WO2004106146A1 - Sicherheitsvorrichtung für eine kraftwagen-rohbaustruktur - Google Patents

Sicherheitsvorrichtung für eine kraftwagen-rohbaustruktur Download PDF

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Josef Sailer
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    • B60R2021/0002—Type of accident
    • B60R2021/0004—Frontal collision

Definitions

  • the invention relates to a safety device for a body-in-white structure according to the preamble of claim 1.
  • a generic safety device for a motor vehicle body structure is known for example from DE 198 12 701 AI.
  • the known safety device for a motor vehicle body-in-white structure has longitudinal members running in the longitudinal direction of the vehicle and a cross member belonging to a bumper arrangement.
  • a deformation element for absorbing impact energy in the event of a vehicle impact is arranged between the cross member and the side members.
  • EP 0 067 407 AI discloses a body-in-white structure in which existing cavities are used to arrange components from an engine compartment, such as a wash water tank. Such a cavity is formed in the vertical direction by an engine compartment partition and an outer plate of a fender that runs essentially parallel to it. In the horizontal direction, the cavity is delimited by a splash guard and an extension of the bumper arrangement. A container for wash water is arranged in the cavity.
  • the present invention has for its object to provide a safety device for a body-in-white structure by which the safety of vehicle occupants is increased.
  • the invention is characterized by an energy absorption element which is arranged on the cross member of the bumper arrangement and in such a way that it extends between the cross member and a wheel arch. It is conceivable that the energy absorption element at least partially limits the wheel arch.
  • the arrangement of the energy absorption element according to the invention opens up an additional force path into the body shell structure, which runs from the cross member via the energy absorption element into a wheel and from the wheel further into a side longitudinal member extending behind the wheel.
  • the opening of an additional force path brings various advantages. In the event of a crash, the energy absorption element presses on the wheel prematurely. This means that the wheel is pressed against the side longitudinal member earlier. This prevents the wheel from turning in on impact and thus contributes to higher energy absorption.
  • the vehicle In the event of a vehicle colliding with an obstacle, the vehicle is braked abruptly, with sudden energy dissipation of the moving vehicle. Because the vehicle is not rigid, the vehicle is decelerated and thus the energy dissipated not at one stroke but over a certain period of time. If you plot the vehicle deceleration over time, you get a so-called deceleration or Acceleration characteristic (negative acceleration of the vehicle). This deceleration characteristic depends on how the vehicle is constructed and - if you look at the front area of a vehicle - which units are arranged in it, so that each vehicle has a specific deceleration characteristic. It is particularly favorable with regard to loads on vehicle occupants if the deceleration begins as early as possible and then continues at the same level. This avoids delay peaks, i.e. high delays within a very short time, which put a heavy load on vehicle occupants.
  • Deceleration values are lower if there are cavities in the vehicle that do not offer any resistance to the impact. The reason for this is that you cannot dissipate energy through such cavities. If such cavities are arranged, for example, in front of an engine in a front area of a vehicle, most of the deceleration of the vehicle after an impact only begins when the cavities are pushed together in front of the engine and a block is formed between the cross member and the engine body. As a result, the majority of the energy is only dissipated in the end over a short distance and in the shortest possible time, which leads to those deceleration peaks and thus to heavy loads on vehicle occupants. As the cavities are pushed together, time therefore lapses that is not used to absorb energy.
  • the inventive arrangement of the energy absorption element which fills a cavity and thus the early inclusion of the wheel and the side longitudinal member in the force path, early energy can be reduced and energy converted.
  • the deceleration characteristic curve rises earlier, resulting in force peaks during energy degradation can be avoided. This effectively prevents intravenous wall intrusion.
  • the creation of an additional so-called external force path means that the energy in the vehicle stem can be reduced more evenly, since not only the path over the middle, ie via the inner side members and the drive unit, is selected.
  • the energy absorption element it is conceivable to make the energy absorption element at least partially hollow. This has the advantage that it can serve as a container for holding liquids, for example.
  • the energy absorption element such that it only absorbs energy when a predetermined force is exceeded. Energy is usually absorbed by deformation of the corresponding component . associated.
  • the configuration of the energy absorption element just described makes it possible to transmit energy via the energy absorption element until the predetermined force is reached, which energy can be used to shift the wheel arranged behind the energy absorption element against the side longitudinal member. Only when the wheel has reached the side member can a deformation take place with accompanying energy absorption.
  • the energy absorption element as a container for operating materials, for example wash water.
  • the integration of several tasks in one component brings advantages in terms of the manufacturing costs.
  • the container for operating materials can have an additional structure that serves to absorb energy. This additional structure can be arranged both in the container and outside the container. An arrangement in the container has advantages with respect. of the installation space with itself.
  • Fig. 1 is a three-dimensional view of a stem of a motor vehicle shell structure from the side
  • Fig. 2 shows a half of the body shell structure of Figure 1 from below and
  • Fig. 3 is a three-dimensional view of a container according to the invention.
  • Figure 1 the left side of a stem of a motor vehicle body structure is shown three-dimensionally.
  • parts of the outer cladding - a front hood 1 and a fender 2 - are shown.
  • a front wheel 3 can be seen, which is arranged in a wheel arch 4.
  • a side longitudinal beam 5 adjoins the latter, which extends from the wheel arch 4 in the vehicle longitudinal direction along the outer bodyshell structure.
  • a central longitudinal beam 6 running behind the wheel.
  • the central longitudinal beam 6 also extends in the vehicle longitudinal direction, starting at the front end of the vehicle.
  • a bumper arrangement voltage 7 is provided, which is described in connection with Figure 2 in more detail.
  • a container 8 is arranged on the bumper arrangement 7.
  • the container 8 is positioned so that it extends between the bumper assembly 7 and the front wheel 3. It is spaced apart from the front wheel 3 so that the movement which the front wheel 3 executes when steering is not impaired.
  • FIG. 2 shows one half of the stem according to FIG. 1 from below.
  • the front wheel 3 arranged in the wheel arch 4 can also be seen here. Behind the wheel arch 4, the side member 5 joins. Also in the longitudinal direction, adjacent to the wheel arch 4, is the central longitudinal beam 6, on which an integral beam 9 is arranged, which carries a wheel suspension 11.
  • the bumper arrangement 7 is arranged at the end of the side member 6 pointing forward in the direction of travel (arrow F). This has a cross member 12 and crash boxes 13, not shown, via which the cross member is connected to the central longitudinal member.
  • the container 8 is fastened to the cross member 12 by means of conventional fastening means. It is also conceivable to fasten the container 8 to other suitable elements of the body-in-white structure.
  • Fig. 3 the container 8 is shown. It has two projections 14 with recesses 15 for receiving fastening elements, not shown. In addition, an opening 16 is provided through which the liquids to be accommodated by the container 8 can be filled or removed. Ribs 17 are provided on the outer structure of the container and set the deformation behavior of the container can be. Depending on how long and wide the ribs 17 are made or how many ribs 17 are provided, the container 8 behaves differently in the event of an impact and can absorb energy accordingly.
  • an impact force A introduced into the vehicle in the event of a vehicle impact is introduced into the body-in-white structure of the vehicle.
  • the impact force A is first introduced into the cross member 12 of the bumper arrangement 7.
  • a first force path then runs via the crash box 13 into the middle longitudinal member 6.
  • Another outer force path runs from the cross member 12 of the bumper arrangement 7 into the container 8.
  • the container 8 is initially pushed backwards with the bumper arrangement 7 until he touches the front wheel 3.
  • the container 8 is designed so stiff that the next step is a displacement of the front wheel 3 up to the side longitudinal member 5.
  • the container 8 is deformed with a corresponding energy absorption.
  • the additional lateral force path absorbs targeted impact energy on the one hand. Furthermore, the front wheel is pressed against the side longitudinal member at an early stage, which on the one hand considerably reduces the possibility of turning the front wheel in and on the other hand closes an additional force path at an early stage, via which energy can be dissipated. Above all, the early breakdown of impact energy has a positive effect on the deceleration characteristic because early breakdown of energy helps to reduce force peaks. This reduction has a positive effect on the load on vehicle occupants. An early and additional depletion of energy in the Vehicle stem also has the advantage that front wall intrusion is reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur mit seitlichen Längsträgern (5), die sich von einem Radkasten (4) entlang der äusseren Rohbaustruktur in Fahrtrichtung (F) erstrecken sowie einer in Fahrtrichtung (F) vor dem Radkasten (4) angeordneten Stossfängeranordnung (7) mit einem Querträger (12) und einem Energieabsorptionselement. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur zu schaffen, durch die die Sicherheit von Fahrzeuginsassen erhöht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das Energieabsorptionselement an dem Querträger (12) auf Höhe des Radkastens (4) angeordnet ist, so dass es sich zwischen dem Querträger (12) und dem Radkasten (4) erstreckt.

Description

Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur ist beispielsweise aus der DE 198 12 701 AI bekannt. Die bekannte Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur weist in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufende Längsträger sowie einen zu einer Stoßfängeranordnung gehörenden Querträger auf. Zwischen dem Querträger und den Längsträgern ist ein Deformationselement zur Absorption von Aufprallenergie bei einem Fahrzeugaufprall angeordnet .
Des Weiteren ist aus der EP 0 067 407 AI eine Kraftwagen-Rohbaustruktur bekannt, bei der bestehende Hohlräume genutzt werden, um Bauteile aus einem Motorraum, wie beispielsweise einen Waschwasserbehälter, anzuordnen. Ein derartiger Hohlraum wird in vertikaler Richtung durch eine Motorraum- Trennwand sowie ein dazu im Wesentlichen parallel verlaufendes Außenblech eines Kotflügels gebildet. In horizontaler Richtung wird der Hohlraum durch einen Spritzschutz sowie eine Verlängerung der Stoßfängeranordnung begrenzt . In dem Hohlraum ist ein Behälter für Waschwasser angeordnet. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur zu schaffen, durch die Sicherheit von Fahrzeuginsassen erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich durch ein Energieabsorptionselement aus, welches an den Querträger der Stoßfängeranordnung angeordnet ist und zwar so, dass es sich zwischen dem Querträger und einem Radkasten erstreckt. Es ist denkbar, dass das Energieabsorptionselement den Radkasten zumindest teilweise begrenzt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Energieabsorptionselements wird ein zusätzlicher Kraftpfad in die Kraftwagen-Rohbaustruktur eröffnet, der vom Querträger über das Energieabsorptionselement in ein Rad und von dem Rad weiter in einen sich hinter dem Rad erstreckenden seitlichen Längsträger verläuft. Die Eröffnung eines zusätzlichen Kraftpfades bringt verschiedenste Vorteile mit sich. Beim Crash drückt das Energieabsorptionselement vorzeitig auf das Rad. Dadurch wird das Rad frühzeitiger gegen den seitlichen Längsträger gedrückt . Dieses verhindert ein Eindrehen des Rades beim Aufprall und trägt damit zu einer höheren Energieabsorption bei.
Im Falle eines Aufpralls eines Fahrzeugs auf ein Hindernis wird das Fahrzeug abrupt abgebremst, wobei schlagartig Energie des sich bewegenden Fahrzeugs abgebaut wird. Weil das Fahrzeug nicht starr ist, erfolgt die Fahrzeugverzögerung und damit der Energieabbau nicht mit einem Schlag sondern über eine gewisse Zeit . Trägt man die Fahrzeugverzögerung über der Zeit auf, so erhält man eine sogenannte Verzögerungs- oder Beschleunigungskennline (negative Beschleunigung des Fahrzeugs) . Diese Verzögerungskennlinie ist abhängig davon, wie das Fahrzeug aufgebaut ist und - wenn man den Frontbereich eines Fahrzeugs betrachtet - welche Aggregate darin angeordnet sind, so dass jedes Fahrzeug eine spezifische Verzögerungskennlinie aufweist. Besonders günstig in Bezug auf Belastungen von Fahrzeuginsassen ist es, wenn die Verzögerung möglichst früh anfängt und dann auf gleichem Niveau fortgeführt wird. Dadurch werden Verzögerungspeaks, also hohe Verzögerungen innerhalb kürzester Zeit, vermieden, die eine starke Belastung für Fahrzeuginsassen bedeuten.
Verzögerungswerte sind geringer, wenn Hohlräume im Fahrzeug vorhanden sind, die dem Aufprall keinen Widerstand entgegensetzen. Das liegt daran, dass man durch solche Hohlräume keine Energie abbauen kann. Sind solche Hohlräume beispielsweise vor einem Motor in einem Frontbereich eines Fahrzeugs angeordnet, so setzt der größte Teil der Verzögerung des Fahrzeugs nach einem Aufprall erst dann ein, wenn die Hohlräume vor dem Motor zusammengeschoben sind und es zu einer Blockbildung Querträger - Motor - Rohbau kommt. Das führt dazu, dass der größte Teil der Energie erst am Ende über einen geringen Weg und in kürzester Zeit abgebaut wird, was zu jenen Verzögerungspeaks und somit zu starken Belastungen von Fahrzeuginsassen führt. Während des Zusammenschiebens der Hohlräume verstreicht demnach Zeit, die nicht zur Absorption von Energie genutzt wird.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Energieabsorptionselements, welches einen Hohlraum ausfüllt und somit die frühzeitige Einbeziehung des Rades und des seitlichen Längsträgers in den Kraftpfad, kann frühzeitiger Kraft abgebaut und Energie umgewandelt werden. Dadurch steigt die Verzögerungskennlinie frühzeitiger an, wodurch Kraftspitzen beim Energie- abbau vermieden werden können. Dadurch wird einer Stirnwan- dintrusion wirkungsvoll vorgebeugt. Hinzu kommt, dass durch die Schaffung eines zusätzlichen sogenannten äußeren Kraftpfades die Energie im Fahrzeugvorbau gleichmäßiger abgebaut werden kann, da nicht nur der Weg über die Mitte, d. h. über die inneren Längsträger und das Antriebsaggregat, gewählt wird.
Es ist denkbar, das Energieabsorptionselement zumindest teilweise hohl auszubilden. Das bringt den Vorteil mit sich, dass es als Behälter zur Aufnahme beispielsweise von Flüssigkeiten dienen kann.
Weiterhin ist es denkbar, das Energieabsorptionselement so auszubilden, dass es erst bei Überschreiten einer vorbestimmten Kraft Energie absorbiert. Eine Absorption von Energie geht in der Regel mit einer Deformation des entsprechenden Bauteils . einher. Die soeben beschriebene Ausgestaltung des Energieabsorptionselementes ermöglicht es, über das Energieabsorptionselement bis zum Erreichen der vorbestimmten Kraft Energie zu übertragen, die dazu genutzt werden kann, das hinter dem Energieabsorptionselement angeordnete Rad gegen den seitlichen Längsträger zu verschieben. Erst wenn das Rad den Längsträger erreicht hat, kann eine Deformation mit einhergehender Energieabsorption erfolgen.
Weiterhin ist es denkbar, das Energieabsorptionselement als einen Behälter für Betriebsstoffe, beispielsweise Waschwasser, auszubilden. Das bringt den Vorteil mit sich, dass das Energieabsorptionselement zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllt, Energieabbau und Aufnahme von Betriebsstoffen, wodurch erheblicher Bauraum im Fahrzeugvorbau gespart werden kann. Zudem bringt die Integration von mehreren Aufgaben in ein Bauteil Vorteile bzgl . der Herstellungskosten mit sich. Der Behälter für Betriebsstoffe kann eine Zusatzstruktur aufweisen, die der Energieaufnahme dient. Diese Zusatzstruktur kann sowohl in dem Behälter als auch außerhalb des Behälters angeordnet sein. Eine Anordnung in dem Behälter bringt Vorteile bzgl . des Bauraums mit sich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Vorbaus einer Kraftwagen-Rohbaustruktur von der Seite
Fig. 2 eine Hälfte der Kraftwagen-Rohbaustruktur gemäß Figur 1 von unten sowie
Fig. 3 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Behälters .
In Figur 1 ist die linke Seite eines Vorbaus einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur dreidimensional dargestellt. Neben der Rohbaustruktur sind Teile der Außenbeplankung - eine Front- haube 1 sowie ein Kotflügel 2 - dargestellt. Zudem ist ein Vorderrad 3 zu erkennen, welches in einem Radkasten 4 angeordnet ist.
In Fahrtrichtung (Pfeil F) hinter dem Radkasten 4 schließt sich an diesen ein seitlicher Längsträger 5 an, der sich von dem Radkasten 4 in Fahrzeuglängsrichtung entlang der äußeren Rohbaustruktur erstreckt. Ebenfalls erkennbar ist oberhalb einer nicht dargestellten Radachse ein hinter dem Rad verlaufender mittlerer Längsträger 6. Der mittlere Längsträger 6 erstreckt sich ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung, beginnend am vorderen Ende des Fahrzeugs. An dem nach vorne weisenden Ende des mittleren Längsträgers 6 ist eine Stoßfängeranord- nung 7 vorgesehen, die im Zusammenhang mit der Figur 2 noch näher beschrieben wird.
An der Stoßfängeranordnung 7 ist ein Behälter 8 angeordnet . Der Behälter 8 ist so positioniert, dass er sich zwischen der Stoßfängeranordnung 7 und dem Vorderrad 3 erstreckt. Er ist beabstandet von dem Vorderrad 3 anordnet, so dass die Bewegung, die das Vorderrad 3 beim Lenken ausführt, nicht beeinträchtigt ist.
In der Figur 2 ist eine Hälfte des Vorbaus gemäß Figur 1 von unten dargestellt. Auch hier ist das in dem Radkasten 4 angeordnete Vorderrad 3 zu erkennen. Hinter dem Radkasten 4 schließt sich der seitliche Längsträger 5 an. Ebenso in Längsrichtung verläuft, an den Radkasten 4 angrenzend, der mittlere Längsträger 6, an dem ein Integralträger 9 angeordnet ist, der eine Radaufhängung 11 trägt.
An dem in Fahrtrichtung (Pfeil F) nach vorne weisenden Ende des Längsträgers 6 ist die Stoßf ngeranordnung 7 angeordnet. Diese weist einen Querträger 12 sowie nicht näher dargestellte Crashboxen 13 auf, über die der Querträger mit dem mittleren Längsträger verbunden ist. An dem Querträger 12 ist der Behälter 8 über übliche Befestigungsmittel befestigt. Es ist auch denkbar, den Behälter 8 an anderen geeigneten Elementen der Kraftwagen-Rohbaustruktur zu befestigen.
In Fig. 3 ist der Behälter 8 dargestellt. Er weist zwei Vorsprünge 14 mit Ausnehmungen 15 zur Aufnahme von nicht dargestellten Befestigungselementen auf. Zudem ist eine Öffnung 16 vorgesehen, über die die von dem Behälter 8 aufzunehmenden Flüssigkeiten eingefüllt bzw. entnommen werden können. An der äußeren Struktur des Behälters sind Rippen 17 vorgesehen, ü- ber die das Deformationsverhalten des Behälters eingestellt werden kann. Je nachdem wie lang und breit die Rippen 17 ausgeführt sind bzw. wieviele Rippen 17 vorgesehen sind, verhält sich der Behälter 8 bei einem Aufprall anders und kann entsprechend Energie absorbieren.
Im Folgenden wird beschrieben, wie eine bei einem Fahrzeugaufprall in das Fahrzeug eingeleitete Aufprallkraft A in die Kraftwagen-Rohbaustruktur eingeleitet wird. Die Aufprallkraft A wird bei einem Frontalaufprall zunächst in den Querträger 12 der Stoßfängeranordnung 7 eingeleitet. Ein erster Kraft- pfad verläuft dann über die Crashbox 13 in den mittleren Längsträger 6. Ein weiterer äußerer Kraftpfad verläuft von dem Querträger 12 der Stoßfängeranordnung 7 in den Behälter 8. Der Behälter 8 wird mit der Stoßfängeranordnung 7 zunächst so lange nach hinten verschoben, bis er das Vorderrad 3 berührt. Der Behälter 8 ist so steif ausgelegt, dass als nächster Schritt eine Verschiebung des Vorderrades 3 bis an den seitlichen Längsträger 5 erfolgt. Sobald der zweite, äußere Kraftpfad geschlossen ist, erfolgt eine Deformation des Behälters 8 mit einer entsprechenden Energieaufnahme.
Durch den zusätzlichen seitlichen Kraftpfad wird zum einen gezielt Aufprallenergie absorbiert. Des Weiteren wird das Vorderrad frühzeitig gegen den seitlichen Längsträger gedrückt, wodurch zum einen die Möglichkeit zum Eindrehen des Vorderrades erheblich reduziert wird und zum anderen frühzeitig ein zusätzlicher Kraftpfad geschlossen wird, über den Energie abgebaut werden kann. Vor allem der frühzeitige Abbau von Aufprallenergie wirkt sich positiv auf die Verzögerungskennlinie aus, weil ein frühzeitiger Energieabbau dazu beiträgt, dass Kraftspitzen reduziert werden. Diese Reduzierung wirkt sich positiv auf die Belastung von Fahrzeuginsassen aus. Ein frühzeitiger und zusätzlicher Abbau von Energie im Fahrzeugvorbau hat zusätzlich den Vorteil, dass Stirnwandin- trusionen verringert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Sicherheitsvorrichtung für eine Kraftwagen-Rohbaustruktur mit seitlichen Längsträgern (5) , die sich von einem Radkasten (4) entlang der äußeren Rohbaustruktur in Fahrtrichtung (F) erstrecken sowie einer in Fahrtrichtung (F) vor dem Radkasten (4) angeordneten Stoßfängeranordnung (7) mit einem Querträger (12) und einem Energieabsorptionselement, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Energieabsorptionselement an dem Querträger (12) der Stoßfängeranordnung (7) auf Höhe des Radkastens (4) so angeordnet ist, dass es sich zwischen Querträger (12) und Radkasten (4) erstreckt.
2. Sicherheitsvorrichtung 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 das Energieabsorptionselement zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.
3. Sicherheitsvorrichtung 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 das Energieabsorptionselement so ausgebildet ist, dass es bei Überschreiten einer vorbestimmten Kraft Energie absorbiert .
4. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Energieabsorptionselement als Behälter (8) für
Betriebstoffe ausgebildet ist.
5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Behälter (8) eine Zusatzstruktur zur Energieaufnahme aufweist.
6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zusatzstruktur in den Behälter (8) integriert ist .
7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zusatzstruktur außerhalb des Behälters (8) angeordnet ist.
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