DE69708036T2 - Stossstangen- und Frontschienenzusammenbau für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßfänger- und Frontschienenaufbau für ein Fahrzeug, der Federstaht-Riegelbauteile für einen verbesserten Energiehaushalt einschließt.
• Fahrzeug-Stoßfänger umfassen typischerweise eine hauptsächlich aus Kunststoff und/oder Stahl bestehende Konstruktion, die für eine elastische Verformung bis zu einen Aufprall von 8 Kilometern pro Stunde (5 Meilen pro Stunde) konstruiert ist. Diese Stoßfänger sind typischerweise nicht von ausreichender konstruktiver Integrität, um bei einem Aufprall mit hohen Energien, d. h. bei einem Aufprall oberhalb von 8 km/h (5 mph) und bis zu 64 km/h (40 mph), wesentliche Energien abzuführen. Weil derartige Stoßfängersysteme typischerweise 10-15 em (4-6 Zoll) tief sind, sind diese 10-15 em (4-6 Zoll) dementsprechend eine verschenkte Länge, welche für einen Energiehaushalt verwendet werden könnte. Außerdem besitzen derartige Stoßfänger typischerweise keine ausreichende konstruktive Integrität, um einen Verzögerungspuls zu erzeugen der wesentlich genug ist um durch einen Fahrzeug-Verzögerungssensor zum Auslösen eines Airbags abgetastet zu werden.
• Das Japanische Patent 5112195 legt einen Stoßfängeraufbau gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8 offen, der ein Stahl-Querträger umfaßt, der zur Anbringung an den Frontschienen angepaßt ist, um sich über diese hinweg zu erstrecken; ein an diesem Querträger befestigtes und dessen Länge überspannendes, vorderes Stahl- Bauglied 22; und zwei in dem Querträger angeordnete, entsprechend den Frontschienen angrenzende Stahl-Quetschdosen 19. Ein ziemlich ähnlicher und einen Querträger von U-förmigem Querschnitt einschließender Stoßfängeraufbau wird in USP 5139297A offenbart.
• Ein weiterer Mangel derartiger Stoßfänger ist es, daß versetzte Frontalaufprall- Ereignisse einen Energiepuls verursachen, welcher nahezu vollständig in einer der Frontschienen absorbiert wird, und daß die Energiehaushalts-Charakteristik der gegenüberliegenden Frontschiene nicht ausgenutzt wird.
• Dementsprechend ist es wünschenswert einen Stoßfänger- und Frontschienenaufbau für ein Fahrzeug bereitzustellen, welcher sich bei einem Aufprall mit niedriger Energie (weniger als 8 Kilometer pro Stunde (5 Meilen pro Stunde)) elastisch verformt, und der in einem Aufprall mit höher Energie oder hoher Geschwindigkeit einen größeren Energiebetrag in ausreichender Art und Weise absorbiert, um einen Verzögerungspuls zu verursachen welcher zum Auslösen eines Airbags abgetastet werden kann. Es ist weiterhin wünschenswert einen Stoßfänger- und Frontschienenaufbau für ein Fahrzeug zu schaffen, in welchem bei einem versetzten Frontalaufprall beide Frontschienen zur Energieabfuhr verwendet werden.
• Die Erfindung löst die obigen Probleme durch Bereitstellung der Aufbauten der Ansprüche 1 und 8. Die vorliegende Erfindung überwindet die oben erwähnten Mängel von Stoßfänger- und Frontschienenaufbauten nach dem bisherigen Stand der Technik durch Bereitstellung eines Stoßfängeraufbaus, welcher verlängerte, ineinandergreifende Bauglieder aus hochfestem Stahl umfaßt, die für eine elastische Verformung in einem Aufprall mit niedriger Energie angepaßt sind; und welcher weiterhin dazwischen angeordnete Quetschdosen für eine erhöhte Energieabfuhr bei einem Aufprall mit hoher Energie umfaßt. Eines der verlängerten Stahl-Bauglieder ist - für eine zusätzliche Torsionssteifheit - an entlang seiner Länge angeordneten Positionen an die Frontschienen geschweißt, um bei einem versetzten Aufprall eine Last zwischen den Frontschienen zu verteilen.
• Spezieller stellt die vorliegende Erfindung einen Stoßfänger- und Frontschienenaufbau für ein Fahrzeug bereit, der erste und zweite Frontschienen und einen sich dazwischen erstreckenden Stahl-Querträger einschließt. Der Stahl-Querträger besitzt einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt. Ein vorderes Stahl-Bauglied ist an dem Querträger befestigt und überspannt die Länge davon. Das vordere Bauglied ist konfiguriert um für elastische Verformung in einem Aufprall niedriger Energie als eine Feder gegen den Querträger zu wirken. Erste und zweite Stahl-Quetschdosen sind in dem Querträger in Nachbarschaft entsprechend der ersten und zweiten Frontschienen angeordnet. Die Quetschdosen sind für einen verbesserten Energiehaushalt konfiguriert.
• Dementsprechend ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung einen Stoßfänger- und Frontschienenaufbau für ein Fahrzeug bereitzustellen, der verlängerte, ineinandergreifende Stahl-Bauglieder umfaßt, die für eine elastische Verformung in einem Aufprall mit niedriger Energie angepaßt sind; und welcher außerdem darin befestigte - und für eine erhöhte Energieabsorption in einem Aufprall mit hoher Energie angepaßte - Quetschdosen einschließt.
• Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter erklärt werden, in denen:
• Abb. 1 eine perspektivische Teil-Phantomansicht des Frontschienen- und Querträgeraufbaus im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Abb. 2 eine perspektivische Teil-Phantomansicht eines Frontschienen-, Querträger- und Quetschdosenaufbaus im Einklang mit der in Abb. 1 gezeigten Ausführungsform zeigt;
• Abb. 3 eine perspektivische Teil-Phantomansicht eines Stoßfänger- und Frontschienenaufbaus im Einklang mit der vorliegenden Erfindung entsprechend der in Abb. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform zeigt;
• Abb. 4 eine schematisches Seitenansicht eines Finite-Elemente-Analysenmodells des Stoßfänger-, Querträger- und Quetschdosenaufbaus von Abb. 3 zeigt, die entlang der Mittellinie der Frontschiene aufgenommen ist;
• Abb. 5 eine schematische Seitenansicht eines Finite-Elemente-Analysenmodells eines teilweise elastisch verformten Stoßfänger-, Querträger und Quetschdosenaufbaus im Einklang mit der in Abb. 4 gezeigten Ausführung zeigt, die sequentielle Verformungspositionen zeigt;
• Abb. 6 eine schematische Seitenansicht eines Finite-Elemente-Analysenmodells eines vollständig elastisch verformten Stoßfänger-, Querträger- und Quetschdosenaufbaus im Einklang mit der in Abb. 4 und 5 gezeigten Struktur zeigt, die sequentielle Verformungspositionen veranschaulicht;
• Abb. 7 eine perspektivische Teil-Phantomansicht eines Stoßfänger- und Frontschienenaufbaus im Einklang mit einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Abb. 8 eine perspektivische Teil-Phantomansicht eines Frontschienen-, Querträger- und Verstärkungsbauglied-Aufbaus im Einklang mit der in Abb. 7 gezeigten Ausführungsform zeigt;
• Abb. 9 eine perspektivische Teil-Phantomansicht eines Frontschienen-, Querträger- und Quetschdosenaufbaus im Einklang mit der in Abb. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform zeigt; und
• Abb. 10 einen perspektivischen Teilschnitt in Teil-Phantomansicht eines Stoßfänger- und Frontschienenaufbaus im Einklang mit der in Abb. 7-9 gezeigten Ausführungsform zeigt.
• Unter Bezug auf Abb. 1-3 wird ein Stoßfänger- und Frontschienenaufbau 10 im Einklang mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Stoßfänger- und Frontschienenaufbau 10 schließt erste und zweite Frontschienen 12 ein (in Abb. 1-3 ist lediglich eine solche Schiene gezeigt). Die Frontschienen 12 schließen jede eine Mehrzahl von darauf gebildeten Faltungen 14, 16 ein, um eine natürliche und im wesentlichen sequentielle Verformung der Schiene 12 in einem Aufprall hoher Energie zu fördern. Jede Frontschiene 12 schließt ineinandergreifende, hochfeste Stahl-Bauglieder 18, 20 ein, die sich davon erstreckende Flansche 22, 24; 26, 28 besitzen um das Zusammenschweißen der Schienenbauteile 18, 20 an den in Abb. 1 gezeigten Schweißorten 30, 32 zu ermöglichen.
• Die Frontschienen 12 schließen außerdem vordere Flansche 34, 36, 38, 40 ein, welche zum Anschweißen an den Stahl-Querträger 42 angepaßt sind, welcher sich zwischen den ersten und zweiten Frontschienen 12 erstreckt und einen im wesentlichen U- förmigen Querschnitt umfaßt. Durch Anschweißen des Querträgers 42 an die Frontschienen 12 an einer Mehrzahl von Orten 17 und 19, die bezüglich des Querträgers der Länge nach angeordnet sind, wird die Torsionssteifigkeit an der Verbindung zwischen dem Stahl-Querträger und der entsprechenden Seitenschiene derart verbessert, daß Energie von einem versetzten Frontalaufprall - für Energiehaushalt und -abfuhr - gleichmäßiger zwischen den gegenüberliegenden Frontschienen verteilt wird.
• Wendet man sich Abb. 3 zu, so schließt der Stoßfänger- und Frontschienenaufbau 10 außerdem ein an dem Querträger 42 befestigtes und die Länge davon überspannendes, vorderes Stahl-Bauglied 44 ein. Das vordere Bauglied 44 ist konfiguriert um für eine elastische Verformung in einem Aufprall niedriger Energie als Feder gegen den Querträger 42 zu wirken. Das vordere Bauglied 41 ist durch die Schrauben 46, 48, 50, 52 am Querträger befestigt, welche sich durch Öffnungen 54, 56 erstrecken; welche entlang des Querträgers 42 der entsprechenden Frontschiene eng benachbart angeordnet sind und die in Gewindemuttern 58, 60, 62, 62 eingreifen. In dieser Konfiguration wird in einem Aufprall niederer Energie eine wesentliche, elastische Biegung des vorderen Bauglieds 44 bezüglich des Querträgers 42 zugelassen.
• Der Stoßfänger- und Frontschienenaufbau 10 umfaßt, wie in Abb. 3 gezeigt, weiterhin ein sich innerhalb des Querträgers 42 erstreckendes Stahl- Verstärkungsbauglied 90. Das Verstärkungsbauglied 90 und Querträger 42 wirken zusammen um für eine verbesserte konstruktive Integrität einen im wesentliche rechteckigen Querschnitt zu bilden.
• Der Stoßfänger- und Frontschienenaufbau 10 schließt weiterhin eine innerhalb des Querträgers 42 angeordnete, jeder Frontschiene direkt benachbarte Quetschdose 66 ein. Die Quetschdose 66 schließt sich gegenüberliegende Flansche 68, 70 ein, die sich davon erstrecken um - wie in Abb. 2 gezeigt - an den Schweißorten 72 an die Rückseite des Querträgers 42 angeschweißt zu werden. Die Quetschdosen 66 bestehen aus hochfestem Stahl, das geneigte, sich gegenüberliegende Wände 74,76 aufweist, welche sich entsprechend zu den gegenüberliegenden Flanschen 68, 70 erstrecken. Die gegenüberliegenden Wände 74, 76 besitzen für eine zusätzliche konstruktive Integrität darauf gebildete, längliche Erhebungen 78, 80. Diese Quetschdosen 66 sind für eine geringfügig elastische Verformung bei einem Aufprall mit niedriger Energie konfiguriert, und sind weiterhin für eine zusätzliche, konstruktive Integrität bei einem Aufprall mit hoher Energie konfiguriert. Das oben besprochene Verstärkungsbauglied 90 erstreckt sich zwischen den Quetschdosen 66.
• Wie in Abb. 3 gezeigt ist in dem vorderen Bauglied 44 eine Öffnung 82 gebildet, so daß Quetschdose 66 bei einem Aufprall mit niedriger Energie nicht stört. Bei einem Aufprall mit niedriger Energie erstrecken sich die äußeren Flansche 84, 86 nach außen vom Querträger 42 weg, wenn der Mittelabschnitt 88 nach innen gewölbt wird. Diese elastische Verformung wird in Abb. 4-6 sequentiell veranschaulicht. Wie gezeigt wird der Mittelabschnitt 88 in den Querträger 42 hinein zusammengepreßt, während sich die äußeren Flansche 84, 86 des vorderen Bauglieds 44 nach außen ausdehnen. Der Mittelabschnitt 88 fährt fort sich in den Querträger 42 hinein zu verformen, bis die Quetschdose 66 die vordere, umgebende Kante der Öffnung 82 in dem vorderen Bauglied 44 derart angreift, daß auch die Quetschdose 66 beginnt sich elastisch zu verformen; und auch das Verstärkungsbauglied 90 als Ergebnis der geringfügigen Trennung der gegenüberliegenden Seiten 92, 94 des Querträgers 42 sich elastisch zu biegen beginnt. Eine Verformung über diesen elastischen Punkt hinaus wird dann unelastisch; und die Quetschdosen sind wirksam um bei einem Aufprall hoher Energie beträchtliche Energien abzuleiten.
• Wendet man sich den Abb. 7-9 zu, so wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in Abb. 7 gezeigt umfaßt diese Ausführungsform außerdem erste und zweite Frontschienen 98, 100, die einen sich dazwischen erstreckenden Querträger besitzen. Diese Ausführungsform umfaßt weiterhin ein durch Schrauben 106, 108, 110, 112 an dem Querträger 102 befestigtes, vorderes Bauglied 104. Eine Frontplatte 114 ist an dem vorderen Bauglied 104 angeschweißt, um während bestimmter Aufprallereignisse ein Knicken zu vermeiden. Diese Ausführungsform schließt außerdem eine Mittelverstärkung 116 ein, die innerhalb des vorderen Bauglieds 104 befestigt ist und für zusätzliche konstruktive Integrität daran entlang gebildete Wölbungen 118,120 besitzt. Das vordere Bauglied 102 ist in der selben Art und Weise an die Frontschienen 98, 100 geschweißt wie oben unter Bezug auf die in Abb. 1-3 gezeigte Ausführungsform beschrieben. Die Verstärkung 116 ist außerdem an den Querträger 102 angeschweißt.
• In dieser Ausführungsform schließt das vordere Bauglied 104 gegenüberliegende Flansche 122, 124 ein, welche innerhalb der gegenüberliegenden Seiten 126, 128 des Querträgers 102 so angeordnet sind, daß die gegenüberliegenden Flansche 122, 124 - in der Situation eines Aufpralls mit niedriger Energie - bezüglich der gegenüberliegenden Seiten 126, 128 des Querträgers 102 elastisch nach innen verformt werden. Die gegenüberliegenden Flansche 122, 124 schließen in Abb. 10 gezeigte, nach innen auskragende Abschnitte 130, 132 ein, um eine derartige, elastische Verformung zu fördern.
• Diese Ausführungsform schließt außerdem gegenüberliegende Quetschdosen 134 für einen weiterreichenden Energiehaushalt ein.
• Dementsprechend wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen eine elastische Verformung niedriger Energie erreicht, ebenso wie die Bereitstellung eines Frontlast- Pulses für Aufprallereignisse mit höherer Energie, welcher zum Auslösen eines Airbags und einer wesentlichen Energieabfuhr im Stoßfängerbereich wirkt. Diese Ausführungsformen stellen außerdem bei einem versetzten Frontalaufprall eine gleichmäßigere Belastung der gegenüberliegenden Frontschienen bereit. Bis heute wurde kein derartiges Stoßfänger- und Frontsystem mit solch verschiedenartigen Energihaushalt-Charakteristika bereitgestellt.
• Jedes konstruktive Bauteil besteht aus hochfestem, gestanztem Stahl, welcher in einem Aufprall mit 8 Kilometern pro Stunde (5 Meilen pro Stunde) eine Federwirkung zuläßt. Diese Federwirkung absorbiert Aufprallenergie des Fahrzeuges, indem sie es dem vorderen Bauglied erlaubt sich in die Verstärkung hinein zu wölben, und sich dann - deutlich innerhalb des elastischen Bereiches des Materials - gemeinsam als Einheit zu verdrehen. Beide Teile werden auf allen Oberflächen relativ gleichmäßig belastet, wodurch örtliche Bereiche hoher Belastung und eine bleibende Verformung verhindert wird. Die Formen des Querträgers, der Verstärkung und des vorderen Bauglieds beeinflussen Energiehaushalt und Aufprallverhalten, um eine Beschädigung der Frontfläche zu verhindern. Das vordere Bauglied neigt wegen des mit der Breite zunehmenden Schwungs in der Aufsicht dazu gerade zu werden, was bewirkt daß das vordere Bauglied die Quetschdosen belastet. Die Steifheit der Fahrzeug-Frontschienen ist eingestellt um oberhalb der Quetschgrenze des Stoßfängersystems nachzugeben, so daß es bei einem Aufprall mit niedriger Energie zu keinem Schaden kommt.

Claims (8)

1. Ein Stoßfänger-Aufbau zur Anbringung an den ersten und zweiten Frontschienen (12) eines Fahrzeugs, welcher umfaßt:

einen Stahl-Querträger (42), angepaßt zur Anbringung an den Frontschienen und um sich darüber hinweg zu erstrecken;

sin an diesem Querträger (42) befestigtes und dessen Länge überspannendes, vorderes Stahl-Bauglied (44), wobei dieses vordere Bauglied (44) konfiguriert ist um für eine elastische Verformung in einem Aufprall niedriger Energie als Feder gegen diesen Querträger (42) zu wirken; und

erste und zweite Stahl-Quetschdosen (66), die in diesem Querträger (42) entsprechend den ersten und zweiten Frontschienen (12) benachbart angeordnet sind;

dadurch gekennzeichnet daß dieser Stahl-Querträger (42) einen U-förmigen Querschnitt besitzt, und sich ein Stahl-Verstärkungsbauglied (90) innerhalb dieses Querträgers (42) zwischen diesen Quetschdosen (66) erstreckt; wobei dieses Verstärkungsbauglied (90) und dieser Querträger (42) zusammenwirken, und einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt zu bilden.

2. Ein Stoßfängeraufbau nach Anspruch 1, in dem dieses vordere Bauglied (44) an diesem Querträger (42) nur an Orten nahe dieser Quetschdosen (66) befestigt ist.

3. Ein Stoßfängeraufbau nach entweder Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem dieses vordere Bauglied (44) eine darin gebildete, jeder dieser Quetschdosen (66) entsprechende Öffnung (82) derart aufweist, daß die Quetschdosen durch die entsprechende Öffnung hindurch (82) in einer Art und Weise vortreten, daß zwischen der Quetschdose (66) und der vorderen Kante der entsprechenden Öffnung ein Abstandsspalt besteht.

4. Ein Stoßfängeraufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem jede dieser Quetschdosen (66) gegenüberliegende Flansche (68, 70) umfaßt, die an dem Querträger (42) angeschweißt sind.

5. Ein Stoßfängeraufbau nach Anspruch 4, in dem jede dieser Quetschdosen (66) gegenüberliegende, abgeschrägte Wände (74, 76) mit darauf gebildeten, verlängerten Erhebungen (78, 80) umfaßt, um eine natürliche Verformung hiervon zu fördern.

6. Ein Stoßfängeraufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem dieses vordere Bauglied (44) gegenüberliegende, äußere Flanschabschnitte (84, 86) umfaßt; welche die Länge hiervon überspannen und konfiguriert sind um dieses Querträger (42) außerhalb dieses im wesentlichen U-förmigen Querschnitts derart anzugreifen, daß diese äußeren Flanschabschnitte (84, 86) sich - in einer Situation der elastischen Verformung - nach außen hin von dem Querträger (42) weg verformen.

7. Ein Stoßfängeraufbau nach Anspruch 1, in dem dieses vordere Bauglied (104) gegenüberliegende, äußere Flanschabschnitte (122, 124) umfaßt, welche die Länge hiervon überspannen und angepaßt sind um diesen Querträger (102) innerhalb dieses im wesentlichen U-förmigen Querschnitts derart anzugreifen, daß diese äußeren Flaschabschnitte (122, 124) sich - in einer Situation der elastischen Verformung - innerhalb des U-förmigen Querschnitts nach innen hin verformen.

8. Ein Stoßfänger- und Frontschienenaufbau für ein Fahrzeug, welcher umfaßt:

erste und zweite Frontschienen (12);

einen Stahl-Querträger (42), der sich zwischen diesen ersten und zweiten Schienen (12) erstreckt und einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt besitzt;

ein an diesem Querträger (42) befestigtes und dessen Länge überspannendes, vorderes Stahl-Bauglied (44), wobei dieses vordere Bauglied (44) konfiguriert ist um für eine elastische Verformung in einem Aufprall niedriger Energie als Feder gegen diesen Querträger (42) zu wirken; und

erste und zweite Stahl-Quetschdosen (66), die in diesem Querträger (42) entsprechend den ersten und zweiten Frontschienen (12) benachbart angeordnet sind; wobei diese Quetschdosen (66) zur Energieabsorption konfiguriert sind;

gekennzeichnet durch ein sich innerhalb des Querträgers (42) zwischen den Quetschdosen (66) erstreckendes Stahl-Verstärkungsbauglied (90), wobei dieses Verstärkungsbauglied (90) und dieser Querträger (42) zur Bildung eines im wesentlichen rechteckigen Querschnitts zusammenwirken.