DE19918158A1 - Vorrichtung zur Verstärkung der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Verstärkung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Seitenaufprallschutz, vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist als Strukturverstärkung wenigstens ein Versteifungselement mit einem Hohlprofil auf, das in einer dem Fahrgastsitz nahen Seitenwand oder -tür und/oder unterhalb des Fahrgastsitzes quer zur Längsachse des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Versteifungselement wird mittels eines bei Auftragen einer kritischen Aufprallkraft selbstauslösenden Gasgenerators schlagartig mit einem dieses versteifenden Innendruck beaufschlagt. Das Verstiefungselement kann innenseitig beispielsweise einen mit dem Gasgenerator verbundenen elastischen Schlauch aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstär­ kung der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Seitenaufprallschutz, mit wenigstens einem der Struktur­ verstärkung dienenden, wenigstens ein Hohlprofil aufwei­ senden Versteifungselement, das in der dem Fahrgastsitz nahen Seitenwand oder -tür und/oder unterhalb des Fahr­ gastsitzes quer zur Längsmittelachse des Fahrzeugs ange­ ordnet ist.

Bei einem Frontaufprall eines Kraftfahrzeugs stehen zum Abbau der kinetischen Energie eine große Materialmasse und ein relativ langer Deformationsweg zur Verfügung, so daß einerseits die Fahrgastzelle bei einer Vielzahl von Unfällen nicht oder nur wenig deformiert wird, anderer­ seits die auf die Insassen wirkende Beschleunigung gering gehalten wird. Im Gegensatz hierzu stehen bei einem Seitenaufprall nur ein kurzer Deformationsweg und nur vergleichsweise geringe Materialmassen zwischen dem verursachenden Objekt und dem Fahrzeuginsassen zur Verfü­ gung. Folglich wird die Fahrgastzelle bei einem Seiten­ aufprall schon bei verhältnismäßig geringer Aufprallener­ gie stark deformiert, was zu schweren Personenschäden führen kann.

Um die Folgen eines Seitenaufpralls für die Fahrzeugin­ sassen zu mindern, ist es bekannt, in den Seitenwänden bzw. -türen der Karosserie zur Erhöhung der Strukturfe­ stigkeit Versteifungselemente anzuordnen. Nachteilig hierbei ist, daß die aus Gewichtsgründen zumeist als Rohre ausgebildeten Versteifungselemente eine begrenzte Biegesteifigkeit aufweisen und bei Querkraftbeanspru­ chung, wie sie bei einem Seitenaufprall auftritt, aus­ knicken.

Statt Versteifungsrohren sind auch elastische Spannbänder bekannt (DE 44 23 741 A1), welche seitliche Aufprallkräf­ te durch elastische und plastische Verformung aufnehmen.

Die DE 42 09 944 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Sicherung von Fahrzeuginsassen gegen Seitenaufprall, welche zur Erhöhung der Strukturfestigkeit der Seitenwand bzw. Seitentür ein Versteifungsrohr aufweist. Das Ver­ steifungsrohr bildet das Gehäuse für einen Gasgenerator und ist von einem Gaskissen (Airbag) umgeben. Das Ver­ steifungsrohr ist perforiert, damit bei Auslösen des Gasgenerators durch einen Seitenaufprall das entwickelte Gas in das Kissen überströmen kann und der Airbag automa­ tisch aufgeblasen wird, um auf den Insassen wirkende Seitenkräfte zu dämpfen. Da die Perforierung große Quer­ schnitte aufweisen muß, um ein schlagartiges Überströmen des Gases zu ermöglichen, ist die Versteifungswirkung des Rohres nur mäßig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Biegestei­ figkeit und das Energieabsorptionsvermögen einer Vorrich­ tung der eingangs genannten Art auf kostengünstige Weise und ohne nennenswerte Gewichtserhöhung wirksam zu verbes­ sern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens ein Hohlprofil des im wesentlichen geschlosse­ nen Versteifungselements mittels eines bei Auftreten einer kritischen Aufprallkraft selbstauslösenden Gasgene­ rators schlagartig mit einem zusätzlich versteifenden Innendruck beaufschlagbar ist.

Das Hohlprofil des Versteifungselements wird bei einem Seitenaufprall und Überschreiten einer kritischen Auf­ prallkraft bzw. Querbeschleunigung durch Zünden des Gasgenerators schlagartig mit einem Innendruck beauf­ schlagt, der zwischen 50 und 200 bar, vorzugsweise etwa 100 bar beträgt. Hierdurch wird der Biegewiderstand des Versteifungselements entscheidend erhöht, so daß das Energieaufnahmevermögen einer mit einem solchen Verstei­ fungselement versehenen Fahrzeugstruktur deutlich verbes­ sert wird. Durch den hohen Innendruck wird die Knick- und Beulfestigkeit des Versteifungselements in einem Maße erhöht, wie dies bisher nur durch aufwendige konstruktive Bauteile mit erheblich größeren konstruktiven Massen möglich gewesen ist. Da das z. B. im wesentlichen rohrför­ mige Versteifungselement im wesentlichen geschlossen ist, reicht seine Knick- und Beulfestigkeit in vielen Fällen eines Seitenaufpralles aus, ohne daß es zur Auslösung des Gasgenerators kommt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann überall dort in einer Fahrgastzelle angeordnet sein, wo eine hohe Stei­ figkeit erwünscht ist, wie beispielsweise in den Seiten­ türen oder -wänden, in Türschwellen oder an einem fahr­ zeugmittleren Karosserieteil unterhalb der Fahrgastsitze. Es können natürlich auch mehrere horizontal, vertikal oder diagonal angeordnete Versteifungselemente kombiniert werden, denen jeweils ein Gasgenerator zugeordnet ist, oder von denen mehrere mittels eines gemeinsamen Gasgene­ rators mit einem Innendruck beaufschlagbar sind. Die erfindungsgemäßen Versteifungselemente können insbesonde­ re auch derart angeordnet sein, daß sie an der Fahrgast­ zelle vorgesehene Deformationszonen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs versteifen, so daß bei einem Seitenauf­ prall die Fahrzeuginsassen nicht durch in die Fahrgast­ zelle eindringenden Gegenstände verletzt werden, sondern z. B. die Seitenflächen im wesentlichen parallel zur Längsachse des Fahrzeugs in Richtung des Fahrzeuginnen­ raums verschoben werden. So ist es z. B. vorteilhaft, erfindungsgemäße Versteifungselemente sowohl in den Seitenwänden, -türen und/oder Türschwellen, als auch im Bereich des Mitteltunnels anzuordnen, um das Energieauf­ nahmevermögen der beiderseits der Vordersitze an der Fahrgastzelle vorgesehenen Deformationszonen zumindest unmittelbar während eines Seitenaufpralls zu erhöhen.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, daß die Wandung des Hohlprofils konkav ausgebildete Abschnitte zur Erhöhung des Verformungswiderstandes bei Beaufschlagung mit Innen­ druck aufweist. Derartige Versteifungselemente mit konka­ ven Abschnitten bieten einerseits einen erhöhten Verfor­ mungswiderstand gegen Innendruckbeaufschlagung, anderer­ seits gegen bei einem Seitenaufprall auftretende Quer­ kräfte.

In weiterhin bevorzugter Ausführung ist die Wandung des Hohlprofils in den etwa in Richtung der Aufprallkraft angeordneten Abschnitten verstärkt, um den Verformungs­ widerstand des Versteifungselements gegenüber Querkräften zu erhöhen.

Bei einer bevorzugter Ausführungsvariante ist der Innen­ druck im Versteifungselement langsam abbaubar. Somit wird einerseits ein schlagartiger, mit einer Verletzungsgefahr für die Insassen verbundener Druckabbau in die Fahrgast­ zelle hinein vermieden, andererseits ermöglicht der langsame Druckabbau eine vollständige Ausnutzung der an der Fahrgastzelle vorgesehenen Deformationszonen, indem diese unmittelbar während eines Seitenaufpralls durch schlagartige Druckbeaufschlagung der Versteifungselemente stabilisiert werden und unmittelbar nach dem Aufprall aufgrund des sich abbauenden Innendrucks in den Verstei­ fungselementen zusätzlich in der, Lage sind, kinetische Energie in plastische Formänderungsarbeit umzuwandeln. Ein kontinuierlicher Druckabbau in dem Versteifungsele­ ment kann z. B. auf einfache Weise durch ein Überdruckven­ til definierten Querschnitts realisiert werden.

Bevorzugt weist das als Hohlprofil ausgeführte Verstei­ fungselement innenseitig einen mit dem Gasgenerator verbundenen Schlauch aus einem elastischen Material auf, wobei sich der Schlauch bei Druckbeaufschlagung an die Innenseite des Versteifungselements anlegt. Bei dieser Ausführungsform ist ein langsamer Druckabbau im Verstei­ fungselement insbesondere auch dadurch realisierbar, daß der Schlauch aus einem porösen Material besteht, aus welchem das Gas noch während der plastischen Verformung unmittelbar nach einem Seitenaufprall kontinuierlich austreten kann.

Das Versteifungselement kann beispielsweise zwei in Richtung der Aufprallkraft nebeneinander angeordnete, durch eine Trennwand geteilte Hohlprofile aufweisen, von denen das äußere mit dem Innendruck beaufschlagbar ist. Wird bei einem solchen Versteifungselement das äußere, dem Unfallgegner zugewandte Hohlprofil bei Sei­ tenaufprall durch Zünden des Gasgenerators schlagartig mit Innendruck beaufschlagt, so wird dieses äußere Hohl­ profil in Richtung des Fahrzeuginnenraums deformiert bzw. aufgeweitet, wobei es bis zu einem Anliegekontakt der die beiden Hohlprofile teilenden Trennwand an der der Fahr­ gastzelle zugewandten Wand des inneren, nicht mit Innen­ druck beaufschlagten Hohlprofils kommen kann. Bei Nachge­ ben des dem Unfallgegner zugewandten Hohlprofils aufgrund der beim Aufprall wirkenden Querbeschleunigung wird durch Verkleinerung dessen Innenvolumens der Innendruck erhöht und bei einem vorherbestimmbaren Innendruck dieser, z. B. auf vorstehend beschriebene Weise, langsam abgebaut.

Derart ist eine zusätzliche Energieabsorption gewährlei­ stet, wobei unmittelbar während dem Seitenaufprall zu­ nächst der Verformungswiderstand des Versteifungselements erhöht bzw. dieses versteift und unmittelbar anschließend eine verhältnismäßig weiche Deformationszone zur Aufnahme von Verformung geschaffen wird. Ein derartig ausgebilde­ tes Versteifungselement weist zweckmäßig Hohlprofile mit möglichst großem Volumen auf und eignet sich beispiels­ weise zum Einbau in Türschweller, Sitzquerträger od. dgl.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläu­ tet. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines Verstei­ fungselements mit einem Hohlprofil dessen Wandung konkav ausgebildete Abschnitte aufweist;

Fig. 2 eine Ausführungsform eines Verstei­ fungselements mit einem im wesentli­ chen rohrförmigen Hohlprofil, dessen Wandung in den etwa in Richtung der Aufprallkraft angeordneten Abschnit­ ten verstärkt ist und

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Verstei­ fungselements mit zwei getrennten Hohlprofilen.

Das in Fig. 1 abgebrochen dargestellte Versteifungsele­ ment 1 weist ein Hohlprofil 2 auf, dessen Wandung zwei konkav ausgebildete Abschnitte 3a, 3b sowie beispielswei­ se zwei im wesentlichen parallele Abschnitte 6a, 6b aufweist. Die konkaven Abschnitte 3a, 3b bieten einer­ seits einen erhöhten Verformungswiderstand gegen die Innendruckbeaufschlagung des Hohlprofils 2, andererseits gegen bei einem Seitenaufprall auftretende Querkräfte 10a, 10b, wobei das Versteifungselement 1 entweder mit einem seiner konkav ausgebildeten Abschnitte 3a, 3b oder mit einem seiner im wesentlichen parallelen Abschnitte 6a, 6b in Richtung des Unfallgegners in einer (nicht dargestellten) dem Fahrgastsitz nahen Seitenwand oder -tür bzw. unterhalb des Fahrgastsitzes quer zur Längsmit­ telachse des Fahrzeugs angeordnet werden kann. Die Pfeile 10a, 10b stellen die Richtung der je nach Anordnung des Versteifungselements 1 bei einem Seitenaufprall auftre­ tenden Querkräfte dar.

Das abgebrochen dargestellte Versteifungselement 1 gemäß Fig. 2 weist ein im wesentlichen rohrförmiges Hohlprofil 2 auf, dessen Wandung in den etwa in Richtung der Auf­ prallkraft (10) angeordneten Abschnitten (4a, 4b) ver­ stärkt ist, um den Verformungswiderstand des Verstei­ fungselementes 1 gegenüber bei einem Seitenaufprall auftretenden Querkräften 10 zu erhöhen. Alternativ kann ein solches Versteifungselement 1 auch einen beliebigen anderen Querschnitt aufweisen, wie einen mehreckigen Querschnitt und/oder einen Querschnitt mit konkav ausge­ bildeten Abschnitten (Fig. 1).

Fig. 3 zeigt ein Versteifungselement 1 mit zwei in Rich­ tung der Aufprallkraft 10 nebeneinander angeordneten, durch eine Trennwand 5 geteilten Hohlprofilen 2a, 2b, von denen das äußere Hohlprofil 2a mittels eines bei Auftreten einer kritischen Aufprallkraft selbstauslö­ senden Gasgenerators schlagartig mit Innendruck beauf­ schlagbar ist. Während das äußere, mit Innendruck beauf­ schlagbare Hohlprofil 2a der Versteifung der Fahrgastzel­ le dient, gewährleistet das Innere, nicht mit Innendruck beaufschlagbare Hohlprofil 2b eine zusätzliche Energieab­ sorption, in dem es in der Lage ist, Verformungen aufzu­ nehmen.

Bei den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Versteifungselemen­ ten 1 ist der Innendruck vorzugsweise langsam abbaubar, wobei das jeweilige Hohlprofil (2, 2a) insbesondere innenseitig einen (nicht dargestellten) Schlauch aus einem elastischen Material aufweist, der sich bei Druck­ beaufschlagung an die Innenseite des Versteifungselements anlegt. Der Schlauch kann beispielsweise Öffnungen gerin­ gen Querschnitts haben bzw. porös sein.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Verstärkung der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Seitenaufprallschutz, mit wenigstens einem der Strukturverstärkung dienen­ den, wenigstens ein Hohlprofil aufweisenden Verstei­ fungselement, das in der dem Fahrgastsitz nahen Seitenwand oder -tür und/oder unterhalb des Fahr­ gastsitzes quer zur Längsmittelachse des Fahrzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens ein Hohlprofil (2) des im wesentlichen ge­ schlossenen Versteifungselements (1) mittels eines bei Auftreten einer kritischen Aufprallkraft (10) selbstauslösenden Gasgenerators schlagartig mit einem zusätzlich versteifenden Innendruck beauf­ schlagbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Innendruck zwischen 50 und 200 bar beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Innendruck etwa 100 bar beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wandung des Hohlpro­ fils (2) konkav ausgebildete Abschnitte (3a, 3b) zur Erhöhung des Verformungswiderstandes bei Beaufschla­ gung mit Innendruck aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wandung des Hohlpro­ fils (2) in den etwa in Richtung der Aufprallkraft (10) angeordneten Abschnitten (4a, 4b) verstärkt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck im Versteifungs­ element (1) langsam abbaubar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (1) innenseitig einen mit dem Gasgenerator verbunde­ nen Schlauch aus einem elastischen Material auf­ weist, der sich bei Druckbeaufschlagung an die Innenseite des Versteifungselements anlegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch Öffnungen geringen Querschnitts aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlauch porös ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (1) zwei in Richtung der Aufprallkraft (10) neben­ einander angeordnete, durch eine Trennwand (5) geteilte Hohlprofile (2a, 2b) aufweist, von denen das äußere (2a) mit dem Innendruck beaufschlagbar ist.