DE19938937A1

DE19938937A1 - Karosserieaufbau eines Kraftfahrzeugs mit kontrollierter Reaktionslast

Info

Publication number: DE19938937A1
Application number: DE19938937A
Authority: DE
Inventors: Yasuki Motozawa; Masayoshi Okamoto; Kiyoshi Handa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: FR2782305A1; CA2280440A1; DE19938937B4; FR2782305B1; CA2280440C; GB9919235D0; GB2340461A; US6203098B1; GB2340461B

Abstract

Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Längselement (1) mit einem ersten Abschnitt (8) und einem mit diesem verbundenen zweiten Abschnitt (6) zur Bereitstellung einer kontrollierten Reaktionskraft zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls, wobei der zweite Abschnitt (6) dazu ausgelegt ist, einer Knick- oder Faltdeformation zu unterliegen, wodurch der zweite Abschnitt eine wesentlich höhere deformationsauslösende Last aufweist als eine plastische Deformationslast; und wobei der erste Abschnitt (8) dazu ausgelegt ist, sich bei einer deformationsauslösenden Last zu falten, welche wesentlich kleiner als die deformationsauslösende Last des zweiten Abschnitts (6) jedoch wesentlich höher als die plastische Deformationslast des zweiten Abschnitts (6) ist. Somit zeigt die Fahrzeugkarosserie während einer frühen Phase eines Fahrzeugaufpralls eine hohe Reaktionslast und während einer Endphase des Aufpralls eine geringe Reaktionslast, so dass die Spitzenbeschleunigung des Fahrzeuginsassen, welcher von einem Anschnallgurt mit einer bestimmten Elastizität zurückgehalten wird, minimiert werden kann.

Description

Technisches Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Karosserieaufbau eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Karosserieaufbau eines Kraftfahrzeugs, welcher dazu ausgelegt ist, die auf Fahrzeuginsassen wirkende Verlangsamung zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zu minimieren.

Hintergrund der Erfindung

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Vorschläge hinsichtlich des Karosserieaufbaus von Kraftfahrzeugen gemacht, um den Schutz der Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zu maximieren Beispielsweise wurden Vorschläge gemacht, um die Verlangsamung des Teils der Fahrzeugkarosserie zu minimieren, welcher von Fahrzeuginsassen besetzt ist, indem die Deformation des übrigen Teils der Fahrzeugkarosserie geeignet gewählt wurde, und indem verhindert wurde, dass sich der erstgenannte Teil der Fahrzeugkarosserie deformiert (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegung Nr. 7-101354).

Wenn ein Fahrzeuginsasse durch einen Anschnallgurt im Sitz zurückgehalten wird, beginnt die nach vorne gerichtete Trägheitskraft, welche auf den Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls wirkt, erst dann anzuwachsen, wenn der Fahrzeuginsasse vollkommen von seinem Anschnallgurt zurückgehalten wurde. Da der Anschnallgurt zwangsläufig eine bestimmte Elastizität aufweist, erreicht die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Verlangsamung einen Maximalwert, wenn der Fahrzeuginsasse nach vorne geworfen wird und wenn die maximale Dehnung des Anschnallgurts erreicht ist. Der Maximalwert wird größer, wenn die nach vorne gerichtete Bewegung des Fahrzeuginsassen unter der Trägheitskraft zunimmt, und es ist bekannt, dass dieser erheblich die durchschnittliche Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie überschreitet. Deshalb ist es zur Minimierung des Stoßes, welchen der Fahrzeuginsasse zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls erfährt, erforderlich, den zeitlichen Verlauf der Verlangsamung der Fahrzeugkarossierie derart zu gestalten, dass die Zeitverzögerung des Anstiegs der Verlangsamung des Fahrzeuginsassen bezüglich der Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie minimiert wird.

Demgemäß haben die Erfinder durch Durchführung von Simulationen entdeckt, dass bei einem bestimmten Deformationshub der Fahrzeugkarosserie zur Aufnahme des Stoßes bei einem Fahrzeugaufprall der Spitzenwert der Verlangsamung des Fahrzeuginsassen kleiner ist, wenn die Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie anfangs stark zunehmen kann und dann schrittweise auf einen konstanten Wert beschränkt wird, als dies der Fall ist, wenn die Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie von einer frühen Stufe des Aufpralls an konstant gehalten wird oder lediglich schrittweise ansteigen kann.

Kurzer Abriß der Erfindung

Hinsichtlich derartiger Probleme des Standes der Technik und der Erkenntnis der Erfinder ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Karosserieaufbau eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welcher derart ausgelegt ist, dass der Spitzenwert der auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Verlangsamung (Verzögerung) zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls bei gegebenem Deformationshub der Fahrzeugkarosserie minimiert ist.

Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuginsassen-Schutzsystem bereitzustellen, welches derart ausgelegt ist, dass es ein Verteilen der auf den Fahrzeuginsassen zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls wirkenden Verlangsamung (Verzögerung) über die Zeit ermöglicht, so dass der Spitzenwert der auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Verlangsamung minimiert wird.

Es ist eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug insassen-Schutzsystem bereitzustellen, welches ermöglicht, dass der Spitzenwert der auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Verlangsamung minimiert wird, obwohl die Größe der Fahrzeugkarosserie begrenzt ist.

Es ist eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug insassen-Schutzsystem bereitzustellen, welches einfachen Aufbau aufweist und aus streng passiven Elementen besteht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können diese und weitere Aufgaben durch Bereitstellen eines Karosserieaufbaus für ein Kraftfahrzeug gelöst werden, umfassend ein Längselement mit einem ersten Abschnitt und daran anschließendem zweiten Abschnitt, um eine kontrollierte Reaktionskraft zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt dazu ausgelegt ist, einer Knick- oder Falt-Deformation zu unterliegen, wodurch der zweite Abschnitt eine deformationsauslösende Last besitzt, die beträchtlich höher als die plastische Deformationslast ist; und dass der erste Abschnitt dazu ausgelegt ist, sich bei einer deformationsauslösenden Last zusammenzufalten, welche beträchtlich niedriger als die deformationsauslösende Last des zweiten Abschnitts ist, jedoch beträchtlich höher als die plastische Deformationslast des zweiten Abschnitts ist.

Somit kann der Zeitverlauf der Reaktionskraft gewählt werden, indem sich der Deformationsmodus des Reaktionskraft-erzeugenden Elements nacheinander von einer Faltdeformation, welche eine relativ hohe Reaktionslast mit sich bringt, zu einer Knick- oder Falt-Deformation ändert, welche eine höhere deformationsauslösende Last aufweist, als die durch den ersten Abschnitt erzeugte Reaktionslast, jedoch eine beträchtlich niedrigere plastische Deformationslast. Deshalb kann die Verlangsamung des Passagierabteils der Fahrzeugkarosserie in einer frühen Phase des Fahrzeugaufpralls stark vergrößert werden und kann in Anschluss an ein Intervall einer starken Abnahme auf einem im wesentlichen konstanten Niveau gehalten werden. Insbesondere dann, wenn der erste Abschnitt einen Spannungskonzentrationsabschnitt aufweist, um die deformationsauslösende Last des ersten Abschnitts näherungsweise gleich der durchschnittlichen Reaktionslast zu machen, kann die deformationsauslösende Last verkleinert werden und es kann eine konstante Reaktionslast im wesentlichen über den gesamten Deformationshub erzeugt werden.

Typischerweise umfaßt der erste Abschnitt ein sich in Längsrichtung erstreckendes Hohlelement, welches für eine Falt-Deformation mit gleichmäßigem Zusammenfalten seiner Wände ausgelegt ist. Das Material umfaßt bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, kann jedoch auch aus anderen Materialien hergestellt sein, welche die erforderlichen Deformationseigenschaften aufweisen. Um die deformationsauslösende Last des ersten Abschnitts zu verringern und im wesentlichen gleich der plastischen Deformationslast des ersten Abschnitts zu machen, kann der erste Abschnitt mit einem Spannungskonzentrationsabschnitt versehen sein.

Die Knick- oder Falt-Deformation des zweiten Abschnitts kann durch jede beliebige bekannte Anordnung bewirkt werden. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt ein sich in Längsrichtung erstreckendes Hohlelement umfassen, welches für eine Faltdeformation durch gleichmäßiges Falten seiner Wände ausgebildet ist. Alternativ kann der zweite Abschnitt ein Paar gabelförmiger Trägerabschnitte aufweisen, welche derart ausgelegt sind, dass sie sich durch Knicken unter Kompressionslast voneinander weg biegen, oder einen Hauptträgerabschnitt und einen Hilfsträgerabschnitt aufweisen, welcher eine Knick-Deformation des Hauptträgerabschnitts in eine Richtung führt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt das in Längsrichtung verlaufende Element ein Seitenelement, welches sich von jeder Seite eines Maschinenraums zu einem unteren Teil eines Passagierabteilbodens erstreckt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Fahrzeugkarosserie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils eines Seitenelements der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang Linie III-III aus Fig. 2 ist;

Fig. 4a-4c schematische Seitenansichten sind, welche den Deformationsvorgang des Seitenelements zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zeigen;

Fig. 5 ein Graph ist, welcher den zeitlichen Verlauf der Veränderung der Verlangsamung zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zeigen;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils eines Seitenelements eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang Linie VII-VII aus Fig. 6 ist;

Fig. 8 ein Graph ist, welcher den zeitlichen Verlauf der Änderung der Verlangsamung zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9a-9c schematische Seitenansichten sind, welche den Deformationsvorgang des Seitenelements des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zeigen;

Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 ist, welche ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 11a-11c schematische Seitenansichten sind, welche den Deformationsvorgang des Seitenelements des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls zeigen; und

Fig. 12 ein Graph ist, welcher den zeitlichen Verlauf der Änderung der Verlangsamung zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls im dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Skizze eines Seitenelements für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Seitenelement 1 besteht beispielsweise aus einem stranggepreßten Aluminium-Legierungselement und erstreckt sich in Längsrichtung von jeder Seite eines Maschinenraums 2 aus zu einem unteren Ende eines Bodens 3 eines Passagierabteils. Das Material für das Seitenelement 1 sowie für die weiteren Elemente ist nicht auf die vorstehend erwähnte stranggepreßte Aluminiumlegierung beschränkt, sondern kann auch weitere Materialien umfassen, welche auch andersartig bearbeitet sein können.

Mit Bezug auf Fig. 2 und 3 umfaßt das Seitenelement 1 ein hohles Stangenelement mit vier Zellen (zwei-mal-zwei) mit kastenartigen (rechteckigen) Querschnitten, und umfaßt einen gebogenen Abschnitt 6, welcher durch einen Schlitz 5 bestimmt ist. Der Schlitz 5 teilt mittig die Wandstärke einer in einem vertikalen Mittelteil des Querschnitts vorgesehenen horizontalen Rippe 4 über eine bestimmte Strecke in Längsrichtung. Das Seitenelement 1 ist in einem in Längsrichtung verlaufenden Mittelabschnitt leicht geöffnet und umfaßt einen relativ kurzen Faltabschnitt 8, welcher mit einem vorderen Ende des gebogenen Abschnitts 6 über eine Schubplatte 7 verbunden ist.

Der Faltabschnitt 8 (oder der erste Abschnitt des Seitenelements 1) ist mit Spannungskonzentrationsabschnitten 9 versehen, welche durch Sicken, Kerben oder dergleichen definiert sind, um die Auslöselast für Kompressionsdeformation (Quetschgrenze) auf einen Wert nahe der durchschnittlichen Reaktionslast (plastische Deformationsfestigkeit) abzusenken. Das vordere Ende des Faltabschnitts 18 ist mit einem Stoßträger 5 verbunden, der sich quer über die Breite der Fahrzeugkarosserie erstreckt. Beispiele von Elementen, welche als Faltabschnitt 8 dienen können, können in verschiedenen früheren Offenlegungen (japanische Patentoffenlegungen Nr. 7-101354, 4-310477 und 58-89475 und japanische Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 5-12361) gefunden werden. Der Inhalt dieser vorherigen japanischen Patent- und Gebrauchsmusteranmeldungen sind in dieser Anmeldung durch Bezugnahme mit eingeschlossen.

Die durchschnittliche Reaktionslast, welche bei einer plastischen Deformation des Faltabschnitts 8 erzeugt wird, ist derart gewählt, dass sie geringfügig kleiner als die Last ist, welche eine Knickdeformation des gebogenen Abschnitts 6 des Seitenelements 1 bei einer Kompressionsbelastung auslöst, und die durchschnittliche Reaktionslast, welche während der Deformation des gebogenen Abschnitts 6 erzeugt wird, ist derart gewählt, dass sie beträchtlich kleiner als die durchschnittliche Reaktionslast des Faltabschnitts 8 ist.

Der gebogene Abschnitt 6 (oder der zweite Abschnitt des Seitenelements 1) ist nicht auf eine Kombination eines Trägerpaars beschränkt, welche zu einer horizontalen Linie symmetrisch sind, sondern kann auch von einem Einzelträger gebildet sein und dieselbe Funktion erreichen. Es ist allerdings im Hinblick darauf, dass man eine stabile Knickdeformation bei horizontaler Belastung von dem vorderen Ende aus erreicht, erwünscht, ein Trägerpaar zu verwenden. In Abhängigkeit vom Gesamtaufbau des Fahrzeugs kann es möglich sein, dass der Träger einer Knick- oder Biegedeformation in einer horizontalen Ebene unterliegt.

Der Deformationsvorgang des vorstehend beschriebenen Seitenelements 1 ist im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 hinsichtlich eines Falls eines Frontalaufpralls auf ein auf der Straße befestigtes Objekt beschrieben.

Während einer Anfangsphase eines Aufpralls wirkt durch die Trägheit der Fahrzeugkarosserie eine nach hinten gerichtete Reaktionskraft auf den Faltabschnitt 8 am vorderen Ende des Seitenelements 1. Dies bewirkt eine Spannung im elastischen Bereich im Faltabschnitt 8 und die Verlangsamung (Verzögerung) nimmt stark zu, bis die deformationsauslösende Last (Quetschgrenze) erreicht ist (Intervall a in Fig. 5). Der Faltabschnitt 8 ist mit Spannungskonzentrationsabschnitten 9 versehen, um die deformationsauslösende Last zu verringern, und ist für eine Kompressionsdeformation (siehe Fig. 4a) ausgelegt, während dieser eine konstante Reaktionslast (Spannung in einem plastischen Bereich) über den gesamten Hub zeigt, so dass ein bestimmter Verlangsamungswert (Intervall b in Fig. 5) beibehalten wird. Der gebogene Abschnitt 6 ist auch derselben Last ausgesetzt, beginnt sich jedoch nicht zu deformieren, solange die Deformation des Faltabschnitts 8 andauert, da die durchschnittliche Reaktionslast des Faltabschnitts 8 geringer gewählt ist als die deformationsauslösende Last des gebogenen Abschnitts 6.

Zum Ende des Deformationshubs des Faltabschnitts 8 während einer Zwischenphase des Aufpralls beginnt die Reaktionslast durch die Verfestigung des Faltabschnitts 8 anzuwachsen, bis die Elastizitätsgrenze des gebogenen Abschnitts 6 erreicht ist, und dies bringt einen temporären Zuwachs der Verlangsamung mit sich (Punkt c in Fig. 5). Sobald der gebogene Abschnitt 6 beginnt, sich durch Knicken zu deformieren (siehe Fig. 4b), nimmt die Reaktionslast schnell auf das Niveau der plastischen Biegespannung (plastische Biegefestigkeit) des gebogenen Abschnitts 6 ab (Intervall d in Fig. 5). Wenn die Dehnung der Anschnallgurte den Spitzenwert in dem Intervall der schnellen Verringerung der Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie erreicht, ist es möglich, die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Verlangsamung beträchtlich zu verringern. Wenn der Biegewinkel des gebogenen Abschnitts 6 wächst und die Deformation des Seitenelements 1 fortschreitet (siehe Fig. 4c), wird kontinuierlich eine konstante Reaktionslast erzeugt, so dass das Verlangsamungsniveau auf einem konstanten Wert gehalten wird (Intervall e in Fig. 5).

Das Verhältnis der deformationsauslösenden Last und der durchschnittlichen Reaktionslast des gebogenen Abschnitts 6 kann durch geeignetes Wählen der Ausgangsform des gebogenen Abschnitts 6 eingestellt werden.

Während der abschließenden Phase des Aufpralls nimmt die Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie durch den Beitrag der Reaktion zu, welche von dem Ende der Deformation des Maschinenraums 2 herrührt. Allerdings ist die Differenz der Verlangsamung zwischen der Fahrzeugkarosserie und Fahrzeuginsassen derart gering, dass sich ein derartiges Anwachsen der Verlangsamung auf den Fahrzeuginsassen nicht wesentlich auswirkt, da zu diesem Zeitpunkt die Trägheitskraft des Fahrzeuginsassen bereits im wesentlichen eliminiert wurde.

Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 6 und 7 beschrieben. Diejenigen Teile, welche denjenigen des vorangehenden Ausführungsbeispiels entsprechen, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, ohne deren Erläuterung zu wiederholen.

Im zweiten Ausführungsbeispiel ist, wie in Fig. 6 gezeigt, ein gebogener Abschnitt 11 entsprechend dem zweiten Abschnitt des Seitenelements 1, welcher sich innerhalb des Maschinenraums erstreckt, als Einzelträger ohne Schlitz ausgebildet. Somit weist der gebogene Abschnitt 11 einen in vier (zwei-mal-zwei) Zellen unterteilten, kastenförmigen (rechteckigen) Querschnitt auf, wie in Fig. 7 gezeigt, jedoch ist die horizontale Rippe 4 nicht geteilt.

Die Rahmenstruktur dieses Ausführungsbeispiels umfaßt ein vertikales Element 12, welches vom Seitenelement 1 an der Grenze zwischen dem Maschinenraum und dem Passagierabteil vertikal aufrecht steht, ein oberes horizontales Element 13, welches sich von einem oberen Ende des vertikalen Elements 12 aus über eine geringe Länge nach vorne erstreckt, und ein oberes Element 14, welches sich quer über ein Ende des horizontalen Elements 13 und die obere Fläche des vorderen Endes des gebogenen Abschnitts 11 erstreckt. Diese Elemente können durch Schweißen miteinander verbunden sein.

Somit können der gebogene Abschnitt 11 und das obere Element 14 zusammen dieselbe Wirkung aufweisen, wie der gegabelte Träger 6 des ersten Ausführungsbeispiels. Durch Verwenden einer relativ großen Wandstärke für das Seitenelement kann die deformationsauslösende Last des gebogenen Abschnitts 11 derart vergrößert werden, dass der Faltabschnitt 8 vor dem gebogenen Abschnitt 11 beginnt, sich zu deformieren.

Der Deformationsvorgang des Seitenelements 1 des zweiten Ausführungsbeispiels wird nun im folgenden mit Bezug auf Fig. 8 und 9 beschrieben, welche jeweils Fig. 4 und 5 des vorangehenden Ausführungsbeispiels entsprechen. Die Bereiche a, b, c, d und e aus Fig. 8 entsprechen denjenigen aus Fig. 5.

In den in Fig. 8 gezeigten Intervallen a und b findet aufgrund der Deformation des Faltabschnitts 8, wie in Fig. 9 gezeigt, ein ähnlicher Fahrzeugkarosserie-Verlangsamungsverlauf statt, wie in den Intervallen a und b aus Fig. 5 gezeigt, und die Beschleunigung weist im Bereich c von Fig. 8 aufgrund der Verfestigung des Faltabschnitts 8 ein ähnliches vorübergehendes Anwachsen auf. Die Biegedeformation des gebogenen Abschnitts 11 beginnt nach Beendigung des Zusammenfaltens des Faltabschnitts 8, wie in Fig. 9b gezeigt, und die Fahrzeugkarosserie-Ver langsamung fällt, wie durch das Intervall d in Fig. 8 gezeigt, stark ab, ähnlich wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Im zweiten Ausführungsbeispiel neigt aufgrund des Vorhandenseins des oberen Elements 14 das vordere Ende des Seitenelements 1 zu einer ungerichteten Biegedeformation, wie in Fig. 9b gezeigt. Wenn eine Maschine am gebogenen Abschnitt 11 angebracht ist, kann das obere Element 14 weggelassen werden, da die Maschine dazu führen kann, dass der gebogene Abschnitt 11 eine nach unten gerichtete Biegedeformation erfährt.

Wenn die Biegespannung in den plastischen Bereich kommt, worauf der Beginn der Biegedeformation des gebogenen Abschnitts 11 folgt, wie in Fig. 9c gezeigt, bleibt die Fahrzeugkarosserie-Verlangsamung größer als der Tiefstwert des Intervalls d aus Fig. 8, wie im Intervall e von Fig. 8 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die durchschnittliche Reaktionslast des Faltabschnitts 8 niedriger gewählt als die deformationsauslösende Last des gebogenen Abschnitts 11 (durch geeignete Wahl der Wanddicke des Seitenelements 1) und das Verhältnis der Verlangsamung zum Zeitpunkt der Kompressionsdeformation des Faltabschnitts 8 zur Verlangsamung zum Zeitpunkt der Biegedeformation des gebogenen Abschnitts 11 ist derart maximiert, dass die Fahrzeugkarosserie-Verlangsamung während der Biegedeformation des gebogenen Abschnitts 11 deutlich kleiner als die Fahrzeugkarosserie-Ver langsamung während des Zusammenfaltens des Faltabschnitts 8 ist, wie im Intervall e von Fig. 8 gezeigt. Als ein Ergebnis tritt der Maximalwert der Fahrzeuginsassen-Verlangsamung (Verzögerung) in der letzten Hälfte von Intervall e auf (wie durch die strichlierte Linie in Fig. 8 gezeigt) und wird gleichzeitig betragsmäßig abgesenkt.

Somit kann gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung der zeitliche Verlauf der Reaktionskraft durch aufeinanderfolgendes Ändern des Deformationsmodus des Reaktionskraft-erzeugenden Elements von einer Kompressionsdeformation (Zusammenfalten) zu einer Biegedeformation (Knicken) eingestellt werden, so dass die Verlangsamung des Passagierabteils der Fahrzeugkarosserie in einer frühen Phase des Fahrzeugaufpralls stark vergrößert werden kann, und nach einem Intervall, in welchem die Verlangsamung stark abfällt, kann die Verlangsamung auf einem im wesentlichen konstanten Niveau gehalten werden. Insbesondere kann die deformationsauslösende Last reduziert werden, indem ein Spannungskonzentrationsabschnitt im ersten Abschnitt vorgesehen wird, um die deformationsauslösende Last nahe an die durchschnittliche Reaktionslast zu bringen, und die Reaktionslast kann über den gesamten Deformationshub auf einem im wesentlichen gleichen Niveau gehalten werden. Deshalb kann der Spitzenwert der auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Verlangsamung für einen gegebenen Deformationshub im Vergleich zu einer herkömmlichen Struktur minimiert werden. Ferner kann das Risiko reduziert werden, dass der Fahrzeuginsasse bei einem zweiten Aufprall auf ein festes Objekt im Passagierabteil verletzt wird, da die Ortsverlagerung des Fahrzeuginsassen innerhalb des Passagierabteils minimiert werden kann.

Fig. 10 zeigt ein Seitenelement 1 für ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Seitenelement 1 besteht aus einem Hohlstangen-Element, welches sich entlang jeder Seite des Maschinenraums 2 erstreckt und einen geeigneten Querschnitt aufweist und insbesondere einen ersten und einen zweiten Abschnitt 1f und 1r aufweist, welche in Serie miteinander verbunden sind und welche unterschiedliche Dimensionen in Längsrichtung und Kompressionssteifigkeiten aufweisen.

Der erste Abschnitt oder der vordere Abschnitt 1f dieser beiden Abschnitte ist relativ kurz und weist eine plastische Deformationslast (plastische Deformationsfestigkeit) auf, welche größer als die plastische Deformationslast (plastische Deformationsfestigkeit) des zweiten Abschnitts oder des hinteren Abschnitts 1r ist. Ferner ist der vordere Abschnitt 1f mit Spannungskonzentrationsabschnitten 9 versehen, bestehend aus Sicken, Kerben oder dergleichen, um bei einer Kompressionslast nahe der plastischen Deformationslast ein Zusammenfalten auszulösen, und erreicht deshalb eine Elastizitätsgrenze, die deutlich unter dem Erreichen einer normalen Elastizitätsgrenze liegt. Als Ergebnis liegt eine das Zusammenfalten auslösende Last des vorderen Abschnitts 1f unter der Elastizitätsgrenzenlast des hinteren Abschnitts 1r. Das vordere Ende des vorderen Abschnitts 1r ist mit einem Stoßträger 10 verbunden, welcher sich quer über die Breite der Fahrzeugkarosserie erstreckt.

Der Deformationsvorgang des vorstehend beschriebenen Seitenelements 1 ist im folgenden mit Bezug auf einen Frontalaufprall auf ein auf der Straße befestigtes Objekt unter Bezugnahme auf Fig. 11 und 12 beschrieben.

Wenn eine nach hinten gerichtete Reaktionslast durch die Trägheit der Fahrzeugkarosserie auf das Seitenelement 1 wirkt, wird innerhalb eines elastischen Deformationsbereichs eingangs im Seitenelement eine Kompressionsspannung (Druckspannung) erzeugt und diese bewirkt ein starkes Anwachsen der Verlangsamung (Intervall a in Fig. 12). Dann beginnt der vordere Abschnitt 1f, sich plastisch zu deformieren, da der vordere Abschnitt 1f dazu ausgelegt ist, aufgrund der Spannungskonzentrationsbereiche 9 bei einer geringeren Last als die normale Elastizitätsgrenzenlast (Punkt b von Fig. 12) und als die Elastizitätsgrenzenlast des hinteren Abschnitt 1r zusammengefaltet zu werden. Somit erfährt der vordere Abschnitt 1f eine Kompressionsdeformation während er eine konstante Spannung (siehe Fig. 11a) hervorruft und erfährt eine bestimmte Verlangsamung (Intervall c in Fig. 12).

Der hintere Abschnitt 1r ist während dieser Phase derselben Kompressionslast ausgesetzt, jedoch ist die Elastizitätsgrenzenlast des hinteren Abschnitts 1r größer als die plastische Deformationslast des vorderen Abschnitts 1f, wobei der hintere Abschnitt 1r innerhalb seiner Elastizitätsgrenze bleibt ohne sich selbst plastisch zu deformieren, während der vordere Abschnitt 1f weiter plastisch deformiert wird.

Weiter zum Ende des Deformationshubs des vorderen Abschnitts 1f hin während einer Zwischenphase des Aufpralls wächst die Last des vorderen Abschnitts 1f aufgrund der Verfestigung und dies bewirkt eine temporäre Vergrößerung der Verlangsamung (Intervall d in Fig. 12). In der Zwischenzeit erreicht die Spannung des hinteren Abschnitts 1r einen Grenzwert und der hintere Abschnitt 1r beginnt, sich plastisch zu deformieren (siehe Fig. 11b). Als Folge fällt die Verlangsamung auf ein Niveau entsprechend der plastischen Deformationslast des hinteren Abschnitts ab (Intervall e von Fig. 12). Wenn die Dehnung des Anschnallgurts während dieses Intervalls der Verkleinerung der Fahrzeugkarosserie-Verlangsamung ihren Spitzenwert erreicht, ist es möglich, die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Verlangsamung deutlich herabzusetzen. Da die Deformation des hinteren Abschnitts 1r fortschreitet (siehe Fig. 11c), wird weiterhin eine konstante Spannung erzeugt und das Niveau der Verlangsamung wird auf einem konstanten Wert gehalten (Intervall f in Fig. 12).

Während der abschließenden Phase des Aufpralls nimmt die Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie aufgrund des Beitrags von der durch die vollständige Deformation des Maschinenraums 2 erzeugten Reaktion zu. Allerdings ist die Differenz zwischen der Verlangsamung der Fahrzeugkarosserie und des Fahrzeuginsassen so klein, dass eine derartige Vergrößerung der Verlangsamung sich nicht wesentlich auf den Fahrzeuginsassen auswirkt, da die Trägheitskraft des Fahrzeuginsassen zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen eliminiert ist.

Somit kann gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Beziehung zwischen der Elastizitätsgrenzenlast (deformationsauslösende Last) und der plastischen Deformationslast in einer derartigen Weise eingestellt werden, dass die Verlangsamung des Passagierabteils der Fahrzeugkarosserie in einer frühen Phase eines Fahrzeugaufpralls stark vergrößert werden kann, und während einer Zwischenphase des Aufpralls und danach abfallen kann. Deshalb kann der Spitzenwert der auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Verlangsamung bei einem gegebenen Deformationshub im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufbau minimiert werden. Ferner ist das Risiko verringert, dass sich der Fahrzeuginsasse bei einem zweiten Aufprall auf ein festes Objekt im Fahrzeugabteil verletzt, da die Lageveränderung des Fahrzeuginsassen innerhalb des Passagierabteils minimiert werden kann.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, welcher in den beigefügten Ansprüchen vorgegeben ist.

Die Erfindung betrifft einen Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Längselement 1 mit einem ersten Abschnitt 8 und einem mit diesem verbundenen zweiten Abschnitt 6 zur Bereitstellung einer kontrollierten Reaktionskraft zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls, wobei der zweite Abschnitt 6 dazu ausgelegt ist, einer Knick- oder Faltdeformation zu unterliegen, wodurch der zweite Abschnitt eine wesentlich höhere deformationsauslösende Last aufweist als eine plastische Deformationslast; und wobei der erste Abschnitt 8 dazu ausgelegt ist, sich bei einer deformationsauslösenden Last zusammenzufalten, welche wesentlich kleiner als die deformationsauslösende Last des zweiten Abschnitts 6 jedoch wesentlich höher als die plastische Deformationslast des zweiten Abschnitts 6 ist. Somit zeigt die Fahrzeugkarosserie während einer frühen Phase eines Fahrzeugaufpralls eine hohe Reaktionslast und während einer Endphase des Aufpralls eine geringe Reaktionslast, so dass die Spitzenbeschleunigung des Fahrzeuginsassen, welcher von einem Anschnallgurt mit einer bestimmten Elastizität zurückgehalten wird, minimiert werden kann.

Claims

1. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Längselement (1) mit einem ersten Abschnitt (8) und einem mit diesem in Reihe verbundenen zweiten Abschnitt (6), um eine kontrollierte Reaktionskraft zum Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls vorzusehen, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (6) für eine Knick- oder Faltdeformation ausgelegt ist, wodurch der zweite Abschnitt (6) eine wesentlich höhere deformationsauslösende Last aufweist als eine plastischen Deformationslast; und dass der erste Abschnitt (8) dazu ausgelegt ist, bei einer deformationsauslösenden Last zusammengefaltet zu werden, welche wesentlich geringer als die deformationsauslösende Last des zweiten Abschnitts (6) ist, jedoch wesentlich höher als die plastische Deformationslast des zweiten Abschnitts (6) ist.

2. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt ein sich in Längsrichtung erstreckendes Hohlelement (8) aufweist, welches für eine Faltdeformation durch ein gleichmäßiges Zusammenfalten von Wandungen desselben ausgelegt ist.

3. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (8) mit einem Spannungskonzentrationsabschnitt (9) zum Absenken der deformationsauslösenden Last des ersten Abschnitts (8) versehen ist.

4. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt ein sich in Längsrichtung erstreckendes Hohlelement (6) aufweist, welches für eine Faltdeformation durch gleichmäßiges Zusammenfalten von Wandungen desselben ausgelegt ist.

5. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (6) ein Paar gegabelter Trägerabschnitte aufweist, welche dazu ausgelegt sind, dass sie sich unter Kompressionslast durch Knicken voneinander wegbiegen.

6. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (6) einen Hauptträgerabschnitt und einen Hilfsträgerabschnitt aufweist, welcher eine Knickdeformation des Hauptträgerabschnitts in eine Richtung führt.

7. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Längselement (1) ein Seitenelement aufweist, welches sich von jeder Seite eines Maschinenraums (2) aus zu einem unteren Teil (3) eines Passagierabteilbodens erstreckt.

8. Karosserieaufbau für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Längselement (1) ein stranggepreßtes Element aus einer Aluminiumlegierung umfaßt.