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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugtragstruktur mit einer A-Säule, einem Schweller, einem Vorderrad und einer Abgleitfläche für das Vorderrad.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 1 278 674 B1 ist eine Kraftfahrzeugvorderkarosserieanordnung mit einem Vorderrad, einem Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, einer Vorderrad-Querführung bekannt, wobei die Vorderrad-Querführung auf einem Vorderende eines Türschwellers angeordnet ist und ein Führungsteil zum Verschieben des Vorderrads nach innen in die Kraftfahrzeug-Breitenrichtung bei einer Kraftfahrzeug-Frontkollision umfasst. Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 1 044 863 A1 ist ein Kraftwagen mit einer Tragstruktur bekannt, die an einem Ende einer Sicherheitsfahrgastzelle mit einer Knautschzone und zwei im Bereich der Knautschzone seitlich angeordneten Radläufen versehen ist, in denen jeweils ein von Radführungsgliedern gehaltenes Rad angeordnet ist, wobei zwischen der Sicherheitsfahrgastzelle und dem Abrollumfang der beiden Räder in Geradeausstellung jeweils eine schräg zur Mittellängsachse des Kraftwagens verlaufende Abweisfläche für das zugeordnete Rad vorgesehen ist, an der das in Folge crashbedingter Verformung der Knautschzone in die Abweisfläche bewegte Rad an der Stirnseite der Sicherheitsfahrgastzelle vorbei abgewiesen wird, wobei die Abweisflächen schräg nach unten gerichtete Abweisrampen sind, von denen die Räder beim Kollabieren der Knautschzone in Richtung der Sicherheitsfahrgastzelle unter den Boden des Kraftwagens absenkgeführt sind. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 198 38 955 A1 ist eine Fahrzeugkarosserie mit einem Verformungselement bekannt, das zwischen einer A-Säule und den Rädern des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugtragstruktur mit einer A-Säule, einem Vorderrad und einer Abgleitfläche für das Vorderrad, zu schaffen, die bei zugleich geringem Gewicht einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe ist bei einer Kraftfahrzeugtragstruktur mit einer A-Säule, einem Schweller, einem Vorderrad und einer Abgleitfläche für das Vorderrad, dadurch gelöst, dass die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in einem inneren Bereich eine größere Festigkeit als in einem äußeren Bereich aufweist, um die Abgleitfläche darzustellen. Durch die unterschiedlichen Festigkeiten in dem inneren und dem äußeren Bereich des A-Säulen-Querschnitts kann die Abgleitfläche auf einfache Art und Weise ohne zusätzliche Bauteile dargestellt werden. Dadurch kann die Abgleitfläche besonders vorteilhaft ohne Querschnittsverlust der A-Säule dargestellt werden. Der A-Säulen-Querschnitt verändert sich erst unter Last. Die unterschiedlichen Festigkeiten des A-Säulen-Querschnitts sind vorteilhaft so aufeinander abgestimmt, dass das Vorderrad bei einem bezogen auf das Vorderrad frontalen Crash an der Abgleitfläche nach außen abgleitet. Dabei kann die Abgleitfläche ganz oder teilweise an der A-Säule ausgebildet sein. Durch die erfindungsgemäße Darstellung der Abgleitfläche wird die Wahrscheinlichkeit auf einfache Art und Weise reduziert, dass sich das Vorderrad in einem speziellen Crash-Lastfall, in welchem das Kraftfahrzeug mit einer fünfundzwanzig prozentigen Überdeckung auf eine abgerundete Barriere trifft, mit der A-Säule verkeilt. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass ein Großteil der auftretenden Kräfte am Vorderrad auf eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs übertragen wird. Das Abgleiten des Vorderrads an der A-Säule liefert unter anderem den Vorteil, dass die Fahrgastzelle geringer dimensioniert werden kann. Dadurch können mit einem geringstmöglichen Gewicht des Kraftfahrzeugs hohe Crashanforderungen, auch in dem speziellen Crash-Lastfall, erfüllt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in dem inneren Bereich eine größere Wanddicke als in dem äußeren Bereich aufweist, um die Abgleitfläche darzustellen. Dabei sind die Wanddicken des A-Säulen-Querschnitts vorteilhaft so gewählt, dass sämtliche im Betrieb eines mit der Kraftfahrzeugtragstruktur ausgestatteten Kraftfahrzeugs auftretenden Belastungen mit ausreichender Sicherheit ausgehalten werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in dem inneren Bereich aus einem Material höherer Festigkeit als in dem äußeren Bereich gebildet ist, um die Abgleitfläche darzustellen. Die A-Säule ist, im Querschnitt betrachtet, im inneren Bereich vorzugsweise aus einem Material deutlich höherer Festigkeit als in dem äußeren Bereich gebildet. In dem inneren Bereich ist die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, vorzugsweise aus einem warm umgeformten Stahlmaterial gebildet. Bei dem Stahlmaterial handelt es sich vorzugsweise um einen warm umgeformten Stahl mit der Kurzbezeichnung 22MnB5.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in dem äußeren Bereich aus einem Material höherer Bruchdehnung als in dem inneren Bereich gebildet ist, um die Abgleitfläche darzustellen. Die A-Säule ist, im Querschnitt betrachtet, in dem äußeren Bereich vorzugsweise aus einem Material deutlich höherer Bruchdehnung als in dem inneren Bereich gebildet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in dem inneren Bereich aus einem Material gebildet ist, das eine Festigkeit aufweist, die deutlich größer als 1200 MPa ist. Dieser Wert hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen. Die erfindungsgemäße Abgleitfläche ergibt sich besonders vorteilhaft aus einer steifen Anbindung der A-Säule mit der vorderen Stirnwand bzw. deren Stirnwandquerträger.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in zumindest in einem Teilbereich des äußeren Bereichs aus einem Material gebildet ist, das eine Festigkeit aufweist, die deutlich kleiner als 1200 MPa ist. Dieser Wert hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in einem inneren vorderen Teilbereich lokal angepasste Werkstoffeigenschaften aufweist. Zu diesem Zweck ist die A-Säule, im Querschnitt betrachtet, in dem inneren vorderen Teilbereich vorteilhaft mit einem Tailored-Tempering-Verfahren behandelt. Für warm umgeformte Bauteile können durch den Einsatz des Tailored-Tempering-Verfahrens besonders vorteilhaft lokal niedrigere Festigkeiten zur Realisierung von kalten Fügemöglichkeiten dargestellt werden. Alternativ kann auch die Tailor-Welded-Blank-Technologie eingesetzt werden. Dabei kann für den weichen Bereich z.B. ein mikrolegierter Stahl und für den harten Bereich gehärteter Stahl eingesetzt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsstruktur in einem Schwellerbereich an einem vorderen Ende eine Abgleitfläche aufweist. Die Abgleitfläche wird in einem unteren Lastpfad durch eine formgebende Struktur dargestellt, die ein Abgleiten unterstützt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugtragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass ein vorderer A-Säulenflanschbereich zur Fahrzeugmitte hin angeordnet ist. Die A-Säule ist vorteilhaft aus zwei Profilelementen gebildet. Die beiden Profilelemente sind, im Querschnitt durch die A-Säule betrachtet, durch jeweils zwei vordere Flansche und zwei hintere Flansche in dem vorderen A-Säulenflanschbereich und dem hinteren A-Säulenflanschbereich fest miteinander verbunden. Dabei können die A-Säulenflanschbereiche, in Fahrzeugquerrichtung und bezogen auf die A-Säule betrachtet, mittig angeordnet werden. Durch die erfindungsgemäße Verlagerung des vorderen A-Säulenflanschbereichs aus der Säulenmitte nach innen zur Fahrzeugmitte hin wird das Abgleiten des Vorderrads an der A-Säule deutlich verbessert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugtragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vordere Stirnwand innen an dem vorderen A-Säulenflanschbereich befestigt ist. Dadurch wird der Montageaufwand erheblich vereinfacht. Darüber hinaus kann die vordere Stirnwand vorteilhaft zusammen mit der A-Säule zur Darstellung der Abgleitfläche verwendet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugtragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Stirnwand mit einem Querträger kombiniert ist. Der Querträger ist vorzugsweise in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet hinter der Stirnwand angeordnet. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die vordere Stirnwand zwischen dem Vorderrad und dem Querträger angeordnet ist.
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Stirnwandquerträger und innere A-Säule sind aus hochfestem Stahl fest miteinander verbunden und verhindern die Intrusion der Fahrgastzelle beim Auftreffen des Rades auf die A-Säule. Dabei stützt sich die innere A-Säule am Stirnwandquerträger nach innen ab.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugtragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Stirnwand so angestellt ist, dass das Vorderrad bei einem bezogen auf das Vorderrad frontalen Crash nach außen an der vorderen Stirnwand abgleitet. Die erfindungsgemäße Abgleitfläche ergibt sich besonders vorteilhaft aus einer Kombination der A-Säule mit der vorderen Stirnwand. In dem vorab geschilderten speziellen Crashfall gleitet das Vorderrad zunächst an der vorderen Stirnwand und anschließend an der A-Säule entlang nach außen, das heißt von der Fahrzeugmitte weg.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugtragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Stirnwand und eine vordere Stirnfläche der A-Säule gemeinsam eine Abgleitfläche für das Vorderrad darstellen. Die vordere Stirnwand und die vordere Stirnfläche der A-Säule können zu diesem Zweck in einem ähnlichen Anstellwinkel angestellt sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugtragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Stirnwand einen größeren Anstellwinkel als die vordere Stirnfläche der A-Säule aufweist. Durch die abgeschrägte Stirnfläche des Schwellers kann die Felge gespalten werden, damit das Rad nach außen abgleiten kann.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Kraftfahrzeugtragstruktur. Die Kraftfahrzeugtragstruktur ist dabei vorteilhaft auf beiden Seiten, bezogen auf eine Fahrzeuglängsachse, symmetrisch angeordnet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Darstellung einer Kraftfahrzeugtragstruktur mit einem Vorderrad und einem davor angeordneten Pfahl zur Veranschaulichung eines speziellen Crash-Lastfalls;
- 2 eine ähnliche Kraftfahrzeugtragstruktur wie in 1 mit einem zusätzlichen Füllelement;
- 3 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugtragstruktur und
- 4 eine ähnliche Darstellung wie in 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist eine Kraftfahrzeugtragstruktur 1 mit einer Längsträgerstruktur 3, einer Stirnwand 4 und einer A-Säule 5 vereinfacht dargestellt. An der Längsträgerstruktur 3 ist ein Vorderrad 8 drehbar angebracht. Vor dem Vorderrad 8 ist Pfahl 10 zur Veranschaulichung eines speziellen Crash-Lastfalls angedeutet.
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Der spezielle Crash-Lastfall betrifft einen Crashtest, der auch als Small-overlap Crashtest bezeichnet wird. Beim Small-overlap Test trifft das Kraftfahrzeug mit einer Überdeckung zwischen 20% und 30% auf eine abgerundete starre Barriere, wie sie durch einen Pfahl 10 in 1 angedeutet ist. Bei einer in dem speziellen Crash-Lastfall auftretenden Deformation wird bei einer Betrachtung des Kraftfahrzeugs als Fixpunkt die Last über den Pfahl 10 mittelbar über das Vorderrad 8 auf eine Schweller-Längsstruktur übertragen.
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Die Längsträgerstruktur 3 des Vorderrads 8 wird durch diesen speziellen Crash-Lastfall nicht hauptsächlich beaufschlagt. Falls das Vorderrad 8 in diesem speziellen Crash-Lastfall nicht abgleitet und sich mit der A-Säule 5 keilt, wird ein Großteil der auftretenden Kräfte vom Vorderrad 8 auf eine (nicht dargestellte) Fahrgastzelle übertragen. Um die Dimensionierung der Fahrgastzelle möglichst gering ausführen zu können, ist ein Abgleiten des Vorderrads 8 an der A-Säule 5 erstrebenswert.
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In 2 ist durch einen Pfeil 20 eine Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer Kraftfahrzeugtragstruktur 21 angedeutet. Eine Radhüllfläche oder Radhüllkurve 22 ist dem Vorderrad 8 zugewandt. Die Kraftfahrzeugtragstruktur 21 umfasst eine A-Säule 5, die aus zwei Profilelementen 24, 25 zusammengesetzt ist.
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Die beiden Profilelemente 24, 25 sind in einem vorderen Flanschbereich 26 und einem hinteren Flanschbereich 27 fest miteinander verbunden. An dem Profilelement 25 ist, in 2 vorne rechts, eine Anbindungsstelle 28 zur Anbindung einer Stirnwand 4 an die A-Säule 5 vorgesehen. Das Abgleiten des Fahrzeugrads 8 an der A-Säule 5 kann durch ein Füllelement 29 verbessert werden, das in 2 zwischen der Radhüllfläche 22 und dem Profilelement 25 sowie der Stirnwand 4 angeordnet ist.
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In 3 ist eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugtragstruktur 31 mit einer Stirnwand 4 und einer A-Säule 5 sowie einem Vorderrad 8 vereinfacht dargestellt. Die A-Säule 5 ist aus zwei Profilelementen 34, 35 gebildet, die in einem vorderen Flanschbereich 36 und einem hinteren Flanschbereich 37 fest miteinander verbunden sind. Der hintere Flanschbereich 37 ist genauso ausgeführt und angeordnet wie der hintere Flanschbereich 27 in 2.
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Der vordere Flanschbereich 36 ist, im Vergleich zu dem vorderen Flanschbereich 26 in 2, so zur Fahrzeugmitte hin verlagert, dass der vordere Flanschbereich 36 an der Innenseite, also der in 3 rechten Seite, vorne an der A-Säule 5 angeordnet wird. Das liefert u.a. den Vorteil, dass die Stirnwand 4 in einer Anbindungsstelle 38 direkt an dem vorderen Flanschbereich 36 befestigt werden kann. Wesentlicher Vorteil ist jedoch, dass eine geometrische Abgleitebene mit ohnehin vorhandenen Bauteilen geschaffen ist.
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Ein vorderer Schenkel 39 des Profilelements 34 ist, wie man in 3 sieht, geringfügig angestellt, das heißt, in einem Winkel von etwa fünf Grad zu einer Fahrzeugquerachse angeordnet. Die Stirnwand 4 ist in einem größeren Winkel angestellt. Der Winkel zwischen der Stirnwand 4 und einer Fahrzeugquerachse beträgt etwa dreißig Grad.
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Durch eine gestrichelte Linie 40 ist eine Abgleitfläche angedeutet, entlang der das Vorderrad 8 in dem vorab beschriebenen speziellen Crash-Lastfall abgleitet. Durch die erfindungsgemäße Verlegung und Verlagerung des vorderen Flanschbereichs 36 der A-Säule 5 nach innen, das heißt zur Fahrzeugmitte hin, kann auf einfache Art und Weise eine natürliche Abgleitfläche 40 geschaffen werden. Die Abgleitfläche 40 liefert insbesondere den Vorteil, dass zu ihrer Darstellung keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden. Darüber hinaus kann die Abgleitfläche 40 dargestellt werden, ohne dass sich der Querschnitt der A-Säule 40 verringert.
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Bei der in 3 dargestellten Kraftfahrzeugstruktur 31 weisen die beiden Profilelemente 34, 35 vorteilhaft unterschiedliche Festigkeiten auf, um die Abgleitfläche 40 darzustellen. Dabei hat das innere Profilelement 35 vorteilhaft eine größere Festigkeit als das äußere Profilelement 34, um die Abgleitfläche 40 darzustellen.
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Zu diesem Zweck kann das innere Profilelement 35 eine größere Wanddicke als das äußere Profilelement 34 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das innere Profilelement 35 aus einem Material höherer Festigkeit als das äußere Profilelement 34 gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das äußere Profilelement 34 aus einem Material höherer Bruchdehnung als das innere Profilelement 35 gebildet sein.
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In 4 ist eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugtragstruktur 41 mit einer Stirnwand 4 und einer A-Säule 5 sowie einem Vorderrad 8 dargestellt. Die A-Säule 5 ist aus zwei Profilelementen 44, 45 gebildet, die in einem vorderen Flanschbereich 46 und einem hinteren Flanschbereich 47 fest miteinander verbunden sind. Die Flanschbereiche 46 und 47 sind genauso angeordnet wie bei der in 2 dargestellten Kraftfahrzeugtragstruktur 21.
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Das in 4 linke Profilelement 44 ist, bezogen auf ein mit der Kraftfahrzeugtragstruktur 41 ausgestattetes Kraftfahrzeug außen angeordnet und stellt, im Querschnitt betrachtet, einen äußeren Bereich 48 der A-Säule 5 dar. Analog ist das in 4 rechts angeordnete Profilelement 45 innen angeordnet und stellt, im Querschnitt betrachtet, einen inneren Bereich 49 der A-Säule 5 dar.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung weist die A-Säule 5 der in 4 dargestellten Kraftfahrzeugstruktur 41 in dem inneren Bereich 49 eine größere Festigkeit als in dem äußeren Bereich 48 auf. Die größere Festigkeit in dem inneren Bereich 49 kann zum Beispiel durch eine größere Wanddicke und/oder ein Material größerer Festigkeit erreicht werden. Durch die kleinere Festigkeit in dem äußeren Bereich 48 der A-Säule 5 kann unter Last, zum Beispiel in einem Crashfall, insbesondere einem Pfahlcrash-Fall, eine Abgleitfläche für das Vorderrad 8 geschaffen werden, die durch eine gestrichelte Linie 50 angedeutet ist.
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Bei einer Intrusion des Vorderrads 8 kann durch die unterschiedlichen Festigkeiten ohne A-Säulen-Querschnittsverlust ein Abgleiten des Vorderrads 8 nach außen realisiert werden. Bei einer Deformation der A-Säule 5 wird der äußere Bereich 48 aufgrund der geringeren Festigkeit stärker deformiert. Dadurch bildet die gesamte A-Säule 5 während der Deformation die virtuelle Abgleitebene 50.
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In einem inneren vorderen Teilbereich 52 weist das Profilelement 45 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung lokal eine niedrigere Festigkeit bzw. eine höhere Bruchdehnung auf. Dadurch können kalte Fügetechniken realisiert werden. Die lokal niedrigere oder größere Festigkeit kann durch Tailored Tempering oder Tailor Welded Blank erzeugt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Längsstruktur 55 in einem Schwellerbereich an ihrem vorderen Ende so gestaltet sein, dass sie eine alternative oder zusätzliche Abgleitfläche oder Abgleitebene 60 für das Vorderrad 8 darstellt. Die Längsstruktur 55 kann, wie in 4 angedeutet ist, in dem vorderen Flanschbereich 46 an die A-Säule 5 angebunden sein.
