WO2024013003A1 - Fahrzeug mit verstärktem schweller - Google Patents

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Clemens Latuske
Joachim Quandt
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D25/02—Side panels
    • B62D25/025—Side sills thereof

Definitions

  • the invention relates to a vehicle reinforced sill, wherein the sill comprises a profile with a closed cross section and the profile has a profile wall to the inside and a profile wall to the outside of the vehicle and the profile is reinforced with at least one wave-shaped reinforcement in the y-axis of the vehicle, wherein the waves of the wave-shaped reinforcement extend in the x-axis of the vehicle and the height extension of the waves of the wave-shaped reinforcement extend in the z-axis of the vehicle.
  • the object of the invention is therefore to provide a vehicle with a reinforced sill which can absorb the crash loads in the event of a side pole impact without essentially locally overloading the support structure arranged behind the sill.
  • the wave-shaped reinforcement in the y-axis of the vehicle does not extend completely between the profile walls, so that in the plane of the wave-shaped reinforcement within the cross section of the Profile there is a free space towards the profile wall on the inside, which extends in the y-axis of the Vehicle has, which is at least 15% of the distance between the profile walls.
  • the wave-shaped reinforcement does not extend over the entire width of the sill profile cross section of the W, a free space is created on the side facing away from the load, which acts as a deformation space and thus in the event of a side pole impact, the wave-shaped reinforcement is very difficult to deform and is in place can avoid the free space without locally intruding into the supporting structure behind it.
  • the sill arranged on the left and right of the vehicle, runs in the x-axis of the vehicle between the two axes below the door(s) essentially in the plane of the vehicle floor and is usually designed as a profile with a closed cross-section.
  • the sill can consist of one, but is usually composed of several partial profiles.
  • the extent of the existing free space in the y-axis of the vehicle can in particular be at least 20% or at least 25%, preferably at least 30% or at least 35%, preferably at least 40% or at least 45%, more preferably at least 50% or at least 55% of the distance between the profile walls. Conversely, this means that as the free space increases, the dimensioning and the associated extension of the wave-shaped reinforcement in the y-axis of the vehicle can be reduced.
  • the (multiple) waves running in the x-axis of the vehicle can be increased or reduced in terms of their periodicity.
  • the height extension of the shafts in the z-axis of the vehicle can also be increased or reduced depending on requirements.
  • the wave-shaped reinforcement in the x-axis, in the y-axis and/or in the z-axis of the vehicle can also be designed to be variable, so that, for example, in the area of the arranged B-pillar, or also called (B-) pillar base, another, For example, higher resistance compared to the other areas along the x-axis of the vehicle can be adjusted via the shape/dimensioning of the shafts.
  • the wave-shaped reinforcement can, but does not have to, completely fill the cross section of the sill profile in the z-axis of the vehicle.
  • the wave-shaped reinforcement can only cover a portion of the cross section of the profile of the sill in the z-axis of the vehicle take, whereby the arrangement in the z-axis can be designed to suit the load or optimally, for example as determined by simulation.
  • the wave-shaped reinforcement is arranged on the profile wall to the outside of the vehicle and is preferably connected to it.
  • the extent of the wave-shaped reinforcement in the y-axis of the vehicle is a maximum of 85%, in particular a maximum of 80% or a maximum of 75%, preferably a maximum of 70% or a maximum of 65%, preferably a maximum of 60% or a maximum of 55%, more preferably a maximum of 50% or a maximum 45% of the distance between the profile walls.
  • the wave-shaped reinforcement is a wave plate.
  • the course of the (multiple) waves viewed in section can have a sinusoidal course.
  • rectangular or trapezoidal waves are also possible.
  • Other courses or combinations of those mentioned above are also possible.
  • At least two wave-shaped reinforcements arranged one above the other in the z-axis of the vehicle can also be provided in order to increase the resistance to intrusion.
  • the two wave-shaped reinforcements arranged one above the other can have a defined distance between them in the z-axis of the vehicle or can be materially connected to one another.
  • the two wave-shaped reinforcements can be designed to be the same, almost as identical parts, or have different periodicities and/or height extensions of the waves.
  • Figures 1 and 2 exemplary embodiments of the invention are shown in schematic representations, the left representations being schematic cuts through reinforced sills (10) in the y-axis of a vehicle (not shown) and the right representations the cuts which are symbolically in the left Representations are shown.
  • the vehicle can be a passenger car, preferably an electric vehicle.
  • the reinforced sill (10) of the vehicle, not shown comprises a profile (1) with a closed cross section.
  • the cross-sectional shape can be designed individually, in particular manufacturer-specifically, and can have a simple or complex geometry.
  • the cross section is kept simple and is shown as a profile (1) with a rectangular, closed cross section.
  • the profile (1) has a profile wall towards the inside (1.1) of the vehicle, not shown, which is preferably aligned adjacent to the passenger compartment, and a profile wall towards the outside (1.2) of the vehicle, not shown.
  • the profile (1) is reinforced with at least one wave-shaped reinforcement (2) in the y-axis of the vehicle.
  • the waves of the wave-shaped reinforcement (2) extend in the x-axis of the vehicle and the height extension of the waves of the wave-shaped reinforcement (2) run in the z-axis of the vehicle.
  • the wave-shaped reinforcement (2) does not extend completely in the y-axis of the vehicle between the profile walls (1.1, 1.2), so that in the plane (E) of the wave-shaped reinforcement (2) within the cross section of the profile (1) towards the profile wall of the inside (1.1) there is a free space (F), which has an extension (D) in y- Axle of the vehicle which is at least 15% of the distance (1.3) between the profile walls (1.1, 1.2).
  • the existing free space (F) with a defined extent (D) in the plane (E) or in the y-axis of the vehicle acts as a deformation zone and allows a defined intrusion of the wave-shaped reinforcement (2) in the event of the crash load in the event of a side pole impact, without locally loading the support structure (20).
  • the waves of the wave-shaped reinforcement (2) are trapezoidal in section in the exemplary embodiment. Other waveforms are also conceivable.
  • the Pe- riodicity and/or the height extension of the waves along the x-axis of the vehicle vary (not shown here).
  • Figures 3 and 4 show the condition after a side pole impact determined using a simulation.
  • the conditions were the same in both simulations and the technical construction, but with the difference that in Figure 3 a simulated crash result with a wave-shaped reinforcement (2), which completely filled the cross section of the profile of the sill in the y-axis of the vehicle, and in Figure 4 a simulated crash result with a wave-shaped reinforcement (2), which does not completely fill the cross section of the profile (1) of the sill (10) in the y-axis of the vehicle and extends between the profile walls (1.1, 1.2), so that in the plane (E) of the wave-shaped reinforcement (2) within the cross section of the profile (1) towards the profile wall of the inside (1.1) there is a free space (F), which has an extension (D) in the y-axis of the vehicle , which is at least 15% of the distance (1.3) between the profile walls (1.1, 1.2).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit verstärktem Schweller (10), wobei der Schweller (10) ein Profil (1) mit einem geschlossen Querschnitt umfasst und das Profil (1) eine Profilwand zur Innenseite (1.1) und eine Profilwand zur Außenseite (1.2) des Fahrzeugs aufweist und das Profil (1) mit mindestens einer wellenförmigen Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs verstärkt ist, wobei sich die Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) in x-Achse des Fahrzeugs erstreckt und die Höhenerstreckung der Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) in z-Achse des Fahrzeugs verlaufen, wobei sich die wellenförmige Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) erstreckt, so dass in der Ebene (E) der wellenförmigen Verstärkung (2) innerhalb des Querschnitts des Profils (1) hin zur Profilwand der Innenseite (1.1) ein Freiraum (F) vorhanden ist, welcher eine Erstreckung (D) in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.

Description

Fahrzeug mit verstärktem Schweller
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug verstärktem Schweller, wobei der Schweller ein Profil mit einem geschlossen Querschnitt umfasst und das Profil eine Profilwand zur Innenseite und eine Profilwand zur Außenseite des Fahrzeugs aufweist und das Profil mit mindestens einer wellenförmigen Verstärkung in y-Achse des Fahrzeugs verstärkt ist, wobei sich die Wellen der wellenförmigen Verstärkung in x-Achse des Fahrzeugs erstreckt und die Höhenerstreckung der Wellen der wellenförmigen Verstärkung in z-Achse des Fahrzeugs verlaufen.
Bei hohen lokalen, lateralen Belastungen, wie zum Beispiel beim seitlichen Pfahlaufprall, und einem geringen zulässigen Deformationsbereich zum Schutz von Insassen oder Fahrzeugkomponenten muss eine Verstärkung biegesteif sein und die lokalen Kräfte auf die dahinterliegende Stützstruktur verteilen. Dabei dürfen die Belastungen auf die Stützstruktur, wie zum Beispiel die in y-Achse des Fahrzeugs angeordneten Sitzquerträger, nicht zu hoch sein, um ein Kollabieren derselben zu vermeiden. Bereits bekannte Lösungen mit wellenförmigen Querstrukturen erfüllen die Anforderung hoher Biegesteifigkeit, vgl. beispielsweise die Offenlegungsschriften JP 2008-100548 A und DE 10 2005 044 820 Al, belasten allerdings die Stützstruktur lokal.
Mit steigender zu erzielender Reichweite von E-Mobilen und damit verbunden die Verwendung von entsprechend großen Akkumulatoren, welche zum Antrieb der Elektromotoren erforderlich sind, werden auch diese in meisten Fällen im Bodenbereich zwischen den Schwellern am Fahrzeug montiert.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Fahrzeug mit einem verstärkten Schweller bereitzustellen, welcher beim seitlichen Pfahlaufprall die Crashlasten absorbieren kann, ohne die hinter dem Schweller angeordnete Stützstruktur im Wesentlichen lokal zu überlasten.
Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Um eine gleichmäßige Verteilung der Crashlasten beim seitlichen Pfahlaufprall zu erreichen und ohne die Stützstruktur im Wesentlichen lokal zu überlasten, erstreckt sich die wellenförmige Verstärkung in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig zwischen den Profilwänden, so dass in der Ebene der wellenförmigen Verstärkung innerhalb des Querschnitts des Profils hin zur Profilwand der Innenseite ein Freiraum vorhanden ist, welcher eine Erstreckung in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes zwischen den Profilwänden beträgt.
Da sich die wellenförmige Verstärkung mit anderen Worten nicht über die komplette Breite des Schwellers Profilquerschnitts des W, entsteht an der der Last abgewandten Seite ein Freiraum, welcher als Deformationsraum fungiert und dadurch im Crashfall des seitlichen Pfahlaufpralls die nur sehr schwer deformierbare und steife wellenförmige Verstärkung in den Freiraum ausweichen kann, ohne in die dahinterliegende Stützstruktur lokal zu intrudieren.
Der Schweller, jeweils links und rechts am Fahrzeug angeordnet, verläuft in x-Achse des Fahrzeugs zwischen den beiden Achsen unterhalb der Tür(en) im Wesentlichen in der Ebene des Fahrzeugbodens und ist in der Regel als Profil mit geschlossenem Querschnitt ausgebildet. Der Schweller kann aus einem, ist in der Regel aber aus mehreren Teilprofilen zusammengesetzt.
Die Erstreckung des vorhandenen Freiraums in y-Achse des Fahrzeugs kann insbesondere mindestens 20 % oder mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30 % oder mindestens 35 %, bevorzugt mindestens 40 % oder mindestens 45 %, weiter bevorzugt mindestens 50 % oder mindestens 55% des Abstandes zwischen den Profilwänden betragen. Heißt im Umkehrschluss, dass mit Zunahme des Freiraums die Dimensionierung und damit verbunden die Erstreckung der wellenförmigen Verstärkung in y-Achse des Fahrzeugs reduziert werden kann.
Je nach Auslegung der wellenförmigen Verstärkung können die in x-Achse des Fahrzeugs verlaufenden (mehreren) Wellen hinsichtlich ihrer Periodizität vergrößert bzw. verkleinert werden. Auch die Höhenerstreckung der Wellen in z-Achse des Fahrzeugs können je nach Anforderung vergrößert bzw. verkleinert werden.
Auch kann die wellenförmige Verstärkung in x-Achse, in y-Achse und/oder in z-Achse des Fahrzeugs variabel gestaltet werden, so dass beispielsweise im Bereich der angeordneten B-Säule, oder auch (B-) Säulenfuß genannt, ein anderer, beispielsweise höherer Widerstand im Vergleich zu den anderen Bereichen entlang der x-Achse des Fahrzeugs betrachtet, über die Form/Di- mensionierung der Wellen einstellbar ist.
Die wellenförmige Verstärkung kann, muss aber nicht den Querschnitt des Profils des Schwellers vollständig in z-Achse des Fahrzeugs ausfüllen. Somit kann die wellenförmige Verstärkung nur einen Teilbereich des Querschnitts des Profils des Schwellers in z-Achse des Fahrzeugs einnehmen, wobei die Anordnung in der z-Achse belastungsgerecht bzw. optimal, beispielsweise ermittelt mittels Simulation, ausgelegt werden kann.
Die wellenförmige Verstärkung ist an der Profilwand zur Außenseite des Fahrzeugs angeordnet, und vorzugsweise mit dieser verbunden. Die Erstreckung der wellenförmigen Verstärkung in y- Achse des Fahrzeugs beträgt maximal 85 %, insbesondere maximal 80 % oder maximal 75%, vorzugsweise maximal 70 % oder maximal 65 %, bevorzugt maximal 60 % oder maximal 55 %, weiter bevorzugt maximal 50 % oder maximal 45% des Abstandes zwischen den Profilwänden.
Die wellenförmige Verstärkung ist in ihrer einfachsten Ausführung ein Wellenblech. Der Verlauf der (mehreren) Wellen im Schnitt betrachtet kann in der einfachsten Ausführung einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. Alternativ sind auch rechteckige oder trapezartige Verläufe der Wellen möglich. Auch andere Verläufe bzw. Kombinationen u.a. aus den Vorgenannten sind möglich.
Gemäß einer Ausgestaltung können auch mindestens zwei in z-Achse des Fahrzeugs übereinander angeordnete wellenförmige Verstärkungen vorgesehen sein, um den Widerstand gegen Intrusion zu erhöhen. Die zwei übereinander angeordneten wellenförmigen Verstärkungen können einen definierten Abstand zwischen sich in z-Achse des Fahrzeugs aufweisen oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Die beiden wellenförmigen Verstärkungen können gleich, guasi als Gleichteil, ausgeführt sein oder verschiedene Periodizitäten und/oder Höhenerstreckung der Wellen aufweisen.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung.
In den Figuren 1 und 2 sind beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung in schematischen Darstellungen gezeigt, wobei die linken Darstellungen schematische Schnitte durch verstärkte Schweller (10) in y-Achse eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) und die rechten Darstellungen die Schnitte, welche symbolisch in den linken Darstellungen angezeigt sind, zeigen.
Bei dem nicht dargestellten Fahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen handeln, vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug. Der verstärkte Schweller (10) des nicht dargestellten Fahrzeugs umfasst ein Profil (1) mit einem geschlossenen Querschnitt. Die Querschnittsform kann individuell, insbesondere herstellerspezifisch ausgeführt sein, eine einfache oder auch eine komplexe Geometrie aufweisen. In diesen beispielhaften Ausführungsformen ist der Querschnitt einfach gehalten und als Profil (1) mit rechteckigem geschlossenen Querschnitt dargestellt. Das Profil (1) weist eine Profilwand zur Innenseite (1.1) des nicht dargestellten, welche vorzugsweise angrenzend zur Fahrgastzelle ausgerichtet ist, und eine Profilwand zur Außenseite (1.2) des nicht dargestellten Fahrzeugs auf. Auf der Seite der Fahrgastzelle sind Stützstrukturen (20), insbesondere nicht dargestellte Sitzquerträger zur Aufnahme von nicht dargestellten Fahrzeugsitzen oder Strukturen umfassend beispielsweise nicht dargestellte BatteriekastenAkästen zur Aufnahme von nicht dargestellten Akkumulatoren für den Betrieb von nicht dargestellten Elektromotoren bei Elektrofahrzeugen. Innerhalb des geschlossenen Querschnitts ist das Profil (1) mit mindestens einer wellenförmigen Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs verstärkt. Die Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) erstrecken sich in x-Achse des Fahrzeugs und die Höhenerstreckung der Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) verlaufen in z-Achse des Fahrzeugs. Um lokale Überbelastungen infolge einer Crashlast durch einen seitlichen Pfahlaufprall auf die hinter dem Schweller (10) angeordneten Stützstruktur (20) im Wesentlichen zu vermeiden, erstreckt sich die wellenförmige Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2), so dass in der Ebene (E) der wellenförmigen Verstärkung (2) innerhalb des Querschnitts des Profils (1) hin zur Profilwand der Innenseite (1.1) ein Freiraum (F) vorhanden ist, welcher eine Erstreckung (D) in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt. Der vorhandene Freiraum (F) mit einer definierten Erstreckung (D) in der Ebene (E) bzw. in y-Achse des Fahrzeugs fungiert als Deformationszone und lässt eine definierte Intrusion der wellenförmigen Verstärkung (2) im Falle der Crashlast beim seitlichen Pfahlaufprall zu, ohne lokal auf die Stützstruktur (20) zu belasten.
Der Unterschied zwischen den beispielhaften Ausführungsformen in den Figuren 1 und 2 besteht darin, dass in Figur 1 nur eine wellenförmige Verstärkung (2) das Profil (1) respektive den Schweller (10) verstärkt und in Figur 2 zwei in z-Achse des Fahrzeugs übereinander angeordnete wellenförmige Verstärkungen (2) vorgesehen sind, welche vorzugsweise miteinander verbunden sind. Die vorzugsweise Verbindung kann Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig erfolgen.
Die Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) sind in den beispielhaften Ausführungsform im Schnitt trapezförmig ausgebildet. Auch andere Wellenformen sind denkbar. Auch kann die Pe- riodizität und/oder die Höhenerstreckung der Wellen entlang der x-Achse des Fahrzeugs betrachtet variieren (hier nicht dargestellt).
In den Figuren 3 und 4 ist der Zustand nach einem seitlichen Pfahlaufprall ermittelt anhand einer Simulation gezeigt. Die Bedingungen waren bei beiden Simulationen und auch die technische Konstruktion gleich, jedoch mit dem Unterschied, dass in Figur 3 ein simuliertes Crashergebnis mit einer wellenförmigen Verstärkung (2), welche den Querschnitt des Profils des Schwellers in y-Achse des Fahrzeugs vollständig ausgefüllt hat, und in Figur 4 ein simuliertes Crashergebnis mit einer wellenförmigen Verstärkung (2), welche den Querschnitt des Profils (1) des Schwellers (10) in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig ausfüllt und sich zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) erstreckt, so dass in der Ebene (E) der wellenförmigen Verstärkung (2) innerhalb des Querschnitts des Profils (1) hin zur Profilwand der Innenseite (1.1) ein Freiraum (F) vorhanden ist, welcher eine Erstreckung (D) in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.
Gut zu erkennen ist, dass der in der Figur 4 geschaffene bzw. vorhandene Freiraum (F) ein „Ausweichen“ der wellenförmigen Verstärkung (2) ermöglicht, ohne die hinter dem Schweller (10) angeordnete Stützstruktur (20) lokal überzubelasten bzw. in dieser Ausführung überhaupt zu berühren. In Figur 3 hingegen kann eine Intrusion und somit eine lokale Belastung der Stützstruktur (20) nicht vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug mit verstärktem Schweller (10), wobei der Schweller (10) ein Profil (1) mit einem geschlossen Querschnitt umfasst und das Profil (1) eine Profilwand zur Innenseite (1.1) und eine Profilwand zur Außenseite (1.2) des Fahrzeugs aufweist und das Profil
(1) mit mindestens einer wellenförmigen Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs verstärkt ist, wobei sich die Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) in x-Achse des Fahrzeugs erstreckt und die Höhenerstreckung der Wellen der wellenförmigen Verstärkung
(2) in z-Achse des Fahrzeugs verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wellenförmige Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) erstreckt, so dass in der Ebene (E) der wellenförmigen Verstärkung (2) innerhalb des Querschnitts des Profils (1) hin zur Profilwand der Innenseite (1.1) ein Freiraum (F) vorhanden ist, welcher eine Erstreckung (D) in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der vorhandene Freiraum (F) in y-Achse mindestens 25 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.
3. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der vorhandene Freiraum (F) in y-Achse mindestens 35 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.
4. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der vorhandene Freiraum (F) in y-Achse mindestens 45 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.
5. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der vorhandene Freiraum (F) in y-Achse mindestens 55 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.
6. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die wellenförmige Verstärkung (2) an der Profilwand zur Außenseite (1.2) des Fahrzeugs angeordnet ist.
7. Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die wellenförmige Verstärkung (2) mit der Profilwand zur Außenseite (1.2) des Fahrzeugs verbunden ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens zwei in z-Achse des Fahrzeugs übereinander angeordnete wellenförmige Verstärkungen vorgesehen sind. Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die zwei wellenförmigen Verstärkungen miteinander verbunden sind.
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