DE60127190T2

DE60127190T2 - Stossdämpferanordnung mit energieabsorber

Info

Publication number: DE60127190T2
Application number: DE60127190T
Authority: DE
Inventors: Kees Marijnissen; Stephen F. Royal Oak SHULER; Srikanth M. Windsor SANTHANAM
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: SABIC Global Technologies BV
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: AU2002239778B2; WO2003037688A1; CN1697745A; EP1441928A1; US20030080573A1; EP1441928A4; CN100360344C; ATE356004T1; JP2005510393A; ES2280415T3; US6726262B2; DE60127190D1; EP1441928B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Stoßfänger und insbesondere auf energieabsorbierende Fahrzeugstoßfängersysteme.
Ein bekannter Standard, nach dem man sich beim Entwurf von Stoßfängersystemen oft richtet, ist der United States Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS). So wird beispielsweise bei einigen energieabsorbierenden Stoßfängersystemen versucht, den Fahrzeugschaden infolge eines Aufpralls bei niedriger Geschwindigkeit durch die Lenkung der Aufprallenergie und der Energieeindringung zu reduzieren, wobei die Belastungsgrenze des Holms beim Stoßfängersystem nicht überschritten wird. Zusätzlich wird bei einigen Fahrzeugen der Versuch unternommen, Verletzungen von Fußgängern infolge eines Aufpralls zu reduzieren.
Ein Stoßfängersystem umfasst typischerweise einen Träger, welcher der Breite nach über die Vorderseite oder Rückseite eines Fahrzeugs verläuft und auf Holmen montiert ist, die in eine Längsrichtung verlaufen. Der Träger besteht typischerweise aus Stahl, wobei der Stahlträger sehr steif ist, so dass er der Struktur Stabilität und Steifheit verleiht. Um die Energieabsorbierung des Stoßfängersystems effektiver zu machen, umfassen einige Stoßfänger auch Stoßabsorber.
Die Effizienz eines energieabsorbierenden Stoßfängersystems oder einer Stoßfängeranordnung wird als die absorbierte Energiemenge durch die Entfernung definiert, oder die absorbierte Energiemenge durch die Belastung. Ein hocheffizientes Stoßfängersystem absorbiert mehr Energie über eine kürzere Strecke als ein Absorber mit niedriger Energie. Eine hohe Effizienz wird erreicht, indem die Belastung schnell bis unter die Belastungsgrenze des Holms aufgebaut wird und diese Belastung konstant gehalten wird, bis die Aufprallenergie abgeleitet worden ist.
Um die Energieabsorbierungseffizienz zu erhöhen, werden Stoßabsorber manchmal beispielsweise zwischen dem Stahlstoßfängerträger und den Fahrzeugholmen positioniert. Die Stoßabsorber sollen dazu dienen, mindestens einen Teil der bei einem Aufprall entstehenden Energie zu absorbieren. Doch die Ausstattung einer Stoßfängeranordnung mit einem Stoßabsorber führt im Vergleich zu einem Stahlträger zu erhöhten Kosten und gesteigerter Komplexität. Überdies machen die Stoßabsorber die Stoßfängeranordnung schwerer, was ebenfalls unerwünscht ist, da solch zusätzliches Gewicht den Gesamtkraftstoffverbrauch des Fahrzeugs erhöhen kann.
Andere bekannte Energieabsorbierende Stoßfängersysteme umfassen einen Schaumstoffenergieabsorber. Auf Schaumstoff basierende Energieabsorber weisen beim Aufprall typischerweise ein langsames Belastungsverhalten auf, was zu hoher Verdrängung führt. Ferner sind Schaumstoffe bis zu einem Kompressionsgrad von sechzig oder siebzig Prozent effektiv. Jenseits dieses Punktes lassen sich Schaumstoffe nicht weiter zusammendrücken, so dass die Aufprallenergie nicht vollständig absorbiert wird. Die verbleibende Aufprallener gie wird durch Deformierung des Trägers und/oder der Fahrzeugstruktur absorbiert.
US-A-5984389 beschreibt einen Stoßfänger und einen Energieabsorber gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5.
US 3 997 207 beschreibt einen zellenförmigen Abschnitt zur Stoßabsorbierung.
US 5 290 078 beschreibt fest eingebaute Verschlüsse für einen Energieabsorber einer Fahrzeugstoßfängeranordnung.
DE 30 20 997 beschreibt eine Stoßfängeranordnung für ein Motorfahrzeug.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den angehängten Patentansprüchen definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Explosionsperspektivenansicht einer Ausführungsform einer Stoßfängeranordnung, welche einen Energieabsorber umfasst.
2 ist eine Frontperspektivenansicht eines Energieabsorbers.
3 ist eine Rückperspektivenansicht des Energieabsorbers, der in 3 dargestellt wird.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Energieabsorbers, welcher in 2 und 3 gezeigt wird.
5 ist eine Draufsicht der Erhebung, die in 4 gezeigt wird.
6 ist eine Querschnittansicht durch das Zentrum der Energieabsorbererhebung, die in 4 gezeigt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird ein Stoßfängersystem, welches einen abstimmbaren Energieabsorber umfasst, detailliert beschrieben. In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Energieabsorber, der nicht aus Schaumstoff besteht, an einem Träger befestigt. Der Träger kann beispielsweise aus Stahl, Aluminium oder einem Glasmattenthermoplast (GMT) bestehen. Der Energieabsorber besteht in der beispielhaften Ausführungsform aus Xenoy^®-Material und ist so abstimmbar, dass er gewünschte Aufprallkriterien erfüllen kann, z. B. bei Zusammenstößen mit Fußgängern oder Aufprallen bei niedriger Geschwindigkeit. Genauer gesagt ist ein vorderer Abschnitt des Energieabsorbers abgestimmt und abstimmbar, so dass er Zusammenstoße mit der Beinform eines Fußgängers absorbieren kann, und ein hinterer Abschnitt des Energieabsorbers ist abgestimmt und abstimmbar auf Zusammenstoße mit niedrigen Barrieren und auf Pendelaufschläge. Die Zusammenstoßkräfte werden während der spezifischen Aufprallarten knapp unter einem bestimmten Level gehalten, indem der Energieabsorber und der Träger deformiert werden, bis die kinetische Energie des Aufprallereignisses absorbiert worden ist. Wenn der Aufprall vorbei ist, nimmt der Energieabsorber im Wesentlichen seine ursprüngliche Form an und bleibt ausreichend intakt, um nachfolgenden Aufprallen standzuhalten.
Obwohl das Stoßfängersystem im Folgenden in Bezug auf spezifische Materialien (z. B. Xenoy^®-Material (im Handel von General Electric Company, Pittsfield, Massachusetts erhältlich) für den Energieabsorber) beschrieben wird, ist das System nicht auf die Ausführung mit solchen Materialien beschränkt und es können andere Materialien verwendet werden. Zum Beispiel muss der Träger nicht notwendigerweise ein Druckgussträger aus Stahl, Aluminium oder GTM sein, und es können andere Materialien und Fabrikationstechniken angewendet werden. Im Allgemeinen werden für den Energieabsorber Materialien ausgewählt, die eine effiziente Energieabsorbierung gewährleisten, und Trägermaterialien und Herstellungstechnik werden so ausgewählt, dass ein steifer Träger entsteht.
1 ist eine Explosionsperspektivenansicht einer Ausführungsform eines Stoßfängersystems 20. System 20 umfasst einen Energieabsorber 22 und einen Träger 24. Der Energieabsorber 22 ist zwischen einem Träger 24 und einer Verkleidung 26 positioniert, welche zusammenmontiert einen Fahrzeugstoßfänger bilden. Wie auf diesem Gebiet fachkundige Personen wissen, ist der Träger 24 an in Längsrichtung verlaufende Rahmenholme (nicht gezeigt) angebracht.
Die Verkleidung 26 besteht typischerweise im wesentlichen aus einem Thermoplastmaterial, das sich unter Verwendung von konventionellen Fahrzeuglackierungs- und/oder Beschichtungstechniken lackieren lässt. Im Wesentlichen wird sowohl der Energieabsorber 22 als auch der Verstärkungsträger 24 von der Verkleidung 26 umgeben, so dass keine der Komponenten sichtbar ist, nachdem sie am Fahrzeug angebracht wurde.
Der Träger 24 ist in einer beispielhaften Ausführungsform aus Stranggepresstem Aluminium hergestellt. In anderen Ausführungsformen wird der Träger 24 aus Rollgeformtem Stahl oder einem Druckgegossenen Glasmattenthermoplast (GMT) hergestellt. Träger 24 kann eine von zahlreichen geometrischen Formen aufweisen, zu denen auch die Konfiguration in Form eines B-Abschnitts, D-Abschnitts oder I-Trägers oder ein C-förmiger Querschnitt gehört. Die geometrische Form von Träger 24 wird so ausgewählt, dass sie je nach spezifischer Anwendung des Trägers ein gewünschtes Abschnittsmodul gewährleistet. Träger 24 umfasst Holmbefestigungsöffnungen 28, durch welche Bolzen (nicht gezeigt) geschoben werden können, um das Stoßfängersystem 20 an den Rahmenholmen zu befestigen.
Energieabsorber 22 umfasst einen Rahmen 50, der jeweils mit einem ersten und einem zweiten in Längsrichtung verlaufenden Flansch 52 und 54 versehen ist, welche mit dem Träger 24 überlappen. Flansch 52 hat eine U-Form und Flansch 54 umfasst einen Greifer 56, der zusammen mit Träger 24 einen Schnappverschluss bildet, d.h. Greifer 56 schnappt über einem Endabschnitt von Träger 24 ein. Absorber 22 umfasst ferner einen Körper 58, der sich aus dem Rahmen 50 nach außen erstreckt. Die spezifische Konfiguration des Körpers 58 wird unten im Zusammenhang mit 2, 3 und 4 illustriert und beschrieben.
Bezieht man sich auf 2, 3 und 4, so umfasst der Körper 58 des Energieabsorbers, der hier manchmal als vorderer Abschnitt bezeichnet wird, eine erste Querwand 62 und eine zweite Querwand 64, die eine Vielzahl von abstimmbaren Verformungsboxen 66 aufweisen, die sich zwischen ihnen erstrecken. Die Querwände 62, 64 sind gewellt und weisen abwechselnd erhobene Bereiche 68 und abgesenkte Bereiche 70 auf, durch die den Querwänden ein zusätzlicher Steifheitsgrad verliehen wird, so dass sie der Deflektion bei Aufprall standhalten. Querwände 62 und 64 umfassen ferner eine Vielzahl von Fenstern oder Öffnungen 71. Die Breite- und Tiefedimensionen der Erhebungen sowie die Dimensionen der Öffnungen 71 kann modifiziert werden, um je nach Bedarf verschiedene Steifecharakteristiken zu erzielen. Verformungsboxen 66 umfassen Seitenwände 72, eine Außenwand 74 und offene Bereiche 76, die sich bis zum Innenrahmen 50 erstrecken.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Energieabsorbers 22. Der Absorber 22 umfasst eine Vielzahl von Erhebungen (in 4 werden dreieinhalb Erhebungen gezeigt). In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Energieabsorber 22 sieben Erhebungen 80 auf. Natürlich können in anderen Ausführungsformen weniger oder mehr Erhebungen in den Energieabsorber eingebracht werden.
In der beispielhaften Ausführungsform variieren die Seitenwände 72 und die Querwände 62 und 64 in ihrer Dicke in linearer Richtung von einem ersten vordersten Abschnitt 82 zu einem hintersten Abschnitt 86. In einer Ausführungsform variiert die Dicke der Wände von ungefähr 1 Millimeter (mm) bis etwa 7 mm, in einer anderen Ausführungsform von ungefähr 1,5 mm bis 5 mm und einer weiteren Ausführungsform von ungefähr 2,5 mm bis 3,5 mm. In anderen Ausführungsformen bleibt die Dicke der Wand vom vordersten Abschnitt 82 zum hintersten Abschnitt 86 hin konstant und liegt zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 7 mm. In weiteren Ausführungsformen verändert sich die Dicke der Wände in Stufen. Genauer gesagt ist die Dicke der Wände im vordersten Abschnitt 82 und die Dicke der Wände im hintersten Abschnitt 86 jeweils konstant, wobei die Dicke der Wände des hintersten Abschnitts 86 größer als die der Wände im vordersten Abschnitt 82 ist.
Der Energieabsorber 22 ist insofern abstimmbar, als dass durch die Wahl der Dicke jedes Abschnitts 82 und 86 das Verhalten des Energieabsorbers 22 je nach Anwendung, in der der Energieabsorber 22 zum Einsatz kommt, verändert werden kann. Zum Beispiel ist der vordere Abschnitt 82 des Energieabsorbers 22 so abgestimmt und abstimmbar, dass er den Zusammenstoß mit der Beinform eines Fußgängers absorbiert, und der hintere Abschnitt 86 ist abgestimmt und abstimmbar auf einen Aufprall bei niedriger Geschwindigkeit und auf einen Pendelaufprall.
In 5 und 6, welche die obere und seitliche Querschnittansicht der Erhebungen 80 darstellen, wird eine Anzahl von Dimensionen durch die Buchstaben A, B, C, D, E und F illustriert. Jede solche Dimension kann ausgewählt werden, so dass der Absorber 22 auf eine bestimmte Anwendung eingestellt werden kann. Unten werden einige beispielhafte Bereiche der in 5 und 6 illustrierten Dimensionen angegeben.

A bewegt sich zwischen ungefähr 91 Grad und ungefähr 98 Grad.
B bewegt sich zwischen ungefähr 91 Grad und ungefähr 98 Grad.
C bewegt sich zwischen ungefähr 30 Grad und ungefähr 90 Grad.
D bewegt sich zwischen ungefähr 20 mm und ungefähr 90 mm.
E bewegt sich zwischen ungefähr 10 mm und ungefähr 40 mm.
F bewegt sich zwischen ungefähr 50 mm und ungefähr 120 mm.

Natürlich kann jede Erhebung 80 je nach den Aufprallenergieanforderungen des Fahrzeugs eine beliebige Anzahl von verschiedenen geometrischen Formen aufweisen. Jede Erhebung 80 hat einen axialen Verformungsmodus sowohl beim Barriere- als auch beim Pendelaufprall, der dem Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) entspricht, und ist in Bezug auf seine Steifheit einstellbar, so dass er bei der Aufprallbelastung die gewünschten Deflektionskriterien erfüllt. Das heißt, dass die Wandstärken, wie sie in 4 illustriert werden, und die Dimensionen, wie sie in 5 und 6 illustriert werden, je nach gegebener Anwendung ausgewählt werden können, um die Zielkriterien zu erfüllen.
Zum Beispiel könnten die Wände eine Stärke aufweisen, die weit zwischen ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 7,0 mm variiert. Genauer gesagt kann sich die nominelle Wand stärke für bestimmte Anwendungen bei niedrigen Aufprallgeschwindigkeiten oder beim Aufprall mit Fußgängern im Allgemeinen zwischen ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 5,0 mm bewegen. Bei anderen Anwendungen, insbesondere bei einem 5 mph FMVSS-System, ist es wahrscheinlicher, dass sich die nominelle Wanddicke für die Seiten- oder Rückwände im Bereich zwischen 2,5 und 7,0 mm bewegt.
Ein anderer Aspekt bei der günstigen Einstellung des Energieabsorbers 22 ist die Auswahl des zu verwendenden thermoplastischen Harzes. Der verwendete Harz kann je nach Bedarf ein Niedrigmodus-, Mittelmodus- oder Hochmodusmaterial sein. Durch bedachtes Abwägen dieser Variablen können Energieabsorber hergestellt werden, welche die gewünschten Aufprallenergieziele erfüllen.
Zu den Charakteristiken des Materials, das zur Herstellung des Energieabsorbers 22 verwendet wird, gehören Härte/Biegsamkeit, Hitzebeständigkeit, Absorptionskapazität bei hoher Energie, ein günstiges Verhältnis von Modul und Dehnung sowie Wiederverwertbarkeit. Während der Energieabsorber in einzelnen Abschnitten gegossen werden kann, kann er auch aus einem robusten Kunststoffmaterial in Form einer einheitlichen Konstruktion hergestellt werden. Wie oben bereits erwähnt stellt Xenoy-Material ein Beispielmaterial für den Absorber dar. Natürlich können auch andere technisierte Thermoplastharze verwendet werden. Zu den typischen technisierten Thermoplastharzen gehören Acrylnitril-Butadien-styrol (ABS), Polycarbonat, eine Polycarbonat-ABS-Mischung, Polycarbonat-Polyester, Acryl-Styrol-Acrylonitril (ASA), Acrylonitril-(Ethylen-Polypropylen-Diamin-modifiziertes)-Styrol (AES), Phenylenether-Harze, Mischungen von Polyphenylenether/Polyamid (NORYL GTX^® von der General E lectric Company), Mischungen von Polycarbonat/PET/PBT, Polybutylen-Terephthalat und Aufprallmodifizierer (Xenoy^®-Harz von der General Electric Company), Polyamide, Phenylensulfid-Harze, Polyvinylchloride PVC, High Impact Polystyren (HIP), Polyethylen von niedriger/hoher Dichte (1/hdpe), Polypropylen (pp) und Thermoplast-Olefine (tpo), wobei dies keine vollständige Aufzählung darstellt.
Obwohl die Erfindung anhand verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, werden sich auf diesem Gebiet fachkundige Personen darüber im Klaren sein, dass die Erfindung in modifizierter Form innerhalb der Wesensart und dem Schutzumfang der Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Stoßfängersystem (20), aufweisend: einen Träger (24), der zur Befestigung an Fahrzeugholmen eingerichtet ist; und einen mit dem Träger verbundenen Energieabsorber (22), wobei der Energieabsorber zur Erfüllung vorbestimmter Kriterien sowohl für langsame Geschwindigkeit, als auch einen Aufprall von Fußgängern abstimmbar ist, wobei der Energieabsorber (22) einen mit einem Flansch versehenen Rahmen (50) zur Befestigung an dem Träger (24) und einen sich aus dem Rahmen erstreckenden Körper (58) aufweist, wobei der Körper mehrere Erhebungen (80) aufweist, und wobei jede einzelne Erhebung (80) wenigstens eine Verformungsbox (66) aufweist, wobei wenigstens eine von den Erhebungen (80) erste und zweite in Abstand angeordnete Querwände (62, 64) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: dass die ersten und zweiten in Abstand angeordneten Querwände (62, 64) gewellt sind, und die Verformungsbox (66) Seiten- und Außenwände (72, 74) aufweist, die Fenster (71) mit vorbestimmter Form und Abmessung aufweisen.
Stoßfängersystem (20) nach Anspruch 1, wobei der Energieabsorber (22) spritzgussgeformt ist.
Stoßfängersystem (20) nach Anspruch 1, wobei der Träger (24) wenigstens aus einem Material aus Stahl, Aluminium, Thermoplast und Glasmattenthermoplast besteht.
Stoßfängeranordnung (20) für ein Automobil mit einem Stoßfängersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und einer an dem Energieabsorber befestigbaren Verkleidung (26), um im Wesentlichen den Träger und den Energieabsorber zu umhüllen.
Energieabsorber (22) für ein Fahrzeug-Stoßfängersystem (20), wobei der Energieabsorber zur Erfüllung vorbestimmter Kriterien sowohl für langsame Geschwindigkeit, als auch einen Aufprall von Fußgängern abstimmbar ist, wobei der Energieabsorber (22) einen mit einem Flansch versehenen Rahmen (50) zur Befestigung an dem Träger (24) und einen sich aus dem Rahmen erstreckenden Körper (58) aufweist, wobei der Körper mehrere Erhebungen (80) aufweist, und jede einzelne Erhebung (80) wenigstens eine Verformungsbox (66) aufweist, wobei wenigstens eine von den Erhebungen (80) erste und zweite in Abstand angeordnete Querwände (62, 64) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: dass die ersten und zweiten in Abstand angeordneten Querwände (62, 64) gewellt sind, und die Verformungsbox (66) Seiten- und Außenwände (72, 74) aufweist, die Fenster (71) mit vorbestimmter Form und Abmessung aufweisen.