinandergerissen, was bewirkt, dass die Frontsäulen-Außenplatte 11 und die Frontsäulen-Innenplatte 13 in Richtung Fahrzeugheck verlagert werden. Dadurch wird die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 zusammen mit der Frontsäule 10 nach hinten verlagert, und auch das Spritzwand-Querelement 31 und das Innenplatten-Verstärkungselement 35, die an der Frontsäulen-Innenverstärkung 38 befestigt sind, werden nach hinten verlagert.
Wie es oben beschrieben ist, kann im Vergleich mit der Frontstruktur des Standes der Technik, wie es in 10 gezeigt ist, die Frontstruktur 60 dieser Ausführungsform wirksam die Verlagerung des Spritzwand-Querelements 31 und des Innenplatten-Verstärkungselements 35 nach hinten begrenzen.
Nachfolgend ist ein Übertragungsweg einer von dem Aufhängungsdom 45 auf die Spritzwand 30 bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs 100 ausgeübten Kollisionslast und die sich dadurch ergebende Verformung mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben. Bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs 100 wird die Kollisionslast von dem oberen Element 20 auf die Frontsäule 10 übertragen, wie es mit Bezug auf 5 bis 7 beschrieben ist. Gleichzeitig wird die auf das obere Element 20 übertragene Kollisionslast von dem Aufhängungsdom 45 über die Aufhängungsdomstrebe 46 auf die Spritzwand 30 übertragen, wie es in 8 und 9 gezeigt ist.
Die von dem oberen Element 20 auf den Aufhängungsdom 45 übertragene Kollisionslast, wie es durch den Pfeil S20 in 8 gezeigt ist, wird über die Aufhängungsdomstrebe 46 auf die Spritzwand 30 und das Spritzwand-Querelement 31 übertragen, wie es durch den Pfeil S21 in 8 gezeigt ist. Die auf das Spritzwand-Querelement 31 übertragene Kollisionslast wird über die Frontsäulenstütze 32 auf den Verstärkungshauptkörper 33 übertragen, wie es durch die Pfeile S22, S23, S24 in 8 gezeigt ist. Die auf den Verstärkungshauptkörper 33 übertragene Kollisionslast drückt den Verstärkungshauptkörper 33 relativ zu der Frontsäulen-Innenplatte 13 in Richtung Fahrzeugheck, wie es durch die Pfeile S25, S26 in 8 gezeigt ist. Dabei versucht die Frontsäulenstütze 32, wie es in 9 gezeigt ist, sich unter der Kollisionslast in Richtung Fahrzeugheck zu verformen, und der Verstärkungshauptkörper 33, der mit der Frontsäulenstütze 32 verbunden ist, versucht, sich bezüglich der Fahrgastzelle nach innen zu verformen. Somit wird auf den Verbindungsabschnitt 33b zwischen dem Verstärkungshauptkörper 33 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 eine Last ausgeübt, die in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung wirkt und den Verbindungsabschnitt 33b auseinanderreißt.
Jedoch sind der Verstärkungshauptkörper 33 und die Frontsäulenstütze 32 mit der Befestigungsschraube 36 an der Frontsäulen-Innenplatte 13 und dem Frontsäulen-Verstärkungselement 15 befestigt, so dass die Kollisionslast von der Frontsäulenstütze 32 und dem Verstärkungshauptkörper 33 durch die Befestigungsschraube 36 auf das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 übertragen wird, wie es durch den Pfeil S27 in 8 gezeigt ist, und wird dann von dem Frontsäulen-Verstärkungselement 15 auf die Frontsäulen-Außenplatte 11 übertragen, wie es durch die Pfeile S28, S29 in 8 gezeigt ist. Mit anderen Worten, bei einer Frontalkollision wird die Kollisionslast, die in Front-Heck-Richtung wirkt und auf die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 übertragen wird, über das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 auf die Frontsäulen-Außenplatte 11 übertragen. Somit wird die Last, die in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung wirkt und den Verbindungsabschnitt 33b zwischen dem Verstärkungshauptkörper 33 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 auseinanderreißen würde, verringert, so dass das Auseinanderreißen des Verbindungsabschnitts 33b verhindert wird, wie es in 9 gezeigt ist. Es ist daher möglich, die Verlagerung nach hinten der Frontsäulenstütze 32, des Verstärkungshauptkörpers 33 und des Verbindungsarms 34, die die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 bilden, zu begrenzen und dadurch die Verlagerung nach hinten des Spritzwand-Querelements 31 und des Innenplatten-Verstärkungselements 35, die an der Frontsäulen-Innenverstärkung 38 befestigt sind, zu begrenzen.
Wenn hingegen die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 und das Frontsäulen-Verstärkungselement 15 nicht aneinander befestigt sind, wie in dem in 10 gezeigten Stand der Technik, bewirkt eine Kollisionslast, die von dem Aufhängungsdom 45 übertragen wird, dass die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 nach hinten verlagert wird, so dass auf den Verbindungsabschnitt 33b zwischen dem Verstärkungshauptkörper 33 und der Frontsäulen-Innenplatte 13 eine Last ausgeübt wird, die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung so wirkt, dass der Verbindungsabschnitt 33b auseinandergerissen wird. Anschließend wird der Verbindungsabschnitt 33b auseinandergerissen und zudem die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 nach hinten verlagert, so dass auch das Spritzwand-Querelement 31 und das Innenplatten-Verstärkungselement 35, die an der Frontsäulen-Innenverstärkung 38 befestigt sind, nach hinten verlagert werden.
Wie es oben beschrieben ist, kann die Frontstruktur 60 dieser Ausführungsform im Vergleich mit der Frontstruktur des Standes der Technik, wie es in 10 gezeigt ist, wirksam die Verlagerung nach hinten des Spritzwand-Querelements 31 und des Innenplatten-Verstärkungselements 35 begrenzen.
Wie es oben beschrieben ist, sind in der oben beschriebenen Frontsäule 10 der Frontstruktur 60 die Frontsäulen-Außenplatte 11 und die Frontsäulen-Innenplatte 13, die dünnwandige Elemente mit einem Querschnitt in Form eines Kanals sind, durch Punktschweißen, miteinander verbunden. Jedoch ist die Konfiguration der Frontsäule 10 nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Zum Beispiel kann die Frontsäule 10 ein Element sein, das durch Punktschweißen von vier Platten, die eine vordere, eine hintere, eine rechte und eine linke Platte sind, gebildet ist, oder kann ein zylindrisches, gezogenes Element ohne Schweißverbindung sein. Das Spritzwand-Querelement 31 und die Frontsäulenstütze 32, die oben beschrieben sind, sind durch Biegen einer dünnen Metallplatte in eine Kanalform gebildet, während der oben beschriebene Verstärkungshauptkörper 33 durch Formen einer dünnen Platte in eine Kastenform gebildet ist. Jedoch sind die Formen dieser Elemente nicht auf diese Beispiele begrenzt. Zum Beispiel können das Spritzwand-Querelement 31 und die Frontsäulenstütze 32 rechteckige, rohrförmige Elemente sein, und der Verstärkungshauptkörper 33 kann durch ein dickwandiges, festes Element gebildet sein. Das oben beschriebene obere Element 20 ist durch Punktschweißen von vier Plattenmaterialien, das heißt die äußere Platte 21, die innere Platte 22, die obere Platte 23 und die untere Platte 24, gebildet. Jedoch ist die Konfiguration des oberen Elements 20 nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Zum Beispiel kann wie bei der Frontsäule 10 das obere Element 20 ein Element sein, das durch Zusammenschweißen eines äußeren und eines inneren Plattenelements gebildet ist, oder kann ein zylindrische, gezogenes Element ohne Schweißverbindung sein.
Die oben beschriebene Frontsäulen-Innenverstärkung 38 umfasst drei Elemente, den Verstärkungshauptkörper 33, die Frontsäulenstütze 32 und den Verbindungsarm 34. Sie kann aber statt dessen aus einem einzigen Element gebildet sein. Die Frontsäulen-Innenverstärkung 38 (die Frontsäulenstütze 32 und der Verstärkungshauptkörper 33), die Frontsäulen-Innenplatte 13 und der Steg 17 der Frontsäulen-Verstärkungselement 15 sind oben als mittels der Befestigungsschraube 36 zu einer Einheit verbunden beschrieben. Jedoch können statt der Befestigungsschraube 36 andere Verbindungsmittel wie etwa eine Schweißverbindung oder Niete verwendet werden, um diese Elemente miteinander zu verbinden.
Sofern die Frontsäulenstütze 32 und der Verstärkungshauptkörper 33 der Frontsäulen-Innenverstärkung 38 an dem Frontsäulen-Verstärkungselement 15 befestigt sind, müssen die Frontsäulenstütze 32 und der Verstärkungshauptkörper 33 nicht an der Frontsäulen-Innenplatte 13 befestigt sein.
Somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern umfasst alle möglichen Modifikationen und Korrekturen, die nicht von dem durch die Ansprüche definierten technischen Schutzbereich und Kern der Erfindung abweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11105738 [0004]
JP 11105738 A [0004]

Claims

Fahrzeugfrontstruktur, die umfasst: eine rohrförmige Frontsäule (10); ein Frontsäulen-Verstärkungselement (15), das in der Frontsäule (10) eingebaut ist; ein Spritzwand-Querelement (31), das an einer Spritzwand (30) befestigt ist, die in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung vor der Frontsäule (10) angeordnet ist, und das sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; ein Innenplatten-Verstärkungselement (35), das in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung hinter der Frontsäule (10) angeordnet ist und sich in Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt; und eine Frontsäulen-Innenverstärkung (38) mit der ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Spritzwand-Querelements (31) und ein Ende in Fahrzeugbreitenrichtung des Innenplatten-Verstärkungselements (35) verbunden sind, wobei die Frontsäulen-Innenverstärkung (38) an dem Frontsäulen-Verstärkungselement (15) befestigt ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 1, wobei die Frontsäulen-Innenverstärkung (38) auch an der Frontsäule (10) befestigt ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 2, die ferner ein oberes Element (20) umfasst, das in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung vor der Frontsäule (10) angeordnet und an der Frontsäule (10) in der Nähe einer Position, an der das Frontsäulen-Verstärkungselement (15) in der Frontsäule (10) eingebaut ist, befestigt ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 2, wobei: die Frontsäule (10) ein hohles, längliches Element ist, das eine Frontsäulen-Außenplatte (11) und eine Frontsäulen-Innenplatte (13) umfasst, die jeweils ein dünnwandiges, längliches Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals und so miteinander verbunden sind, dass die Frontsäule (10) eine im Wesentlichen rechteckige, rohrförmige Form besitzt; das Frontsäulen-Verstärkungselement (15) ein dünnwandiges Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals ist, das Flansche (16) und einen Steg (17) umfasst und in der Frontsäule (10) so eingebaut ist, dass, betrachtet aus der Fahrzeugbreitenrichtung, die Flansche (16) und der Steg (17) die Frontsäule (10) schneiden und sich der Steg (17) auf der Seite der Frontsäulen-Innenplatte (13) befindet; und die Frontsäulen-Innenverstärkung (38) an der Frontsäulen-Innenplatte (13) und dem Steg (17) der Frontsäulen-Verstärkungselement (15) befestigt ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 4, wobei die Flansche (16) an einer inneren Oberfläche der Frontsäulen-Außenplatte (11) befestigt sind.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Frontsäulen-Innenverstärkung (38), die Frontsäulen-Innenplatte (13) und der Steg (17) des Frontsäulen-Verstärkungselements (15) mittels einer Schraube aneinander befestigt sind.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 3, wobei: die Frontsäule (10) ein hohles, längliches Element ist, das eine Frontsäulen-Außenplatte (11) und eine Frontsäulen-Innenplatte (13) umfasst, die jeweils ein dünnwandiges, längliches Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals und so miteinander verbunden sind, dass die Frontsäule (10) eine im Wesentlichen rechteckige, rohrförmige Form besitzt; das Frontsäulen-Verstärkungselement (15) ein dünnwandiges Element mit einem Querschnitt in Form eines Kanals ist, das Flansche (16) und einen Steg (17) umfasst und in der Frontsäule (10) so eingebaut ist, dass, betrachtet aus der Fahrzeugbreitenrichtung, die Flansche (16) und der Steg (17) die Frontsäule (10) schneiden und sich der Steg (17) auf der Seite der Frontsäulen-Innenplatte (13) befindet; und das obere Element (20) an der Frontsäulen-Außenplatte (11) befestigt ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 7, wobei die Flansche (16) an einer inneren Oberfläche der Frontsäulen-Außenplatte (11) befestigt sind.