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Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei einer Fahrzeugkollision mit nur geringfügiger seitlicher Überdeckung besteht die Problematik, dass die Kollisionskräfte nicht unmittelbar in den frontseitigen Stoßfänger-Querträger und weiter in die an den Stoßfänger-Querträger angebundenen Karosserie-Längsträger eingeleitet werden. Vielmehr erfolgt bei dieser speziellen Unfallkonstellation die Krafteinleitung vorbei am Stoßfänger-Querträger in den seitlichen Karosserieoberbau sowie insbesondere über das crashzugewandte Radhaus und dem darin angeordneten Fahrzeugrad in die dahinterliegende A-Säule, von der die eingeleiteten Kollisionskräfte weiter in die den Fußraum begrenzenden, seitlich außen angeordneten Seitenschweller übertragen werden.
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In einer Karosseriestruktur für ein Fahrzeug weist ein Karosserie-Längsträger ein in der Fahrzeugquerrichtung innen angeordnetes, als offenes Hohlprofilteil ausgeführtes Innenteil und ein in der Fahrzeugquerrichtung außen angeordnetes, ebenflächiges sowie vertikal ausgerichtetes Außenteil auf. Das Außenteil und das Innenteil sind unter Bildung eines geschlossenen Hohlprofils über sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Flanschverbindungen miteinander verbunden. An einer oberen Flanschverbindung kann zusätzlich ein Radhaus-Blechteil angebunden sein. Das Außenteil des Karosserie-Längsträgers kann zusammen mit dem Radhaus-Blechteil den Innenraum des Radhauses begrenzen.
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Bei der oben dargelegten speziellen Unfallkonstellation mit nur geringfügiger seitlicher Überdeckung wirken sowohl in der Fahrzeuglängsrichtung als auch in der Fahrzeugquerrichtung hohe Zugkräfte auf das Radhaus-Blechteil und den daran angebundenen Karosserie-Längsträger. Diese Zugkräfte können aufgrund der geringen Quersteifigkeit des ebenflächigen, vertikal angeordneten Außenteils des Karosserie-Längsträgers und der daraus resultierenden einfachen Deformierbarkeit des Außenteils in der Fahrzeugquerrichtung zu einem Ablösen des Außenteils von dem, Innenteil bzw. zu einem Aufreißen der Flanschverbindungen zwischen dem Innenteil, dem Außenteil sowie dem Radhaus-Blechteil führen, wodurch das Deformationsverhalten der Fahrzeug-Karosseriestruktur beeinträchtigt wird.
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Aus der
DE 10 2007 033 570 A1 ist eine Karosseriestruktur bekannt, bei der ein als offenes Hohlprofilteil ausgebildeter Karosserie-Längsträger in der Fahrzeugquerrichtung innerhalb an einem Radhaus-Blechteil vorbeigeführt ist. Der Karosserie-Längsträger ist mit seinem äußeren, nach oben abragenden Hohlprofil-Seitensteg seitlich an das Radhaus-Blechteil angebunden, so dass das Radhaus-Blechteil zusammen mit dem Hohlprofil-Seitensteg des Karosserie-Längsträgers den Innenraum eines Fahrzeug-Radhauses begrenzt.
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Aus der
DE 41 04 894 A1 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur bekannt, bei der die Innen- und Außenteile des Längsträgers mit zwei sich in der Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Flanschverbindungen miteinander verbunden sind. Die Flanschverbindungen sind sowohl in der Fahrzeughochrichtung als auch in der Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet. Aus der
DE 4422498 C1 , der
DE 195 32 004 A1 , der
DE 4030740 C2 und aus der
DE 196 06 590 A1 sind weitere Karosseriestrukturen für ein Fahrzeug bekannt, bei denen der Längsträger durch profilierte Innen- und Außenteile aufgebaut ist. Diese sind über Flanschverbindungen miteinander verbunden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der auf einfache Weise das Deformationsverhalten des Fahrzeuges verbessert ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer Fahrzeugkollision mit geringfügiger seitlicher Überdeckung sowohl in der Fahrzeuglängsrichtung als auch in der Fahrzeugquerrichtung hohe Zugkräfte auf den Karosserie-Längsträger wirken, wodurch die Gefahr besteht, dass die Flanschverbindungen zwischen dem Innenteil und dem Außenteil des Karosserie-Längsträgers bzw. zwischen Karosserie-Längsträger und Radhaus-Blechteil aufreißen. Erfindungsgemäß weist das Außenteil des Karosserie-Längsträgers eine Versteifungsstruktur auf, die die Quersteifigkeit des Außenteils erhöht und einer unfallbedingten Deformationsbeanspruchung entgegenwirkt. Durch die erhöhte Quersteifigkeit des Außenteils wird im Kollisionsfall die Deformation des Außenteils in der Fahrzeugquerrichtung reduziert, so dass das Ablösen des Außenteils von dem Innenteil bzw. das Aufreißen der Flanschverbindungen zwischen dem Innenteil und dem Außenteil verhindert wird.
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Bei der oben genannten Unfallkonstellation besteht die Gefahr, dass sich das Radhaus-Blechteil von dem Karosserie-Längsträger ablöst. Dies wird in einer speziellen Ausführungsform durch die einteilige Ausführung von dem Außenteil des Karosserie-Längsträgers und dem innerem Radhaus-Blechteil verhindert, wie es später noch detailliert beschrieben ist.
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Erfindungsgemäß weist die Versteifungsstruktur des Außenteils des Karosserie-Längsträgers eine Querwand auf, die in etwa rechtwinklig in der Fahrzeugquerrichtung nach innen abragt. Die rechtwinklig nach innen abragende Querwand der Versteifungsstruktur bewirkt eine Erhöhung der Quersteifigkeit des Außenteils. Die Querwand kann beispielsweise über eine Schweißverbindung an das Außenteil des Karosserie-Längsträgers angebunden sein. Beispielsweise kann die Querwand auch nach Art einer Versteifungssicke in das Außenteil eingeprägt oder ein nach innen abgewinkelter Blechabschnitt des Außenteils sein. Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Ausführung der Querwand als abgewinkelter Blechabschnitt zu bevorzugen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Außenteil des Karosserie-Längsträgers eine in etwa hochkant gestellte Begrenzungswand aufweisen, durch die der Radhaus-Innenraum unmittelbar begrenzt wird. An einer dem Radhaus-Innenraum abgewandten Seite der Begrenzungswand kann die oben erwähnte, nach innen abragende Querwand angeformt sein. Das Außenteil kann bevorzugt im Querschnitt als Winkelprofil mit in etwa hochkant gestellter Begrenzungswand ausgeführt sein, das an einer bodenseitigen Abschlusskante des Radhauses materialeinheitlich und einstückig in die Querwand übergehen kann. Alternativ können die Begrenzungswand und die Querwand auch aus unterschiedlichen Materialien gefertigt und als Tailored-Blank-Teil ausgeführt sein.
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Bevorzugt kann zur Ausbildung eines Karosserie-Längsträgers mit hoher Quersteifigkeit ein in der Fahrzeugquerrichtung inneres Ende der Außenteil-Querwand mit dem Innenteil des Karosserie-Längsträgers verbunden sein. Die Querwand und die Begrenzungswand des Außenteils können zudem zusammen mit dem Innenteil des Karosserie-Längsträgers einen geschlossenen Hohlraum begrenzen.
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Erfindungsgemäß sind das Innenteil und das Außenteil des Karosserie-Längsträgers unter Bildung eines geschlossenen Hohlprofilteils mit zwei sich in der Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Flanschverbindungen miteinander verbunden. Die Flanschverbindungen können beispielsweise durch eine Schweiß-, Schraub-, Kleb-, oder Nietverbindung ausgeführt sein. Die beiden Flanschverbindungen sind zudem in der Fahrzeughochrichtung um eine Höhendifferenz und in der Fahrzeugquerrichtung mit einem Querversatz voneinander beabstandet. Aufgrund der in der Fahrzeughochrichtung und in der Fahrzeugquerrichtung zueinander versetzten Flanschverbindungen ist die Bauteilsteifigkeit insbesondere in der Fahrzeugquerrichtung weiter erhöht.
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In einer weiteren Ausführung können das Außenteil des Karosserie-Längsträgers mit der Querwand und das innere Radhaus-Blechteil durch ein gemeinsames, materialeinheitliches und einstückiges Blechzuschnitt-Bauteil gebildet sein. Dadurch ist das Radhaus-Blechteil nicht mehr als separates Bauteil ausgeführt, das beispielsweise in einer Schweißverbindung an den Karosserie-Längsträger angebunden ist, sondern vielmehr ist auch das Radhaus-Blechteil ein Bestandteil des Karosserie-Längsträgers. So ist Aufreißen der Verbindung zwischen Radhaus-Blechteil und Karosserie-Längsträger verhindert und eine äußert widerstandsfähige als auch steife Karosseriestruktur bereitgestellt.
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In einer bevorzugten Ausführung kann zur Bildung einer ersten Flanschverbindung das Innenteil des Karosserie-Längsträgers einen abgewinkelten Randflansch aufweisen, der am Außenteil des Karosserie-Längsträgers angebunden ist. Zur Bildung einer zweiten Flanschverbindung kann die Querwand an ihrem vom Radhaus abgewandten Ende einen abgewinkelten Randflansch aufweisen, der am Innenteil des Längsträgers angebunden ist.
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Erfindungsgemäß ist das Innenteil des Karosserie-Längsträgers im Querschnitt in etwa z-förmig ausgebildet. Dabei weist das Innenteil des Karosserie-Längsträgers einen Vertikalschenkel, der mit dem abgewinkelten Randflansch der Querwand des Außenteils verbunden ist, und einen Quersteg auf, der über den ersten Randflansch mit dem Außenteil des Längsträgers verbunden ist.
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Bevorzugt kann auch das Außenteil des Karosserie-Längsträgers im Querschnitt in etwa z-förmig ausgebildet sein. Dabei kann das Außenteil des Karosserie-Längsträgers einen Vertikalschenkel, der mit dem abgewinkelten Randflansch des Außenteil-Querstegs verbunden sein kann, und die Querwand aufweisen, die mit ihrem abgewinkelten Randflansch an das Innenteil des Längsträgers angebunden sein kann.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Es zeigen:
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1 ein Fahrzeug in einer Seitenansicht;
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2 in einer grob schematischen Ansicht von oben einen Pfahlcrash-Versuchsaufbau zur Durchführung einer Frontalkollision mit geringfügiger seitlicher Überdeckung;
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3 in einer perspektivischen Darstellung den Vorderbau einer Fahrzeug-Karosseriestruktur;
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4 eine perspektivische Teilschnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 3; und
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5 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B aus der 3.
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In der 1 ist ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 lediglich der Stoßfänger-Querträger 7 sowie der Seitenschweller 19 der Karosseriestruktur dargestellt. Weitere Details zur Karosseriestruktur sind den 2 bis 5 entnehmbar.
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In der 2 ist schematisch ein Versuchsaufbau gezeigt, mit dem eine frontseitige Fahrzeugkollision mit geringer seitlicher Überdeckung 1 simulierbar ist. Zur Simulation einer solchen Unfallkonstellation ist ein als Pfahl 3 ausgebildetes Hindernis in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich außen vor einem Fahrzeug 5 angeordnet, so dass der Aufprall des Fahrzeugs 5 auf den Pfahl 3 weitgehend außerhalb eines angedeuteten frontseitigen Stoßfänger-Querträgers 7 des Fahrzeuges 5 erfolgt. Gemäß der 2 sind an dem Stoßfänger-Querträger 7 seitlich außen angeordnete, sich in der Fahrzeuglängsrichtung x erstreckende Karosserie-Längsträger 9 angebunden. Die Karosserie-Längsträger 9 sind in der Fahrzeugquerrichtung y innen an Radhäusern 11 vorbeigeführt, die jeweils einen Innenraum 13 zur Aufnahme von vorderen Fahrzeugrädern 15 begrenzen. In der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten schließen A-Säulen 17 sowie Seitenschweller 19 an die Radhäuser 11 an.
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Aus der 3 geht hervor, dass sich jeder der Karosserie-Längsträger 9 aus einem vorderen Längsträger-Abschnitt 21, einem mittleren Übergangs-Abschnitt 23 und einem hinteren Längsträger-Abschnitt 25 zusammensetzt. Der vordere Längsträger-Abschnitt 21 ist in der Fahrzeughochrichtung z nach oben versetzt zu dem hinteren Längsträger-Abschnitt 25 angeordnet. Ein Teil des Übergangs-Abschnitts 23 und der hintere Längsträger-Abschnitt 25 sind an einem Bodenblechteil 27 angebunden, das in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne in das Radhaus 11 übergeht. Der als geschlossenes Hohlprofilteil ausgebildete vordere Längsträger-Abschnitt 21 setzt sich aus einem in der Fahrzeugquerrichtung y innen angeordneten Innenteil 29 und aus in der Fahrzeugquerrichtung y außen angeordneten vorderen und hinteren Außenteilen 31a und 31b zusammen, die einen Hohlraum 32 begrenzen.
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Das vordere Außenteil 31a ist gegebenenfalls als separater Blechzuschnitt in Schweißverbindung mit dem hinteren Außenteil 31b. Das hintere Außenteil 31b geht gemäß der 4 materialeinheitlich und einstückig in ein inneres Radhaus-Blechteil 41 des Radhauses 11 über.
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Das vordere Außenteil 31a des vorderen Längsträger-Abschnitts 21 ist gemäß der 5 im Querschnitt in etwa z-förmig. Jedes der Außenteile 31a und 31b weist eine vertikale, den Innenraum 13 des Radhauses 11 unmittelbar begrenzende Begrenzungswand 33 auf, die an einer bodenseitigen Abschlusskante 34 des Radhauses 11 in eine nach innen horizontal von der Begrenzungswand 33 abragende Querwand 35 übergeht. An einer von dem Innenraum 13 des Radhauses 11 abgewandten Seite der Querwand 35 schließt ein vertikal nach unten abgewinkelter Randflansch 37 an.
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Das im Querschnitt z-förmige Innenteil 29 des vorderen Längsträger-Abschnitts 21 setzt sich gemäß der 4 und 5 aus einem vertikalen Schenkel 38, einem nach oben an den vertikalen Schenkel 38 anschließenden horizontalen Quersteg 39 und einem vertikal nach oben von dem horizontalen Quersteg 39 abgewinkelten Randflansch 47 zusammen.
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Aus den 4 und 5 geht weiter hervor, dass jedes der Außenteile 31a und 31b über eine erste und eine zweite Flanschverbindung I und II, die sich in der Fahrzeuglängsrichtung x erstrecken, an das Innenteil 29 des vorderen Längsträger-Abschnitts 21 angebunden ist. Zur Ausbildung der ersten Flanschverbindung I ist der vertikal nach oben abgewinkelte Randflansch 47 des Innenteils 29 an die Begrenzungswand 33 von jedem der Außenteile 31a und 31b geschweißt. Zur Ausbildung der zweiten Flanschverbindung II sind die vertikal nach unten abgewinkelten Randflansche 37 der Außenteile 31a und 31b an den vertikalen Schenkel 38 des Innenteils 29 geschweißt.
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Des Weiteren sind gemäß der 4 und 5 die Flanschverbindungen I und II in der Fahrzeughochrichtung z um eine Höhendifferenz Δz und in der Fahrzeugquerrichtung y um einen Querversatz Δy voneinander beabstandet.
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Bei einer Fahrzeugkollision mit geringer seitlicher Überdeckung 1 gemäß der 2 prallt das Fahrzeug 5 gegen den in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich außen vor dem Fahrzeug 5 angeordneten Pfahl 3, so dass Aufprallkräfte FA (4) auf die Karosseriestruktur des Fahrzeuges 5 wirken. Aufgrund der Anordnung des Pfahls 3 seitlich außen vor dem Fahrzeug 5 erfolgt die Einleitung der Aufprallkräfte FA weitgehend seitlich vorbei an dem Stoßfänger-Querträger 7 in die Radhäuser 11.
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Aus der 4 geht hervor, dass aufgrund der Aufprallkraft FA sowohl Längskräfte Fx als auch Querkräfte Fy auf die Radhäuser 11 und die daran angebundenen Karosserie-Längsträger 9 wirken. Aufgrund der Querkräfte Fy besteht die Gefahr, dass sich die Radhäuser 11 und die an die Radhäuser 11 angebundenen Außenteile 31a und 31b des vorderen Längsträger-Abschnitts 21 in der Fahrzeugquerrichtung y deformieren und sich die Außenteile 31a und 31b von dem Innenteil 29 des vorderen Längsträger-Abschnitts 21 ablösen. Um ein Ablösen oder ein sogenanntes Abschälen der Außenteile 31a und 31b von dem Innenteil 29 zu vermeiden, weisen die Außenteile 31a und 31b die horizontale Querwand 35 auf, die als Versteifungsstruktur wirkt und die Quersteifigkeit der Außenteile 31a und 31b erhöht. Durch die erhöhte Quersteifigkeit der Außenteile 31a und 31b wird im Kollisionsfall die Deformation der Außenteile 31a und 31b in der Fahrzeugquerrichtung y reduziert, so dass das Ablösen der Außenteile 31a und 31b von dem Innenteil 29 bzw. das Aufreißen der Flanschverbindungen I und II zwischen dem Innenteil 29 und den Außenteilen 31a und 31b verhindert wird. Aufgrund der in der Fahrzeughochrichtung z um eine Höhendifferenz Δz und in der Fahrzeugquerrichtung y um einen Querversatz Δy zueinander versetzten Flanschverbindungen I und II ist die Quersteifigkeit der Außenteile 31a und 31b weiter erhöht. Durch die einteilige Ausführung des hinteren Außenteils 31b und des inneren Radhaus-Blechteils 41 wird ein Abreißen des inneren Radhaus-Blechteils 41 vom vorderen Längsträger-Abschnitt 21 weiter verhindert.
