WO2014139680A1 - Längsträgeranordnung für eine fahrzeugkarosserie - Google Patents

Längsträgeranordnung für eine fahrzeugkarosserie Download PDF

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WO2014139680A1
WO2014139680A1 PCT/EP2014/000676 EP2014000676W WO2014139680A1 WO 2014139680 A1 WO2014139680 A1 WO 2014139680A1 EP 2014000676 W EP2014000676 W EP 2014000676W WO 2014139680 A1 WO2014139680 A1 WO 2014139680A1
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WO
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deformation
longitudinal
force
longitudinal beam
beam arrangement
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PCT/EP2014/000676
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Döll
Andreas Lehr
Ulrich Dugnus
Original Assignee
Audi Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B62D21/152—Front or rear frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
    • B60R19/34—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means destroyed upon impact, e.g. one-shot type

Definitions

  • the invention relates to a side member assembly for a vehicle body having at least two parallel longitudinal members, which are connected to a passenger compartment of the vehicle body. Furthermore, the invention relates to a front end and / or rear structure of a vehicle body with a side member assembly according to the invention.
  • vehicle bodies have in their front carriages longitudinally extending side members which have longitudinal beam sections with different deformation resistances.
  • Such side member structures fulfill on the one hand support functions and on the other hand also safety functions in that in the event of a frontal impact crash energy is to be dissipated and absorbed and as a result the passenger compartment remains virtually undeformed.
  • a longitudinal beam structure is known, for example, from EP 0 602 331 A1, in which a longitudinal beam is subdivided into an energy-consuming first carrier section and an easily deformable second carrier section facing the passenger compartment, whereby the passenger compartment is only slightly deformed in the event of a collision.
  • a generic longitudinal beam arrangement is known from DE 10 2010 018 691 A1, which is arranged in each case on both sides in the front of a vehicle and each has longitudinal beam structure sections with different deformation resistances.
  • These longitudinal structural sections should be designed such that in the event of a crash during a covering of a response path of a restraint system assigned to the vehicle occupant within a "slack belt" the vehicle initially decelerates so strongly is that causes a quick coupling of the vehicle occupant to the restraint system and then the force level of one of the longitudinal beam structural sections is lowered to a certain lower value, so that the vehicle is decelerated to a stop lower and thereby the vehicle occupant experiences a lower load by the restraint system , During the crash, the vehicle undergoes a degressive deceleration.
  • longitudinal beam assembly consists of two parallel connected, each forming a load path longitudinal beam structure sections, which in combination have a force level which causes the described early coupling of the vehicle occupant to the restraint system.
  • One of the two load paths is interrupted by failure or automatic release or by means of a pyrotechnic element or an actuator assisted release of the respective longitudinal beam structure portion of the front side rail structure of the front end, whereby the force level of this side rail section can be defined lowered.
  • the longitudinal beam structure section which can be lowered by the failure or automatic release or by means of an actuator assisted release from the front side rail structure of the front rail or the relevant load path can be interrupted, has a higher force level than the other side rail structure section.
  • a disadvantage of this prior art according to DE 10 2010 0 8 691 A1 is the low application width of such a side member assembly.
  • Such a longitudinal member arrangement for a vehicle body with at least two parallel longitudinal members which are connected to a passenger compartment of the vehicle body, according to the invention is characterized in that
  • a first longitudinal beam is formed in the longitudinal direction thereof with at least one first plastically deformable deformation section and a second deformation section connected to the same via an intermediate element, wherein the second deformation section exceeds a predetermined force by a deformation force to a deformation force level with one opposite the trigger force small value decreases and the first deformation portion is formed with a deformation force level which is smaller than the trigger force and
  • a second longitudinal member is plastically deformable and integrally formed parallel to the first longitudinal member running.
  • the intermediate element of the first longitudinal member acts as a "switch" in such a crash operation, since after the deformation of the first deformation section further deformation is initially blocked by the intermediate element and thereby the deformation force increases and only by exceeding the trigger force a failure, preferably an abrupt Failure ie a drop in the deformation resistance of the second deformation section is effected, so that in the further deformation curve, the deformation force level with respect to the trigger force only a small value, preferably substantially zero.
  • the intermediate element is formed with a higher rigidity than the first and second deformation portion of the first longitudinal member. This further improves the so-called “switch function", so that a sharp separation of the respective deformation processes at the first and second deformation sections is achieved.
  • both the first and the second deformation portion of the first longitudinal member are formed as a hollow profile.
  • Deformation force levels can also be influenced by the choice of materials.
  • the first deformation section of the first longitudinal member is preferably made of light metal, preferably made of aluminum, whereby a plastic deformation behavior of the first deformation section is achieved.
  • fiber-reinforced plastic material can also be used for this first deformation section.
  • Such fiber-reinforced materials are characterized by the fact that with their help, the component properties can be adjusted not only on the geometry but in addition by the inner layer structure within wide limits.
  • a deformation section of the first longitudinal member can be designed so that it is destroyed under a compressive load in an energetically stable and efficient manner by so-called axial crushing or, secondly, that such a deformation section is called the trigger force under a compressive load when a critical force is reached.
  • energetically inefficient brittle failure or collapse and as a result has a deformation resistance to zero.
  • the production takes place in such a way that the first deformation section has the first described behavior, ie under compressive stress in the longitudinal direction of the first carrier this first deformation section is destroyed in an energy-stable and efficient manner by axial crushing, and a deformation force level less than the trigger force is formed to specifically reduce energy.
  • the second deformation portion of the first longitudinal member of a fiber-reinforced plastic mate- rial preferably of a carbon fiber reinforced or glass fiber reinforced plastic (CFRP, GFRP)
  • the second-mentioned behavior of the fiber reinforced material is realized, so that under a pressure load on reaching the critical Force, called the trigger force, energetically inefficient brittle failure or collapse and as a result has a deformation resistance to zero.
  • the second deformation section of the first longitudinal member made of sheet steel with at least one predetermined breaking point, which is preferably formed as a bead. About the geometry and number of beads, the deformation force level of the second deformation section can be adjusted.
  • the longitudinal beam arrangement according to the invention can be used with advantage for a front end and / or rear end structure of a vehicle body.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a side member assembly according to the invention in a side view
  • Figure 2 is a schematic representation of a first longitudinal member of
  • Figures 3 are schematic representations of a first longitudinal member of
  • FIG. 1 shows, in a highly schematic representation, a side member arrangement
  • This longitudinal member arrangement 1 is connected at one end to an end wall 12 of a passenger compartment 11 of the vehicle body 10 and terminates at the opposite end, for example with a baffle plate fifth
  • This longitudinal beam assembly 1 comprises two parallel longitudinal members, namely a first longitudinal member 2 and a second longitudinal member 3, which are connected, for example, at their free ends by the baffle plate 5.
  • Such an arrangement of two longitudinal beams 2 and 3 is arranged on opposite sides of the front end structure of the vehicle body 10.
  • the first side member 2 is composed of a plurality of parts and includes, with respect to the longitudinal direction of the vehicle body, a front first deformation portion 2a connected to a second deformation portion 2b via an intermediate member 2c toward the end wall 12, these deformation portions 2a and 2b and the intermediate member 2c have different deformation resistances.
  • the second side member 3, however, is constructed in one piece and plastically deformable.
  • the deformation resistance of the first deformation section 2a is smaller than that of the second deformation section 2b and the intermediate element 2c, so that first a deformation of the first deformation section 2a occurs at a high deformation force level until the deformation front after a deformation path si the intermediate element 2c achieved due to its higher stiffness or higher deformation resistance blocks the crash front and thereby increases the deformation force F and thereby reaches or exceeds the value of a triggering force, thereby causing the second deformation portion 2b of the first side member 2 substantially loses its load capacity, Thus, it falls to a deformation force level whose value is substantially zero, or at least substantially less than the value of the trigger force, as shown in FIG. 4a.
  • This second deformation section 2b of the first longitudinal member 2 is thus designed such that, as long as the deformation force F remains below the value of the trigger force, has a sufficient load capacity and only after reaching the value of the trigger force of this second deformation section 2b loses its capacity, ie shows a soft deformation behavior.
  • the intermediate element 2c acts in the manner of a "switch", after which the behavior of the second deformation section 2b is switched from a stiff behavior, ie from a high load capacity, to a labile or unstable behavior with a low deformation force level.
  • this first side member 2 in total on a degressive deformation behavior.
  • the second longitudinal member 3 of the side member assembly 1 has according to the diagram of Figure 4b a conventional progressive deformation behavior.
  • the deformation process begins at a high deformation force level which, upon reaching the deformed onsweges s- ⁇ , which corresponds to the deformation path si according to FIG. 4a, drops to a lower value and remains at this low level until the end s 2 of the deformation path.
  • Figures 2 and 3 illustrate specific embodiments of the first longitudinal member 2, wherein in these figures 2 and 3, the representation of the second longitudinal member 3 is omitted.
  • the first longitudinal beam 2 consists of a first deformation section 2a, which is made as a hollow profile made of aluminum and connected to an intermediate element 2c produced as a cast part, for example of die-cast aluminum.
  • This casting 2 c can be used simultaneously for bonding a subframe of the vehicle body 10.
  • the second deformation portion 2b is formed as a hollow profile and made of a fiber-reinforced plastic, such as CFRP or GRP and is connected at one end to the intermediate element 2c and the other end to the end wall 12. Further, in the direction of the end wall 12, this second deformation portion 2b is conically widening.
  • the setting of the deformation resistance of these two deformation sections 2a and 2b to achieve the above-described deformation behavior of the first longitudinal member 2 is effected by an appropriate choice of geometry, the cross-section of the hollow profiles used and the material thicknesses.
  • the crash properties of the second deformation section 2b are also influenced by the fiber used and the layer structure and has the property to fail energetically inefficiently under a pressure load on reaching the trigger force or collapse and as a result fall to a deformation resistance of approximately zero, such as this is shown in Figure 4a.
  • a fiber-reinforced plastic can likewise be used for the first deformation section 2 a.
  • this first deformation portion 2a is destroyed energetically stably and efficiently by axial crushing, and a deformation force level less than the trigger force is formed to selectively dissipate energy.
  • the first longitudinal beam 2 according to FIG. 3a has a first deformation section 2a constructed in accordance with the first longitudinal beam 2 according to FIG. 2, which has an intermediate element 2c, which is likewise produced as a cast part, for example of die-cast aluminum, with a hollow profile-like second deformation section 2b made of sheet steel is connected, which in turn is connected to an end wall 12 of a passenger compartment 10 in turn.
  • This second deformation section 2b has two predetermined breaking points formed as beads 4, which during a deformation process lead to buckling and thus to a failure of this second deformation section 2b.
  • FIG. 3b The result of such a deformation process is shown in FIG. 3b when a deformation force F acts on the first side member 2 in the longitudinal direction.
  • a deformation force F acts on the first side member 2 in the longitudinal direction.
  • the first deformation portion 2a has deformed by buckling and wrinkling, while the second deformation portion has failed by buckling in the region of the two beads 4.
  • the deformation resistances is adjusted by appropriate selection of the cross sections of the hollow profile-like deformation sections 2a and 2b and their geometry and wall thicknesses.
  • the first longitudinal beam 2 can also be constructed from more than two deformation sections 2a and 2b with a corresponding number of intermediate elements 2c, in order, by appropriate selection of different deformations tion resistors to achieve a desired deformation force profile of the side member assembly 1.
  • the second deformation section 2 b is designed in such a way that, when the triggering force is reached, the deformation resistance collapses almost abruptly due to the deformation force, or at least greatly reduced.
  • This passive initiation of such a behavior can also be brought about actively by, for example, the intermediate element 2c having a crash sensor which causes a destruction of the second deformation section or a detachment of the intermediate element 2c by means of pyrotechnic means or by means of an actuator with detection of the trigger force.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Längsträgeranordnung (1) für eine Fahrzeugkarosserie (10) mit wenigstens zwei parallel verlaufenden Längsträgern (2, 3), welche an eine Fahrgastzelle (11) der Fahrzeugkarosserie (10) angebunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein erster Längsträger (2) in dessen Längsrichtung mit mindestens einem ersten plastisch verformbaren Deformationsabschnitt (2a) und einem über ein Zwischenelement (2c) mit demselben verbundenen zweiten, an die Fahrgastzelle (11) angebundenen Deformationsabschnitt (2b) ausgebildet ist, wobei der zweite Deformationsabschnitt (2b) bei Überschreiten einer bestimmten Triggerkraft durch eine Deformationskraft auf ein Deformationskraftniveau mit einem gegenüber der Triggerkraft kleinen Wert abfällt und der erste Deformationsabschnitt (2a) mit einem Deformationskraftniveau ausgebildet ist, welches kleiner als die Triggerkraft ist und ein zweiter Längsträger (3) plastisch verformbar und einstückig parallel zum ersten Längsträger (2) verlaufend ausgebildet ist.

Description

Längsträgeranordnung für eine Fahrzeugkarosserie
Die Erfindung betrifft eine Längsträgeranordnung für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens zwei parallel verlaufenden Längsträgern, welche an eine Fahrgastzelle der Fahrzeugkarosserie angebunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Vorderwagen- und/oder Hinterwagenstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung.
In der Regel weisen Fahrzeugkarosserien in deren Vorderwagen in Längsrichtung verlaufende Längsträger auf, die Längsträgerabschnitte mit unterschiedlichen Verformungswiderständen aufweisen. Solche Längsträgerstrukturen erfüllen zum einen Tragfunktionen und zum anderen auch Sicherheitsfunktionen, indem im Falle eines Frontalaufpralls Crashenergie abgebaut und absorbiert werden soll und infolgedessen die Fahrgastzelle nahezu unver- formt bleibt. Eine solche Längsträgerstruktur ist bspw. aus der EP 0 602 331 A1 bekannt, bei welcher ein Längsträger in einen energieverzehrenden ersten Trägerabschnitt und einen leicht deformierbaren, der Fahrgastzelle zugewandten zweiten Trägerabschnitt unterteilt ist, wodurch im Kollisionsfall die Fahrgastzelle nur wenig verformt werden soll.
Eine gattungsbildende Längsträgeranordnung ist aus der DE 10 2010 018 691 A1 bekannt, die im Vorderwagen eines Fahrzeugs jeweils beidseitig angeordnet ist und jeweils Längsträgerstrukturabschnitte mit unterschiedlichen Verformungswiderständen verfügt. Diese Längsstrukturabschnitte sollen derart ausgebildet sein, dass im Crashfall während eines Zurücklegens eines Ansprechweges eines dem Fahrzeuginsassen zugeordneten Rückhaltesystems innerhalb einer„Gurtlose" das Fahrzeug zunächst derart stark verzögert wird, dass eine schnelle Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystems bewirkt und anschließend das Kraftniveau eines der Längsträger- Strukturabschnitte auf einen bestimmten geringeren Wert abgesenkt wird, so dass das Fahrzeug bis zum Stillstand geringer verzögert wird und dadurch der Fahrzeuginsasse eine geringere Belastung durch das Rückhaltesystem erfährt. Während des Crashvorganges erfährt das Fahrzeug eine degressive Verzögerung.
Diese aus der DE 10 2010 018 691 A1 bekannte Längsträgeranordnung besteht aus zwei parallel geschalteten, jeweils einen Lastpfad ausbildende Längsträgerstrukturabschnitten, die in Kombination ein Kraftniveau aufweisen, welches die beschriebene frühzeitige Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystem bewirkt. Einer der beiden Lastpfade ist durch Versagen oder selbsttätiges Lösen oder mittels eines pyrotechnischen Elementes oder eines Aktors unterstütztes Lösen des betreffenden Längsträger- Strukturabschnittes von der vorderen Längsträgerstruktur des Vorderwagens unterbrechbar, wodurch das Kraftniveau dieses Längsträgerabschnittes definiert absenkt werden kann. Ferner wird vorgeschlagen, dass derjenige Längsträgerstrukturabschnitt, welcher durch Versagen oder selbsttätiges Lösen oder mittels eines pyrotechnischen Elementes oder mittels eines Aktors unterstütztes Lösen von der vorderen Längsträgerstruktur des Vorderwagens absenkbar bzw. der betreffende Lastpfad unterbrechbar ist, ein höheres Kraftniveau als der andere Längsträgerstrukturabschnitt aufweist.
Nachteilig an diesem Stand der Technik gemäß der DE 10 2010 0 8 691 A1 ist die geringe Anwendungsbreite einer solchen Längsträgeranordnung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Längsträgeranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Längsträgeranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche Längsträgeranordnung für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens zwei parallel verlaufenden Längsträgern, welche an eine Fahrgastzelle der Fahrzeugkarosserie angebunden sind, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- ein erster Längsträger in dessen Längsrichtung mit mindestens einem ersten plastisch verformbaren Deformationsabschnitt und einem über ein Zwischenelement mit demselben verbundenen zweiten, an die Fahrgastzelle angebundenen Deformationsabschnitt ausgebildet ist, wobei der zweite Deformationsabschnitt bei Überschreiten einer bestimmten Triggerkraft durch eine Deformationskraft auf ein Deformationskraftniveau mit einem gegenüber der Triggerkraft kleinen Wert abfällt und der erste Deformationsabschnitt mit einem Deformationskraftniveau ausgebildet ist, welches kleiner als die Triggerkraft ist und
- ein zweiter Längsträger plastisch verformbar und einstückig parallel zum ersten Längsträger verlaufend ausgebildet ist.
Mit dieser erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung wird in Summe durch die beiden Längsträger ein degressives Deformationsverhalten erzielt, bei dem zunächst mit dem Deformieren des ersten Deformationsabschnittes des ersten Längsträgers zusammen mit dem zweiten Längsträger ein hohes Kraftniveau sich einstellt, d. h. ein hohes Maß an Crashenergie abgebaut wird, während anschießend, wenn also die Crashfront das Zwischenelement erreicht und dabei der Wert der Triggerkraft durch die von einem Aufprall erzeugte Deformationskraft erreicht wird, das Verhalten des zweiten Deformationsabschnittes des ersten Längsträgers von einem stabilen und steifen Zustand in ein labiles und weiches Verhalten umgeschaltet wird, so dass sich in Summe mit dem zweiten Längsträger ein niedrigeres Deformationskraftni- veau einstellt. Das Zwischenelement des ersten Längsträgers wirkt bei einem solchen Crashvorgang wie ein„Schalter", da nach der Deformation des ersten Deformationsabschnittes eine weitere Deformation zunächst von dem Zwischenelement geblockt wird und dadurch die Deformationskraft ansteigt und erst durch deren Überschreiten der Triggerkraft ein Versagen, vorzugsweise ein abruptes Versagen d. h. ein Abfallen des Verformungswiderstandes des zweiten Deformationsabschnittes bewirkt wird, so dass im weiteren Deformationsverlauf das Deformationskraftniveau gegenüber der Triggerkraft nur noch einen kleinen Wert, vorzugsweise im Wesentlichen einen Wert Null aufweist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Zwischenelement mit einer höheren Steifigkeit als der erste und zweite Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers ausgebildet. Damit wird die sogenannte„Schalterfunktion" weiter verbessert, so dass eine scharfe Trennung der jeweiligen Deformationsvorgänge am ersten und zweiten Deformationsabschnitt erreicht wird. Vorzugsweise ist das Zwischenelement als Gussknoten ausgebildet und weist daher die erforderliche Steifigkeit auf.
Desweiteren sind bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sowohl der erste als auch der zweite Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers als Hohlprofil ausgebildet. Damit kann sowohl über die Gestaltung des Querschnittes als auch der Wahl der Wandstärke und der Geometrie in Längsrichtung des ersten Längsträgers die gewünschten Deformationskraftniveaus eingestellt werden.
Die Deformationskraftniveaus lassen sich auch über die Wahl der Materialen beeinflussen. So ist vorzugsweise der erste Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, wodurch ein plastisches Verformungsverhalten des ersten Deformatiönsab- schnittes erreicht wird. Ferner kann für diesen ersten Deformationsabschnitt auch faserverstärktes Kunststoffmaterial verwendet werden.
Solche faserverstärkte Werkstoffe (FKV) zeichnen sich dadurch aus, dass mit deren Hilfe die Bauteileigenschaften nicht nur über die Geometrie sondern zusätzlich durch den inneren Lagenaufbau in weiten Grenzen eingestellt werden können. So lässt sich ein Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers zum einen so gestalten, dass dieser unter einer Druckbeanspruchung energetisch stabil und effizient durch sogenanntes axiales Crushing zerstört wird oder zum anderen, dass ein solcher Deformationsabschnitt unter einer Druckbelastung bei Erreichen einer kritischen Kraft, die Triggerkraft genannt wird, energetisch ineffizient spröde versagt bzw. kollabiert und infolge dessen einen Deformationswiderstand gegen Null aufweist.
Bei der Verwendung von faserverstärktem Werkstoff für den ersten Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers erfolgt die Herstellung derart, dass der erste Deformationsabschnitt das erste beschriebene Verhalten aufweist, also unter einer Druckbeanspruchung in Längsrichtung des ersten Trägers dieser erste Deformationsabschnitt energetisch stabil und effizient durch axiales Crushing zerstört wird, und sich ein Deformationskraftniveau kleiner als die Triggerkraft ausbildet, um gezielt Energie abzubauen.
Bei einer weiterbildungsgemäßen Herstellung des zweiten Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers aus einem faserverstärkten Kunststoff mate- rial, vorzugsweise aus einem kohlenfaserverstärkten oder glasfaserverstärkten Kunststoff (CFK, GFK), wird dagegen das zweitgenannte Verhalten des faserverstärkten Werkstoffes realisiert, so dass unter einer Druckbelastung bei Erreichen der kritischen Kraft, die Triggerkraft genannt wird, energetisch ineffizient spröde versagt bzw. kollabiert und infolge dessen einen Deformationswiderstand gegen Null aufweist. Alternativ ist es auch möglich, dass gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der zweite Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers aus Stahlblech mit wenigstens einer Sollbruchstelle, die vorzugsweise als Sicke ausgebildet ist, hergestellt ist. Über die Geometrie und Anzahl der Sicken kann das Deformationskraftniveau des zweiten Deformationsabschnittes eingestellt werden.
Die erfindungsgemäße Längsträgeranordnung kann mit Vorteil für eine Vorderwagen- und/oder Hinterwagenstruktur einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Längsträgeranordnung gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erstes Längsträgers der
Längsträgeranordnung nach Figur 1 in einer ersten Ausführungsform,
Figuren 3 schematische Darstellungen eines ersten Längsträgers der
Längsträgeranordnung nach Figur 1 in einer zweiten Ausführungsform in einem nicht deformierten und einem deformierten Zustand, und
Figuren 4 Weg-Kraft-Diagramme des Verlaufs des Deformationskraftniveaus einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung sowie des zugehörigen ersten und zweiten Längsträgers. Figur 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Längsträgeranordnung
1 zum Aufbau einer Vorderwagenstruktur einer Fahrzeugkarosserie 10. Diese Längsträgeranordnung 1 ist mit einem Ende an einer Stirnwand 12 einer Fahrgastzelle 11 der Fahrzeugkarosserie 10 angebunden und endet am gegenüberliegenden Ende beispielsweise mit einer Prallplatte 5.
Diese erfindungsgemäße Längsträgeranordnung 1 umfasst zwei parallel verlaufende Längsträger, nämlich einen ersten Längsträger 2 sowie einen zweiten Längsträger 3, die beispielsweise an deren freien Enden durch die Prallplatte 5 verbunden sind. Eine solche Anordnung aus zwei Längsträgern 2 und 3 ist auf gegenüberliegenden Seiten der Vorderwagenstruktur der Fahrzeugkarosserie 10 angeordnet. Hierbei bilden, die beiden ersten Längsträger
2 eine untere Ebene und die beiden zweiten Längsträger 3 eine obere Ebene.
Der erste Längsträger 2 ist mehrteilig aufgebaut und umfasst in Bezug auf die Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie einen vorderen ersten Deformationsabschnitt 2a, der in Richtung der Stirnwand 12 über ein Zwischenelement 2c mit einem zweiten Deformationsabschnitt 2b verbunden ist, wobei diese Deformationsabschnitte 2a und 2b sowie das Zwischenelement 2c unterschiedliche Verformungswiderstände aufweisen. Der zweite Längsträger 3 ist dagegen einteilig aufgebaut und plastisch verformbar.
Im Folgenden wird anhand der Weg-Kraft-Diagramme gemäß den Figuren 4 ein Deformationsvorgang der Längsträgeranordnung 1 nach Figur 1 beschrieben, der bei einem Frontalaufprall abläuft.
Der Verformungswiderstand des ersten Deformationsabschnittes 2a ist geringer als derjenige des zweiten Deformationsabschnittes 2b und des Zwischenelementes 2c, so das zunächst auf einem hohen Deformationskraftniveau eine Deformation des ersten Deformationsabschnittes 2a erfolgt, bis die Deformationsfront nach einem Deformationsweg si das Zwischenelement 2c erreicht, welches aufgrund seiner höheren Steifigkeit bzw. höheren Verformungswiderstandes die Crashfront blockt und dadurch die Deformationskraft F ansteigt und dabei den Wert einer Triggerkraft erreicht bzw. übersteigt, wodurch bewirkt wird, dass der zweite Deformationsabschnitt 2b des ersten Längsträgers 2 im Wesentlichen seine Tragfähigkeit verliert, also auf ein De- formationskraftniveau abfällt, dessen Wert im wesentlichen Null, zumindest aber wesentlich kleiner als der Wert der Triggerkraft ist, wie dies Figur 4a zeigt. Hiernach endet der Deformationsvorgang auf diesem niedrigen Defor- mationskraftniveau nach einem Deformationsweg s2. Dieser zweite Deformationsabschnittes 2b des ersten Längsträgers 2 ist also derart ausgebildet, dass dieser, solange die Deformationskraft F noch unter dem Wert der Triggerkraft bleibt, eine ausreichende Tragfähigkeit aufweist und erst nach dem Erreichen des Wertes der Triggerkraft dieser zweite Deformationsabschnittes 2b seine Tragfähigkeit verliert, also ein weiches Deformationsverhalten zeigt. Bei diesem Vorgang wirkt das Zwischenelement 2c in der Art eines„Schalters", wonach das Verhalten des zweiten Deformationsabschnittes 2b von einem steifen Verhalten, also von einer hohen Tragfähigkeit auf ein labiles bzw. instabiles Verhalten mit niedrigem Deformationskraftniveau umgeschaltet wird.
Gemäß dem Diagramm nach Figur 4a weist dieser erste Längsträger 2 in Summe ein degressives Deformationsverhalten auf.
Der zweite Längsträger 3 der Längsträgeranordnung 1 weist entsprechend des Diagrammes nach Figur 4b ein übliches progressives Deformationsverhalten auf.
Da die beiden Längsträger 2 und 3 zur Bildung der Längsträgeranordnung 1 parallel geschaltet sind, ergibt sich in Summe ein degressives Deformations- verhälten der Längsträgeranordnung 1 , welches in dem Diagramm gemäß Figur 4c dargestellt ist. Hiernach beginnt der Deformationsvorganges auf einem hohen Deformationskraftniveau welcher mit Erreichen des Deformati- onsweges s-ι, welcher dem Deformationsweg si nach Figur 4a entspricht, auf einen niedrigeren Wert abfällt und bis zum Ende s2 des Deformationsweges auf diesem niedrigen Niveau verbleibt.
Die Figuren 2 und 3 stellen konkrete Ausführungsformen des ersten Längsträgers 2 dar, wobei in diesen Figuren 2 und 3 auf die Darstellung des zweiten Längsträgers 3 verzichtet wird.
Der erste Längsträger 2 gemäß Figur 2 besteht aus einem ersten Deformationsabschnitt 2a, welcher als Hohlprofil aus Aluminium gefertigt und mit einem als Gussteil, beispielsweise aus Aluminiumdruckguss hergestellten Zwischenelement 2c verbunden ist. Dieses Gussteil 2c kann gleichzeitig zum Anbinden eines Hilfsrahmens der Fahrzeugkarosserie 10 verwendet werden. Auch der zweite Deformationsabschnitt 2b ist als Hohlprofil ausgebildet und aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise CFK oder GFK hergestellt und ist einenends mit dem Zwischenelement 2c und andernends mit der Stirnwand 12 verbunden. Ferner ist in Richtung der Stirnwand 12 dieser zweite Deformationsabschnitt 2b konisch verbreiternd ausgebildet.
Die Einstellung des Deformationswiderstandes dieser beiden Deformationsabschnitte 2a und 2b zur Erzielung des oben erläuterten Deformationsverhaltens des ersten Längsträgers 2 erfolgt durch eine entsprechende Wahl der Geometrie, des Querschnittes der verwendeten Hohlprofile sowie der Materialstärken. Die Crasheigenschaften des zweiten Deformationsabschnittes 2b werden auch von der verwendeten Faser und des Lagenaufbaus beeinflusst und weist die Eigenschaft auf, unter einer Druckbelastung bei Erreichen der Triggerkraft energetisch ineffizient spröde zu versagen bzw. zu kollabieren und infolge dessen auf einen Deformationswiderstand von annähernd Null abzufallen, wie dies in Figur 4a dargestellt ist.
Für diesen ersten Längsträger 2 gemäß Figur 2 kann für den ersten Deformationsabschnitt 2a ebenso ein faserverstärkter Kunststoff verwendet wer- den, wenn der Aufbau und die Herstellung derart erfolgt, dass unter einer Druckbeanspruchung in Längsrichtung des ersten Trägers dieser erste Deformationsabschnitt 2a energetisch stabil und effizient durch axiales Crushing zerstört wird, und sich ein Deformationskraftniveau kleiner als die Triggerkraft ausbildet, um gezielt Energie abzubauen.
Der erste Längsträger 2 gemäß Figur 3a weist einen entsprechend dem ersten Längsträger 2 nach Figur 2 aufgebauten ersten Deformationsabschnitt 2a auf, der über ein Zwischenelement 2c, welches ebenso als Gussteil, beispielsweise aus Aluminiumdruckguss hergestellt ist, mit einem aus Stahlblech hergestellten, hohlprofilartigen zweiten Deformationsabschnitt 2b verbunden ist, welcher seinerseits wiederum an einer Stirnwand 12 einer Fahrgastzelle 10 angebunden ist. Dieser zweite Deformationsabschnitt 2b weist zwei als Sicken 4 ausgebildete Sollbruchstellen auf, die während eines Deformationsvorganges zu einem Ausknicken und damit zu einem Versagen dieses zweiten Deformationsabschnittes 2b führen.
Das Ergebnis eines solchen Deformationsvorganges zeigt Figur 3b, wenn eine Deformationskraft F in Längsrichtung auf den ersten Längsträger 2 einwirkt. In diesem Zustand hat sich der erste Deformationsabschnitt 2a durch Beulen- und Faltenbildung deformiert, während der zweite Deformationsabschnitt durch Ausknicken im Bereich der beiden Sicken 4 versagt hat.
Auch bei diesem ersten Längsträger gemäß Figur 3a wird durch entsprechende Wahl der Querschnitte der hohlprofilartigen Deformationsabschnitte 2a und 2b sowie deren Geometrie und deren Wandstärken die Verformungswiderstände eingestellt.
Der erste Längsträger 2 kann auch aus mehr als zwei Deformationsabschnitten 2a und 2b mit einer entsprechenden Anzahl von Zwischenelementen 2c aufgebaut werden, um durch entsprechende Wahl unterschiedlicher Verfor- mungswiderstände einen gewünschten Deformationskraftverlauf der Längsträgeranordnung 1 zu erreichen.
Bei den beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 und 3 ist der zweite Deformationsabschnitt 2b derart konstruiert, dass bei Erreichen der Triggerkraft durch die Deformationskraft dessen Verformungswiderstand fast schlagartig zusammenbricht, zumindest aber sich stark reduziert. Diese passive Initiierung eines solchen Verhaltens kann auch aktiv herbeigeführt werden, indem beispielsweise das Zwischenelement 2c einen Crashsensor aufweist, der mit einer Detektion der Triggerkraft eine Zerstörung des zweiten Deformationsabschnittes oder ein Ablösen von dem Zwischenelement 2c mittels pyrotechnischen Mitteln oder mittels eines Aktors bewirkt.
Bezugszeichen
1 Längsträgeranordnung
2 erster Längsträger der Längsträgeranordnung 1
2a erster Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers 2
2b zweiter Deformationsabschnitt des ersten Längsträgers 2
2c Zwischenelement des ersten Längsträgers 2
3 zweiter Längsträger der Längsträgeranordnung 1
Sollbruchstelle, Sicke des zweiten Deformationsabschnittes 2b
5 Prallplatte
Fahrzeugkarosserie
Fahrgastzelle
Stirnwand der Fahrgastzelle 11

Claims

Patentansprüche
1. Längsträgeranordnung (1) für eine Fahrzeugkarosserie (10) mit wenigstens zwei parallel verlaufenden Längsträgern (2, 3), welche an eine Fahrgastzelle (11) der Fahrzeugkarosserie (10) angebunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass,
- ein erster Längsträger (2) in dessen Längsrichtung mit mindestens einem ersten plastisch verformbaren Deformationsabschnitt (2a) und einem über ein Zwischenelement (2c) mit demselben verbundenen zweiten, an die Fahrgastzelle (11) angebundenen Deformationsabschnitt (2b) ausgebildet ist, wobei der zweite Deformationsabschnitt (2b) bei Überschreiten einer bestimmten Triggerkraft durch eine Deformationskraft auf ein Deformationskraftniveau mit einem gegenüber der Triggerkraft kleinen Wert abfällt und der erste Deformationsabschnitt (2a) mit einem Deformationskraftniveau ausgebildet ist, welches kleiner als die Triggerkraft ist und
- ein zweiter Längsträger (3) plastisch verformbar und einstückig parallel zum ersten Längsträger (2) verlaufend ausgebildet ist.
2. Längsträgeranordnung (1) 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 Deformationskraftniveau des zweiten Deformationsabschnittes (2b) des ersten Längsträgers (2) bei Überschreiten der Triggerkraft auf ein Deformationskraftniveau mit einem Wert von im Wesentlichen Null abfällt.
3. Längsträgeranordnung (1) 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 Zwischenelement (2c) mit einer höheren Steifigkeit als der erste und zweite Deformationsabschnitt (2a, 2b) des ersten Längsträgers (2) ausgebildet ist.
4. Längsträgeranordnung (1) 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 Zwischenelement (2c) als Gussknoten ausgebildet ist.
5. Längsträgeranordnung (1) 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 der erste und zweite Deformationsabschnitt (2a, 2b) des ersten Längsträgers (2) als Hohlprofil ausgebildet sind.
6. Längsträgeranordnung (1) 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 der erste Deformationsabschnitt (2a) des ersten Längsträgers (2) aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist.
7. Längsträgeranordnung (1) 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 der zweite Deformationsabschnitt (2b) des ersten Längsträgers (2) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt ist.
8. Längsträgeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste Deformationsabschnitt (2a) des ersten Längsträgers (2) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial derart hergestellt ist, dass unter einer Druckbeanspruchung in Längsrichtung des ersten Trägers (2) dieser erste Deformationsabschnitt (2a) energetisch stabil und effizient durch axiales Crushing zerstört wird, und sich ein Deformationskraftniveau kleiner als die Triggerkraft ausbildet.
9. Längsträgeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zweite Deformationsabschnitt (2b) des ersten Längsträgers (2) aus Stahlblech mit wenigstens einer Sollbruchstelle hergestellt ist.
10. Längsträgeranordnung (1) nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Sollbruchstelle (4) des zweiten Deformationsabschnittes (2b) als Sicke ausgebildet ist.
11.Vorderwagen- und/oder Hinterwagenstruktur einer Fahrzeugkarosserie (10) mit einer Längsträgeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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