DE10231809A1

DE10231809A1 - Aufpralldämpfende Tragstruktur für einen Endbereich eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10231809A1
Application number: DE2002131809
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schwant; Matthias Rabe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aufpralldämpfende Tragstruktur für einen Endbereich eines Fahrzeugs, insbesondere den vorderen Endbereich, mit seitlichen Längsträgern und einem mit deren der Fahrgastzelle abgewandten Enden verbundenen Querträger. Sie löst die Aufgabe, eine derartige Tragstruktur so zu gestalten, daß diese beim Aufprall eines Fußgängers auf das Fahrzeug unter Energieaufnahme reversibel deformierbar ist. Dazu sind in den Verbindungsbereichen des Querträgers (7) mit dem jeweiligen Längsträger (3, 4) Verbindungselemente (20) oder Verbindungsvorrichtungen angeordnet, die die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderliche Festigkeit und Steifigkeit der Tragstruktur sicherstellen, wobei die Verbindungselemente (20) mit wenigstens einer sensorgesteuerten Vorrichtung (22) gekoppelt sind, durch die diese (20) im Falle eines Aufpralls aus der Verbindungsposition entfernt werden, bzw. wobei die Verbindungsvorrichtung einen Riegel aufweist, der im Falle eines Aufpralls sensorgesteuert aus der Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition verbracht und der Querträger (7) vom Längsträger (3, 4) entriegelt wird, so daß der Querträger (7) relativ zu den Längsträgern (3, 4) in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten aufprallenergieaufnehmend verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufpralldämpfende Tragstruktur für einen Endbereich eines Fahrzeugs, insbesondere den vorderen Endbereich eines Kraftfahrzeugs, bei der die Steifigkeit bei einer Kollision mit einem Fußgänger oder einem anderen Aufprallbeteiligten zur Aufnahme von Aufprallenergie verringerbar ist.

Bekannt sind Tragstrukturen für einen Endbereich eines Fahrzeugs, die für den Fall einer Kollision zur Aufnahme von Aufprallenergie Solldeformations- oder Energieabsorptionskörper aufweisen. So ist in der DE 199 11 832 C2 eine Tragstruktur mit einem als Mehrbalkenstruktur ausgeführten Querträger und Längsträgern beschrieben, bei der der Querträger jeweils an seinen Enden mit den Enden der Längsträger oder den Enden der bevorzugt als Kotflügelbank ausgeführten oberen Längsträger lösbar zumindest mittelbar angeordnet ist. Dabei kann der Querträger über Solldeformationskörper an den Längsträgern angebunden sein, die bei Bagatellunfällen verformt werden, so daß benachbarte Bauteile nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Die verformten Solldeformationskörper sind austauschbar. Auch in der DE 199 53 808 A1 ist eine Tragstruktur für den vorderen Endbereich eines Fahrzeugs mit deformierbaren Energieabsorptionselementen beschrieben.

Bekannt sind aber auch Tragstrukturen, die in verschiedenen Ebenen unterschiedlich steif ausgebildet sind, wie eine Tragstruktur nach der DE 198 51 495 A1 . Bei dieser ist ein Stoßfängerträgerquerträger mit seinen Enden an den Enden von Längsträgern verbunden. Zusätzlich ist ein Unter-Stoßfängerträger unterhalb desselben angeordnet, der mit den Enden von Unter-Längsträgern verbunden ist, wobei diese wiederum jeweils mit einem benachbarten Längsträger und/ oder mit einem Schweller verbunden sind. Auch kann zusätzlich ein mit oberen Längsträgern verbundener Ober-Stoßfängerquerträger angeordnet sein. Auf diese Weise wird die für eine Energieabsorption im Falle eines Aufpralls zur Verfügung stehende Frontfläche vergrößert. Insbesondere aber werden für die Aufnahme von Aufprallenergie mehrere Energiepfade in Fahrzeuglängsrichtung zur Verfügung gestellt, über die Energie abgebaut werden kann. Das Energieaufnahme- und das Deformationsvermögen können dabei in den unterschiedlichen Ebenen der Tragstruktur, insbesondere hinsichtlich eines verbesserten Fußgängerschutzes, vorbestimmt verschieden sein.

Gegenstand der DE 199 43 773 A1 ist eine Hilfsrahmenanordnung zur Aufnahme von Aufprallenergie mit zwei im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden und am Fahrzeugaufbau abgestützten Streben, zwischen deren dem Fahrzeugaufbau abgewandten Enden quer zu dieser ein flächenhaftes Crashelement zur Aufnahme von Aufprallenergie angeordnet ist. Dieses kann aus einem plastisch verformbaren Kunststoff mit einem hohen Energieaufnahmevermögen gefertigt sein. Es kann jedoch auch steif ausgebildet und lösbar mit den Streben verbunden sein, wobei die Verbindung so gestaltet ist, daß zu und bei derem Lösen Aufprallenergie verbraucht wird.

Ferner ist in der P 21 67 305 ein Endbereich für eine Fahrzeugkarosserie beschrieben, der aus zum Teil gelenkig zu Trägervierecken miteinander verbundenen Trägern gebildet ist, wobei jeweils die Gelenkverbindung eines oberen Trägers mit einem inneren Träger in einer an diesem ausgebildeten Laufschiene verschiebbar angeordnet ist. Im Normalzustand umfassen die Trägervierecke ein großes Volumen. Bei einem Aufprall hingegen verändern diese ihre Gestalt, wobei der obere und der innere Träger unter Aufnahme von Aufprallenergie auf die Fahrgastzelle zu verschoben werden und eine Rampenstruktur bilden, an der ein aufprallendes Fahrzeug abgeleitet wird.

Bei den vorbeschriebenen Lösungen mit einer Tragstruktur aus starr miteinander verbundenen Trägern wirken bei einem Unfall mit einem Fußgänger hohe Belastungskräfte auf diesen, so daß das Gefährdungspotential für diesen hoch ist. Überdies wird die in die Tragstruktur eingebrachte Aufprallenergie wenigstens teilweise zum irreversiblen Lösen von Verbindungen verbraucht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aufpralldämpfende Tragstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß diese beim Aufprall eines Fußgängers auf das Fahrzeug unter Energieaufnahme reversibel deformierbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Tragstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer einen Querträger aufweisenden Tragstruktur für den Endbereich eines Fahrzeugs, der an den Enden der seitlichen Längsversteifungen im Bereich der Kotflügel bzw. an den Enden von Längsträgern angeordnet ist, im jeweiligen Verbindungsbereich des Querträgers mit diesen Verbindungselemente angeordnet sind, die die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderliche Festigkeit und Steifigkeit der Tragstruktur sicherstellen, und daß diese Verbindungselemente mit wenigstens einer sensorgesteuerten Vorrichtung gekoppelt sind, die diese im Falle eines Aufpralls aus ihrer Verbindungsposition entfernt und dadurch der Querträger mit all den an diesem angeordneten oder mit diesem verbundenen Komponenten und/oder Aggregaten an den Längsträgern aufprallenergieaufnehmend in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verschiebbar ist. Alternativ dazu kann zwischen dem Querträger und den Enden der Längsträger auch eine Verbindungsvorrichtung mit einer sensorgesteuerten Verriegelungseinrichtung angeordnet sein, die im Falle eines Aufpralls entriegelt wird, so daß der Querträger ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verschiebbar ist. Der Vorteil dieser Lösungen liegt darin, daß die Tragstruktur bei einem Aufprall nicht starr und steif ist, da der Querträger sensorgesteuert gelöst wird und die beispielsweise durch einen Fußgänger über die Fahrzeugkarosserie in die Tragstruktur eingebrachte Aufprallenergie im wesentlichen zur Verschiebung des Querträgers in Verbindung mit der Außenhaut aufgebracht wird. Dadurch wird der Deformationsweg der Außenhaut größer, und die Belastung für den Fußgänger und das Verletzungspotential für diesen werden verringert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß nach Bagatellunfällen und auch nach weniger schweren Unfällen mit Fußgängern oder anderen Aufprallbeteiligten, der Querträger wieder in seine ursprüngliche Position verbracht und mit den Längsträgern verbunden werden kann, so daß wohl das Karosserieblech deformiert ist, aber nicht die Tragstruktur.

Dabei kann das jeweilige Verbindungselement mit dem Querträger und der Längsversteifung bzw. dem Längsträger formschlüssig verbunden sein, insbesondere derart, daß das Verbindungselement ein Bolzen mit einem Polygonen oder ovalen Querschnitt ist und in im Querträger und der Längsversteifung ausgebildete Aufnahmeöffnungen für diesen eingreift, wobei der Bolzenquerschnitt an den Querschnitt der Aufnahmeöffnungen angepaßt ist. Überdies können die Träger selbst formschlüssig miteinander verbunden sein. Auf diese einfache Weise wird die Steifigkeit der Tragstruktur für den Normalbetrieb des Fahrzeugs sichergestellt. Alternativ dazu können anstelle des vorbeschriebenen Bolzens auch zwei parallel zueinander angeordnete Bolzen beliebigen Querschnitts als Verbindungselement eingesetzt werden, die mit zwei im gleichen Abstand und mit gleicher Querschnittsform im Querträger und dem Ende des jeweiligen Längsträgers angeordneten Aufnahmebohrungen korrespondieren. Diese Verbindungselemente sind mit einem Stellglied wirkverbunden, das pyrotechnisch, elektrisch oder elektromagnetisch, hydraulisch oder mechanisch sensorgesteuert betätigbar ist und das die Verbindungselemente im Falle eines Aufpralls aus deren Verbindungsposition entfernt.

Die anstelle der Verbindungselemente eingesetzte Verbindungsvorrichtung kann ein an der Längsversteifung bzw. dem Längsträger angeordneter Kraftverschluß sein, der einen den Querträger festhaltenden und mit einem Betätigungselement gekoppelten Riegel aufweist, der zur Sicherstellung der Steifigkeit der Tragstruktur für den Betrieb des Fahrzeugs eine Verriegelungsposition innehat und durch eine sensorgesteuerte Aktivierung des Betätigungselementes den Querträger freigibt, wodurch dieser unter Energieaufnahme relativ zum Längsträger bzw. der Längsversteifung in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verschiebbar ist. Ein derartiger Kraftverschluß ist in der DE 100 38 431 A1 beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch:
1 eine Tragstruktur eines PKW's,
2 den vorderen Endbereich der Tragstruktur im Verbindungsbereich X,
3 ein Verbindungselement für diesen und
4 eine weitere Ausführung einer Tragstruktur im Verbindungsbereich X.
In 1 ist eine Tragstruktur eines PKW's mit einem vorderen Endbereich gezeigt. Ausgehend von den A-Säulen 1, 2 nach vorne gerichtet ist jeweils eine Kotflügelbank als Ober-Längsträger 3, 4 ausgebildet, an die sich ein Radhaus 5, 6 anschließt. An den der Fahrgastzelle abgewandten Enden der Ober-Längsträger 3, 4 sind ein Ober-Querträger 7 und seitliche, vertikale Rahmenstützen 8, 9 angeordnet, die wiederum mit Unter-Längsträgern 10, 11 und einem Unter-Querträger 12 verbunden sind. Die beiden Querträger 7 und 12 und die Rahmenstützen 8 und 9 bilden einen Frontschildrahmen in einer Vertikalquerebene aus, an dem ein Stoßfänger abgestützt ist. Überdies sind die beiden Querträger 7 und 12 durch zwei Verbindungslaschen 13 und 14 miteinander verbunden. Innerhalb dieser Struktur sind zwei weitere Längsträger 15, 16 angeordnet, die mit ihren Enden an dem Frontschildrahmen vorstehen und mit denen ein nicht dargestellter Stoßfänger-Querträger verbunden ist.
2 zeigt den Verbindungsbereich X des Ober-Querträgers 7 mit dem Ober-Längsträger 3 und der Rahmenstütze 8, die um etwa die Breite des Ober-Querträgers 7 vom Ende des Ober-Längsträgers 3 zurückversetzt ist. Der Ober-Querträger 7 liegt mit seinem im Querschnitt reduzierten Endbereich auf dem Ober-Längsträger 3 auf, der in seinem Endbereich nach einem Verjüngungsbereich ebenfalls im Querschnitt reduziert ist. Die beiden Endbereiche sind durch ein Verbindungselement 20 formschlüssig miteinander verbunden, das aus zwei im Abstand voneinander und parallel zueinander an einer Halterungsplatte 17 angeordneten zylindrischen Bolzen 18, 19 gebildet ist, wobei die Bolzen 18, 19 in entsprechende Aufnahmebohrungen mit einem mit dem Bolzendurchmesser korrespondierenden Durchmesser formschlüssig eingreifen. Dieses Verbindungselement 20 stellt den Formschluß in X- und Y-Richtung her. In der Z-Richtung ist der Ober-Querträger 7 durch die Verbindungslaschen 13 und 14 fixiert.
Das Verbindungselement 20 ist in 3 zu sehen. Dieses ist an der den Bolzen 18, 19 abgewandten Seite der Halterungsplatte 17 mit einem Stellbolzen 21 verbunden, der mit dem Kern eines an der Rahmenstütze 8 befestigten Elektromagneten 22 gekoppelt ist, der sensorgesteuert aktivierbar ist.
Im Falle eines durch die Sensorik erkannten Aufpralls wird der Elektromagnet 22 angesteuert, und der Stellbolzen 21 wird mit dem angekoppelten Verbindungselement 20 eingezogen, so daß die Bolzen 18 und 19 außer Eingriff mit dem Ober-Querträger gelangen. Bei einem Aufprall, insbesondere eines Fußgängers oder eines anderen Aufprallbeteiligten auf den Vorderwagen mit einer Deformation des Frontends bis auf den Ober-Querträger 7 bzw. auf an diesem angeordnete Komponenten kann dieser unter Energieaufnahme und einer Deformation der Verbindungslaschen 13, 14 nach hinten verschoben werden, so daß ein größerer Deformationsweg für die Fahrzeugkarosserie zur Verfügung steht und das Verletzungspotential für den Aufprallbeteiligten reduziert ist.
4 zeigt eine Tragstruktur im Verbindungsbereich X mit einem Ober-Längsträger 23 und einem Ober-Querträger 24. Der Ober-Längsträger 23 ist zur Aufnahme des Ober- Querträgers 24 hakenartig zweimal um 90° nach oben abgewinkelt. Der aufgenommene Ober-Querträger 24 ist abgesetzt und weist im hakenförmigen Aufnahmebereich 25 einen geringeren Querschnitt als an der Außenseite des Ober-Längsträgers 23 auf, so daß der Ober-Querträger 24 mit einer Schulter 26 an der Außenseite des Ober-Längsträgers anliegt und somit in Fahrzeuglängsrichtung nach vorn und in Fahrzeugquerrichtung fixiert ist. Unter dem Ober-Querträger 24 ist am Ober-Längsträger 23 ein Riegel 27 um die Achse A schwenkbar angeordnet, der ersteren (24) auf der dem Frontend abgewandten Seite hintergreift und somit einen Formschluß zwischen den beiden Trägern 23 und 24 in Fahrzeuglängsrichtung herstellt. Dieser Riegel 27 ist über einen Stellbolzen 28 mit dem Kern eines sensorgesteuert aktivierbaren Elektromagneten 29 gekoppelt.
Im Falle eines durch die Sensorik erkannten Aufpralls wird der Elektromagnet 29 angesteuert, und der Stellbolzen 28 wird mit dem angekoppelten Riegel 27 nach unten gezogen, so der Riegel 27 außer Eingriff mit dem Ober-Querträger 24 gelangt und der Formschluß zwischen den Trägern 23 und 24 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten aufgehoben wird. Bei einem Aufprall, insbesondere eines Fußgängers oder eines anderen Aufprallbeteiligten auf den Vorderwagen mit einer Deformation des Frontends bis auf den Ober-Querträger 24 bzw. auf an diesem angeordnete Komponenten kann dieser (24) unter Energieaufnahme nach hinten verschoben werden, so daß ein größerer Deformationsweg für die Fahrzeugkarosserie zur Verfügung steht und die auf den Fußgänger wirkende Belastung reduziert wird.

1: A-Säule
2: A-Säule
3: Ober-Längsträger
4: Ober-Längsträger
5: Radhaus
6: Radhaus
7: Ober-Querträger
8: Rahmenstütze
9: Rahmenstütze
10: Längsträger
11: Längsträger
12: Unter-Querträger
13: Verbindungslasche
14: Verbindungslasche
15: Längsträger
16: Längsträger
17: Halterungsplatte
18: Bolzen
19: Bolzen
20: Verbindungselement
21: Stellbolzen
22: Elektromagnet
23: Ober-Längsträger
24: Ober-Querträger
25: Aufnahmebereich
26: Schulter
27: Riegel
28: Stellbolzen
29: Elektromagnet

Claims

Aufpralldämpfende Tragstruktur für einen Endbereich eines Fahrzeugs, insbesondere den vorderen Endbereich, mit seitlichen Längsträgern und einem mit deren der Fahrgastzelle abgewandten Enden verbundenen Querträger, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsbereichen des Querträgers (7) mit dem jeweiligen Längsträger (3, 4) Verbindungselemente (20) oder Verbindungsvorrichtungen angeordnet sind, die die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderliche Festigkeit und Steifigkeit der Tragstruktur sicherstellen, wobei die Verbindungselemente (20) mit wenigstens einer sensorgesteuerten Vorrichtung (22) gekoppelt sind, die diese (20) im Falle eines Aufpralls aus der Verbindungsposition entfernt, bzw. wobei die Verbindungsvorrichtung einen Riegel aufweist, der im Falle eines Aufpralls sensorgesteuert aus der Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition verbracht und der Querträger vom Längsträger entriegelt wird, so daß der Querträger (7) relativ zu den Längsträgern (3, 4) in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten aufprallenergieaufnehmend verschiebbar ist.
Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Verbindungselement (20) formschlüssig mit dem Querträger (7) und dem Längsträger (3, 4) verbunden ist.
Tragstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (20) ein Bolzen mit einem polygonen oder ovalen Querschnitt ist, der in im Querträger (7) und dem jeweiligen Längsträger (3, 4) ausgebildeten Aufnahmeöffnungen mit einem mit dem Bolzenquerschnitt korrespondierenden Querschnitt angeordnet ist.
Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (20) aus zwei im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordneten Bolzen (18, 19) beliebigen Querschnitts gebildet ist, die in im Querträger (7) und dem jeweiligen Längsträger (3, 4) ausgebildeten Aufnahmeöffnungen mit einem mit dem Bolzenquerschnitt korrespondierenden Querschnitt angeordnet sind.
Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22) ein pyrotechnisch, elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder mechanisch betätigbares Stellglied (21) für das Verbindungselement (20) aufweist.
Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung ein an dem jeweiligen Längsträger (3, 4) angeordneter Kraftverschluß ist, der einen den Querträger (7) festhaltenden und mit einem Betätigungselement gekoppelten Riegel aufweist, der im normalen Betrieb des Fahrzeugs eine Verriegelungsposition innehat und durch eine sensorgesteuerte Aktivierung eines Betätigungselementes den Querträger (7) freigibt, wodurch dieser unter Energieaufnahme in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten in eine definierte Position verschiebbar ist.