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Die Erfindung betrifft eine Stoßenergie
absorbierende Struktur für
ein Kraftfahrzeug und insbesondere eine Stoßenergie absorbierende Struktur zum
Absorbieren einer Stoßenergie
bei einem Frontalzusammenstoß eines
Fahrzeugs.
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Die Frontstruktur der Karosserie
setzt sich primär
zusammen aus einem linken und rechten Frontrahmen, die mit der Innenseite
einer Vorderradkastens verbunden sind und eine Struktur mit geschlossenem
Profil in Längsrichtung
des Fahrzeugs haben, sowie einem Frontstoßfänger, der mit jedem vorderen
Ende des linken und rechten Frontrahmens über einen Stoßfängerhalter
verbunden ist. Hat ein mit einem Airbagsystem ausgerüstetes Fahrzeug
einen Frontalzusammenstoß,
kollabiert zunächst
der Frontstoßfänger, wonach
eine Stoßbelastung über den
Stoßfängerträger und
die Stoßfängerhalter
auf den linken bzw. rechten Frontrahmen übertragen wird. Danach wird
die Stoßbelastung
in den linken bzw. rechten Rahmen eingetragen, und die Stoßenergie
wird durch eine Knickverformung der Frontrahmen absorbiert. Ein
Airbag wird ausgelöst,
wenn die Stoßbelastung
in die Frontrahmen eingetragen wird. Offenbart ist ein Beispiel
für diese
Technologie in der JP-U-6-18165.
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Bei einem Fahrzeug, das mit einem
Airbagsystem ausgerüstet
ist, muß man
die Stoßempfindlichkeit
einstellen, um zu verhindern, daß ein Aufprallsensor einen
Stoß bei
einer leichten Kollision erfaßt.
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Zum Beispiel erfolgt im Stand der
Technik gemäß 5 die Einstellung durch
Verwendung eines Stoßfängerhalters,
der mit dem vorderen Ende eines Frontrahmens verbunden ist. Das
heißt,
beim Eintrag einer Stoßbelastung
wird die Stoßenergie durch
Kollabieren des Stoßfängerhalters
vorübergehend
absorbiert. In 5 bezeichnen "a" einen Frontrahmen, "b" einen Frontstoßfänger, "c" einen Stoßfängerträger, "d" einen Stoßfängerhalter, "e" ein Fußblech, "f" einen Bodentunnel
und "g" einen Aufprallsensor.
Allgemein ist der Frontrahmen "a" durch Stumpfschweißen an seinem
hinteren Ende mit dem Fußblech "e" verbunden, und der
Aufprallsensor "g" ist an einem durch
einen Querträger
(nicht gezeigt) verstärkten
Abschnitt im Bodentunnel "f" eingebaut.
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In diesem Fall muß eine bestimmte Länge L1 des Aufprallhubs vorn am Frontrahmen "a" gewährleistet
sein, aber bei Fahrzeugen mit einem relativ kurzen überstehenden
Frontbereich wie Kleinwagen und Kastenwagen ist es schwierig, eine
geeignete Aufprallhublänge
zwischen Frontstoßfänger und Frontrahmen
vorzusehen.
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Die JP-A-09-039696 betrifft eine
Anbaustruktur für
einen Frontschutzbügel
eines Fahrzeugs, in dem ein Airbag angeordnet ist. Der Frontschutzbügel ist
vor dem Stoßfänger angeordnet
und an den Längsträgern (linker
und rechter Frontrahmen) über
plattenartige Stützen
angebaut. Bei leichtem Zusammenstoß verbiegen sich die plattenartigen Stützen an
den Biegebereichen, wenn sich ein Hauptrohr zurückzieht, und die Kollision
wird kaum auf die Längsträger übertragen.
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Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung darin,
eine Stoßenergie
absorbierende Struktur bereitzustellen, die eine Stoßkraft auch
in einem Fahrzeug absorbieren kann, das einen kleinen Raum für den Aufprallhub
zwischen dem Frontstoßfänger und dem
vorderen Ende des Frontrahmens hat, wenn das Fahrzeug in einen Frontalzusammenstoß verwickelt ist.
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Eine Stoßenergie absorbierende Struktur
für ein
Fahrzeug weist auf: einen linken und rechten Frontrahmen, der ein
geschlossenes Profil hat und in Längsrichtung des Fahrzeugs vorgesehen
ist; ein linkes und rechtes L-förmiges
Halterteil, das an seinem unteren Ende mit dem linken bzw. rechten
Frontrahmen verbunden ist und ein linkes und rechtes oberes Ende
hat, das über
dem linken und rechten Frontrahmen nach oben vorsteht; und ein gebogenes
Teil, das in Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs konvex gekrümmt und
an seinem linken und rechten Ende mit dem linken bzw. rechten oberen
Ende des Frontrahmens verbunden ist.
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1a ist
eine schematische Draufsicht auf eine Stoßenergie absorbierende Struktur
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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1b ist
eine Perspektivansicht einer Stoßenergie absorbierenden Struktur
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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1c ist
eine Seitenansicht einer Stoßenergie
absorbierenden Struktur, die an einem Fahrzeug angebaut ist;
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1d ist
eine Schnittansicht an einer Linie D-D;
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2 ist
eine Querschnittansicht einer weiteren Variante einer Stoßenergie
absorbierenden Struktur;
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3 ist
eine grafische Darstellung einer Stoßenergie-Absorptionskennlinie einer Stoßenergie absorbierenden
Struktur;
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4a ist
eine Seitenansicht einer Stoßenergie
absorbierenden Struktur gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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4b ist
eine Perspektivansicht einer Stoßenergie absorbierenden Struktur
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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4c ist
eine Querschnittansicht eines Verbindungsbereichs eines gekrümmten Teils
mit einem Halterteil; und
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5 ist
eine Perspektivansicht eines Beispiels für eine Stoßenergie absorbierende Struktur des
Stands der Technik.
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In 1 bezeichnen
die Bezugszahlen 1, 1 den linken und rechten Frontrahmen,
und die Bezugszahl 2 bezeichnet einen Frontstoßfänger, der
mit dem vorderen Ende des linken bzw. rechten Frontrahmens 1, 1 verbunden
ist. Der Frontrahmen 1 hat ein geschlossenes Profil und
ist in Längsrichtung
vorgesehen. Das vordere Ende des Frontrahmens 1 liegt nahe
der Rückseite
des Frontstoßfängers 2.
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Die Bezugszahl 4 bezeichnet
eine Stoßenergie
absorbierende Struktur zum Absorbieren des Stoßes bei einer leichten Kollision.
Aufgebaut ist die Stoßenergie
absorbierende Struktur 4 ist durch ein gebogenes Teil 5,
das durch ein Rohr gebildet ist, das in Frontrichtung des Fahrzeugs
konvex gebogen ist, und durch ein linkes und rechtes Halterteil 6, 6,
das durch Schweißen
mit dem linken bzw. rechten Ende des gebogenen Teils 5 verbunden
ist. Das Halterteil 6 ist gebildet durch einen Befestigungshalter 6a,
der sich am Rahmen 1 entlang längs erstreckt, und durch einen
Steighalter 6b der in Vorwärtsrichtung schräg aufsteigt.
Der Befestigungshalter 6a und der Steighalter 6b sind
beide aus einem Rohr geformt. Das Steigteil 6b des Halterteils 6 ist
durch Schweißen
an seinem oberen Ende mit dem linken bzw. rechten Ende des gebogenen
Teils 5 verbunden.
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Die so gebildete Stoßenergie
absorbierende Struktur 4 ist an der Seitenfläche des
Frontrahmens 1 mit Bolzen und Muttern über eine Klammer oder Stütze 7 befestigt.
Dadurch ist die Stoßenergie
absorbierende Struktur 4 über den linken und rechten Frontrahmen 1, 1 so
quer angeordnet, daß das
gebogene Teil 5 im Hinblick auf den Frontrahmen 1 nach oben
versetzt ist und sein vorderster Abschnitt (Breitenmitte des Fahrzeugs)
gegenüber
dem vorderen Ende des Frontrahmens in Vorwärtsrichtung vorsteht. Als Ergebnis
liegt der vorderste Abschnitt des gebogenen Teils 5 nahe
der Rückseite
der Außenfläche des
Frontstoßfängers 2.
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Die Klammer 7 ist durch
eine Platte 71, die mit der Seitenfläche des Frontrahmens 1 verbunden ist,
und ein Spannteil 72 mit einem Halterungsteilstück 72a gebildet.
Daher ist der Befestigungshalter 6a des Halterteils 6 an
der Seitenfläche
des Frontrahmens 1 mit Bolzen und Muttern befestigt, wobei
er zwischen der Platte 71 und dem Spannteil 72 eingefügt ist.
Ferner erstreckt sich im Beispiel von 1 die
Platte 71 vom Frontrahmen 1 nach unten, und ein Zughaken 8 ist
am verlängerten
Abschnitt der Platte 71 vorgesehen.
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2 zeigt
ein weiteres Beispiel der Klammer 7, die nur durch ein
Spannteil 72 gebildet ist. In diesem Beispiel ist der Befestigungshalter 6a an
der Seitenfläche
des Frontrahmens 1 mit Bolzen und Muttern befestigt, wobei
er zwischen der Seitenfläche
des Frontrahmens 1 und dem Halterungsteilstück 72a des
Spannteils 72 eingefügt
ist. Auch in diesem Fall kann ein Zughaken 8 vorgesehen
sein, wenn die Stütze 7 nach
unten verlängert
ist.
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Allgemein kann auch in Fahrzeugen
mit einem kurzen überstehenden
Frontbereich, z. B. Kleinwagen und Kastenwagen, ein kleiner Längsraum "L" (z. N. etwa 50 Millimeter)
zwischen dem vorderen Ende des Frontrahmens 1 und dem Frontstoßfänger 2 gemäß 1c gewährleistet sein.
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Hat das mit der Stoßenergie
absorbierenden Struktur 4 zwischen dem linken und rechten
Frontrahmen 1, 1 versehene Fahrzeug einen leichten Frontalzusammenstoß, wird
die Stoßbelastung
vom Frontstoßfänger 2 zum
vordersten Abschnitt des gebogenen Teils 5 übertragen,
und das gebogene Teil 5 wird verformt. In diesem Fall wird
das gebogene Teil 5 nach hinten gedrückt und so verformt, daß das linke und
rechte Ende des gebogenen Teils 5 seitlich aufgeweitet
werden. Gleichzeitig wird der Steighalter 6b des Halterteils 6 um
den Befestigungsabschnitt durch die Klammer 7 nach außen gebogen.
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Die beim Verformen des gebogenen
Teils 5 und des Halterteils 6 erzeugte Widerstandskraft
ist unterhalb eines Werts festgelegt, der nicht den im Mitteltunnel
angeordneten Aufprallsensor "g" auslöst, weshalb
bei leichter Kollision die Absorption der Stoßenergie innerhalb eines Grenzwerts "G" (Stoßmessung G,
ausgedrückt
in Schwerebeschleunigung) zum Zünden
des Airbags erfolgt, was eine fehlerhafte Betätigung des Airbags verhindern
kann.
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Erfährt dagegen das Fahrzeug einen
starken Frontalzusammenstoß,
wird nach Absorption der Stoßenergie
durch die Stoßenergie
absorbierende Struktur 4 innerhalb eines festgelegten Hubs "L" die Stoßbelastung
zum vorderen Ende des Frontrahmens 1 übertragen. Erfaßt der Aufprallsensor
einen Stoß "G", der größer als
ein Grenzwert "G" ist, wird der Airbag
gezündet,
und gleichzeitig wird die Stoßenergie
durch die Knickverformung des Frontrahmens 1 absorbiert.
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3 zeigt
das Ergebnis eines Stoßexperiments
an der Stoßenergie
absorbierenden Struktur gemäß der ersten
Ausführungsform.
In 3 bezeichnet ein
schraffierter Bereich eine Stoßenergie-Absorptionszone
durch die Stoßenergie
absorbierende Struktur 4. Die Grenzbelastung (Widerstandskraft)
in dieser Zone ist kleiner als ein kleinster Einstellwert (etwa
5,00 Tonnen Kraft) einer Stoßmessung G des
Aufprallsensors.
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Daher erfaßt der Aufprallsensor keinen
Stoß und
aktiviert nicht den Airbag. Erreicht der Verformungshub etwa 50
Millimeter, wird die Grenzbelastung zum vorderen Ende des linken
und rechten Frontrahmens 1, 1 übertragen, und die Widerstandskraft
nimmt schnell zu. Dann erfaßt
der Aufprallsensor einen Stoß G,
und der Airbag wird betätigt.
Die Frontrahmen 1, 1 beginnen, eine Knickverformung von
ihrem vorderen Ende zu erfahren, und absorbieren Stoßenergie.
Somit wird bei einem leichten Zusammenstoß der Airbag nicht ausgelöst, da im
Anfangsstadium des Stoßes
die Stoßenergie
absorbierende Struktur 4 eine Stoßenergie innerhalb eines Aufprallhubs
von etwa 50 Millimetern absorbiert. Bei einem starken Zusammenstoß kann der
Spitzenwert der Widerstandskraft des Froentrahmens 1 reduziert sein,
da die Stoßenergie
absorbierende Struktur 4 eine wesentliche Menge der Stoßenergie
im Anfangsstadium absorbiert, und zugleich kann der gesamte Aufprallhub
gewahrt bleiben.
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4a bis 4c zeigen eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, in der die Stoßenergie absorbierende
Struktur 4 ein gebogenes Teil 51 zum Querverbinden
der vorderen Enden des linken und rechten Frontrahmens 1, 1 und
ein Halterteil 61 zum Verbinden des linken und rechten
Endes des gebogenen Teils 51 mit dem linken und rechten
Frontrahmen 1, 1 aufweist. Somit ist das gebogene
Teil 51 zwischen dem linken und rechten Frontrahmen 1, 1 in einem
Zustand eingebaut, in dem es auf dem Frontstoßfänger 2 plaziert ist.
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Gebildet ist das gebogene Teil 51 insbesondere
durch ein Skeletteil 52, das aus Rohr-, Stab-, geschlossenem
Vierkantprofil- u. ä.
Material hergestellt ist, und durch ein Spannung absorbierendes
Teil 53, das aus elastischem Kunstharz wie Urethanschaum
hergestellt ist. Ferner sind Befestigungsvorsprünge 54, 54 zum
Verbinden des gebogenen Teils 51 am linken und rechten
Ende des Skeletteils 52 mit dem linken und rechten Halterteil 61, 61 vorgesehen.
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Das Halterteil 61 ist aus
einem Rohr hergestellt und verfügt über einen
Befestigungshalter 62, der sich am Frontrahmen 1 entlang
längs erstreckt, und
einen Steighalter 63, der vom vorderen Ende des Befestigungshalters 62 aufsteigt, was
ein "L" in der Seitenansicht
bildet. Der Steighalter 63 hat ein Gewindeteilstück 64 an
seinem oberen Ende.
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Wird das Halterteil 61 an
der Seitenfläche des
Frontrahmens 1 über
die Klammer 7 wie in der ersten Ausführungsform befestigt, steigt
der Steighalter 63 vom vorderen Ende des Frontrahmens 1 auf,
wobei sein oberes Ende über
der Oberseite des Frontstoßfängers 2 vorsteht.
Danach wird das gebogene Teil 51 auf den Frontstoßfänger 2 gesetzt,
und der Steighalter 63 wird an seinem oberen Ende am Befestigungsvorsprung 54 des
Skeletteils 52 angebaut. Dann wird das gebogene Teil 51 am
Gewindeteilstück 64 des
Steighalters 63 mit einer Befestigungskappe 9 verschraubt.
Dadurch ist das gebogene Teil 51 am Halterteil 61 drehbar
und entfernbar fixiert. In diesem Zustand steht der vorderste Abschnitt des
gebogenen Teils 51 über
die Länge "L" (z. B. 50 Millimeter) vor dem vorderen
Ende des Frontrahmens 1 vor, und das gebogene Teil 51 ist über dem vorderen
Ende des Frontrahmens 1 nach oben versetzt. Obwohl ein
Zughaken 8 in 4a nicht
gezeigt ist, kann er bei Verlängerung
der Klammer 7 nach unten vorgesehen sein.
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Hat das Fahrzeug mit der so gebildeten
Stoßenergie
absorbierenden Struktur einen leichten Frontalzusammenstoß, wird
eine Stoßbelastung
zum Frontstoßfänger 2 und
nahezu gleichzeitig zum vordersten Abschnitt des gebogenen Teils 51 übertragen.
Zunächst
kollabiert der Frontstoßfänger 2,
und dann wird fast gleichzeitig das Spannung absorbierende Teil 53 elastisch
verformt. Andererseits wird das Skeletteil 52 auch gleichzeitig
verformt. Daher wird die Stoßenergie über die
Verformung dieser Komponenten absorbiert. Die Widerstandskraft des gebogenen
Teils 51 ist als kleinster Einstellwert der Stoßmessung
G des Aufprallsensors festgelegt, wodurch der Airbag an unnötiger Zündung gehindert wird.
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Hat das Fahrzeug einen starken Zusammenstoß in dem
Maß, daß das gebogene
Teil 51 über
einen Grenzwert "L" des Verformungshubs
hinaus verformt wird, wird die Stoßbelastung zum vorderen Ende
des Frontrahmens 1 übertragen,
und der Aufprallsensor erfaßt
eine Kollision.
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Die so gebildete Stoßenergie
absorbierende Struktur hat eine Stoßenergie-Absorptionskennlinie, die
der von 3 äh nelt. Daher
arbeitet sie auf die gleiche Weise wie die erste Ausführungsform
und wirkt sich genauso aus. Hat das mit der Stoßenergie absorbierenden Struktur
von 4 ausgerüstete Fahrzeug eine leichte
Kollision, wird ferner das Halterteil 61 nicht verformt,
da das gebogene Teil 51 nach hinten verbogen und zugleich
um den Verbindungsbereich mit dem Halterteil 61 gedreht
wird. Dadurch ergeben sich geringere Reparaturkosten. Da ferner
das gebogene Teil 51 in einem Stück mit einem Spannung absorbierenden
Teil 53 geformt ist, kann das gebogene Teil 51 selbst
eine erfindungsgemäße Komponente
bilden.
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In den Beispielen gemäß der ersten
und zweiten Ausführungsform
sind die Halterteile 6 und 61 an der Seitenfläche des
Frontrahmens 1 angeordnet, können aber auch an der Oberseite
oder Innenseite des Frontrahmens 1 angeordnet sein.
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Ferner ist die erfindungsgemäße Stoßenergie
absorbierende Struktur für
Kleinwagen oder Kastenwagen mit einem kurzen überstehenden Frontbereich geeignet.
Allerdings kann diese Stoßenergie absorbierende
Struktur auch auf Fahrzeuge mit einem relativ langen überstehenden
Frontbereich angewendet werden.
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Nimmt das Fahrzeug einen kleinen
Stoß auf, wird
die zum gebogenen Teil übertragene
Stoßenergie
durch die Verformung des gebogenen Teils absorbiert, und der Airbag
wird wie zuvor beschrieben nicht betätigt, da das gebogene Teil
der erfindungsgemäßen Stoßenergie
absorbierenden Struktur nach vorn gebogen ist und das Halterteil
das gebogene Teil hält und
da das gebogene Teil in Vorwärtsrichtung
vom Frontrahmen vorsteht. Erfährt
das Fahrzeug einen starken Stoß,
wird die Stoßenergie
nach Verformung des gebogenen Teils zum Frontrahmen übertragen, und
der Aufprallsensor erfaßt
einen Stoß und
betätigt den
Airbag. Die so gebildete Stoßenergie
absorbierende Struktur hat nicht nur einen sehr einfachen Aufbau,
sondern kann auch eine unnötige
Auslösung des
Airbags bei einer leichten Kollision in Fahrzeugen verhindern, die
einen kleinen Raum zwischen dem Frontstoßfänger und dem vorderen Ende
des Frontrahmens haben.