DE102021101094A1 - Vehicle body of a passenger car with an underfloor battery - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie (2) eines Personenkraftwagens (1) mit Unterflurbatterie (3), wobei die Fahrzeugkarosserie (2) einen Bodenrahmen (6), einen Dachrahmen (9), B-Säulen (12) und C-Säulen (13) aufweist. Um die Seitenaufprallsicherheit zu verbessern, wird vorgeschlagen,- dass sich ein Querspriegel (11m) des Dachrahmens (9) bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung (X) hinter den oberen Enden der B-Säulen (12) und vor den oberen Enden der C-Säulen (13) befindet,- dass sich dieser Querspriegel (11m) in der Fahrzeuglängsrichtung (X) näher an den oberen Enden der B-Säulen (12) als an den oberen Enden der C-Säulen (13) befindet,- dass die jeweilige B-Säule (12) eine Innenschale (16) und eine Außenschale (17) aufweist, die entlang vorderer und hinterer Längsseitenränder aneinander anliegen und mittels einer vorderen und hinteren Schweißnaht aneinander befestigt sind,- dass die jeweilige B-Säule (12) in einem mit dem Bodenrahmen (6) verbundenen unteren Säulenabschnitt (24) eine größere Duktilität aufweist als in einem vom unteren Säulenabschnitt (24) zum Dachrahmen (9) führenden oberen Säulenabschnitt (25),- dass die jeweilige B-Säule (12) an ihrem oberen Ende einen Säulenkopf aufweist, der an einen Säulenkörper der B-Säule (12) nach oben anschließt und der in der Fahrzeugquerrichtung (Y) von außen am jeweiligen Dachlängsträger (10) abgestützt ist,- dass der jeweilige Dachlängsträger (10) von oben an der jeweiligen B-Säule (12) abgestützt ist.The present invention relates to a vehicle body (2) of a passenger car (1) with an underfloor battery (3), the vehicle body (2) having a floor frame (6), a roof frame (9), B pillars (12) and C pillars (13 ) having. In order to improve side impact safety, it is proposed that a transverse bow (11m) of the roof frame (9) be located behind the upper ends of the B pillars (12) and in front of the upper ends of the C pillars (13 ) is, - that this cross bow (11m) is in the vehicle longitudinal direction (X) closer to the upper ends of the B pillars (12) than to the upper ends of the C pillars (13), - that the respective B pillar (12) has an inner shell (16) and an outer shell (17), which abut one another along front and rear longitudinal side edges and are fastened to one another by means of a front and rear weld seam, - that the respective B-pillar (12) is in one with the floor frame (6) connected lower pillar section (24) has greater ductility than in an upper pillar section (25) leading from the lower pillar section (24) to the roof frame (9), - that the respective B pillar (12) has a pillar head at its upper end has, of a n pillar body of the B-pillar (12) at the top and which is supported from the outside in the vehicle transverse direction (Y) on the respective roof rail (10), - that the respective roof rail (10) from above on the respective B-pillar (12) is supported.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie eines Personenkraftwagens mit Unterflurbatterie mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen Personenkraftwagen mit Unterflurbatterie, der eine derartige Fahrzeugkarosserie aufweist.The present invention relates to a vehicle body of an underfloor battery passenger car having the features of the preamble of claim 1. The present invention also relates to an underfloor battery passenger car having such a vehicle body.
Eine gattungsgemäße Fahrzeugkarosserie ist beispielsweise aus der
Eine wichtige Funktion der Fahrzeugkarosserie ist die Energieabsorption zum Schutz der Fahrzeuginsassen im Falle einer Kollision des Fahrzeugs mit einem bewegten oder ruhenden Kollisionsgegner wie einem Hindernis oder einem anderen Fahrzeug. Hierzu ist die Fahrzeugkarosserie so konstruiert, dass sie durch plastische Verformung viele Aufprallenergie absorbiert, wobei gleichzeitig die plastische Verformung gezielt so gerichtet ist, dass eine Intrusion in den Passagierraum vermieden oder zumindest reduziert werden kann. Für den Fall eines Seitenaufpralls kommt dabei den Säulen des Fahrzeugs, die den Bodenrahmen mit dem Dachrahmen verbinden, eine erhöhte Bedeutung zu. Aufgrund ihrer zentralen Lage ist dabei die B-Säule von besonderer Bedeutung. Beim Seitenaufprall können die Fahrzeugsäulen, insbesondere die B-Säule, durch ihre vergleichsweise hohe Steifigkeit Kräfte auf den Dachrahmen und auf den Bodenrahmen übertragen, sodass die Aufprallenergie durch plastische Deformation des Bodenrahmens und des Dachrahmens aufgenommen werden kann.An important function of the vehicle body is energy absorption to protect the vehicle occupants in the event of the vehicle colliding with a moving or stationary collision opponent such as an obstacle or another vehicle. To this end, the vehicle body is constructed in such a way that it absorbs a large amount of impact energy through plastic deformation, while at the same time the plastic deformation is specifically directed in such a way that intrusion into the passenger compartment can be avoided or at least reduced. In the event of a side impact, the vehicle's pillars, which connect the floor frame to the roof frame, are of greater importance. Due to its central location, the B-pillar is of particular importance. In the event of a side impact, the vehicle pillars, in particular the B pillar, can transfer forces to the roof frame and the floor frame due to their comparatively high rigidity, so that the impact energy can be absorbed by plastic deformation of the floor frame and the roof frame.
Bei batterieelektrischen Fahrzeugen besitzt die Traktionsbatterie eine vergleichsweise große Masse, sodass es für einen niedrigen Fahrzeugschwerpunkt vorteilhaft ist, die Traktionsbatterie am Fahrzeugboden anzuordnen. Hierzu wird die Traktionsbatterie als Unterflurbatterie oder Unterbodenbatterie konfiguriert, die in einem am Fahrzeugboden ausgebildeten Batterieaufnahmeraum angeordnet wird. Da es sich bei der Fahrzeugbatterie um einen elektrochemischen Energiespeicher handelt, muss dieser im besonderen Maße vor Beschädigungen durch einen Aufprall geschützt werden. Dementsprechend wird der Bodenrahmen, der den Batterieaufnahmeraum umschließt, bei Fahrzeugen mit Unterflurbatterie mit sehr hoher Steifigkeit versehen, sodass sich der Bodenrahmen und somit die Unterflurbatterie bei einem Aufprall nicht oder nur vergleichsweise gering verformen. Für den Seitenaufprall hat dies zur Folge, dass bei einer im Übrigen herkömmlichen Karosserie die B-Säule in einem mit dem Bodenrahmen verbundenen unteren Säulenabschnitt überlastet wird und die gewünschte Kraftverteilung zur Energieabsorption auf den Dachrahmen und den Bodenrahmen nicht mehr im erforderlichen Maße bewirken kann.In battery-electric vehicles, the traction battery has a comparatively large mass, so that it is advantageous for a low vehicle center of gravity to arrange the traction battery on the vehicle floor. For this purpose, the traction battery is configured as an underfloor battery or underbody battery, which is arranged in a battery accommodation space formed on the vehicle floor. Since the vehicle battery is an electrochemical energy store, it must be protected to a particularly high degree from damage caused by an impact. Accordingly, the floor frame, which encloses the battery accommodation space, is provided with a very high degree of rigidity in vehicles with an underfloor battery, so that the floor frame and thus the underfloor battery do not deform, or only deform to a comparatively small extent, in the event of an impact. In the case of a side impact, this has the consequence that in an otherwise conventional body, the B-pillar is overloaded in a lower pillar section connected to the floor frame and the desired force distribution for energy absorption on the roof frame and the floor frame can no longer be achieved to the required extent.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Fahrzeugkarosserie bzw. für einen damit ausgestatteten Personenkraftwagen eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen erhöhten Schutz der Passagiere bei einem Seitenaufprall auszeichnet.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least another embodiment for a vehicle body or for a passenger car equipped therewith, which is characterized in particular by increased protection of the passengers in the event of a side impact.
Aus der
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Aus der
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Eine weitere Fahrzeugkarosserie ist aus der
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Eine weitere Fahrzeugkarosserie für einen Personenkraftwagen mit Unterflurbatterie ist aus der
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The problem underlying the present invention is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Fahrzeugkarosserie im Bereich der jeweiligen B-Säule so zu konfigurieren, dass beim Seitenaufprall möglichst viel Energie absorbiert werden kann, und zwar einerseits durch plastische Verformung der B-Säule und des Dachrahmens und andererseits durch Energieübertragung der B-Säule auf den Dachrahmen, wobei gleichzeitig unter gezielter Deformation eine integre Struktur der B-Säule im unteren Säulenabschnitt erhalten bleibt. Erreicht wird dies durch eine Kombination mehrerer Maßnahmen, die zusammenwirken und eine über ihre reine Addition hinausgehende Verbesserung der Schutzwirkung erzielen.The invention is based on the general idea of configuring the vehicle body in the area of the respective B-pillar in such a way that as much energy as possible can be absorbed in the event of a side impact, on the one hand through plastic deformation of the B-pillar and the roof frame and on the other hand through energy transfer from the B pillar on the roof frame, while at the same time an integral structure of the B-pillar in the lower pillar section is retained under targeted deformation. This is achieved through a combination of several measures that work together and achieve an improvement in the protective effect that goes beyond their mere addition.
Zunächst wird eine verbesserte Energieabsorption im Dachrahmen erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass sich einer der Querspriegel des Dachrahmens bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung hinter den oberen Enden der B-Säulen und vor den oberen Enden der C-Säulen befindet. Bei konventioneller Bauweise mit je einem Querspriegel im Bereich der A-, B- und C-Säulen handelt es sich beim hier betrachteten Querspriegel um den mittleren Querspriegel. Die relative Ortsangabe „mittlere“ ist dabei mit Bezug auf die Querspriegel des Dachrahmens bei konventioneller Bauweise zu verstehen, bei welcher ein vorderer Querspriegel im Bereich der oberen Enden der A-Säulen, ein mittlerer Querspriegel im Bereich der oberen Enden der B-Säulen und ein hinterer Querspriegel im Bereich der oberen Enden der C-Säulen angeordnet ist. Während bei konventioneller Bauform der mittlere Querspriegel, der häufig auch als Hauptspriegel bezeichnet wird, die oberen Enden der B-Säulen direkt miteinander verbindet, wird dieses Konstruktionsprinzip bei der vorliegenden Erfindung verlassen, indem der mittlere Querspriegel bezüglich der B-Säule nach hinten versetzt wird. Hierdurch können sich die Dachlängsträger beim Seitenaufprall vor dem mittleren Querspriegel besser verformen, was die Energieabsorption im Dachrahmen verbessert. Gleichzeitig lassen sich dadurch Momente auf den mittlere Querspriegel übertragen, sodass dieser durch Verformung ebenfalls Energie aufnehmen kann. Wichtig ist dabei, dass sich der mittlere Querspriegel in der Fahrzeuglängsrichtung näher an den oberen Enden der B-Säulen als an den oberen Enden der C-Säule befindet. Auf diese Weise wird erreicht, dass der mittlere Querspriegel noch eine hinreichende Abstützung der B-Säulen am Dachrahmen bewirkt.Firstly, improved energy absorption in the roof frame is achieved according to the invention in that one of the transverse bows of the roof frame is located behind the upper ends of the B pillars and in front of the upper ends of the C pillars with respect to the longitudinal direction of the vehicle. In the case of a conventional design with one cross bow each in the area of the A, B and C pillars, the cross bow considered here is the middle cross bow. The relative location "middle" is to be understood with reference to the cross bows of the roof frame in conventional construction, in which a front cross bow in the area of the upper ends of the A pillars, a middle cross bow in the area of the upper ends of the B pillars and a rear cross bow is arranged in the area of the upper ends of the C-pillars. While in the conventional design the middle cross bow, which is often also referred to as the main bow, connects the upper ends of the B pillars directly with one another, this design principle is abandoned in the present invention, in that the middle cross bow is moved backwards in relation to the B pillar. This allows the longitudinal roof members to deform better in front of the center cross member in the event of a side impact, which improves energy absorption in the roof frame. At the same time, moments can be transferred to the middle cross bow, so that it can also absorb energy through deformation. It is important that the central cross member is located closer to the upper ends of the B pillars than to the upper ends of the C pillars in the longitudinal direction of the vehicle. In this way it is achieved that the central transverse bow still provides sufficient support for the B-pillars on the roof frame.
Im vorliegenden Zusammenhang beziehen sich die relativen Ortsangaben „oben“ und „unten“ auf den Gebrauchszustand der Fahrzeugkarosserie im Fahrzeug, sodass untere Bereiche einem Untergrund, auf dem die Fahrzeugkarosserie bzw. das Fahrzeug steht, zugewandt sind, während obere Bereiche von diesem Untergrund abgewandt sind. Des Weiteren beziehen sich im vorliegenden Zusammenhang die relativen Ortsangaben „vorne“ und „hinten“ auf die Fahrzeuglängsrichtung, wobei vordere Bereiche einer Fahrzeugfront zugewandt sind, während hintere Bereiche einem Fahrzeugheck zugewandt sind. Schließlich beziehen sich im vorliegenden Zusammenhang die relativen Ortsangaben „innen“ und „außen“ auf den Fahrgastraum, sodass innere Bereiche dem Fahrgastraum zugewandt sind, während äußere Bereiche vom Fahrgastraum abgewandt sind.In the present context, the relative location information “above” and “below” refers to the state of use of the vehicle body in the vehicle, so that lower areas face a surface on which the vehicle body or vehicle is standing, while upper areas face away from this surface . Furthermore, in the present context, the relative location information “in front” and “rear” relates to the longitudinal direction of the vehicle, with front areas facing a vehicle front, while rear areas facing a vehicle rear. Finally, in the present context, the relative locations “inside” and “outside” relate to the passenger compartment, such that inner areas face the passenger compartment, while outer areas face away from the passenger compartment.
Des Weiteren schlägt die Erfindung vor, die jeweilige B-Säule mit einer Innenschale und einer Außenschale auszustatten, die entlang vorderer und hinterer Längsseitenränder aneinander anliegen und mittels einer vorderen und hinteren Schweißnaht aneinander befestigt sind. Schweißnähte unterscheiden sich von Schweißpunkten durch ihre längliche Erstreckung. Dementsprechend sind Schweißpunkte quasi eindimensional, während Schweißnähte quasi zweidimensional sind. Durch das Vorsehen von Schweißnähten wird durch die Verbindung zwischen Außenschale und Innenschale ein geschlossener Querschnitt erzeugt, wodurch die B-Säule eine ausgeprägte Steifigkeit erhält. Bevorzugt können sich die Schweißnähte über mindestens 75% der gesamten Höhe eines Kontaktbereichs erstrecken, in dem die vorderen und hinteren Längsseitenränder aneinander anliegen. Die jeweilige Schweißnaht kann als durchgehende Naht oder als Schweißnaht mit einer oder mehreren Unterbrechungen und insbesondere als Steppnaht ausgestaltet sein. Dabei ist jeder einzelne Nahtabschnitt als Naht, also länglich, quasi zweidimentsional, also nicht als Punkt konzipiert. Durch die Auslegung der Steppnaht, also durch eine gezielte Verteilung und Anordnung von Nahtabschnitten und Nahtunterbrechungen kann die Deformation bei Belastung gezielt induziert und modelliert werden.Furthermore, the invention proposes equipping the respective B-pillar with an inner shell and an outer shell, which abut one another along front and rear longitudinal side edges and are fastened to one another by means of a front and rear weld seam. Welds are distinguished from spot welds by their elongation. Accordingly, spot welds are quasi one-dimensional, while weld seams are quasi two-dimensional. The provision of weld seams creates a closed cross-section through the connection between the outer shell and inner shell, giving the B-pillar a pronounced rigidity. The weld seams can preferably extend over at least 75% of the entire height of a contact area in which the front and rear longitudinal side edges abut one another. The respective weld seam can be designed as a continuous seam or as a weld seam with one or more interruptions and in particular as a stitched seam. Each individual seam section is a seam, i.e. elongated, quasi two-dimensional, i.e. not designed as a point. The deformation under load can be specifically induced and modeled through the design of the quilting seam, i.e. through a targeted distribution and arrangement of seam sections and seam interruptions.
Für den hier vorgestellten Anwendungsbereich haben sich gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform Schweißnähte, die als Laserschweißnähte ausgestaltet sind, als besonders vorteilhaft herausgestellt. Im Unterschied zu anderen Schweißverfahren, wie Widerstandsschweißen, Lichtbogenschweißen, Gasschweißen, MIG-, MAG-, WIG-Schweißen, lassen sich beim Laserschweißen wichtige Schweißparameter, wie Energieeintrag, Wärmeeintrag, Schweißzone und Schweißtemperatur, besonders genau einstellen, wodurch sich Veränderungen im Gefüge der Schweißpartner vermeiden lassen. Beispielsweise kann eine im Material der Außenschale und/oder der Innenschale vorgesehene Duktilität erhalten bleiben. Ebenso lässt sich ein Laserschweißen quasi verzugsfrei durchführen.According to an advantageous embodiment, weld seams that are designed as laser weld seams have proven to be particularly advantageous for the area of application presented here. In contrast to other welding processes, such as resistance welding, arc welding, gas welding, MIG, MAG, TIG welding, important welding parameters such as energy input, heat input, welding zone and welding temperature can be set particularly precisely with laser welding, which results in changes in the structure of the welding partners avoid. For example, a ductility provided in the material of the outer shell and/or the inner shell can be retained. Laser welding can also be carried out virtually without distortion.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die jeweilige B-Säule in einem mit dem Bodenrahmen verbundenen unteren Säulenabschnitt eine größere Duktilität aufweist als in einem vom unteren Säulenabschnitt zum Dachrahmen führenden oberen Säulenabschnitt. Mit anderen Worten, der obere Säulenabschnitt besitzt eine höhere Sprödigkeit als der untere Säulenabschnitt. Diese Maßnahme hat zur Folge, dass sich die B-Säule im unteren Säulenabschnitt, also insbesondere im Bereich der Anbindung an den jeweiligen Schweller besser plastisch unter Energieaufnahme verformen kann als im oberen Säulenabschnitt, wodurch die Gefahr eines Versagens bzw. Bruchs der B-Säule im unteren Säulenabschnitt reduziert ist. Die Verbindung der B-Säule zum Bodenrahmen bleibt somit erhalten und die Gefahr einer Intrusion in den Fahrgastraum ist reduziert. Insbesondere kann die Duktilität im unteren Säulenabschnitt wenigstens doppelt so groß sein wie im oberen Säulenabschnitt. Die Duktilität soll im vorliegenden Zusammenhang insbesondere durch die sogenannte Bruchdehnung definiert sein, bei der eine Zugprobe aus dem jeweiligen Material bricht. Die Bruchdehnung kann bei normalen Stahllegierungen bei etwa 25% liegen. Vorzugsweise kann nun vorgesehen sein, dass die Bruchdehnung im spröderen oberen Säulenabschnitt bei weniger als 25% liegt, während sie im duktileren unteren Säulenabschnitt bei mehr als 25% liegt.Furthermore, it is provided according to the invention that the respective B-pillar has greater ductility in a lower pillar section connected to the floor frame than in an upper pillar section leading from the lower pillar section to the roof frame. In other words, the upper pillar portion has higher brittleness than the lower pillar portion. As a result of this measure, the B-pillar in the lower pillar section, i.e. in particular in the area of the connection to the respective rocker panel, can deform better under energy absorption than in the upper pillar section, which reduces the risk of failure or breakage of the B-pillar in the lower column section is reduced. The connection between the B-pillar and the floor frame is therefore maintained and the risk of intrusion into the passenger compartment is reduced. In particular, the ductility in the lower column section can be at least twice that in the upper column section. In the present context, the ductility should be defined in particular by the so-called elongation at break, at which a tensile specimen made of the respective material breaks. Elongation at break can be around 25% for normal steel alloys. It can now preferably be provided that the elongation at break in the more brittle upper column section is less than 25%, while it is more than 25% in the more ductile lower column section.
Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme besteht darin, dass die jeweilige B-Säule an ihrem oberen Ende einen Säulenkopf aufweist, der an einem Säulenkörper der B-Säule nach oben anschließt und der in der Fahrzeugquerrichtung von außen am jeweiligen Dachlängsträger abgestützt ist. Durch die Abstützung des Säulenkopfs außen am Dachrahmen wird für den Seitenaufprall eine zuverlässige Kraftübertragung von der B-Säule auf den Dachrahmen realisiert.A further measure according to the invention is that the respective B-pillar has a pillar head at its upper end, which connects to a pillar body of the B-pillar at the top and which is supported from the outside in the vehicle transverse direction on the respective roof rail. By supporting the pillar head on the outside of the roof frame, force is reliably transmitted from the B pillar to the roof frame in the event of a side impact.
Eine andere erfindungsgemäße Maßnahme besteht darin, dass der jeweilige Dachlängsträger von oben auf der jeweiligen B-Säule abgestützt ist. Das bedeutet, dass eine Vertikalbelastung des Dachlängsträgers quasi drehmomentfrei auf die jeweilige B-Säule übertragen werden kann. Dies vereinfacht im Fall eines Seitenaufpralls die gezielte und gerichtete Kraft- und Drehmomentübertragung zwischen B-Säule und Dachrahmen.Another measure according to the invention is that the respective longitudinal roof member is supported from above on the respective B-pillar. This means that a vertical load on the longitudinal roof member can be transferred to the respective B-pillar with virtually no torque. In the event of a side impact, this simplifies the targeted and directed transmission of power and torque between the B-pillar and the roof frame.
Der kombinatorische vorteilhafte Effekt der vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann in Kombination mit den nachfolgend beschriebenen Maßnahmen zusätzlich verbessert werden, wobei die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen einzeln oder kumuliert oder in beliebiger Kombination mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen kombiniert werden können.The combinatorial advantageous effect of the measures described above can be additionally improved in combination with the measures described below, it being possible for the measures described below to be combined individually or cumulatively or in any combination with the measures described above.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Außenschale und die Innenschale der jeweiligen B-Säule aus einem hochfesten Stahl bestehen. Während ein normaler Stahl eine Zugfestigkeit von bis zu 350 MPa oder N/mm2 aufweist, ist die Zugfestigkeit eines hochfesten Stahls deutlich höher und beträgt mindestens 500 MPa. Beispielsweise kann ein bohrlegierter Manganstahl, wie z.B. 22MnB5, verwendet werden, dessen Zugfestigkeit bis 700 MPa erreicht. Andere hochfeste Stahllegierungen erreichen Zugfestigkeiten von über 1.000 MPa oder sogar über 1.200 MPa.An embodiment in which the outer shell and the inner shell of the respective B-pillar consist of high-strength steel is particularly advantageous. While normal steel has a tensile strength of up to 350 MPa or N/mm 2 , high-strength steel has a significantly higher tensile strength of at least 500 MPa. For example, a drill-alloyed manganese steel, such as 22MnB5, can be used, the tensile strength of which reaches up to 700 MPa. Other high-strength steel alloys achieve tensile strengths of over 1,000 MPa or even over 1,200 MPa.
Zusätzlich oder alternativ kann außerdem vorgesehen sein, den jeweiligen Dachlängsträger in einem hinteren Abschnitt, der die B-Säule mit der C-Säule verbindet, mit einer höheren Festigkeit und/oder höheren Duktilität zu fertigen als in einem vorderen Abschnitt, der die B-Säule mit einer A-Säule der Fahrzeugkarosserie verbindet, die ebenfalls den Bodenrahmen mit dem Dachrahmen verbindet. Beispielsweise ist denkbar, den zwischen A-Säule und B-Säule liegenden vorderen Abschnitt des Dachlängsträgers aus einem konventionellen Stahl zu fertigen, während der zwischen der B-Säule und der C-Säule liegende hintere Abschnitt aus einem hochfesten Stahl gefertigt wird, dessen Festigkeit also mindestens 500 MPa beträgt. Auch hier kann beispielsweise ein bohrlegierter Vergütungsstahl, wie z.B. 22MnB5 zum Einsatz kommen. Auf diese Weise lässt sich durch Einsatz von Werkstoffen unterschiedlicher Diktilität und/oder Festigkeit die Deformation gezielt in Abhängigkeit der auftretenden Kräfte modellieren.Additionally or alternatively, it can also be provided that the respective roof side member is manufactured with greater strength and/or greater ductility in a rear section that connects the B pillar to the C pillar than in a front section that connects the B pillar connects to an A-pillar of the vehicle body, which also connects the floor frame to the roof frame. For example, it is conceivable to manufacture the front section of the roof rail between the A-pillar and the B-pillar from a conventional steel, while the rear section between the B-pillar and the C-pillar is made from a high-strength steel, i.e. its strength is at least 500 MPa. Here too, for example, a drill-alloyed heat-treatable steel such as 22MnB5 can be used. In this way, the deformation can be modeled in a targeted manner as a function of the forces that occur by using materials of different ductility and/or strength.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, bei der jeweiligen B-Säule die Außenschale im Säulenkopf in der Fahrzeugquerrichtung von außen am jeweiligen Dachlängsträger abzustützen, während die Innenschale im Säulenkopf in der Fahrzeugquerrichtung von innen am jeweiligen Dachlängsträger abgestützt ist. Hierdurch kann eine, insbesondere quasi U-förmige, Aufnahme für den Dachlängsträger im Säulenkopf der jeweiligen B-Säule geschaffen werden, was die Kraft- und Momentübertragung zwischen B-Säule und Dachlängsträger verbessert.Another advantageous embodiment proposes supporting the outer shell in the pillar head in the vehicle transverse direction from the outside on the respective roof rail for the respective B-pillar, while the inner shell in the pillar head is supported in the vehicle transverse direction from the inside on the respective roof rail. As a result, a mount for the longitudinal roof member, in particular a quasi U-shaped one, can be created in the pillar head of the respective B pillar, which improves the transmission of force and torque between the B pillar and the longitudinal roof member.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass die jeweilige B-Säule am Säulenkopf mit dem jeweiligen Dachlängsträger verschraubt ist. Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe von Schrauben, vorzugsweise metrischer Schrauben, eine deutlich höhere Festigkeit innerhalb der Verbindung realisierbar ist, als dies beispielsweise mit Hilfe von Schweißpunkten oder Nietverbindungen realisierbar ist. Somit kann die Anbindung zwischen B-Säule und Dachlängsträger erheblich verbessert werden.Another advantageous embodiment proposes that the respective B-pillar is screwed to the respective roof rail at the head of the pillar. It has been shown that with the help of screws, preferably metric screws, a significantly higher strength can be achieved within the connection than can be achieved, for example, with the help of spot welds or rivet connections. In this way, the connection between the B-pillar and the roof rail can be significantly improved.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass sich der Säulenkopf in der Fahrzeuglängsrichtung nach vorn und nach hinten über den Säulenkörper hinaus erstreckt. Hierdurch wird die seitliche Abstützung zwischen B-Säule und Dachlängsträger vergrößert, was die Kraft- und Momentübertragung verbessert.Another advantageous embodiment proposes that the pillar head extends forwards and backwards beyond the pillar body in the longitudinal direction of the vehicle. This increases the lateral support between the B-pillar and the roof rail, which improves power and torque transmission.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass die jeweilige B-Säule an ihrem unteren Ende einen Säulenfuß aufweist, der an den Säulenkörper nach unten anschließt, sich in der Fahrzeuglängsrichtung nach vorn und nach hinten über den Säulenkörper hinaus erstreckt und am jeweiligen Schweller befestigt ist. Durch diese Maßnahme wird eine in der Fahrzeuglängsrichtung breite Abstützung der B-Säule am Schweller und somit am Bodenrahmen realisiert, was dort die Kraft- und Momentübertragung erheblich verbessert. Insbesondere kann ein Versagen der B-Säule im Bereich ihrer Anbindung an den Bodenrahmen somit vermieden werden.Another advantageous embodiment proposes that the respective B-pillar has a pillar base at its lower end, which connects to the pillar body downwards, extends forwards and backwards beyond the pillar body in the longitudinal direction of the vehicle and is fastened to the respective rocker panel. This measure provides broad support for the B-pillar on the sill and thus on the floor frame in the longitudinal direction of the vehicle, which significantly improves the transmission of power and torque there. In particular, a failure of the B-pillar in the area where it is connected to the floor frame can thus be avoided.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass die jeweilige B-Säule im oberen Säulenabschnitt eine sich von unten nach oben erstreckende Längssicke zur Aussteifung der B-Säule im oberen Säulenabschnitt aufweist. Insbesondere kann diese Längssicke in der Außenschale ausgebildet sein. Durch diese Maßnahme wird eine intensive Aussteifung der B-Säule im oberen Säulenabschnitt realisiert, was die Kraftübertragung beim Seitenaufprall von der B-Säule auf den Dachrahmen verbessert.Another advantageous embodiment proposes that the respective B pillar in the upper pillar section has a longitudinal bead extending from the bottom upwards for stiffening the B pillar in the upper pillar section. In particular, this longitudinal bead can be formed in the outer shell. This measure results in intensive bracing of the B-pillar in the upper section of the pillar, which improves the transmission of force from the B-pillar to the roof frame in the event of a side impact.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass die größere Duktilität der jeweiligen B-Säule im unteren Säulenabschnitt durch eine erhöhte Duktilität im Säulenfuß realisiert ist, über den die jeweilige B-Säule mit dem Bodenrahmen verbunden ist. Hierdurch kann sich die B-Säule beim Seitenaufprall gezielt im Säulenfuß verformen, ohne dass es dabei zu einem Verlust des Lastpfades im Säulenfuß kommt.Another advantageous embodiment proposes that the greater ductility of the respective B pillar in the lower pillar section is realized by increased ductility in the pillar base, via which the respective B pillar is connected to the floor frame. This allows the B-pillar to deform in a targeted manner in the pillar base in the event of a side impact without the load path being lost in the pillar base.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass bei der jeweiligen B-Säule eine Blechdicke der Außenschale in einem unteren Übergangsbereich von dem Säulenfuß zu dem Säulenkörper stufenlos, insbesondere kontinuierlich, oder gestuft, insbesondere mehrstufig, abnimmt, sodass die Außenschale im Säulenfuß eine größere Blechdicke besitzt als in einem unteren Außenschalenabschnitt des Säulenkörpers. Durch die höhere Blechdicke besitzt der Säulenfuß eine relativ hohe Festigkeit, sodass in Verbindung mit der erhöhten Duktilität eine hohe Energieaufnahme möglich ist.Another advantageous embodiment proposes that the sheet metal thickness of the outer shell of the respective B-pillar decreases continuously, in particular continuously, or in stages, in particular in several stages, in a lower transition region from the pillar base to the pillar body, so that the outer shell in the pillar base has a greater sheet metal thickness than in a lower outer shell portion of the pillar body. Due to the greater sheet thickness, the pillar base has a relatively high strength, so that a high energy absorption is possible in connection with the increased ductility.
Gemäß einer Weiterbildung kann nun vorgesehen sein, dass bei der jeweiligen B-Säule eine Blechdicke in der Außenschale in einem oberen Übergangsbereich von dem unteren Außenschalenabschnitt zu einem oberen Außenschalenabschnitt des Säulenkörpers stufenlos, insbesondere kontinuierlich, oder gestuft, insbesondere mehrstufig, zunimmt, sodass die Außenschale in dem oberen Außenschalenabschnitt eine größere Blechdicke aufweist als in dem unteren Außenschalenabschnitt. Demnach besitzt der untere Außenschalenabschnitt eine geringere Stabilität als der obere Außenschalenabschnitt und als der Säulenfuß, sodass der untere Außenschalenabschnitt beim Seitenaufprall eine gelenkartige Verformungszone definiert. In der Folge können sich der Säulenfuß und der obere Außenschalenabschnitt bei entsprechender Seitenkraft mit entgegengesetzten Drehrichtungen nach innen drehen, wodurch eine hohe Momentübertragung auf den Schweller bzw. den Dachlängsträger und somit eine hohe Energieabsorption erfolgen. Die Dickenvariation im jeweiligen Übergangsabschnitt lässt sich beispielsweise durch die Verwendung von Tailored-Blanks oder durch die Verwendung von Patchs erzielen. Bei einem Tailored-Blank werden Blechstücke unterschiedlicher Dicke auf Stoß geschweißt. Ein Patch ist ein „Doppler“, also ein zusätzliches separates Blechstück, das auf das Blech der Außenschale aufgesetzt und daran auf geeignete Weise befestigt ist, z.B. über Schweißnähte, vorzugsweise Laserschweißnähte. Alternativ kann auch ein Umfromverfahren zum Einsatz kommen, um die Dickenvariation zu realisieren, z.B. ein Tailored-Rolling-Verfahren.According to a further development, it can now be provided that the sheet metal thickness in the outer shell of the respective B-pillar increases steplessly, in particular continuously, or in stages, in particular in multiple stages, in an upper transition area from the lower outer shell section to an upper outer shell section of the pillar body, so that the outer shell has a greater sheet metal thickness in the upper outer shell section than in the lower outer shell section. Accordingly, the lower outer shell section has less stability than the upper outer shell section and than the pillar base, so that the lower outer shell section defines a joint-like deformation zone in the event of a side impact. As a result, the pillar base and the upper outer shell section can rotate inwards with opposite directions of rotation given a corresponding lateral force, as a result of which a high torque transmission to the sill or the roof rail and thus a high energy absorption take place. The thickness variation in the respective transition section can be achieved, for example, by using tailored blanks or by using patches. With a tailored blank, pieces of sheet metal of different thicknesses are butt welded. A patch is a "doubler", i.e. an additional separate piece of sheet metal that is placed on the sheet metal of the outer shell and attached to it in a suitable way, e.g. via welds, preferably laser welds. Alternatively, a forming process can also be used to realize the variation in thickness, e.g. a tailored rolling process.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass bei der jeweiligen B-Säule eine Sprödigkeit und/oder Blechdicke der Innenschale in einem Übergangsbereich von einem unteren Innenschalenabschnitt zu einem oberen Innenschalenabschnitt stufenlos, insbesondere kontinuierlich, oder gestuft, insbesondere mehrstufig, zunimmt, sodass die Innenschale in dem unteren Innenschalenabschnitt eine größere Duktilität und/oder eine kleinere Blechdicke aufweist als im oberen Innenschalenabschnitt. Hierdurch bewirkt die Innenschale im oberen Säulenabschnitt eine Versteifung und erhöht im unteren Säulenabschnitt die Duktilität. In der Folge lassen sich beim Seitenaufprall mehr Kräfte und Momente auf den Dachrahmen übertragen. Dieser Übergangsbereich der Innenschale lässt sich hinsichtlich der Duktilität bzw. Sprödigkeit beispielsweise durch eine gezielte variierende Wärmebehandlung, insbesondere durch ein Tailored-Tempering-Verfahren, realisieren. Für die optionale Dickenvariation kann wieder ein Tailored-Blank oder ein Tailored-Rolling Verfahren oder ein Patch zum Einsatz kommen.Another advantageous embodiment proposes that a Brittleness and/or sheet thickness of the inner shell in a transition area from a lower inner shell section to an upper inner shell section increases steplessly, in particular continuously, or in stages, in particular in several stages, so that the inner shell has greater ductility and/or a smaller sheet thickness in the lower inner shell section than in the upper inner shell section. As a result, the inner shell causes a stiffening in the upper column section and increases the ductility in the lower column section. As a result, more forces and moments can be transferred to the roof frame in the event of a side impact. With regard to the ductility or brittleness, this transition area of the inner shell can be realized, for example, by means of a targeted varying heat treatment, in particular by means of a tailored tempering process. A tailored blank or a tailored rolling process or a patch can again be used for the optional variation in thickness.
Besonders vorteilhaft ist nun eine Weiterbildung, bei welcher der Übergangsbereich der Innenschale unterhalb des oberen Übergangsbereichs der Außenschale und oberhalb des unteren Übergangsbereichs der Außenschale angeordnet ist. Diese Maßnahme führt dazu, dass die B-Säule beim Seitenaufprall gezielt oberhalb des Säulenfußes nach innen einknicken kann, wodurch eine große Moment- und Kraftübertragung von der B-Säule auf den Bodenrahmen und den Dachrahmen realisiert wird, was mit einer entsprechend großen Energieabsorption einhergeht.A further development is particularly advantageous in which the transition area of the inner shell is arranged below the upper transition area of the outer shell and above the lower transition area of the outer shell. This measure means that the B-pillar can buckle inwards in a targeted manner above the base of the pillar in the event of a side impact, which means that a large amount of torque and force is transmitted from the B-pillar to the floor frame and the roof frame, which is accompanied by correspondingly large energy absorption.
Ein erfindungsgemäßer Personenkraftwagen zeichnet sich durch eine Fahrzeugkarosserie der vorstehend beschriebenen Art aus. Des Weiteren ist ein derartiger Personenkraftwagen mit einer Unterflurbatterie ausgestattet, die in einem im Fahrzeugboden ausgebildeten Batterieaufnahmeraum aufgenommen ist. A passenger car according to the invention is characterized by a vehicle body of the type described above. Furthermore, such a passenger car is equipped with an underfloor battery, which is accommodated in a battery accommodation space formed in the vehicle floor.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention. Components of a higher-level unit, such as a device, a device or an arrangement that are mentioned above and are to be mentioned below, which are designated separately, can form separate parts or components of this unit or be integral areas or sections of this unit, even if this shown differently in the drawings.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to identical or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine isometrische Ansicht einer Fahrzeugkarosserie, -
2 eine isometrische Ansicht einer B-Säule der Fahrzeugkarosserie.
-
1 an isometric view of a vehicle body, -
2 an isometric view of a B-pillar of the vehicle body.
Entsprechend
Die Fahrzeugkarosserie 2 definiert eine Fahrzeuglängsrichtung X, eine Fahrzeugquerrichtung Y sowie eine Fahrzeughöhenrichtung Z. Ein entsprechendes Koordinatensystem ist in
Die Fahrzeugkarosserie 2 umhüllt einen Passagierraum 15 des Fahrzeugs 1, in dem sich beim komplettierten Fahrzeug 1 Sitze befinden.The vehicle body 2 encloses a
Gemäß
Zweckmäßig finden sich alle Merkmale der linken B-Säule 12 spiegelbildlich auch an der rechten B-Säule 12.Appropriately, all the features of the left-hand B-
Die Innenschale 16 besitzt einen vorderen Längsseitenrand 18 und einen hinteren Längsseitenrand 19, der in der Ansicht der
Die B-Säule 12 weist in einem mit dem Bodenrahmen 6 verbundenen unteren Säulenabschnitt 24 eine größere Duktilität auf als in einem vom unteren Säulenabschnitt 24 zum Dachrahmen 9 führenden oberen Säulenabschnitt 25. In
Die jeweilige B-Säule 12 weist einen Säulenkopf 26 an ihrem oberen Ende, einen Säulenfuß 27 an ihrem unteren Ende sowie einen Säulenkörper 28 auf, der den Säulenkopf 26 mit dem Säulenfuß 27 verbindet. Demnach schließt der Säulenkopf 26 an den Säulenkörper 28 nach oben an. Ferner ist der Säulenkopf 26 in der Fahrzeugquerrichtung Y von außen am jeweiligen Dachlängsträger 9 abgestützt. Ferner ist der jeweilige Dachlängsträger 9 von oben an der jeweiligen B-Säule 12 abgestützt. Dies kann zweckmäßig dadurch erreicht werden, dass die B-Säule 12 mit ihrer Außenschale 17 im Säulenkopf 26 in der Fahrzeugquerrichtung Y von außen am jeweiligen Dachlängsträger 10 abgestützt ist. Zusätzlich kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Innenschale 16 im Säulenkopf 26 in der Fahrzeugquerrichtung Y von innen am jeweiligen Dachlängsträger 10 abgestützt ist. Des Weiteren kann optional vorgesehen sein, dass der Säulenkopf 26 mit dem jeweiligen Dachlängsträger 10 verschraubt ist. In
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist das obere Ende der jeweiligen B-Säule 12 bezüglich der Seitenansicht T-förmig ausgestaltet, sodass sich der Säulenkopf 26 in der Fahrzeuglängsrichtung X nach vorn und nach hinten über den Säulenkörper 28 hinaus erstreckt. Hierdurch wird eine breite, großflächige Abstützung zwischen der B-Säule 12 und dem jeweiligen Dachlängsträger 10 erreicht.In the embodiment shown here, the upper end of the respective B-
Auch am unteren Ende der B-Säule 12 wird eine breite Abstützung am jeweiligen Schweller 7 realisiert. Zu diesem Zweck ist der Säulenfuß 27 so konfiguriert, dass er sich in der Fahrzeuglängsrichtung X nach vorn und nach hinten über den Säulenkörper 28 hinaus erstreckt. Demnach ist die B-Säule 12 auch am unteren Ende quasi T-förmig gestaltet.A broad support on the respective rocker panel 7 is also realized at the lower end of the B-
Gemäß
Ferner ist die B-Säule 12 auch durch ihre Materialauswahl besonders fest und stabil konzipiert. Zweckmäßig kann für die Herstellung der Außenschale 17 und der Innenschale 16 ein hochfester Stahl verwendet werden, also ein Stahl, dessen Zugfestigkeit wenigstens 500 MPa besitzt. Beispielsweise können Innenschale 16 und Außenschale 17 aus einem bohrlegierten Vergütungsstahl, wie z.B. 22MnB5 hergestellt sein.Furthermore, the B-
Damit die B-Säule 12 beim Seitenaufprall trotz ihrer hohen Zugfestigkeit in ihrem unteren Säulenabschnitt 24 nicht bricht, ist sie dort, wie vorstehend erläutert, mit einer erhöhten Duktilität ausgestattet. Dies kann durch eine entsprechende Wärmebehandlung, insbesondere Tempern, des hochfesten Stahls realisiert werden. Bevorzugt ist nun eine Ausführungsform, bei welcher die hohe Duktilität des unteren Säulenabschnitts 24 im Säulenfuß 27 realisiert wird. Mit anderen Worten, der Säulenfuß 27 besitzt die höhere Duktilität des unteren Säulenabschnitts 24.So that the B-
Des Weiteren wird für die gewünschten Verformungseigenschaften der B-Säule 12 bei einem Seitenaufprall eine in der Höhe variierende Materialstärke bzw. Blechdicke innerhalb der B-Säule 12 realisiert. Die variierende Blechdicke kann durch unterschiedliche Verfahren realisiert werden. Beispielsweise kann das jeweilige Blech als Tailored-Blank ausgestaltet sein oder mittels Tailored-Rolled realisiert werden. Auch ist die Verwendung wenigstens eines zusätzlichen Blechstücks, sogenanntes Patch, denkbar. Die erhöhte Duktilität der B-Säule 12 im unteren Säulenabschnitt 24 bzw. im Säulenfuß 27 kann dabei insbesondere mittels Tailored-Tempered realisiert werden, bei dem also nur der untere Säulenabschnitt 24 bzw. der Säulenfuß 27 einer Wärmebehandlung zum Erhöhen der Duktilität unterworfen wird. Ebenso ist denkbar, dass die B-Säule 12 bzw. die Innenschale 16 und die Außenschale 17 vor deren Zusammenbau einer maßgeschneiderten Wärmebehandlung, Tailored-Tempered unterzogen werden, um die Bereiche unterschiedlicher Zugfestigkeit und/oder Duktilität auszubilden.Furthermore, for the desired deformation properties of the B-
Gemäß
Zweckmäßig weist auch die Innenschale 16 einen Übergangsbereich 34 auf, in dem die Duktilität der Innenschale 16 von einem unteren Innenschalenabschnitt 35 zu einem oberen Innenschalenabschnitt 36 abnimmt. Die Abnahme der Duktilität ist hier mehrstufig dargestellt. Ebenso sind eine einstufige und eine stufenlose, insbesondere kontinuierliche, Abnahme denkbar. In der Folge besitzt die Innenschale 16 im oberen Innenschalenabschnitt 36 eine größere Sprödigkeit und eine kleinere Duktilität als im unteren Innenschalenabschnitt 35. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass im Übergangsbereich 34 der Innenschale 16 die Blechdicke der Innenschale 16 vom unteren Innenschalenabschnitt 35 zum oberen Innenschalenabschnitt 36 zunimmt. Die Zunahme der Blechdicke kann mehrstufig erfolgen. Ebenso sind eine einstufige und eine stufenlose, insbesondere kontinuierliche, Zunahme denkbar. In der Folge besitzt die Innenschale 16 im oberen Innenschalenabschnitt 36 eine größere Blechdicke als im unteren Innenschalenabschnitt 35. Gemäß
Gemäß
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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