DE60030340T2

DE60030340T2 - Kraftfahrzeugstruktur

Info

Publication number: DE60030340T2
Application number: DE60030340T
Authority: DE
Inventors: Sato Manabu
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP3303853B2; DE60030340D1; EP1464565B1; EP1069027B1; EP1069027A2; EP1464565A3; EP1464565A2; JP2001030961A; EP1069027A3; US6296300B1; DE60039945D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosseriestruktur.
Bei einem Frontalaufprall eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel bei einer vollen oder teilweisen Frontal- oder Heckkollision, ist es sehr wichtig, einen großen Teil der Aufprallenergie durch eine kontrollierte Verformung der Seitenelemente zu absorbieren, die einen Teil der vorderen oder hinteren Räume bilden (zum Beispiel den Motorraum und den Kofferraum). Es ist ideal, die Seitenelemente unter Kompression auf eine Zusammenfallweise zu verformen, weil diese Form der Verformung dazu neigt, die Menge an Aufprallenergieabsorption zu maximieren.
Die gängigste Maßnahme besteht derzeit darin, einen Weg zur Übertragung von Spannung oder Kraft auf Strukturelemente des Bodens des Fahrgastraums wie zum Beispiel die Seitenschweller zu erzeugen, die an den Seiten entlang verlaufen. Um die Kraftübertragungseigenschaften zu verbessern, ist es vorteilhaft, die Starrheit und Steifigkeit des Fußbodens zu erhöhen. Die Verwendung von stranggepressten Teilen zum Erhöhen der Steifigkeit und Starrheit ist aus der JP-A-9-99870 bekannt.
Wenn es jedoch einen vertikalen Versatz zwischen dem Boden und den Seitenelementen gibt, dann muss eine Verbindungsstruktur vorgesehen werden, so dass jedes vordere Seitenelement starr mit dem Boden verbunden ist. Dadurch entsteht eine Konstruktion, die bei einem Aufprall ein Kraftmoment erzeugt, das aus der Kraft, die vom vorderen Seitenelement in der Anfangsphase der Aufprallenergieabsorption aufgebracht wird, und der lotrechten Distanz (das heißt dem Arm des Moments) zwischen einem Punkt in der Verbindungskonstruktion, an dem das Zerknicken beginnt, und dem Seitenelement besteht. Durch ein solches Moment wird eine Vorspannung auf ein Armaturenbrett und seine zugehörige Konstruktion aufgebracht, die dazu neigt, es unerwünschterweise in Richtung auf und/oder in einen über dem Boden befindlichen Fahrgastraum zu bewegen.
Demgemäß besteht der Bedarf, diese Vorspannung minimal zu halten und zu gewährleisten, dass Fahrzeugstrukturelemente nicht zu stark verzerrt werden und/oder den Fahrgastraum auf eine solche Weise verkleinern, dass die Sicherheit der Insassen reduziert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, bei der nach dem Wirken einer Kraft oder Spannung, die bei einer Frontalkollision eines Fahrzeugs eine vorbestimmte Größe übersteigt, die Übertragung von Kraft/Spannung in Richtung auf die Fahrzeugbodenkonstruktion zu einem Boden in einer Weise geleitet wird, die die Länge des oben erwähnten Arms eines Kraftmoments um einen Abschnitt der Konstruktion in der Nähe eines Endes der Bodens reduziert.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugkarosseriestruktur bereitzustellen, die die Größe eines Moments um einen Abschnitt in der Nähe eines Endes eines Bodens reduzieren kann, während sie Kraft auf einen Boden überträgt, nach der Einwirkung einer Spannung oder Kraft, die groß genug ist, um eine strukturelle Verformung der Fahrzeugkarosserie zu verursachen.
Die DE 42 04 826 A offenbart eine Fahrzeugkarosseriestruktur gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 3, 5 und 6.
Ein Aspekt der Erfindung liegt in einer Fahrzeugkarosseriestruktur für ein Fahrzeug mit einer longitudinalen Mittellinie, die Folgendes umfasst: eine Bodenkonstruktion, wobei der Boden entlang der longitudinalen Mittellinie beabstandete erste und zweiten Enden hat; eine Aufprallumleitungsstruktur, die am ersten Ende der Bodenstruktur angeordnet ist, wobei die Aufprallumleitungsstruktur wenigstens einen Kraftaufnahmeflächenabschnitt aufweist, der in einer ersten Richtung vom ersten Ende des Bodens longitudinal beabstandet ist; wobei die Aufprallumleitungsstruktur einen ersten Strukturabschnitt aufweist, der normalerweise den wenigstens einen Kraftaufnahmeflächenabschnitt in einer vorbestimmten Position hält; wobei die Aufprallumleitungsstruktur so konstruiert und angeordnet ist, dass eine Anordnung entsteht, bei der dann, wenn der Kraftaufnahmeflächenabschnitt einer Kraft ausgesetzt ist, die eine vorbestimmte Größe übersteigt, die Kraft den ersten Strukturabschnitt veranlasst, den Kraftaufnahmeflächenabschnitt von der bestimmten Position weg zu bewegen, in der er normalerweise gehalten wird, in eine Position, in der die Größe eines Moments, das durch die Kraft um einen Punkt in der Nähe des vorbestimmten Endes erzeugt wird, reduziert wird.
In dieser Anordnung ist eine Endstruktur mit der Aufprallumleitungsstruktur gekoppelt und so gestaltet, dass Kraft durch den Kraftwirkungsoberflächenabschnitt auf die Aufprallumleitungsstruktur angewendet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einer Fahrzeugkarosseriestruktur für ein Fahrzeug mit einer longitudinalen Mittellinie, die Folgendes umfasst: eine Bodenstruktur, die entlang der longitudinalen Mittellinie verläuft; ein Seitenelement, das normalerweise in einer Richtung in einer allgemein parallelen Beziehung zur longitudinalen Mittellinie verläuft; und eine Aufprallumleitungsstruktur, die die Bodenstruktur und das Seitenelement so verbindet, dass eine vorbestimmte Versatzmenge normalerweise dazwischen gehalten wird, wobei die Aufprallumleitungsstruktur Mittel beinhaltet, um als Reaktion auf eine Aufprallkraft, die eine vorbestimmte Größe übersteigt und infolge einer Fahrzeugkollision entlang dem Seitenelement wirkt, kontrolliert zu verformen und das Seitenelement in einer Richtung zu orientieren, in der das Seitenelement in Richtung auf den Boden gerichtet ist und eine Position einnimmt, in der die Größe eines Kraftmoments, das von der Aufprallkraft um einen Abschnitt der Aufprallumleitungsstruktur erzeugt wird, die sich zwischen dem Seitenelement und der Bodenstruktur befindet, reduziert wird.
Noch ein weiterer Aspekt liegt in einem Verfahren zum Absorbieren von Aufprallenergie nach einer Frontalkollision eines Fahrzeugs, das einen Fahrgastraum und einen weiteren Raum unmittelbar neben dem Fahrgastraum hat, das die folgenden Schritte umfasst: Aussetzen eines Seitenelementes einer durch die Fahrzeugkollision erzeugten Kraft; Leiten einer Umorientierung des Seitenelementes mittels einer Struktur, die mehrere verschiedene Strukturfestigkeiten hat und die das Seitenelement und eine Bodenstruktur des Fahrgastraums miteinander verbindet, von einer normalen Orientierung vor der Kollision in eine Orientierung, in der das Seitenelement als Reaktion auf die durch die Kollision erzeugte Kraft in Richtung auf einen Punkt in der Nähe eines longitudinalen Endes der Bodenstruktur geleitet wird, um ein Kraftmoment, das durch die von der durch die Kollision erzeugten, entlang dem Seitenelement wirkenden Kraft um diesen Punkt erzeugt wird, zu reduzieren, und Übertragen der durch die Kollision erzeugten Kraft von dem Seitenelement direkt in Richtung auf den Boden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einer Fahrzeugkarosseriestruktur für ein Fahrzeug mit einer longitudinalen Mittellinie, die Folgendes umfasst: eine Bodenstruktur, die entlang der longitudinalen Mittellinie verläuft; ein Seitenelement, das normalerweise in einer Richtung allgemein parallel zur longitudinalen Mittellinie der Fahrzeugkarosseriestruktur verläuft; ein Seitenwandblech, das neben dem Seitenelement abgestützt wird; ein äußeres vorgefärbtes Kunstharzwandteil, das abnehmbar mit dem Seitenwandblech verbunden ist; und eine Aufprallumleitungsstruktur, die die Bodenstruktur und das Seitenelement so miteinander verbindet, dass ein vorbestimmter Versatzbetrag normalerweise dazwischen erhalten bleibt, wobei die Aufprallumleitungsstruktur Mittel mit dem Zweck aufweist, sich als Reaktion auf eine Aufprallkraft, die eine vorbestimmte Größe übersteigt und infolge einer Fahrzeugkollision entlang dem Seitenelement wirkt, kontrolliert zu verformen und das Seitenelement in Bezug auf die Bodenstruktur zu schwenken und das Seitenelement in einer solchen Richtung zu orientieren, dass das Seitenelement zum Boden hin gerichtet ist und eine Position einnimmt, in der die Größe des von der Aufprallkraft erzeugten Kraftmoments um einen Abschnitt der Aufprallumleitungsstruktur reduziert wird, der sich zwischen dem Seitenelement und der Bodenstruktur befindet.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einer Fahrzeugkarosseriestruktur, die Folgendes umfasst: eine stranggepresste längliche, hohle Mehrkanal-Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur mit einer oberen Verbindungsstelle zum Verbinden mit wenigstens einem Seitenelement und einer unteren Verbindungsstelle für eine Anordnung über und eine Verbindung mit einem lateral verlaufenden Endabschnitt einer Bodenstruktur einer Fahrerkabine, wobei die Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur längliche Wände umfasst, die längliche Kanäle dazwischen definieren, eine erste und eine zweite Mehrzahl von länglichen Wänden, die sich jeweils an der ersten und der zweiten länglichen Nabenstruktur treffen, die durch das Innere der Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur verlaufen, wobei die länglichen Wände vorbestimmte physikalische Eigenschaften haben, die so gewählt sind, dass mehrere unterschiedliche Starrheitszonen innerhalb der Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur entstehen, die sich sequentiell verformen, wenn eine Kraft, die eine vorbestimmte Größe übersteigt, auf die obere Verbindungsstelle aufgebracht wird, eine Verformung von Wänden unmittelbar neben der oberen Verbindungsstelle verursacht und bewirkt, dass die obere Verbindungsstelle um die erste Nabenstruktur schwenkt und in Richtung auf die untere Verbindungsstelle ausgerichtet wird, so dass die an der oberen Verbindungsstelle aufgenommene Kraft in Richtung auf die zweite Nabenstruktur und die untere Verbindungsstelle gerichtet wird.
In dieser Anordnung bestehen das Seitenelement, das Querteil und/oder die Verformungskraftumleitungsstruktur vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen leichten Material, bei dem sich eine extern aufgebrachte Korrosionsschutzbeschichtung oder -behandlung erübrigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein transversaler Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausgestaltung einer Verformungskraftumleitungsstruktur einer Fahrzeugkarosseriestruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
2(a), 2(b) und 2(c) illustrieren drei Verformungsstufen, die die Verformungskraftumleitungsstruktur beim Aufbringen einer Kraft erfährt, die eine vorbestimmte Größe übersteigt;
3 ist eine Ansicht ähnlich 1, die eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert;
4 ist eine perspektivische Unterseitenansicht einer Endstruktur und eines Bodens, der mit einer Verformungskraftumleitungsstruktur gemäß den Ausgestaltungen der Erfindung versehen ist;
5 ist eine Perspektivansicht einer Fahrzeugkarosserie, auf die die Ausgestaltungen der Erfindung anwendbar sind;
6 ist ein schematischer transversaler Querschnitt einer Verformungskraftumleitungsstruktur einer Fahrzeugbodenstruktur, die die grundsätzliche Anordnung einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert;
7 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts, der von Kreis A in 6 umkreist wird;
8 illustriert Kennwertkurven für Spannung gegenüber Zeit, die bei einer Frontalkollision eines Fahrzeugs erzeugt werden;
9 ist eine schematische Ansicht eines Teils einer Kraftfahrzeugkarosserie, die die Ergebnisse veranschaulicht, die mit der in 8 gezeigten Kennwertkurve b von Spannung gegenüber Zeit erzeugt werden;
10 ist eine Schnittansicht, die die Art und Weise zeigt, in der ein Kotflügelblech mit einem Haubenseitenrippenblech verbunden ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
Mit Bezug auf die Begleitzeichnungen folgt eine ausführliche Beschreibung von drei bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Es ist jedoch zu bemerken, dass diese bevorzugten Ausgestaltungen zwar in Verbindung mit einer Fahrzeugkarosseriekonstruktion am vorderen Ende beschrieben werden, die einen vorderen Raum wie zum Beispiel einen Motorraum E (siehe 4 und 5) hat, aber dies kann leicht auf die Fahrzeugkarosseriekonstruktion am hinteren Ende übertragen werden. Die Konstruktion am hinteren Ende, wie in 5 gezeigt, hat einen hinteren Raum R. C. wie zum Beispiel einen Gepäckraum.
Mit Bezug auf die 1 und 4, die Konstruktion am vorderen Ende beinhaltet zwei longitudinal verlaufende Seitenelemente 1 (nämlich ein linkes vorderes Seitenelement und ein rechtes vorderes Seitenelement). Motorhaubenrandteile 408 sind mit den vorderen Seitenelementen 1 zu Seitenwänden einer Wandstruktur verbunden (Strebengehäuse 4), die den vorderen Raum oder Motorraum E definiert (4 und 5).
Der vordere Teil des Fahrzeugs beinhaltet ein lateral verlaufendes Strukturelement in Form eines ersten Querelementes 2 (am besten in 2 zu sehen). Dieses erste Querelement 2 überbrückt die vorderen Seitenelemente 1 an Abschnitten in der Nähe ihrer Frontenden. Mit den Frontenden der Frontseitenelemente 1 ist ein Stoßfängerträger 3 verbunden.
Ein zweites Querelement in Form einer Instrumententafel 5 dient als Trennung zwischen dem vorderen Raum E und einem Fahrgastraum P. C. Zwei Strebengehäuse 4 sind jeweils mit den hinteren oder inneren Endabschnitten der vorderen Seitenelemente 1 verbunden. Die Strebengehäuse 4 verlaufen nicht nur entlang den vorderen Seitenelementen 1, sondern auch jeweils entlang den benachbarten Seitenrandabschnitten der Instrumententafel 5 und sind mit der Instrumententafel 5 verbunden.
Mit Bezug auf 4, die Bezugsziffer 6 bezeichnet allgemein eine Bodenkonstruktion. Diese Bodenkonstruktion 6 verläuft entlang der longitudinalen Mittellinie 100 sowie entlang einer lateral verlaufenden transversalen Linie 102, die die longitudinale Mittellinie 100 kreuzt. Die Bodenkonstruktion 6 hat zwei Enden 6c und 6d, die entlang der longitudinalen Mittellinie 100 beabstandet sind, und ist mit einer Verformungskraftumleitungsstruktur 7 ausgestattet.
1 illustriert einen transversalen Querschnitt der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 gemäß der ersten Ausgestaltung. In dieser ersten Ausgestaltung besteht die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 aus einem länglichen stranggepressten Teil, der aus einem korrosionsbeständigen leichten Material gefertigt ist. In diesem Fall hat das Material die Form eines Leichtmetalls wie zum Beispiel Aluminium, Magnesium oder sogar einer Titanlegierung und ist zu einem Querschnittsprofil der in 1 gezeigten Natur gestaltet.
Es ist jedoch an dieser Stelle der Offenbarung zu bemerken, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung von Metalllegierungen beschränkt ist und auch andere faserverstärkte/Verbundmaterialien umfassen kann. Es ist jedoch derzeit vorteilhaft, Metalllegierungen zu verwenden, da sie mit derzeit allgemein verfügbarer Technologie und/oder Ausrüstung rentabel stranggepresst werden können.
Darüber hinaus ist das Material, aus dem die Ausgestaltungen der Erfindung gebildet sind, derart, dass sich Korrosionsschutzbeschichtungen oder -behandlungen erübrigen und kein Lackieren/Eintauchen oder dergleichen erforderlich ist. Die kostensenkenden Auswirkungen eines solchen Merkmals werden für die Fachperson, an die sich die vorliegende Erfindung richtet, offensichtlich sein.
Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 verläuft lateral über das vordere Ende 6c der Bodenkonstruktion 6 und ist mit einem aufrechten Flansch 17 versehen, der für eine Verbindung mit einem unteren Randabschnitt einer Instrumententafel 5 gestaltet ist. Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 verläuft zwischen der Instrumententafel 5 und einem Oberseitenabschnitt der Bodenkonstruktion 6 in der Nähe des vorderen Endes 6c und bildet eine abgewinkelte Scheuerplatte oder ein abgewinkeltes Fußblech.
Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 hat eine Fassung 19, die das vordere Ende 6c der Bodenkonstruktion 6 aufnimmt. Mit geeigneten Schweiß- oder Bondtechniken kann eine feste Verbindung sowohl zwischen der Instrumententafel 5 als auch dem Flansch 17 und der Fassung 19 und dem vorderen Ende (6c) der Bodenkonstruktion 6 hergestellt werden. In diesem Beispiel dient die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 als Querstrukturelement (das häufig als „Instrumententafel-Querelement" bezeichnet wird), das die Aufgabe hat, Steifigkeit und Starrheit der Bodenkonstruktion 6 insbesondere entlang ihrem vorderen Ende 6c zu erhöhen.
In dieser Ausgestaltung dient die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 als Verbindung zwischen der vorderen Endstruktur und der Bodenkonstruktion 6. Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 hat eine Fassung 18, die die vorderen Seitenelemente 1 von ihren hinteren Enden her aufnimmt. Mit geeigneten Schweiß- oder Bondtechniken kann eine feste Verbindung zwischen der die Fassung 18 definierenden Wand und den vorderen Seitenelementen 1 hergestellt werden. In diesem Beispiel besteht auch jedes der vorderen Seitenelemente 1 aus stranggepressten Teilen des oben erwähnten korrosionsbeständigen leichten Materials, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung.
Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 hat wenigstens zwei Kraft- oder Aufprallaufnahmeflächenabschnitte (das heißt einen für jedes Seitenelement), von denen in 1 bei 104 nur einer dargestellt ist. Diese Kraftaufnahmeflächenabschnitte sind so angeordnet, dass sie die Kraft aufnehmen, die bei einem Frontalzusammenstoß des Fahrzeugs entlang dem damit assoziierten jeweiligen Seitenelement 1 übertragen wird.
Kurz, die Kraft wirkt zunächst entlang den Seitenelementen in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Mittellinie oder -achse 100 verläuft. Wenn die Kraft eine vorbestimmte Größe übersteigt, dann beginnt eine kontrollierte, gestufte strukturelle Verformung in der Verformungskraftumleitungsstruktur aufzutreten. Dies führt zur Umleitung des/der Seitenelemente(s) von einer Orientierung, in der sie in der Richtung der longitudinalen Mittellinie 100 verläuft, in eine Orientierung, in der sie in Richtung auf die Bodenkonstruktion 6 abgewinkelt ist, um die Kraft dorthin zu leiten.
Ausführlicher, in dieser ersten Ausgestaltung hat die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 zwei Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104. Sie sind in Längsrichtung der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 beabstandet. Wie aus 1 ersichtlich ist, gibt es einen vertikalen Versatz zwischen den einzelnen hinteren oder inneren Enden der vorderen Seitenelemente 1 und der Bodenkonstruktion 6. Somit ist der Kraftaufnahmeflächenabschnitt 104 in diesem Beispiel vom vorderen Ende 6c der Bodenkonstruktion 6 in einer ersten oder vorderen Richtung beabstandet, die im Wesentlichen parallel zur longitudinalen Mittellinie 100 verläuft, und in einer zweiten vertikalen Richtung normal zu einer horizontalen flachen Ebene erhöht, die die longitudinale Mittellinie 100 und die transversale Linie 102 beinhaltet (siehe 4 und 5).
Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 ist in dieser Ausgestaltung in eine erste Sektion 8, eine zweite Sektion 9 und eine dritte Sektion 10 unterteilt. Die erste, zweite und dritte Sektion 8, 9 und 10 haben getrennte Funktionen, wie in der nachfolgenden Erörterung offensichtlich wird.
Die erste Sektion 8 stützt die Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 an vorbestimmten Positionen der in 1 illustrierten Natur. Ebenso ist auch, wie in den 2(a) und 2(b) gezeigt, die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 so aufgebaut und angeordnet, dass, wenn einer oder beide der Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 eine Kraft F erfährt/erfahren, die eine vorbestimmte Größe übersteigt, die Kraft F eine Verformung der ersten Sektion 8 bewirkt und den Kraftaufnahmeflächenabschnitt 104, auf den die große Verformungskraft wirkt, von der vorbestimmten Position davon in einer solchen Richtung weg bewegt, dass die Größe des Moments um einen Abschnitt O₂ reduziert wird, der sich in der Nähe des vorderen Endes 6c der Bodenkonstruktion 6 befindet.
Zur Vereinfachung der Offenbarung wird nur eine der beiden Seitenelement-/Verformungskraftumleitungsstrukturanordnungen ausführlich beschrieben. Man wird natürlich verstehen, dass bei einem teilweisen Frontalaufprall nur eines der Seitenelemente möglicherweise einer ausreichend großen Kraft ausgesetzt wird, um die Verformung dieses Endes der Kraftumleitungsstrukturanordnung zu induzieren, mit der sie assoziiert ist. Andererseits würden bei einem vollen Frontalaufprall beide Seitenelemente dazu neigen, die zu starken Kraftbelastungen zu erfahren, und beide Enden der lateral verlaufenden Verformungskraftumleitungsstrukturanordnung würden verformt.
Das oben erwähnte Moment wird als F × Ma ausgedrückt, wobei F die Größe der Kraft und Ma die Länge des Arms ist, der als die minimale (lotrechte) Distanz zwischen dem Abschnitt O₂ und einer geraden Linie ausgedrückt wird, die im rechten Winkel durch den Kraftaufnahmeflächenabschnitt 104 passiert. Man wird verstehen, dass die Länge des Arms Ma erheblich reduziert ist, wenn der Kraftaufnahmeflächenabschnitt 104 nach vorne und abwärts von der normalen vorbestimmten Position verschoben wird, in der er getragen wird. In diesem Beispiel liegt, in der in 1 illustrierten normalen vorbestimmten Position, der normale Flächenvektor des Kraftaufnahmeflächenabschnitts 104 parallel zur longitudinalen Mittellinie 100.
Wie in 1 gezeigt, ist jeder der Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 vertikal orientiert angeordnet. Wenn dies jedoch gewünscht wird, können solche Kraftaufnahmeflächenabschnitte über die äußere periphere Wand der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 hinaus verlaufen.
Wie am besten in 1 ersichtlich ist, verläuft die erste Sektion 8 über imaginäre Verlängerungen der hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1 und befindet sich zwischen den hinteren Enden der vorderen Seitenelemente 1 und der Instrumententafel 5. Die zweite Sektion 9 sitzt auf einem Oberseitenabschnitt der Bodenkonstruktion 6 in der Nähe des vorderen Endes 6c und erstreckt sich davon zur ersten Sektion 8. Die dritte Sektion 10 sitzt am vorderen Ende 6c der Bodenkonstruktion 6 einerseits und auf einem Unterseitenabschnitt jedes der vorderen Seitenelemente 1 in der Nähe von deren hinterem Ende auf dem anderen. Die dritte Sektion verläuft vom vorderen Ende 6c der Bodenkonstruktion 6 in Richtung auf die vorderen Seitenelemente 1. Die dritte Sektion 10 verläuft unter der ersten Sektion 8 und der zweiten Sektion 9.
Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 beinhaltet eine erste Partition 11, die die erste und die zweite Sektion 8 und 9 voneinander trennt. Eine zweite Partition 12 trennt die erste und die dritte Sektion 8 und 10 voneinander. Eine dritte Partition 13 trennt die zweite und die dritte Sektion 9 und 10 voneinander.
Die erste und die zweite Sektion 8 und 9 sind tandemartig angeordnet, um stufenweise einen ersten Kraftübertragungsweg von den hinteren Enden der vorderen Seitenelemente 1 zu den Oberseitenabschnitten der Bodenkonstruktion 6 in der Nähe des vorderen Endes 6c zu bilden. Die dritte Sektion 10 bildet einen zweiten Kraftübertragungsweg von den Unterseitenabschnitten der vorderen Seitenelemente 1 in der Nähe von deren hinteren Enden zum vorderen Ende 6c der Bodenkonstruktion 6. Diese Anordnung bietet eine ausgezeichnete Kraftübertragung von den vorderen Seitenelementen 1 zur Bodenkonstruktion 6, wenn die vorderen Seitenelemente 1 bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs eine Kraft erfahren.
Demgemäß wird die Menge an Biegekraft, die auf die hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1 wirkt, auf ein ausreichend tiefes Niveau reduziert, mit der Folge, dass sich jedes der vorderen Seitenelemente 1 auf Zusammenfaltweise entlang seiner longitudinalen Richtung verformen kann.
Die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 ist so ausgelegt, dass sie eine vorbestimmte Verformung erfährt, die als wünschenswert angesehen wird, um einen großen Teil der Kraft auf die Bodenkonstruktion 6 mit wenig oder ohne Moment um eine Nabe O₂ in der Nähe des vorderen Endes 6c der Bodenkonstruktion 6 zu übertragen.
Um diese vorbestimmte Folge von Verformungen der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 zu bewirken, werden die strukturellen Steifigkeiten der ersten, zweiten und dritten Sektion 8, 9 und 10 reguliert. Die Einstellung ist derart, dass die Steifigkeit der ersten Sektion 8 geringer ist als die der dritten Sektion 10, die der zweiten Sektion 9 geringer ist als die der dritten Sektion 10, während die Steifigkeit der zweiten Sektion 9 höher ist als die der ersten Sektion 8. Mit anderen Worten, die erste Sektion 8 hat die geringste Steifigkeit, während die dritte Sektion 10 die höchste Steifigkeit hat und die Steifigkeit der zweiten Sektion 9 höher ist als die der ersten Sektion 8, aber niedriger als die der dritten Sektion 10.
Die Justierung der Steifigkeit jeder Sektion der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 kann durch Ändern des transversalen Querschnittsstrukturabschnitts und/oder -profils und/oder durch Ändern der Dicke der Wände erzielt werden, die die Kanäle trennen, die beim Strangpressen des Elementes entstehen. In dieser bevorzugten Ausgestaltung sind die Verstärkungswände 14, 15a, 15b, 16a und 16b vorgesehen, um der ersten, zweiten und dritten Sektion 8, 9 und 10 jeweils die nötigen Steifigkeiten zu verleihen bzw. sie zu justieren.
Wie am besten in 1 zu sehen ist, beinhaltet die erste Sektion 8 einen ersten Kanal 8a mit einem gemeinsamen Querschnittsprofil und erste Wände 8b, die den ersten Kanal 8a definieren. Die zweite Sektion 9 beinhaltet einen zweiten Kanal 9a mit einem gemeinsamen Querschnittsprofil und zweite Wände 9b, die den zweiten Kanal 9a definieren. Die dritte Sektion 10 beinhaltet einen dritten Kanal 10a mit einem gemeinsamen Querschnittsprofil und dritte Wände 10b, die den dritten Kanal 10a definieren.
Die erste Sektion 8 ist so ausgelegt, dass nach dem Aufbringen einer longitudinal wirkenden Kraft F auf den Kraftaufnahmeflächenabschnitt 104 von dem assoziierten vorderen Seitenelement 1 die obere Wand der ersten Sektion 8 vor der Verformung der anderen Teile oder Abschnitte verformt wird.
Im Allgemeinen ist, bei gleicher Länge und Dicke, die Knickfestigkeit einer flachen Wand umgekehrt proportional zu ihrer Breite. Dieser breitenabhängige Knickparameter wird so benutzt, dass die Breite der unteren Wand geringer gemacht wird als die Breite der oberen Wand. Somit ist die Partition 11 in 1 betrachtet nach hinten geneigt.
Um die Verformung der oberen Wand der ersten Sektion 8 zu erleichtern, wird die Verstärkungswand 14 vorgesehen. Ein unterer Rand der Verstärkungswand 14 ist mit einem nabenähnlichen Teil oder einer Nabe O₁ verbunden, während ein oberer Rand mit einer Verbindungsstelle verbunden ist, die sich dort befindet, wo die obere Wand auf die aufrechte Wand trifft, auf der der Kraftaufnahmeflächenabschnitt 104 ausgebildet ist. Zur Bereitstellung der Nabe O₁ mit ausreichender Festigkeit zum Stützen der Verstärkungswand 14 geht die Partition 13 in die Nabe O₁ und die Nabe O₂ über und verbindet sie. Die Nabe O₂ befindet sich neben einem oberen Rand des vorderen Endes 6c der Bodenkonstruktion 6.
Die Verstärkungswände 16b und 15a gehen von der Nabe O₁ aus, während die Verstärkungswände 15b und 16a von der Nabe O₂ ausgehen. Die Verstärkungswände 15a und 15b gehen in die obere Wand der zweiten Sektion 9 über und bilden ein erstes Dreiecksprofil in Zusammenwirkung mit der Partition 13. Die Verstärkungswände 16a und 16b gehen in die untere Wand der dritten Sektion 10 über und bilden ein zweites Dreiecksprofil in Zusammenwirkung mit der Partition 13.
Von diesen Wänden verlaufen die Verstärkungswände 15b und 16b vertikal, das heißt in derselben Richtung wie die Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 und das vordere Ende 6c der Bodenkonstruktion 6. Die mit der Nabe O₁ verbundene, vertikal verlaufende Verstärkungswand 16b bietet erhöhte Festigkeit beim Abstützen der Verstärkungswand 14.
Gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung bildet die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 eine Fügungs- oder Verbindungsstruktur mit ausreichend hoher Steifigkeit, um die Verbindung der hinteren Endteile der vorderen Seitenelemente 1 am vorderen Endabschnitt der Bodenkonstruktion 6 zu ermöglichen. Wie zuvor erwähnt, sind gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung die erste und die zweite Sektion 8 und 9 tandemartig angeordnet, um einen ersten Kraftübertragungsweg von den hinteren Enden 104 der vorderen Seitenelemente 1 zu den Oberseitenabschnitten der Bodenkonstruktion 6 in der Nähe des vorderen Endes 6c davon zu bilden. Die dritte Sektion 10 bildet einen zweiten Kraftübertragungsweg von den Unterseitenabschnitten der vorderen Seitenelemente 1 in der Nähe der hinteren Enden davon zum vorderen Ende der Bodenkonstruktion 6.
Diese Anordnung bietet eine ausgezeichnete Kraftübertragung von den vorderen Seitenelementen 1 zur Bodenkonstruktion 6, wenn die vorderen Seitenelemente 1 bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs eine Kraft erfahren. Demgemäß wird die auf die hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1 aufgebrachte Biegekraft auf ein ausreichend niedriges Niveau reduziert, so dass jedes der vorderen Seitenelemente 1 sich auf Zusammenfaltweise entlang seiner longitudinalen Länge verformen kann.
Infolgedessen ergibt diese Anordnung eine längere Zeitperiode, während der die vorderen Seitenelemente 1 in ihrer Längsrichtung unter einer Kompressionskraft bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs verformt werden. Diese Zeitperiode wird nachfolgend als „faltbarer Motorraumhub" bezeichnet. Diese Zunahme des faltbaren Motorraumhubs führt zu einer Erhöhung der Aufprallenergieabsorption.
Wie oben angedeutet, ist die erste bevorzugte Ausgestaltung derart, dass die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 durch Strangpressen aus einem korrosionsbeständigen leichten Material gebildet und als Instrumententafel-Querelement zum Erhöhen der Steifigkeit der Bodenkonstruktion 6 verwendet wird. Dies ergibt eine erhöhte Steifigkeit am vorderen Endabschnitt der Bodenkonstruktion 6, die zu einer höheren Fähigkeit des vorderen Endabschnitts der Bodenkonstruktion 6 führt, ihre Form unter erhöhter Kraft beizubehalten. Das Reaktionsniveau der vorderen Seitenelemente 1 wird erhöht, so dass eine merkliche Erhöhung der Aufprallenergieabsorption erzielt wird. Wenn die vorderen Seitenelemente 1 und die Bodenkonstruktion 6 ebenfalls durch Strangpressen/Druckgießen aus demselben Typ von leichtem korrosionsbeständigem Material gebildet sind, dann wird die oben erwähnte Wirksamkeit mit einer damit einhergehenden merklichen Gewichtseinsparung ausgeprägter.
Mit Bezug auf die 2(a), 2(b) und 2(c), wenn bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs eine Kraft F auf die vorderen Seitenelemente 1 wirkt, dann wird ein großer Teil der Kraft F auf die Bodenkonstruktion 6 durch den zweiten Übertragungsweg in der durch kleine Pfeile a in 2(a) illustrierten Weise übertragen. Da die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 die Distanz in einer Richtung entlang der longitudinalen Mittellinie zwischen den hinteren Enden der vorderen Seitenelemente 1 und dem vorderen Ende 6c der Bodenkonstruktion 6 minimiert hat, wird die Kraft F effektiv auf die Bodenkonstruktion 6 übertragen.
Spezieller, das obere Ende der ersten Sektion 8 wird wie in 2(b) illustriert umfangreich verformt, was eine Schwenkbewegung der Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 weg von den vorbestimmten aufrechten Positionen von 2(a) auf eine solche Weise bewirkt, dass die Größe des Moments um die Nabe O₂ reduziert wird (siehe 2(b)).
Unter der Annahme eines Oberflächenvektors normal zu jedem der Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 und einem umgekehrten Vektor, der um 180 Grad vom Oberflächennormalvektor verschoben ist, werden die von den Kraftaufnahmeflächenabschnitten 104 ausgehenden Umkehrvektoren in einer Richtung parallel zur longitudinalen Mittellinie 100 gerichtet, wenn die Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 in ihren vorbestimmten aufrechten Positionen sind (2(a)). Bei einer Verschiebung vom Zustand von 2(a) in den Zustand von 2(b) bewegen sich die Umkehrvektoren im Uhrzeigersinn um die Nabe O₁ und werden in Richtung auf die Nabe O₂ orientiert. Diese Bewegung der Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 bewirkt eine Reduzierung der Länge des Momentarms Ma.
Demgemäß löst die oben erwähnte Verformung der ersten Sektion 8 eine sequentielle Faltverformung der zweiten Sektion 9 und eine Faltverformung der dritten Sektion 10 wie in 2(c) illustriert aus.
Durch die oben erwähnte Längenreduzierung des Momentarms Ma aufgrund einer Verschiebung aus dem Zustand von 2(a) in den von 2(b) wird eine Drehbewegung der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 und der Instrumententafel 5 in Richtung auf den Fahrgastinnenraum in einer Höhe über der Bodenkonstruktion 6 verhütet oder zumindest beschränkt.
Da die hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1 nicht gebogen und in Richtung auf die Nabe O₂ orientiert werden, wird jedes der vorderen Seitenelemente 1 beim Absorbieren der Aufprallenergie bei einem Frontalaufprall faltend verformt.
Mit Bezug auf 8, die durchgezogene Linie a illustriert die erste bevorzugte Ausgestaltung, die gestrichelte Kurve b illustriert die Variation der Kraft gegenüber der Zeit bei einem Frontalaufprall oder einer Kollision eines Fahrzeugs, das eine herkömmliche Struktur des in 9 illustrierten Typs verwendet. In 9 bezeichnet die Bezugsziffer 41 ein vorderes Seitenelement, das über eine Verbindung 44 mit einem Abschnitt eines Bodens 42 in der Nähe seines vorderen Endes verbunden ist, während die Bezugsziffer 43 eine Instrumententafel bezeichnet. Die durchgezogene Umrisslinie in 9 illustriert die Art und Weise, in der der hintere Endabschnitt des vorderen Seitenelementes 41 beim Absorbieren der Aufprallenergie verbogen wird. Andererseits illustriert die durchgezogene Kurve a in 8 die Variation der Kraft gegenüber der Zeit beim selben Frontalaufprall eines Fahrzeugs, das die in 1 gezeigte Konstruktion hat. In 8 zeigt das Bezugszeichen P1 eine Kraftspitze bei der Faltverformung eines Motorraums. Das Bezugszeichen P2 zeigt einen Reaktionsabfall, der durch ein Verbiegen von hinteren Endabschnitten von zwei vorderen Seitenelementen 1 verursacht wird (siehe 9). Das Bezugszeichen P3 zeigt jedoch die Reaktionsvariation aufgrund einer Verformung von umgebenden Blechteilen einschließlich einer Instrumententafel 5, und diese Phase erfolgt nach der Faltverformung des Motorraums.
Das Bezugszeichen S2 bedeutet den Motorraumfalthub der Fahrzeugkarosserie mit der Struktur von 9. Das Bezugszeichen S1 zeigt den Motorraumfalthub der Fahrzeugkarosserie mit der in Verbindung mit 1 illustrierten und erörterten Konstruktion. Man wird verstehen, dass die erste bevorzugte Ausgestaltung a eine Verstärkung des Motorraumfalthubs (S1–S2) ergibt. Dies bewirkt eine Erhöhung der Aufprallenergieabsorption aufgrund der Faltverformung des Motorraums. Infolgedessen ist die Verformung der umgebenden Teile einschließlich der Instrumententafel 5 erheblich geringer, wodurch ein ausreichend breiter Raum für die Insassen im Fahrgastraum gewährleistet wird.
Gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung hat die obere Wand der ersten Sektion 8 eine Starrheit, die geringer ist als die der unteren Wand davon, und die untere Wand der ersten Sektion 8 wird mit einer ausreichend hohen Festigkeit getragen. Somit wird durch die Beaufschlagung der Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 mit einer Kraft ein Knicken der oberen Wand der ersten Sektion 8 vor dem Knicken der unteren Wand davon eingeleitet. Die Verformung dieses Typs bewirkt eine Bewegung des Kraftaufnahmeflächenabschnitts 104 von der vorbestimmten Position von 2(a) weg in die Position von 2(b) und ermöglicht eine regulierte Verformung in der gewünschten Weise.
Somit werden gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Verstärkungswände 14, 15a, 15b, 16a und 16b zum Justieren der Starrheit und Festigkeit der ersten, zweiten und dritten Sektion 8, 9 und 10 verwendet. Die Verwendung solcher Verstärkungswände erleichtert die Auswahl/Justierung des gewünschten Verformungsmodus.
Ferner beinhaltet die erste Sektion 8 die diagonale Verstärkungswand 14, was die Verformung von deren oberer Wand erleichtert. Auf einer Seite ist die Verstärkungswand 14 mit der Nabe O₁ verbunden, während sie auf der anderen Seite mit einem Verbindungsstück verbunden ist, wo die obere Wand auf die aufrechte Wand trifft, an der der Kraftaufnahmeflächenabschnitt 104 ausgebildet ist. Um der Nabe O₁ eine ausreichende Festigkeit zum Tragen der diagonalen Verstärkungswand 14 zu verleihen, verbindet die Partition 13 die Nabe O₁ und die Nabe O₂ miteinander. Darüber hinaus bietet die vertikal verlaufende Verstärkungswand 16b eine ausreichende Festigkeit beim Tragen der diagonalen Verstärkungswand 14. Bei der Verformung rotiert die diagonale Verstärkungswand 14 um die Nabe O₁, um eine Knickverformung der oberen Wand 8b bei der durch Applikation von Kraft F auf die Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 eingeleiteten Verformung zu fördern. Die diagonale Verstärkungswand 14 dient als Wischer- oder Führungswand zum Fördern der Knickverformung der oberen Wand der ersten Sektion 8. Demgemäß gewährleistet die Bereitstellung der diagonalen Verstärkungswand 14 eine gewünschte Verformung der ersten Sektion 8.
Demgemäß dient bei der ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 als ausgezeichnetes Verbindungselement und erleichtert auch eine leichte Montage mit der Bodenkonstruktion 6 und den vorderen Seitenelementen 1. Die Fassungen 18 und 19 der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 erleichtern die Montage noch weiter.
ZWEITE AUSGESTALTUNG
3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. In dieser Ausgestaltung ist die Verformungskraftumleitungsstruktur 7A der Verformungskraftumleitungsstruktur 7 gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung im Wesentlichen ähnlich, mit der Ausnahme, dass ein Füllmaterial 20 zum Füllen gewählter Kanäle der in der extrudierten Struktur definierten mehreren länglichen Kanäle verwendet wird. Dies ermöglicht eine weitere Justierung der Starrheit und Festigkeit der ersten, zweiten und dritten Sektion 8, 9 und 10 durch die Verwendung eines Kunstharzfüllmaterials, das in die Kanäle in den Sektionen 8, 9 und 10 gefüllt wird. Es ist natürlich möglich, andere Arten von Materialien (oder andere Dichtigkeiten oder dergleichen desselben Materials) für das in jeder der Sektionen verwendete Füllmaterial zu verwenden und/oder die Verformungseigenschaften von Nebensektionen in jeder „Haupt"-Sektion oder jeder/jedem Zone/Strukturabschnitt weiter selektiv zu modifizieren. In diesem Fall kann, indem der Kanal 8a in der illustrierten Weise angefüllt gelassen wird, die Strukturbeständigkeit dieses Abschnitts der Struktur relativ zu den anderen Sektionen reduziert werden, so dass er sich leichter quetscht/verformt als die gefüllten.
Dieses Merkmal in Kombination mit der Regelung der Dicke/Länge jeder der Wände, die an die gefüllten/leeren Kanäle angrenzen, ermöglicht, wie oben angedeutet, eine Feinabstimmung der Verformungseigenschaften jeder Sektion und die Gewährleistung, dass die Verformungsfolge derjenigen folgt, die am besten gewährleistet, dass kinetische Energie/Spannungskraft absorbiert/umgeleitet wird und dass die Verformung der Strukturteile und dergleichen, die mit dem Fahrgastraum assoziiert sind, auf eine Weise reguliert werden, die die Sicherheit der Insassen erhöht.
DRITTE AUSGESTALTUNG
Die 5 bis 7 zeigen eine dritte bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. In dieser Ausgestaltung bestehen die vorderen Seitenelemente 1 und eine Bodenkonstruktion 6 aus einem stranggepressten, leichten, korrosionsbeständigen Material wie Aluminiumlegierung oder dergleichen. In dieser Ausgestaltung sind die Bodenkonstruktion 6 und die Seitenelemente durch eine allgemein mit der Bezugsziffer 21 bezeichnete Verformungskraftumleitungsstruktur verbunden.
7 illustriert einen Querschnitt der Verformungskraftumleitungsstruktur 21. Die Verformungskraftumleitungsstruktur 21 beinhaltet eine erste Sektion 22, eine zweite Sektion 23 und eine dritte Sektion 24. Diese Sektionen 22, 23 und 24 entsprechen allgemein in ihrer Funktion ihren jeweiligen Gegenstücken in der Verformungskraftumleitungsstruktur 7. Jede der ersten und zweiten Sektionen 22 und 23 ist ein längliches, stranggepresstes Teil aus leichtem Metall wie zum Beispiel Aluminiumlegierung, mit einem gleichförmigen transversalen Querschnittsprofil wie gezeigt.
Auch mit Bezug auf 4, die länglichen ersten und zweiten Sektionen 22 und 23 liegen über einem vorderen Ende 6c der Bodenkonstruktion 6. Die erste Sektion 22 hat einen aufrechten Flansch 17 für die Verbindung mit einem unteren Randabschnitt einer Instrumententafel 5. Die erste und die zweite Sektion 22 und 23 der Verformungskraftumleitungsstruktur 21 verlaufen zwischen der Instrumententafel 5 und einem Oberflächenabschnitt der Bodenkonstruktion 6 in der Nähe des vorderen Endes 6c, um ein(e) Fußblech/Fußstützenfläche zu bilden.
Die zweite Sektion 23 der Verformungskraftumleitungsstruktur 21 hat eine Fassung 34, die die Bodenkonstruktion 6 vom vorderen Ende 6c aufnimmt, und ist mit einer Kerbe oder Lücke 23a ausgebildet, um Störungen mit einem zentralen Tunnel 6a der Bodenkonstruktion 6 zu vermeiden. Die zweite Sektion 23 verläuft vom vorderen Ende des Tunnels 6a zum vorderen Ende jedes der Seitenschweller 6b und in Anstoßbeziehung damit. Mittels einer geeigneten Schweiß-, Bond- oder ähnlichen Befestigungstechnik wird jeweils eine feste Verbindung zwischen der Instrumententafel 5 und dem Flansch 17 der ersten Sektion 22, eine feste Verbindung zwischen der die Fassung 34 und die Bodenkonstruktion 6 definierenden Wand, eine feste Verbindung zwischen der zweiten Sektion und dem vorderen Ende des Tunnels 6a und eine feste Verbindung zwischen der zweiten Sektion 23 und dem vorderen Ende jedes der Seitenschweller 6b hergestellt.
Die erste und zweite Sektion 22 und 23 der Verformungskraftumleitungsstruktur 21 dienen als Instrumententafel-Querelement zum Erzielen einer höheren Steifigkeit und Starrheit der Bodenkonstruktion 6. Die dritte Sektion 24 ist aus einer Mehrzahl von Verstärkungsteilen konstruiert, wie beispielsweise mehreren verbundenen gestanzten Teilen oder Druckgussteilen oder einer Mischung davon. Mit Bezug auf die 4 und 6, die dritte Sektion 24 wird vom Tunnel 6a in zwei Abteilungen unterteilt. Die zwei Abteilungen der dritten Sektion 24 verlaufen von der Bodenkonstruktion 6 jeweils in Richtung auf die hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1. In der dritten bevorzugten Ausgestaltung ist jedes der zwei Abteilungen der dritten Sektion 24 durch eine geeignete Schweiß-, Bond- oder ähnliche Befestigungstechnik fest mit der Bodenkonstruktion 6 verbunden und verläuft in Richtung auf das assoziierte eine der vorderen Seitenelemente 1, um eine Abstützung zu erzeugen, auf der der hintere Endabschnitt des assoziierten vorderen Seitenelementes 1 dank einer geeigneten Schweißtechnik fest ruht. Demgemäß erzeugt, ähnlich wie in der ersten bevorzugten Ausgestaltung, die dritte Sektion 24 einen Kraftübertragungsweg von dem assoziierten vorderen Seitenelement 1 zur Bodenkonstruktion 6.
Wie am besten in 7 zu sehen ist, sitzt die erste Sektion 22 an einem unteren Ende auf einem oberen Ende der zweiten Sektion 23 in einer horizontalen gemeinsamen flachen Grenzflächenebene. Eine Gelenkverbindung, allgemein mit der Bezugsziffer 26 bezeichnet, ermöglicht eine Winkelbewegung der ersten Sektion 22 relativ zur zweiten Sektion 23. Die Gelenkverbindung 26 beinhaltet einen ersten und zweiten beabstandeten Sitz 27 und 28, die auf der zweiten Sektion 23 ausgebildet und in der gemeinsamen flachen Grenzflächenebene angeordnet sind. Die erste Sektion 22 beinhaltet Flansche 22a und 22b, die eng anliegend jeweils auf beabstandeten Sitzen 27 und 28 angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung werden diese beabstandeten Sitze als vordere und hintere Sitze 27 und 28 bezeichnet, insofern als sie entlang der longitudinalen Mittellinie 100 beabstandet sind und der Sitz 28 sich näher am Fahrgastraum befindet als der Sitz 27.
Wie in 7 gezeigt, hat die Gelenkverbindung 26 eine Gelenkbolzenachse H. P, die an einem vorderen Rand des vorderen Sitzes 27 definiert ist. Der hintere Sitz 28 dient als Anschlag in Zusammenwirkung mit dem zusammenpassenden Flansch der ersten Sektion 22, um die erste Sektion 22 in der vorbestimmten Position relativ zur zweiten Sektion 23 zu halten.
Um das Lösen der ersten Sektion 22 aus dem vorderen Sitz 27 zu verhüten, verläuft ein Hakenmerkmal 29 von der zweiten Sektion 23 nach vorne in einen Raum zwischen den Flanschen der ersten Sektion 22 und greift an einer Schulter an, die an einem inneren vorderen Rand des hinteren Flansches ausgebildet ist.
Die erste Sektion 22 ist in einer Rotationsrichtung um die Gelenkbolzenachse H. P. verschiebbar. Um diese Rotation zu führen und die Menge an Winkelverschiebung zu begrenzen, ist eine Rotationsführung und -grenze 30 vorgesehen. Diese Anordnung dient als eine Art von Totgangverbindung, die eine begrenzte Menge an Bewegung zulässt, bevor ein Eingriff und Widerstand gegen eine weitere Bewegung erzeugt wird.
Die Rotationsführung und -grenze 30 beinhaltet ein bogenförmig gekrümmtes längliches Flanschelement 32, das von einem Abschnitt des oberen Endes der zweiten Sektion 23 neben der hinteren Begrenzung des vorderen Sitzes 27 verläuft. Dieses bogenförmig gekrümmte Flanschelement verläuft in der illustrierten Weise in eine bogenförmige Rille 31.
Die Rille 31 beinhaltet zwei gegenüberliegende zylindrische Seitenwände, die Krümmungsradien haben, die von einem gemeinsamen Mittelpunkt ausgehen. Der bogenförmige Flansch 32 hat zwei parallele, zylindrische Innen- und Außenwände mit Krümmungsradien, die von einem zweiten gemeinsamen Mittelpunkt ausgehen. Die Seitenwände der bogenförmigen Rille 31 sind so beabstandet, dass eine begrenzte radiale Bewegung des Flansches 32 möglich ist, und der erste und der zweite gemeinsame Mittelpunkt befinden sich an unterschiedlichen Stellen. Somit kann, wenn die erste Sektion 22 zu einer Rotation um die Gelenkbolzenachse H. P. gezwungen wird, der hintere Flansch der ersten Sektion 22 weich auf dem auf der zweiten Sektion 23 gebildeten Sitz 28 gleiten.
Die Rotationsführung und -grenze 30 beinhaltet auch einen zweiten bogenförmigen Flansch 33, der die äußere Seitenwand der bogenförmigen Nut 31 definiert und in Richtung auf das obere Ende der zweiten Sektion 23 verläuft.
In der in 7 illustrierten Position ist das vordere Ende des bogenförmigen Flansches 32 vom Boden der bogenförmigen Nut 31 um eine(n) erste(n) Winkeldistanz oder Hub ST₁ beabstandet, während das vordere Ende des zweiten bogenförmigen Flansches 33 vom oberen Ende der zweiten Sektion um eine(n) zweite(n) Winkeldistanz oder Hub ST₂ beabstandet ist. Die Einstellung ist derart, dass der erste Hub ST₁ etwa derselbe ist wie der zweite Hub ST₂. Die Hübe bestimmen die Menge an rückwärtiger Winkelverschiebung der ersten Sektion 22 relativ zur zweiten Sektion 23, insofern als die Winkelbewegung begrenzt ist, wenn der bogenförmige Flansch 32 am Boden der bogenförmigen Nut 31 und der zweite bogenförmige Flansch 33 am oberen Ende der zweiten Sektion 23 angreift.
Wie in 6 gezeigt, hat die Verformungskraftumleitungsstruktur 21 an Abschnitten in der Nähe des oberen Endes der ersten Sektion 22 Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104, die in Anstoßbeziehung mit den hinteren Enden der vorderen Seitenelemente 1 angeordnet sind.
Wieder zurück zu 7, mit einer geeigneten Schweiß- oder geeigneten anderen Befestigungstechnik (wie zum Beispiel u.a. Nieten, Befestigungsmittel, Kleben oder dergleichen) wird eine feste Verbindung zwischen dem Sitz 27 der zweiten Sektion 23 und dem assoziierten Flansch 22b der ersten Sektion 22 und eine feste Verbindung zwischen dem Sitz 28 und dem assoziierten Flansch 22a hergestellt. Die Schweißstellen (wie sie nachfolgend der Einfachheit genannt werden und die an sich nicht dargestellt sind) sind so gebildet, dass sie brechen, wenn die Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 eine Kraft erfahren, die eine vorbestimmte Größe übersteigt.
Gemäß dieser dritten bevorzugten Ausgestaltung sind die erste und die zweite Sektion 22 und 23 in Tandemweise angeordnet, um einen ersten Kraftübertragungsweg von den hinteren Enden 104 der vorderen Seitenelemente 1 zum vorderen Endabschnitt der Bodenkonstruktion 6 zu bilden, während die dritte Sektion 10 einen zweiten Kraftübertragungsweg von den Unterseitenabschnitten der vorderen Seitenelemente 1 in der Nähe der hinteren Enden davon zum vorderen Endabschnitt der Bodenkonstruktion 6 bildet. Diese Anordnung ergibt eine ausgezeichnete Kraftübertragung von den vorderen Seitenelementen 1 zur Bodenkonstruktion 6, wenn die vorderen Seitenelemente 1 bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs eine Kraft erfahren. Demgemäß wird eine auf die hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1 aufgebrachte Biegekraft auf ein ausreichend niedriges Niveau reduziert, so dass jedes der vorderen Seitenelemente 1 in seiner Längsrichtung faltverformt wird.
Beim Betrieb ist die oben beschriebene Konstruktion derart, dass, wenn eine große Kraft wie zum Beispiel die, die als Reaktion auf einen Frontalaufprall eines Fahrzeugs erzeugt wird, entlang den Seitenelementen übertragen wird, die Schweißstellen oder ähnlichen Verbindungstypen an den Sitzen 27 und 28 brechen, so dass eine nach hinten gerichtete Winkel-(Schwenk)-bewegung der ersten Sektion 22 in die geneigte Position wie in 6 durch die gestrichelte Linie möglich ist. Die Rotationsführung und -grenze 30 begrenzt die Menge dieser Winkelverschiebung.
Diese Winkelverschiebung bewirkt, dass jeder der Kraftaufnahmeflächenabschnitte 104 von seiner in 6 illustrierten vorbestimmten Position verschoben wird. Dies bewirkt, dass die hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1 ihre Orientierung von ihrer im Wesentlichen horizontalen Position in eine Position ändern, in der sie in Richtung auf eine Nabe O₂ nach unten abgewinkelt sind. Dies bewirkt eine Reduzierung des Momentarms Ma.
Durch die oben erwähnte Reduzierung des Momentarms Ma wird eine Rotationsbewegung der Verformungskraftumleitungsstruktur 21 und der Instrumententafel in Richtung auf den Fahrgastraum oberhalb der Bodenkonstruktion 6 verhindert oder wenigstens beschränkt.
Da die hinteren Endabschnitte der vorderen Seitenelemente 1 nicht in Richtung auf die Nabe O₂ gebogen und orientiert werden, erfährt jedes der vorderen Seitenelemente 1 eine Faltverformung in seiner Längsrichtung bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs.
Ferner gewährleistet die Gelenkverbindung 26 gemäß dieser dritten bevorzugten Ausgestaltung die vorbestimmte Winkelverschiebung der ersten Sektion 22 bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs und erleichtert die Regulierung der entstehenden Verformung. Die zweite Sektion 23, die diese Winkelverschiebung unterstützt, ist fest mit den Seitenschwellern 6b und dem Bodentunnel 6a verbunden. Somit wird eine auf die zweite Sektion 23 aufgebrachte Kraft auf die Seitenschweller 6b und den Bodentunnel 6a übertragen. Demgemäß wird eine Verschiebung der zweiten Sektion 23 in Richtung auf den Fahrgastraum verhindert und erleichtert es, jeden gewünschten Verformungsregelungsmodus zu erzielen.
Es ist zu bemerken, dass bei der Schwenkbewegung des ersten Elementes 22 ein Steg (keine Bezugsziffer), der den bogenförmigen Flansch 33 und das obere Wandelement des ersten Elementes 22 verbindet, mit dem vorderen Ende des Flanschelementes, auf dem das Hakenmerkmal 29 ausgebildet ist, in Eingriff kommt und durch den Kontakt damit bricht. Dadurch wird natürlich zusätzlich Aufprallenergie absorbiert, wodurch die Wirkung dieser Ausgestaltung weiter verbessert wird.
Die stranggepresste Natur der ersten und zweiten Sektion 22 und 23, die das Instrumententafel-Querelement bilden, verleiht der Bodenkonstruktion 6 wiederum erhöhte Steifigkeit und Starrheit. Außerdem ermöglicht das Ändern der Höhe und des geneigten Winkels der ersten und zweiten Sektion 22 und 23 unterschiedliche Versatzbeziehungen in Bezug auf die Höhe und die longitudinale Distanz zwischen dem vorderen Seitenelement 1 und der Bodenkonstruktion 6, die berücksichtigt und kompensiert werden müssen. Demgemäß bietet die Verformungskraftumleitungsstruktur 21 gemäß der dritten bevorzugten Ausgestaltung die gewünschte Verformungsregelung, ohne dass viel Platz für die Installation eines Instrumententafel-Querelementes erforderlich wäre.
Ferner benötigen die erste und zweite Sektion 22 und 23 keine separaten Gelenkverbindungselemente oder -teile und reduzieren somit die Herstellungskosten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt und bei Bedarf können spezielle Gelenkelemente zum Erzeugen einer Verbindung zwischen der ersten und zweiten Sektion bereitgestellt werden.
In der dritten bevorzugten Ausgestaltung sind das vordere Seitenelement 1 und die Bodenkonstruktion 6 aus stranggepressten Aluminiumlegierungsteilen konstruiert.
In jeder der bevorzugten Ausgestaltungen wurde die Verformungskraftumleitungsstruktur als am vorderen Ende des Bodens vorgesehen offenbart und wirkt mit vorderen Seitenelementen zusammen. Die Verformungskraftumleitungsstruktur kann natürlich am hinteren Ende des Bodens in Zusammenwirkung mit dem hinteren Seitenelement einer hinteren Endkonstruktion in einem hinteren Raum vorgesehen werden.
Wieder mit Bezug auf 1, die Verformungskraftumleitungsstruktur 7 ist aus einem einstückigen stranggepressten Teil gebildet. Falls gewünscht, kann sie aus einem einstückigen Druckgussteil gebildet werden.
10 zeigt die Bereitstellung eines vorgefärbten Kunstharzkotflügels 147, der mit einem Motorhaubenrandteil 408 wie in 5 gezeigt verbunden ist. Man wird verstehen, dass der Kotflügel 147 nicht Teil der Gittenahmenkonstruktion bildet und lösbar mit dem Motorhaubenrandteil 408 verschraubt ist. Darüber hinaus können Dachteile zusammen mit anderen externen Teilen am Gitterrahmen angeordnet werden, der Ausgestaltungen der Verformungskraftumleitungsstruktur beinhaltet. Der Einsatz solcher Teile wird durch das/die Material(ien) erleichtert, aus dem/denen die Verformungskraftumleitungstruktur, das heißt das Seitenelement, die Bodenkonstruktion usw., gefertigt ist und die die Notwendigkeit für Lackierungen und/oder Korrosionsschutzbehandlungen eliminiert. Mit anderen Worten, das Fahrzeug kann die Farben der Teile erhalten und es ist keine Färbung/Lackierung des zu Grunde liegenden Rahmens nötig.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar speziell in Verbindung mit nur einer begrenzten Zahl von bevorzugten Ausgestaltungen beschrieben, aber die verschiedenen möglichen Alternativen, Modifikationen und Variationen werden für die Fachperson im Hinblick auf die obige Beschreibung offensichtlich sein. Es ist daher vorgesehen, dass die beiliegenden Ansprüche solche Alternativen, Modifikationen und Variationen als in den Umfang der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in den folgenden Ansprüchen fallend umfassen.

Claims

Fahrzeugkarosseriestruktur, die Folgendes umfasst: eine Bodenkonstruktion (6); und eine Aufprallumleitungsstruktur (7; 7A; 21), die an einem Ende der Bodenstruktur angeordnet ist und wenigstens einen Kraftaufnahmeflächenabschnitt (104) aufweist, der longitudinal von dem Ende der Bodenstruktur (6) beabstandet ist; und wobei die Aufprallumleitungsstruktur einen ersten Strukturabschnitt (8; 22) aufweist, der den wenigstens einen Kraftaufnahmeflächenabschnitt (104) normalerweise in einer vorbestimmten Position hält; dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallumleitungsstruktur so konstruiert und angeordnet ist, dass eine Anordnung entsteht, bei der, wenn der Kraftaufnahmeflächenabschnitt (104) einer Kraft unterliegt, die eine vorbestimmte Größe übersteigt, bewirkt, dass der erste Strukturabschnitt (8; 22) den Kraftaufnahmeflächenabschnitt (104) von der vorbestimmten Position weg drängt, in der er normalerweise in einer Position gehalten wird, in der eine Reduzierung der Größe des durch die Kraft erzeugten Moments um einen Punkt (O₂) in der Nähe des Endes erfolgt.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1 mit einer Endstruktur, die mit der Aufprallumleitungsstruktur gekoppelt und so angeordnet ist, dass sie eine Kraft auf die Aufprallumleitungsstruktur durch den Kraftaufnahmeflächenabschnitt anwendet.
Fahrzeugkarosseriestruktur, die Folgendes umfasst: eine Bodenstruktur (6); ein Seitenelement (1), das normalerweise in einer Richtung allgemein parallel zur longitudinalen Mittellinie (100) der Fahrzeugkarosseriestruktur verläuft; eine Aufprallumleitungsstruktur (7; 7A; 21), die die Bodenstruktur (6) und das Seitenelement (1) so miteinander verbindet, dass ein vorbestimmter Versatzbetrag normalerweise dazwischen gehalten wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallumleitungsstruktur Mittel aufweist, um als Reaktion auf eine Aufprallkraft, die eine vorbestimmte Größe übersteigt und infolge einer Fahrzeugkollision entlang dem Seitenelement (1) wirkt, einer kontrollierten Verformung zu unterliegen und das Seitenelement (1) in Bezug auf die Bodenstruktur (6) zu schwenken und das Seitenelement (1) in einer solchen Richtung zu orientieren, dass das Seitenelement (1) zur Bodenstruktur (6) hin gerichtet ist und eine Position einnimmt, in der die Größe des von der Aufprallkraft erzeugten Kraftmoments um einen Abschnitt der Aufprallumleitungsstruktur reduziert wird, die sich zwischen dem Seitenelement (1) und der Bodenstruktur (6) befindet.
Verfahren zum Absorbieren von Aufprallenergie nach einer Frontalkollision eines Fahrzeugs, das einen Fahrgastraum und einen weiteren Raum unmittelbar neben dem Fahrgastraum hat, das die folgenden Schritte umfasst: Aussetzen eines Seitenelementes einer durch die Fahrzeugkollision erzeugten Kraft; Leiten einer Umorientierung des Seitenelementes mittels einer Struktur, die mehrere verschiedene Strukturfestigkeiten hat und die das Seitenelement und eine Bodenstruktur des Fahrgastraums miteinander verbindet, von einer normalen Orientierung vor der Kollision in eine Orientierung, in der das Seitenelement als Reaktion auf die durch die Kollision erzeugte Kraft in Richtung auf einen Punkt in der Nähe eines longitudinalen Endes der Bodenstruktur geleitet wird, um das Kraftmoment zu reduzieren, das durch die von der durch die Kollision erzeugten, entlang dem Seitenelement wirkenden Kraft um diesen Punkt erzeugt wird, und Übertragen der durch die Kollision erzeugten Kraft von dem Seitenelement direkt in Richtung auf den Boden.
Fahrzeugkarosseriestruktur, die Folgendes umfasst: eine Bodenstruktur (6); ein Seitenelement (1), das normalerweise in einer Richtung allgemein parallel zur longitudinalen Mittellinie (100) der Fahrzeugkarosseriestruktur verläuft; und eine Aufprallumleitungsstruktur (7; 7A; 21), die die Bodenstruktur (6) und das Seitenelement (1) so miteinander verbindet, dass ein vorbestimmter Versatzbetrag normalerweise dazwischen erhalten bleibt; dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallumleitungsstruktur Mittel aufweist, um als Reaktion auf eine Aufprallkraft, die eine vorbestimmte Größe übersteigt und infolge einer Fahrzeugkollision entlang dem Seitenelement (1) wirkt, einer kontrollieren Verformung und das Seitenelement (1) in Bezug auf die Bodenstruktur (6) zu schwenken und das Seitenelement (1) in einer solchen Richtung zu orientieren, dass das Seitenelement (1) zur Bodenstruktur (6) hin gerichtet ist und eine Position einnimmt, in der die Größe des von der Aufprallkraft erzeugten Kraftmoments um einen Abschnitt der Aufprallumleitungsstruktur reduziert wird, der sich zwischen dem Seitenelement (1) und der Bodenstruktur (6) befindet; ein Seitenwandblech (408) neben dem Seitenelement (1) abgestützt wird; ein äußeres vorgefärbtes Kunstharzwandteil (147) abnehmbar mit dem Seitenwandblech (408) verbunden ist.
Fahrzeugkarosseriestruktur, die Folgendes umfasst: eine stranggepresste längliche, hohle Mehrkanal-Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur (7; 7A) mit einer oberen Verbindungsstelle zum Verbinden mit wenigstens einem Seitenelement und einer unteren Verbindungsstelle für eine Anordnung über und eine Verbindung mit einem lateral verlaufenden Endabschnitt einer Bodenstruktur einer Fahrerkabine, wobei die Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur längliche Wände (8b, 9b, 10b) umfasst, die längliche Kanäle (8a, 9a, 10a) dazwischen definieren, eine erste und eine zweite Mehrzahl von länglichen Wänden, die sich jeweils an der ersten und der zweiten länglichen Nabenstruktur (O₁, O₂) treffen, die durch das Innere der Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Wände vorbestimmte physikalische Eigenschaften haben, die so gewählt sind, dass mehrere unterschiedliche Starrheitszonen (8, 9, 10) innerhalb der Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur entstehen, die sich sequentiell verformen, wenn eine Kraft, die eine vorbestimmte Größe übersteigt, auf die obere Verbindungsstelle aufgebracht wird, eine Verformung von Wänden unmittelbar neben der oberen Verbindungsstelle verursacht und bewirkt, dass die obere Verbindungsstelle um die erste Nabenstruktur (O₁) schwenkt und in Richtung auf die untere Verbindungsstelle ausgerichtet wird, so dass die an der oberen Verbindungsstelle aufgenommene Kraft in Richtung auf die zweite Nabenstruktur (O₂) und die untere Verbindungsstelle gerichtet wird.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 6, wobei die stranggepresste Kraftaufnahme- und -umleitungsstruktur aus einem korrosionsbeständigen leichten Material besteht, so dass eine extern aufgebrachte Korrosionsschutzbeschichtung oder -behandlung unnötig wird.