DE19746285A1

DE19746285A1 - Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE19746285A1
Application number: DE19746285A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Kuroda
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: GB9722587D0; GB2318552A; JP3394142B2; GB2318552B; JPH10129521A; US5984403A; DE19746285C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Rahmenstruktur zur Anwendung bei der Karosserie eines Fahrzeuges, wie eines Automobils.

Im allgemeinen ist die Frontrahmenstruktur einer Fahrzeug karosserie aus einem rechten und einem linken Frontrahmen oder -träger und einem unteren Kühlerrahmen zusammengesetzt. Jeder rechte und linke Frontrahmen hat Kastenquerschnitt und erstreckt sich in Längsrichtung (von vorn nach hinten) des Fahrzeuges längs der Innenseite der rechten und linken Vor derradhäuser, welche die Seitenwände eines Motorraums bil den. Der untere Kühlerrahmen ist mit den vorderen Enden der rechten und linken Frontrahmen verbunden. Die hinteren Enden der rechten und linken Frontrahmen sind gewöhnlich im Stoß an der Spritzwand befestigt, welche den Motorraum von einem Fahrgastraum abtrennt.

Bei einer herkömmlichen Rahmenstruktur eines Fahrzeuges wie oben beschrieben ist im Falle einer Fahrzeugkollision not wendig, die Aufprallenergie wirksam durch Verformenlassen der Frontrahmen im Knick-Modus aufzunehmen. Zu diesem Zweck wurde zum Verformenlassen im Knick-Modus bei einer Fahrzeug kollision vorgeschlagen, mehrere in vertikaler Richtung sich erstreckende Wulstabschnitte auf mindestens einer Seitenflä che des kastenförmigen Frontrahmens vorzusehen, wie dies in der offengelegten JP-Patentanmeldung 3-94137 oder in der offengelegten JP-GM-Anmeldung 3-16580 offenbart ist.

Hier ist grundsätzlich ideal, jede der beiden Frontrahmen in einer praktischen Fahrzeuggestaltung als gerade, sich von vorn nach hinten erstreckende Bauteile auszubilden. Jedoch ist die Gestalt des Frontrahmens maßgeblich durch die ver schiedenen, im Motorraum unterzubringenden Baugruppen einge schränkt, so daß der Frontrahmen 1 unvermeidlich gemäß Fig. 4 mit einem gebogenen Abschnitt 1a etwa im mittleren Bereich geformt werden muß. Ferner ist gemäß Fig. 4 jeder Frontrah men 1 zwischen dem zugehörigen Vorderradhaus 2 und der Spritzwand 3 fixiert und mit mehreren vertikalen Wulstab schnitten 4 versehen.

Bei der herkömmlichen Frontrahmenstruktur wie oben beschrie ben mit mehreren Wulstabschnitten 4, die sich in vertikaler Richtung erstrecken und auf der Seitenfläche des Frontrah mens geformt sind, wobei der gebogene Abschnitt 1a etwa im mittleren Bereich ausgebildet ist, wird im Falle einer Kol lision eine Last F auf das vordere Ende des Frontrahmens 1 ausgeübt, wodurch ein Biegemoment M1 im gebogenen Abschnitt 1a erzeugt wird. Die vertikalen Wulstabschnitte 4 können nicht wirksam die Biegedeformation am gebogenen Abschnitt 1a unterdrücken, und zwar aufgrund der Anordnung der Wulstab schnitte, mit dem Ergebnis, daß die Kollisionsenergie nicht wirksam abgebaut werden kann. Mit anderen Worten liegt bei den konventionellen Frontrahmen ein Problem darin, daß es schwierig ist zu definieren, wie die vertikalen Wulstab schnitte 4 angeordnet sein sollen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie zu schaffen, die eine Kollisionslast wirksam im Knickverformungsmodus aufnehmen bzw. abbauen kann.

Um diese Aufgabe zu lösen, sieht die Erfindung eine Rahmen struktur für eine Fahrzeugkarosserie mit einem Rahmen vom Kastenquerschnitt und mit einem durch Aufbringen einer Kol lisionslast in Längsrichtung des Rahmens bei einer Fahrzeug kollision biegbaren Abschnitt vor, wobei ein Paar Wulstab schnitte im wesentlichen in V-Form angeordnet und an minde stens einer von zwei entgegengesetzten Oberflächen des Rah mens in einer solchen Richtung angeordnet sind, daß ein am biegbaren Abschnitt des Rahmens erzeugte s Biegemoment durch ein zusätzliches, durch das Paar Wulstabschnitte erzeugtes Biegemoment im Falle einer Fahrzeugkollision aufgehoben wird.

Es ist bevorzugt, wenn der Abstand zwischen dem Paar Wulst abschnitte, die im wesentlichen in V-Form ausgebildet sind, fortschreitend von der Druckseite zur Zugseite hin des auf den biegbaren Abschnitt des Rahmens aufgebrachten Biegemo mentes zunimmt.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der biegbare Abschnitt des Rahmens nach unten konvexe Gestalt hat, so daß im Falle ei ner Fahrzeugkollision die Oberseite des biegbaren Abschnit tes gestaucht und die Unterseite gedehnt werden und daß die Wulstabschnitte in etwa umgekehrter V-Gestalt angeordnet sind.

Ferner kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, daß der Rahmen nach oben konvexe Gestalt hat, so daß im Falle einer Fahr zeugkollision die Unterseite des biegbaren Abschnittes ge staucht und die Oberseite gedehnt werden und die Wulstab schnitte im wesentlichen in V-Form angeordnet sind.

Ferner sieht die Erfindung eine Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie mit einem geraden Rahmen von Kastenquer schnitt ohne jeglichen biegbaren Abschnitt vor, wobei ein Paar Wulstabschnitte im wesentlichen in V-Form oder in Form eines umgekehrten V auf mindestens einer der beiden entge gengesetzten Oberflächen des kastenförmigen Rahmenquer schnittes angeordnet sind, so daß ein Biegemoment erzeugt wird, um den Rahmen im Fall einer Fahrzeugkollision zwangs läufig zu verbiegen.

Bei der Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung ist es möglich, das an dem biegbaren Abschnitt er zeugte Biegemoment durch ein anderes Moment aufzuheben, wel ches im Falle einer Fahrzeugkollision durch ein Paar in Ge stalt eines V oder eines umgekehrten V angeordnete Wulstab schnitte erzeugt wird, so daß der Widerstand des Rahmens gegen eine Biegeverformung erhöht wird, wodurch im Falle einer Fahrzeugkollision der Verformungs-Modus vom Biege-Mo dus in einen nahezu vollständigen Knick-Modus geändert wird. Als Ergebnis ist es möglich, den Effekt des Absorbierens von Kollisionsenergie zu verbessern.

Ferner ist bei der Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosse rie gemäß der Erfindung ein Paar von Wulstabschnitten im wesentlichen in V-Gestalt oder in Gestalt eines umgekehrten V auf der Seitenfläche eines geraden Rahmens angeordnet, so daß es möglich ist, ein Biegemoment durch das Paar Wulstab schnitte in jeder gewünschten Position und in jeder ge wünschten Richtung des geraden Rahmens zu erzeugen. Als Er gebnis kann der Rahmen sich im Falle einer Kollision gezielt verbiegen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich nungen am Stand der Technik anhand von Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführung der Rah menstruktur für eine Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Wirkprinzips der Rahmenstruktur gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausfüh rung der Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Beispiels einer Rahmen struktur einer Fahrzeugkarosserie nach dem Stand der Technik.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden aus der folgen den detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verständlich.

In der Seitenansicht nach Fig. 1 ist ebenso wie bei dem Frontrahmen nach dem Stand der Technik ein Frontrahmen 1 als ein sich in Längsrichtung des Fahrzeuges längs der Innensei te des vorderen Radhauses 2 erstreckender Träger von Kasten querschnitt ausgebildet. Der hintere Abschnitt des Frontrah mens 1 ist im Stoß mit der Spritzwand 3 verbunden.

Hierbei ist es grundsätzlich ideal, wenn die beiden Frontrahmen 1 als gerade Träger gestaltet sind, die sich von vorn nach hinten erstrecken. Jedoch ist in der Praxis die Gestalt des Frontrahmens maßgeblich durch verschiedene Bau gruppen (z. B. Batterie 6, eine Radwelle 7 usw.) einge schränkt, die sämtlich im Maschinenabteil unterzubringen sind, so daß der Frontrahmen 1 unvermeidlich mit einem leicht gebogenen Abschnitt etwa im mittleren Bereich des Frontrahmens zu gestalten ist. Ferner ist gemäß Fig. 1 der Frontrahmen so geformt, daß sein hinterer Endabschnitt rela tiv zum vorderen Abschnitt im gebogenen Abschnitt 1a des Frontrahmens 1 nach oben gebogen ist. Somit wird im Falle des Aufbringens einer Kollisionslast F auf den Frontrahmen 1 dieser derart verformt, daß der obere Teil des gebogenen Abschnittes 1a zur Druckseite und der untere Abschnitt zur Zugseite wird, so daß ein Biegemoment Ml ausgeübt wird, wel ches den gebogenen Abschnitt 1a in eine zur Unterseite hin konvexe Gestalt verformt.

Bei dem Frontrahmen 1 mit dem gebogenen Abschnitt 1a wie oben beschrieben sind gemäß der Erfindung ein Paar Wulstab schnitte 5 auf der Seitenfläche des gebogenen Abschnittes 1a so geformt, daß der Abstand zwischen den beiden benachbarten Wulstabschnitten 5 fortschreitend von der Oberseite (Druck seite) zur Unterseite (Zugseite) hin zunimmt, d. h., daß eine im wesentlichen V-Form mit einem Abstand am V-Scheitel ge bildet ist. Aufgrund dieser umgekehrten V-Anordnung des Paa res Wulstabschnitte 5 ist es möglich, ein Moment M zu erzeu gen, welches das Biegemoment M1 ausgleichen kann, das im ge bogenen Abschnitt 1a aufgrund der Gestalt des Frontrahmens 1 erzeugt wird.

Warum das Moment M durch ein Paar in Gestalt eines umgekehr ten V angeordnete Wulstabschnitte 5 erzeugt werden kann, wird im folgenden mit Bezugnahme auf Fig. 2 detaillierter beschrieben.

Der Fig. 2 liegt die Annahme zugrunde, daß zwei entgegenge setzte Wulstlinien A und B eines Paares mit einem vorderen und einem hinteren Wulstabschnitt 5 in umgekehrter V-Form ausreichend Steifigkeit haben, um Verlagerungen von Punkten A_n und B_n in X-, Y- und Z-Richtung Widerstand entgegenzu setzen, wobei x die Richtung von vorn nach hinten, Y die Richtung von rechte nach links und Z die vertikale Richtung sind. Der Ursprung der drei Koordinatenachsen variiert mit dem Fahrzeug. Unter diesen Bedingungen ist es möglich anzu nehmen, daß die Segmente zwischen den Punkten A_n und B_n eine Vielzahl von Trägerelementen sind, die an ihren beiden Enden abgestützt sind.

Aus der Euler'schen Knicktheorie kann die folgende Beziehung zwischen der Knicklast P_E, welche auf das zwischen den Punk ten A_n und B_n gebildete Trägerelement ausgeübt wird, und der Trägerlänge L_n hergeleitet werden:

P_E ∼ 1/L_n (mit L_n als Länge des Trägerelementes zwischen A_n und B_n, ∼ als Proportionalitätszeichen) (1)

In der Ebene, in welcher der vordere und der hintere Wulst im wesentlichen in umgekehrter V-Form angeordnet sind, ist die Trägerlänge L_n zur Unterseite hin größer als zur Ober seite hin. Daher ist die Knicklast P_n auf der Unterseite (wo die Trägerlänge größer ist) kleiner als auf der Oberseite (wo die Trägerlänge kürzer ist). Der Elastizitätsmodul E kann basierend auf der obigen Gleichung (1) wie folgt defi niert werden:

E_upr < E_lwr (2)

worin E_upr den Elastizitätsmodul auf der Oberseite und E_lwr der Elastizitätsmodul auf der Unterseite ist.

Gleichung (2) macht deutlich, daß bei der Anordnung eines Paares mit einem vorderen und einem hinteren Wulstabschnitt in umgekehrter V-Form die tatsächliche neutrale Achse D be züglich der in der einfachen Ebene vorhandenen neutralen Achse C neu zu definieren ist. Somit wird bei Ausüben einer Last F auf einen Träger (den Frontrahmen 5) gemäß Fig. 2 bei Anwenden der Theorie auf die oben beschriebene Annahme das Ergebnis erzielt, daß ein Moment M aufgrund des Versatzes L zwischen der ursprünglichen neutralen Achse a (in welcher der Lastangriffspunkt liegt) und der tatsächlichen neutralen Achse D erzeugt wird.

Das oben beschriebene Phänomen sei nun im Hinblick auf den Verformungsmodus (die Biegecharakteristik) betrachtet, der sich aufgrund des Gestaltfaktors des Frontrahmens einstellt. Wenn dann ein Paar vordere und hintere Wulstabschnitte 5 im wesentlichen in Gestalt eines umgekehrten V angeordnet sind, so daß ein Moment M zum Ausgleichen des im gebogenen Ab schnitt 1a des Frontrahmens gemäß Fig. 1 erzeugten Biegemo mentes M1 aufgebracht wird, kann der Verformungsmodus des Frontrahmens 1 aufgrund einer Kollisionslast F ohne Begren zung in den Knick-Modus (wie durch strichpunktierte Linien in Fig. 1 angedeutet) geändert werden. Im Ergebnis ist es möglich, den Frontrahmen mit einem hohen Widerstand gegen eine Kollisionslast auszustatten. Mit anderen Worten ist es möglich, die Wirkung des Absorbierens von Kollisionsenergie zu verbessern.

Um bei der ersten Ausführung gemäß Fig. 1 den im Anfangssta dium der Frontalkollision herrschenden Spitzenwiderstand abzubauen und dadurch die Knickverformung sanft zu starten, ist ein vertikaler Wulstabschnitt 4 am vorderen Endabschnitt des Frontrahmens 1 ebenso wie bei dem Frontrahmen nach dem Stand der Technik vorgesehen. Es ist jedoch ohne Festlegung auf dieses in Fig. 1 gezeigte Beispiel (bei dem der vertika le Wulstabschnitt im vorderen Endbereich des Frontrahmens 1 ausgebildet ist) möglich, die vertikalen Wulstabschnitte 4 in jeden anderen Abschnitten außer im Bereich nahe dem gebo genen Abschnitt 1a nach Bedarf anzuordnen.

Weiterhin ist bei der ersten Ausführung gemäß Fig. 1 ein Paar Wulstabschnitte 5 in umgekehrter V-Anordnung an dem gebogenen Abschnitt 1a so angeordnet, daß eine nach unten konvexe Verformung erzeugt wird (wobei die Oberseite die Druckseite und die Unterseite die Zugseite bilden). Ohne Beschränkung hierauf ist es auch möglich, ein Paar Wulstab schnitte 5 in V-Anordnung gemäß Fig. 3 auszubilden. Bei die ser zweiten Ausführung nach Fig. 3 ist ein Paar V-förmig angeordnete Wulstabschnitte 5 eines Frontrahmens 1 mit einem gebogenen Abschnitt 1a' so angeordnet, daß eine konvexe Ver formung nach oben hin erfolgt (mit der Oberseite als Zugsei te und der Unterseite als Druckseite). Im einzelnen ist ein Paar Wulstabschnitte 5 auf der Seitenfläche des Frontrahmens derart ausgebildet, daß der Abstand zwischen den beiden be nachbarten Wulstabschnitten fortschreitend von der Untersei te (Druckseite) zur Oberseite (Zugseite) zunimmt dergestalt, daß die beiden Wulstabschnitte 5 im wesentlichen in V-Form mit einem Abstand an der V-Spitze geformt sind. Aufgrund dieser V-Anordnung des Paares von Wulstabschnitten 5 ist es möglich, ein zusätzliches Moment M zu erzeugen, das in einer das Biegemoment M1, welches im gebogenen Abschnitt 1a' des Frontrahmens 1 aufgrund des Gestaltfaktors erzeugt wird, ausgleichenden Richtung wirkt. In Fig. 3 sind gleiche Be zugszeichen für gleiche oder ähnliche Bauteile gleicher Funktion wie bei der ersten Ausführung gemäß Fig. 1 beibe halten.

Bei beiden Ausführungen sind die V-förmigen Wulstabschnitte gemäß der Erfindung bei einem Frontrahmen angewendet, bei dem die Abschnitte 1a und 1a' in vertikaler Richtung biegbar sind. Ohne hierauf eingeschränkt zu sein, können die Wulst abschnitte auch bei einem Frontrahmen angewendet werden, bei dem die biegbaren Abschnitte in horizontaler Richtung ver biegbar sind. In diesem Fall ist ein Paar Wulstabschnitte auf der Seitenfläche des gebogenen Abschnittes derart ange ordnet, daß der Abstand zwischen den beiden benachbarten Wulstabschnitten graduell von der unteren oder oberen Seite (Druckseite) zur oberen oder unteren Seite (Zugseite) in im wesentlichen V-Gestalt oder umgekehrter V-Gestalt mit einem Abstand an der V-Spitze zunimmt. In diesen Fällen wird die gleiche Wirkung wie oben beschrieben erhalten.

Bei den oben beschriebenen Ausführungen kann der Frontrahmen mit dem gebogenen Abschnitt eine Biegedeformation im Falle einer frontalen Fahrzeugkollision verhindern. Ferner kann der Verformungsmodus des Frontrahmens aufgrund einer Kolli sionslast F in einen Modus ähnlich dem Knick-Modus ohne Be grenzung verändert werden. Die Erfindung kann auch auf einen geraden Frontrahmen angewendet werden. Wenn es erforderlich ist, Position und Richtung der Biegeverformung im Falle ei ner frontalen Fahrzeugkollision des geradlinigen Frontrah mens zu steuern, ist es möglich, den gleichen Effekt wie oben beschrieben zu erhalten, indem ein Paar Wulstabschnitte im wesentlichen in V-Anordnung oder in umgekehrter V-Anord nung entsprechend der verlangten Biegeposition und -richtung angeordnet werden.

Die Erfindung kann außerdem auf jegliche Rahmen, wie Heck rahmen, angewendet werden, ist also nicht auf Frontrahmen beschränkt.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Fahrzeugrahmen mit einem gebogenen Abschnitt, der in einer Biegeverformung mit einer Druckseite und einer Zugseite verformbar ist, ein Paar Wulstabschnitte im wesentlichen in V-Gestalt derart angeord net, daß der Abstand zwischen den beiden benachbarten Wulst abschnitten fortschreitend von der Druckseite zur Zugseite hin zunimmt. Dadurch ist es möglich, das im gebogenen Ab schnitt erzeugte Biegemoment M durch ein zusätzliches Moment M1 auszugleichen, welches durch das Paar Wulstabschnitte in V-Gestalt erzeugt wird, so daß der Verformungsmodus des Rah mens vom Biege-Modus angenähert in einen Knick-Modus verän dert wird. Als Ergebnis kann die Wirkung des Absorbierens von Kollisionsenergie verbessert werden.

Ferner kann bei einem geraden Frontrahmen ohne gebogenen Abschnitt dann, wenn der Frontrahmen sich im Falle einer Fahrzeugkollision zwangsläufig in einer vorbestimmten Posi tion und in vorbestimmter Richtung verbiegen soll, ein Paar Wulstabschnitte in V-Form an derjenigen Stelle angeordnet werden, wo sich der Frontrahmen verbiegen oder verformen soll. Weil in diesem Falle bei einer Fahrzeugkollision ein Moment an den Wulstabschnitten in gewünschter Richtung leicht erzeugt werden kann, ist es möglich, die Wirkung des Absorbierens von Kollisionsenergie zu verbessern.

Die in der obigen Beschreibung, der Zeichnung und den An sprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung von Bedeutung sein.

Claims

1. Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie mit einem Rahmen von Kastenquerschnitt, der einen im Falle einer Fahrzeugkollision durch eine in Längsrichtung des Rah mens wirkende Kollisionslast biegbaren Abschnitt (1a, 1a') aufweist, gekennzeichnet durch ein Paar Wulstabschnitte (5), welche im wesentlichen in V-Form auf mindestens einem von zwei entgegengesetzten Seitenflächen des Rahmens in einer solchen Richtung an geordnet sind, daß ein in dem biegbaren Abschnitt (1a, 1a') erzeugtes Biegemoment durch ein von dem Paar Wulst abschnitte (5) erzeugtes Moment im Falle einer Fahrzeug kollision aufgehoben wird.

2. Rahmenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen den Wulstab schnitten (5) fortschreitend von der Druckseite zur Zug seite des durch das Biegemoment (M1) beaufschlagten Rah mens zunimmt.

3. Rahmenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der biegbare Abschnitt (1a) des Rahmens (1) nach unten konvex ist, so daß im Falle einer Fahrzeugkollision die Oberseite gestaucht und die Unterseite gedrückt werden, und daß die Wulstabschnitte (5) in im wesentlichen umgekehrter V-Form angeordnet sind.

4. Rahmenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der biegbare Abschnitt (1a') des Rahmens nach oben konvex ausgebildet ist, so daß im Falle einer Fahrzeugkollision die untere Seite des biegbaren Abschnittes gestaucht und die Oberseite gedehnt werden, und die Wulstabschnitte (5) im wesentli chen in V-Form angeordnet sind.

5. Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie mit einem geradlinigen Rahmen von Kastenquerschnitt, gekennzeichnet durch ein Paar Wulstabschnitt (5), die im wesentlichen in V-Form auf mindestens einer der beiden Seitenflächen des Rahmens angeordnet sind, so daß eine im Falle einer Fahrzeugkollision ausgeübtes Biegemoment den Rahmen zwangsläufig verbiegt.

6. Rahmenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie mit einem geradlinigen Rahmen von Kastenquerschnitt, gekennzeichnet durch ein Paar Wulstabschnitte, die im wesentlichen in umgekehrter V-Form auf mindestens einer von zwei entgegengesetzten Oberflächen des Rahmens angeordnet sind, derart, daß im Falle einer Fahrzeugkol lision ein Biegemoment auf den Rahmen zu dessen zwangs läufiger Durchbiegung ausgeübt wird.