EP1592602A1 - Tragstruktur für einen kraftwagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur für einen Kraftwagen, die an einem vorderen Ende einer Sicherheitsfahrgastzelle (1) mit einem Vorderwagen mit einer Knautschzone (2) und zwei im Bereich der Knautschzone (2) seitlich angeordneten Radläufen versehen ist, in denen jeweils ein Rad (3) , bestehend aus einem Radreifen (4) und einer Radfelge (5), angeordnet ist, wobei aus der Fahrtrichtung gesehen eine schräg nach unten verlaufende Radabstützrampe (6) ausgebildet ist, durch welche das infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone (2) gegen die Radabstützrampe (6) bewegte jeweilige Rad (3) in Richtung der Sicherheitsfahrgastzelle (1) nach unten fährbar ist, wobei für jedes Rad (3) jeweils ein zusätzliches Radprallelement (7) vorgesehen ist, welches durch das infolge der crashbedingten Verformung der Knautschzone (2) bewegte jeweilige Rad (3) zur entsprechenden zusätzlichen Energieaufnahme verformbar ist.

Description

Tragstruktur für einen Kraftwagen

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Tragstruktur ist beispielsweise in EP 1044863 AI offenbart, wobei dort eine aus der Fahrtrichtung gesehen schräg nach unten verlaufende Abweisfläche jeweils für ein zugeordnetes Rad eines Kraftwagens vorgesehen ist, wobei das entsprechende Rad infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone der dort beschriebenen Kraftwagen-Tragstruktur gegen die Abweisfläche bewegt wird und infolge der weiteren Bewegung bei Verformung der Knautschzone entlang der Abweis- fläche in Richtung einer Sicherheitsfahrgastzelle der Kraftwagen-Tragstruktur unter einen Boden dieser Struktur absenkend geführt wird. Durch die in der genannten Druckschrift beschriebene Kraftwagen-Tragstruktur soll erreicht werden, dass selbst bei vollständig deformierter Knautschzone aufgrund der Abweisfunktion für die Räder diese die Abweisfläche und die Sicherheitsfahrgastzelle möglichst nicht verformen, um so eine Öffnungsfähigkeit der Seitentüren der Sicherheitsfahrgastzelle auch nach einem Crash sicherstellen zu können. Eine besondere Reduzierung crashbedingt auftretender Verzögerungskräfte auf Personen im Innern der Sicherheitsfahrgast- zelle, insbesondere durch Auftreffen des relativ steifen Radfelgenkörpers auf die entsprechende Abweisfläche, ist dort jedoch nicht vorgesehen. Das deutsche Gebrauchsmuster 9312073.7 zeigt eine zwischen einem Reifen und einer Fahrgastkabine vorgesehene destruktiv verformbare Deformationszone, um eine relativ steife Fahrgastkabine bei gleichzeitig verbessert absorbierter Aufprallenergie vorzusehen. Kinematische Probleme, welche sich beispielsweise durch das crashbedingte sogenannte "Eintauchen" des Vorderwagens eines Fahrzeugs hinsichtlich der Kraft- einwirkung auf die Fahrzeuginsassen ergeben, insbesondere auch hinsichtlich eventuellen möglichen Verletzungen aufgrund Kontakt mit entsprechenden Innenflächen der Fahrgastkabine, werden in dem genannten Gebrauchsmuster jedoch nicht behandelt.

Generell besteht beim Deformationsablauf im Zuge eines Frontalaufpralls eines Kraftfahrzeugs das Problem, dass es hinsichtlich der zur Deformation der Felgen der Vorderräder notwendigen Kräfte zu einem sprunghaften Anstieg der auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Verzogerungs- bzw. Kraftwerte in einer relativ späten Aufprallphase nach bereits erfolgter weitestgehender Deformation der Knautschzone der Kraftwagen- Tragstruktur kommt .

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile von Kraftwagen-Tragstrukturen des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere eine Tragstruktur für einen Kraftwagen vorzusehen, bei welcher ein sprunghafter Anstieg der Verzogerungs- und Kraftwerte, welche in der Aufprallphase auf die Insassen wirken, vermieden wird. Ferner soll erfindungsgemäß eine ungünstige Insassen-Kinematik, das heißt insbesondere ein Anschlagen besonders des Kopfbereichs von Insassen an der Innenseite einer Sicherheitsfahrgastzelle eines Fahrzeugs, verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tragstruktur für einen Kraftwagen gemäß Anspruch 1 gelöst . Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Tragstruktur sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Tragstruktur für einen Kraftwagen, die an einem vorderen Ende einer Sicherheitsfahrgastzelle mit einem Vorderwagen mit einer Knautschzone und zwei im Bereich der Knautschzone seitlich angeordneten Radläufen versehen ist, in denen jeweils ein Rad, bestehend aus einem luftgefüllten Radreifen und einer relativ steifen Radfelge, angeordnet ist. Aus der Fahrtrichtung gesehen weist die erfindungsgemäße Tragstruktur für einen Kraftwagen eine schräg nach unten verlaufende Radabstützrampe auf, durch welche das jeweilige Rad, das infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone gegen die Radabstützrampe bewegt wird, in Richtung der Sicherheitsfahrgastzelle nach unten führbar ist. Erfindungsgemäß ist des Weiteren für jedes Rad jeweils ein zusätzliches Radprallelement vorgesehen, welches durch das infolge der crashbedingten Verformung der Knautschzone bewegte jeweilige Rad zur entsprechenden zusätzlichen E- nergieaufnähme, insbesondere der Energie, welche zur Verformung der relativ steifen Radfelge benötigt wird, verformbar ist.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorsehens sowohl einer Radabstützrampe als auch eines zusätzlichen Radprallelements ist es somit zum einen möglich, sowohl eine ausreichend stabile und sichere Radführung vorzusehen, welche das Eintauchen des Vorderwagens und somit die Gefahr eines Anstoßens von Insassen mit dem Kopf gegen die Innenseite der Sicherheitsfahrgastzelle in bestimmten Bereichen, beispielsweise der A- Säule der Fahrgastzelle, verhindert. Zum andern wird zusätzlich ein durch die stabile Radführung eigentlich auftretender sprunghafter Anstieg des Kraftniveaus bzw. der Verzδgerungs- werte, welches/welche auf die Insassen insbesondere in der späteren Aufprallphase nach bereits weitgehender Verformung der Knautschzone aufgrund der Verformung insbesondere der Radfelge wirkt/wirken, durch das jeweilige zusätzliche Rad- prallelement vermieden. Durch dieses erfindungsgemäße Zusammenwirken wird somit die Sicherheit für die Fahrzeuginsassen in besonderer Weise zusätzlich erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kraft bzw. die Verzögerung, welche aufgrund der Bewegung infolge der crashbedingten Verformung der Knautschzone des jeweiligen Rades auf die Radabstützrampe wirkt, über geeignete Konstruktionsparameter der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen Radprallelements mit einer Kraft bzw. einer Verzögerung abstimmbar, welche aufgrund der Bewegung infolge der crashbedingten Verformung der Knautschzone des jeweiligen Rades auf das jeweilige Radprallelement wirkt.

Durch diese Abstimmung der Radabstützrampe mit dem jeweiligen Radprallelement lässt sich das Zusammenspiel zwischen dem Kraft- bzw. Verzögerungsverlauf und der Fahrzeug-Kinematik (Fahrzeugneigung, Absinken des Fahrzeug-Vorderwagens) über die entsprechenden Konstruktionsparameter der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen Radprallelements besonders einfach steuern. Dadurch ist auf besonders zuverlässige Weise ein sprunghafter Anstieg der Kraft- bzw. Verzögerungswerte, die auf die Insassen wirken, insbesondere in einer späteren Aufprallphase, besonders sicher vermeidbar. Insbesondere können über die geeigneten abstimmbaren Konstruktionsparameter der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen Radprallelements sowohl die Verzögerung und damit die Energieabsorption als auch die Kinematik des Fahrzeugs beeinflussbar sein. So kann durch geeignete Auswahl der jeweiligen Konstruktionsparameter das Fahrzeug während eines Aufpralls in eine bestimmte Richtung lenkbar sein, wobei insbesondere ein Eintauchen des Vorderwagens bei dennoch gleichzeitig zur Verfügung stehender Deformationszone durch das Radprallelement verhinderbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind geeignete Konstruktionsparameter die Materialeigenschaften der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen Radpral1elements, wobei als Materialeigenschaften insbesondere die Festigkeit und Steifigkeit der Radabstützrampe und des jeweiligen Radprallelements eine besondere Rolle spielen können. Auch die Deformationswege der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen Radprallelements können alleine oder in Kombination mit den anderen Konstruktionsparametern als geeignete Parameter zur Abstimmung von Radabstützrampe und/oder jeweiligem Radprallelement dienen. Bevorzugt ist als geeigneter Konstruktions- parameter für sich oder in Kombination mit den bereits genannten Konstruktionsparametern des Weiteren auch die Geometrie der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen Radprall- elements, wobei bezüglich der Geometrie der Radabstützrampe insbesondere der Winkel o. der schräg nach unten verlaufenden Radabstützrampe und/oder der konstruktiv vorgegebene Abstand des Rades vom Radprallelement geeignete Geometrie-Parameter sein können. Bevorzugt ist insbesondere, falls das Radprall- element im Fall eines Crashs im Wesentlichen auf Höhe der Achse des jeweiligen Rades liegt, um so eine möglichst zuverlässige zusätzliche Energieaufnahme durch entsprechende Verformung des jeweiligen Radprallelements sicherzustellen.

Besonders einfach ist eine erfindungsgemäß bevorzugte Gestaltung einer Kraftfahrzeug-Tragstruktur zu realisieren, bei welcher das jeweilige Radprallelement als Verlängerung eines jeweiligen Schwellers der Sicherheitsfahrgastzelle in Richtung des jeweiligen Rads ausgebildet ist. Somit ist das entsprechend konstruierte jeweilige Radprallelement besonders einfach und zuverlässig durch das jeweilige Rad im Crashfall verformbar.

Es sei angemerkt, dass die wesentlichen Konstruktionselemente der erfindungsgemäßen Tragstruktur, wie die Sicherheits- fahrgastzelle, die Knautschzone, die Radabstützrampe und das jeweilige Radprallelement, bevorzugt aus geeigneten Leichtmetallmaterialien oder entsprechend geeigneten Stahlblechen bestehen können, wobei durch geeignete Materialauswahl je- weils Abstimmungen hinsichtlich der geforderten Steifigkeits- und Verformbarkeitswerte konstruktiv einstellbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, wobei

Fig. la-d fünf schematische Seitenansichten auf die vordere Knautschzone und den sich dahinter anschließenden vorderen Bereich der Sicherheitsfahrgastzelle einer Tragstruktur eines Kraftwagens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei in den vier Darstellungen zeitlich aufeinanderfolgende Stadien eines Frontalaufpralls eines entsprechenden Kraftwagens auf ein Hindernis gezeigt sind, und

Fig. 2 schematisch Kraft- und Bewegungsrichtungen einzelner konstruktiver Elemente der Tragstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Fig. 1 verdeutlicht .

In Fig. 1 sind fünf schematische Seitenansichten des Bereichs des Vorderwagens eines Kraftwagens mit einer Tragstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Konstruktionsmerkmale sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet .

Fig. la zeigt einen Vorderteil einer Tragstruktur eines Kraftwagens vor dem Aufprall auf ein festes Hindernis 9. Die erfindungsgemäße Tragstruktur wird gebildet durch eine Si- cherheitsfahrgastzelle 1 mit einem Vorderwagen mit einer Knautschzone 2, welche sich beim Aufprall zur Energieaufnahme verformt, wobei die erfindungsgemäße Tragstruktur mit zwei im Bereich der Knautschzone seitlich angeordneten Radläufen versehen ist, in denen jeweils ein Rad 3, bestehend aus einem Radreifen 4, welcher üblicherweise durch einen handelsüblichen schlauchlosen Luft-Reifen gebildet ist, und einer Radfelge 5, üblicherweise aus Edelstahl oder Aluminium, angeordnet ist. Aus der Fahrtrichtung von vorne gesehen weist die erfindungsgemäße Tragstruktur eine nach unten verlaufende Radabstützrampe 6 im vorderen Bereich der Sicherheitsfahrgastzelle 1 auf, durch welche das infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone 2 gegen die Radabstützrampe 6 bewegte jeweilige Rad 3 in Richtung der Sicherheitsfahrgastzelle 1 nach unten in den Bereich des Bodens der Sicherheitsfahrgastzelle 1 führbar ist. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Tragstruktur ein zusätzliches Radprallelement 7 auf, welches durch das infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone 2 bewegte jeweilige Rad 3 zur entsprechenden zusätzlichen Energieaufnahme, insbesondere zur Aufnahme von weiterer Verformungsenergie aufgrund der Radfelge 5, verformbar ist. Generell können die konstruktiven Elemente der erfindungsgemäßen Tragstruktur durch geeignete Stahl- oder Aluminiummaterialien, welche im Automobilbau gut bekannt sind und daher hier nicht weiter beschrieben werden, ausgebildet sein.

Fig. lb zeigt die erfindungsgemäße Tragstruktur eines Kraftwagens im Moment des Auftreffens des entsprechenden Kraftwagens auf das Hindernis 9, wobei hier die crashbedingte Verformung der vorderen Knautschzone 2 gerade beginnt. Wie bereits in Fig. la dargestellt, ist das Radprallelement 7 als Verlängerung eines Schwellers 8 der Sicherheitsfahrgastzelle 1 in Richtung des Rades 3 ausgebildet.

Fig. lc zeigt den weiteren Verlauf des Aufpralls, wobei die Knautschzone 2 nun weitestgehend zur Aufnahme der Energie des crashbedingten Aufpralls verformt ist. Nun erfolgt eine Verformung des Rades 3, wobei dieses bereits gegen die Radabstützrampe 6 und gleichzeitig bereits in Richtung des zusätzlichen entsprechenden Radprallelements 7 geschoben ist. Der luftgefüllte Radreifen 4 hat sich dabei bereits entsprechend verformt .

Im Übergang zwischen der Darstellung der Fig. lc zu Darstellung der Fig. ld zeigt sich, dass das entsprechende Rad 3 entlang der schrägen Fläche der Radabstützrampe 6 nach unten in den Bereich des Bodens der erfindungsgemäßen Tragstruktur geführt wird. Dies erfolgt aufgrund der weiteren crashbedingten Vorwärtsbewegung der gesamten Tragstruktur des Kraftwagens. Zur Aufnahme der zusätzlich auftretenden Energie, welche sich aus der Bewegung des Rades 3, insbesondere der relativ steifen Radfelge 5 des Rades, in diesem weiteren Crashverlauf ergibt, ist in Fig. ld durch entsprechende Zacken eine Verformung des zusätzlichen Radprallelements 7 zur entsprechenden zusätzlichen Energieaufnahme dargestellt. Erfindungsgemäß bevorzugt befindet sich zu diesem späten Aufprall- Zeitpunkt das zusätzliche Radprallelement 7 ungefähr auf Höhe der Achse des Rades 3.

Wie aus den schematischen Darstellungen der Fig. 1 ersichtlich, erfolgt durch entsprechendes Zusammenwirken der Radabstützrampe 6 mit dem zusätzlichen Radprallelement 7 einerseits eine sichere Führung des crashbedingt bewegten Rades 3, andererseits wird durch das zusätzliche Radprallelement 7 die auftretende Energie, welche durch Kontakt des Rades 3 mit der Radabstützrampe 6 und dem Radprallelement 7 erfolgt, durch entsprechende Verformung des Radprallelements 7 von diesem weitgehend aufgenommen, ohne die sichere Führung durch die Radabstützrampe 6 zu behindern. Insbesondere kann durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der Tragstruktur die Energie, welche sich aus der entsprechenden Bewegung und/oder Verformung des Rades 3 zu einem späteren Zeitpunkt des Aufpralls ergibt, besonders sicher durch entsprechende Verformung des Radprallelements 7 aufgenommen sein.

Fig. 2 zeigt schematisch die Bewegungs- und Kraftrichtungen, welche sich bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 ergeben. Der von rechts unten nach links oben weisende Pfeil der Fig. 2, welcher einen Winkel o. gegen die Waagrechte einnimmt, gibt die Richtung wieder, in der die Radabstützrampe 6 konstruktiv in einem Winkel schräg nach unten verlaufend (aus der Fahrtrichtung gesehen) verläuft. Der in Fig. 2 schräg nach oben gerichtete Pfeil gibt dabei die Relativbewegung der Radabstützrampe 6 bezüglich des Rades 3 an, welches ja entsprechend durch die Radabstützrampe nach unten (aus der Fahrtrichtung gesehen) führbar ist. Der waagrechte Pfeil in Fig. 2 gibt zum einen das Kraftniveau Fl und die entsprechende Kraftrichtung sowie den Deformationsweg δsl des erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Radprallelements 7 unter Einfluss der Bewegung des crashbedingt bewegten Rades 3 an. Der von links unten nach rechts oben gerichtete Pfeil in Fig. 2 gibt das Kraftniveau F2 , die entsprechende Kraftrichtung und den Deformationsweg δs2 des infolge des Crashs bewegten Rades 3 an. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird ein Großteil der crashbedingt auftretenden Kraft aufgrund der Bewegung des Rades 3 durch das entsprechende zusätzliche Radprallelement 7 aufgenommen (waagrechter langer Pfeil in Fig. 2) , während aufgrund des entsprechenden Zusammenwirkens nur ein geringer Teil der Kraft aufgrund der crashbedingten Bewegung des Rades 3 auf die Radabstützrampe 6 wirkt (nach schräg rechts oben verlaufender Pfeil δs2, F2 der Fig. 2). Die Relativbewegung des Rades 3 und der Radabstützrampe 6 ist durch den im Winkel o. nach oben verlaufenden Pfeil in Fig. 2 angegeben.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann eine Abstimmung der Kraftverläufe Fl, F2 und der Deformationswege δsl, δs2 über entsprechende Konstruktionsparameter der erfindungsgemäßen Tragstruktur erfolgen, insbesondere auch über die Nachgiebigkeit des Radprallelements 7 (Kraftniveau Fl, Deformationsweg δsl) sowie dessen Position in Bezug zum Rad (siehe Fig. ld) und der Nachgiebigkeit, der Position und des Neigungswinkels α; der Radabstützrampe 6 im Zusammenwirken mit der crashbedingten Bewegung des Rades 3 (Kraftniveau F2 , Deformationsweg δs2) .

Claims

Patentansprüche

Tragstruktur für einen Kraftwagen, die an einem vorderen Ende einer Sicherheitsfahrgastzelle (1) mit einem Vorderwagen mit einer Knautschzone (2) und zwei im Bereich der Knautschzone seitlich angeordneten Radläufen versehen ist, in denen jeweils ein Rad (3) , bestehend aus einem Radreifen (4) und einer Radfelge (5), angeordnet ist, wobei aus der Fahrtrichtung gesehen eine schräg nach unten verlaufende Radabstützrampe (6) ausgebildet ist, durch welche das infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone (2) gegen die Radabstützrampe (6) bewegte jeweilige Rad (3) in Richtung der Sicherheitsfahrgastzelle (1) nach unten führbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für jedes Rad (3) jeweils ein zusätzliches Radprallelement (7) vorgesehen ist, welches durch das infolge der crashbedingten Verformung der Knautschzone (2) bewegte jeweilige Rad (3) zur entsprechenden zusätzlichen Energieauf ahme verformbar ist .

Tragstruktur nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Kraft, welche aufgrund der Bewegung infolge der crashbedingten Verformung der Knautschzone (2) des jeweiligen Rades (3) auf die Radabstützrampe (3) wirkt, über geeignete Konstruktionsparameter der Radabstützrampe (6) und/oder des jeweiligen Radprallelements (7) mit einer Kraft abstimmbar ist, welche aufgrund der Bewegung infol- ge der crashbedingten Verformung der Knautschzone (2) des jeweiligen Rades (3) auf das jeweilige Radprallelement (7) wirkt.

Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass geeignete Konstruktionsparameter Materialeigenschaften, insbesondere Festigkeit und Steifigkeit, der Radabstützrampe (6) und/oder des jeweiligen Radprallelements (7) und/oder Deformationswege der Radabstützrampe (6) und/oder des jeweiligen Radprallelements (7) und/oder der Geometrie der Radabstützrampe (6) , insbesondere ein Winkel (c) der schräg nach unten verlaufenden Radabstützrampe (6) und/oder des jeweiligen Radprall- elements (7) , insbesondere ein konstruktiv vorgegebener Abstand des Rades (3) vom Radprallelement (7) , sind.

Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das jeweilige Radprallelement (7) als Verlängerung eines jeweiligen Schwellers (8) der Sicherheitsfahrgastzelle (1) in Richtung des jeweiligen Rades (3) ausgebildet ist.