DE102014206610A1

DE102014206610A1 - Composite structural body of fiber composite material for a motor vehicle and motor vehicle with such a body structure support

Info

Publication number: DE102014206610A1
Application number: DE102014206610.7A
Authority: DE
Inventors: Jyrki Majamäki
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Ein Karosseriestrukturträger für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet und weist ein geschlossenes Hohlprofil mit in Längsrichtung hintereinander angeordneten Versagensabschnitten auf. Die Versagensabschnitte sind derart ausgebildet, dass sie im Falle einer Last durch eine Kollision des Kraftfahrzeugs zum Abbau von Kollisionsenergie versagen. Die Versagensabschnitte weisen im Wesentlichen gleiche Querschnittsprofile auf. Die Versagensabschnitte weisen ferner zueinander unterschiedliche Wandstärken auf.A body structural support for a motor vehicle according to the present invention is formed of a fiber composite material and has a closed hollow profile with longitudinally successively arranged failure sections. The failure sections are designed such that they fail to reduce collision energy in the event of a load due to a collision of the motor vehicle. The failure sections have substantially the same cross-sectional profiles. The failure sections also have mutually different wall thicknesses.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Karosseriestrukturträger aus Faserverbundwerkstoff für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Karosseriestrukturträger, wobei der Karosseriestrukturträger als ein in einem Kollisionslastfall des Kraftfahrzeugs energieabsorbierender Träger ausgebildet ist.The present invention relates to a composite structural body support for a motor vehicle and a motor vehicle having such a body structure support, wherein the body structure support is formed as an energy absorbing in a collision load case of the motor vehicle carrier.

Zur Sicherheit von Insassen, die sich in einem Kraftfahrzeug befinden, sind Kraftfahrzeuge derart konstruiert, dass eine Fahrgastzelle im Fall einer Kollision, d. h. eines Crashs, mit einem Kollisionsgegner, wie beispielsweise einem festen Hindernis oder einem anderen Fahrzeug, einen Fahrzeuginsassen hinreichend schützt. Ferner ist es bei einer sicheren Auslegung eines Kraftfahrzeugs für den Kollisionsfall wichtig, dass eine Fahrzeugverzögerung bzw. eine Kraft, die auf den Fahrzeuginsassen wirkt, nach dem Insassenrückhaltesysteme ihre Wirkung entfaltet haben, bestimmte Schwellwerte im Lauf der Kollision nicht überschreiten.For the safety of occupants who are in a motor vehicle, motor vehicles are constructed so that a passenger compartment in the event of a collision, i. H. a crash, with a collision opponent, such as a fixed obstacle or another vehicle, sufficiently protects a vehicle occupant. Furthermore, it is important in a safe design of a motor vehicle for the collision case that a vehicle deceleration or a force acting on the vehicle occupant after the occupant restraint systems have taken effect, do not exceed certain thresholds in the course of the collision.

Bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs besteht ein Zusammenhang zwischen einer wirksamen Masse des kollidierenden Fahrzeugs, einer Verzögerung des kollidierenden Fahrzeugs und einer Kraft, bei der eine Karosseriestruktur, die häufig in diesem Zusammenhang auch Crashstruktur genannt wird, durch plastische Verformung oder Sprödbruch fortschreitend versagt. Ein durch die Karosseriestruktur möglicher Abbau der Kollisionsenergie wird dabei durch einen Kraftverlauf über einen zur Verfügung stehenden Verformungsweg bestimmt. Zu Beginn einer Kollision ist eine Gesamtmasse des Fahrzeugs wirksam, so dass eine verhältnismäßig hohe kinetische Kollisionsenergie abzubauen ist und die Karosseriestruktur einschließlich eines Karosseriestrukturträgers, wie beispielsweise eines vorderen Längsträgers, derart ausgelegt sein muss, dass die Karosseriestruktur bei einem hohen Kraftniveau versagt.In a collision of the motor vehicle there is a relationship between an effective mass of the colliding vehicle, a deceleration of the colliding vehicle and a force in which a body structure, which is often referred to in this context as crash structure, progressively fails by plastic deformation or brittle fracture. A possible reduction of the collision energy by the body structure is determined by a force curve over an available deformation path. At the beginning of a collision, a total mass of the vehicle is effective so that a relatively high kinetic collision energy is dissipated and the body structure including a body structure carrier, such as a front side member, must be designed such that the body structure fails at a high level of force.

Es ist bekannt Karosserieträger der Karosseriestruktur derart auszulegen, dass sie in dem Kollisionslastfall des Kraftfahrzeugs Kollisionsenergie absorbierend versagen. Karosseriestrukturträger aus metallischen Werkstoffen sind dabei derart ausgelegt, dass sie sich bei einem bestimmten Kraftniveau über eine dafür vorgesehene Strecke geeignet verformen. Bei einem Karosseriestrukturträger aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder einem anderen faserverstärkten Kunststoff in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen, sind beispielsweise Hohlträger vorgeschlagen worden, die beispielsweise ein rechteckiges Profil aufweisen. Ein derartiger Träger aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (Kohlefaserverbundwerkstoff) versagt dabei durch sogenanntes „crushing”. Beim Versagensmechanismus „crushing” erfolgt eine mehr oder weniger vollständige Desintegration (Pulverisierung bzw. Fragmentierung oder auch Zersplitterung genannt) des Karosseriestrukturträgers vorrangig im Sprödbruch. Dieser Versagensmechanismus funktioniert insbesondere bei einem frontalen Aufprall, bei welchem die Kraft auf den Träger senkrecht zu einem Trägerquerschnitt steht.It is known to design the body structure of the body structure in such a way that it fails collision energy in the collision load case of the motor vehicle. Body structural support of metallic materials are designed so that they deform suitable at a certain level of force over a designated route. In a body structure carrier made of carbon fiber reinforced plastic or other fiber reinforced plastic in motor vehicles, especially passenger cars, for example, hollow carrier have been proposed, for example, have a rectangular profile. Such a carrier made of carbon fiber reinforced plastic (carbon fiber composite material) fails by so-called "crushing". In the failure mechanism "crushing" a more or less complete disintegration (pulverization or fragmentation or also called fragmentation) of the body structure carrier takes place primarily in the brittle fracture. This failure mechanism works especially in a frontal impact, in which the force on the carrier is perpendicular to a carrier cross-section.

Es ist bekannt, dass ein derartiger Karosseriestrukturträger einen gleichbleibenden Querschnitt mit gleichbleibender Wandstärke hat. Hierdurch versagt der Karosseriestrukturträger über seine Länge fortschreitend bei einem im Wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau.It is known that such a body structure carrier has a constant cross-section with constant wall thickness. As a result, the body structure carrier progressively fails over its length at a substantially constant level of force.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Karosseriestrukturträger aus Faserverbundwerkstoff für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Karosseriestrukturträger zu schaffen, der es ohne wesentliche Beeinflussung eines erforderlichen Bauraums für den Karosseriestrukturträger ermöglicht, ein Versagen bei unterschiedlichen Kraftniveaus bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.It is the object of the present invention to provide a composite structural body support for a motor vehicle and a motor vehicle having such a body structure support, which allows it without significant influence on a required space for the body structure support to allow failure at different levels of force in a collision of the motor vehicle ,

Diese Aufgabe wird durch einen Karosseriestrukturträger für ein Kraftfahrzeug aus Faserverbundwerkstoff gelöst, der die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist.This object is achieved by a body structure support for a motor vehicle made of fiber composite material having the features of claim 1.

Ferner wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Karosseriestrukturträger gelöst.Furthermore, this object is achieved by a motor vehicle with such a body structure support.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.Preferred embodiments of the invention are listed in the dependent claims.

Bevorzugt versagt ein Karosseriestrukturträger gemäß der vorliegenden Erfindung aus Faserverbundwerkstoff spröde, d. h. nach dem eingangs beschriebenen Versagensmechanismus „crushing”, bei dem eine mehr oder weniger starke fortschreitende Fragmentierung des Karosseriestrukturträgers erfolgt und dabei Kollisionsenergie abgebaut wird.Preferably, a body structure carrier according to the present invention fails of fiber composite brittle, d. H. according to the failure mechanism "crushing" described above, in which a more or less strong progressive fragmentation of the body structure carrier takes place and collision energy is thereby reduced.

Unterschiedliche Wandstärken der Versagensabschnitte bedeutet unterschiedliche Wanddicken. Different wall thicknesses of the failure sections means different wall thicknesses.

Der Karosseriestrukturträger kann lediglich zwei hintereinander angeordnete Versagensabschnitte aufweisen, kann jedoch auch mehr als zwei Versagensabschnitte aufweisen.The body structure support may have only two failure sections arranged one behind the other, but may also have more than two failure sections.

Ein Versagensabschnitt mit großer Wandstärke versagt bei einem höheren Kraftniveau, so dass je Versagensstrecke eine größere Energie abgebaut werden kann. Ein Versagensabschnitt mit einer kleineren Wandstärke versagt bei einem niedrigeren Kraftniveau, so dass je Versagensstrecke eine geringere Kollisionsenergie abgebaut werden kan.A failure section with large wall thickness fails at a higher force level, so that each failure path, a larger energy can be reduced. A failure section with a smaller wall thickness fails at a lower power level, so that a lower collision energy can be dissipated per failure path.

Hierdurch kann im Verlaufe der Kollision, insbesondere durch ein nacheinander abfolgendes Versagen der Versagensabschnitte ein Kraftniveauverlauf gesteuert werden, der letztendlich auf eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs und damit auf einen Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs im Verlaufe der Kollision wirkt. Insbesondere kann dadurch ein Kraftniveauverlauf einer Kraft, die auf eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs wirkt, geeignet gesteuert werden, ohne eine Länge des Karosseriestrukturträgers bzw. einer Crashstruktur, die den Karosseriestrukturträger aufweist, vergrößern zu müssen.As a result, in the course of the collision, in particular by a sequential failure of the failure sections, a force level profile can be controlled, which ultimately acts on a passenger compartment of the motor vehicle and thus on a vehicle occupant of the motor vehicle in the course of the collision. In particular, thereby, a force level characteristic of a force acting on a passenger compartment of the motor vehicle can be suitably controlled without having to increase a length of the body structure carrier or a crash structure having the body structure carrier.

In Summe kann ein Kraftfahrzeug trotz kurzer vorgesehener Versagensstrecken oder Verformungswege hinreichend sicher ausgebildet werden.In sum, a motor vehicle can be made sufficiently secure despite short intended failure distances or deformation paths.

Der Ausdruck „gleich Querschnittprofile” gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet – abgesehen von der unterschiedlichen Wandstärke – eine gleiche Querschnittsprofilform und eine gleich Querschnittsprofilgröße. Damit weisen die Querschnittsprofile der einzelnen Versagensabschnitte gleiche Durchmesser auf. Der Ausdruck „gleiche Durchmesser” kann gleiche mittlere Durchmesser der Querschschnittsprofile bedeuten bzw. umfassen. Alternativ kann der Ausdruck „gleiche Durchmesser” gleiche Innendurchmesser der Querschnittsprofile der Versagensabschnitte bedeuten. „Gleiche Durchmesser” können auch gleiche Außendurchmesser der einzelnen Versagensabschnitte bedeuten. Bei nicht runden Querschnittsprofilen kann der Begriff „Durchmesser” ein Durchmesser an einer bestimmten Position der Versagensabschnitte bedeuten und kann auch gemittelte Durchmesser umfassen. So kann beispielsweise auch bei einem Profil mit rechteckigem Querschnitt ein gemittelter Durchmesser angegeben werden. Gleichermaßen kann eine Diagonale ein Durchmesser an einer bestimmten Position bedeuten.The term "equal cross-sectional profiles" according to the present invention means - apart from the different wall thickness - a same cross-sectional profile shape and an equal cross-sectional profile size. Thus, the cross-sectional profiles of the individual failure sections have the same diameter. The term "equal diameter" may mean the same average diameter of the cross-sectional profiles. Alternatively, the term "equal diameter" may mean equal inner diameters of the cross-sectional profiles of the failure sections. "Same diameter" can also mean the same outer diameter of the individual failure sections. For non-round cross-sectional profiles, the term "diameter" may mean a diameter at a particular position of the failure sections and may also include averaged diameters. For example, an average diameter can also be specified for a profile with a rectangular cross section. Likewise, a diagonal may mean a diameter at a particular position.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Karosseriestrukturträger derart ausgebildet, dass die Versagensabschnitte im Falle der Kollision nacheinander versagen.According to a preferred embodiment of the present invention, the body structure carrier is designed such that the failure sections fail successively in the event of collision.

Hierdurch ist es möglich, einen Kraftniveauverlauf, bei dem der Karosseriestrukturträger insgesamt fortschreitend spröde versagt, geeignet zu steuern.This makes it possible to suitably control a force level course in which the body structure support as a whole progressively fails brittlely.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Karosseriestrukturträgers der vorliegenden Erfindung ist eine Fasermenge in einem Versagensabschnitt mit größerer Wandstärke größer als in einem Versagensabschnitt mit kleinerer Wandstärke.According to a further preferred development of the body structure carrier of the present invention, an amount of fiber in a failure section with a greater wall thickness is greater than in a failure section with a smaller wall thickness.

Für eine Energieabsorptionsfähigkeit und ein Kraftniveau, bei dem ein Karosseriestrukturträger aus Faserverbundwerkstoff versagt, ist nicht nur aber im Wesentlichen auch eine Fasermenge in dem Versagensabschnitt relevant. Daraus folgt, dass der Versagensabschnitt mit größerer Wandstärke und einer größeren Fasermenge auch bei einem größeren Kraftniveau versagt.However, not only is an amount of fiber in the failure section substantially relevant to an energy absorbing ability and a force level at which a composite structural body member fails. It follows that the failure section with larger wall thickness and a larger amount of fiber fails even at a higher level of force.

Bevorzugt ist der Karosseriestrukturträger aus Endlosfasern hergestellt. Hierbei ist bevorzugt ein kontinuierliches Herstellungsverfahren angewendet, wie beispielsweise Flechten und/oder Pultrudieren und/oder Wickeln. Mit diesem Verfahren können besonders einfach und kostengünstig Karosseriestrukturträger gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Es ist jedoch auch möglich den Karosseriestrukturträger auf andere Art und Weise herzustellen, wie beispielsweise mittels eines RTM-Verfahrens (RTM steht für Resin Transfer Molding).Preferably, the body structure carrier is made of continuous fibers. In this case, a continuous production method is preferably used, such as, for example, braiding and / or pultrusion and / or winding. With this method, body structure carriers according to the present invention can be produced in a particularly simple and cost-effective manner. However, it is also possible to produce the body structure support in other ways, such as by means of an RTM process (RTM stands for Resin Transfer Molding).

Vorteilhaft ist der Karosseriestrukturträger gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet, dass ein sprödes Versagens des Versagensabschnitts bei der Kollision derart in Übereinstimmung mit einem Änderungsverlauf einer bei der Kollision wirksamen Masse des Kraftfahrzeugs verläuft, dass ein Versagen der Versagensabschnitte mit unterschiedlichen Wandstärken entsprechend der Änderung der wirksamen Masse des Kraftfahrzeugs bei der Kollision erfolgt.Advantageously, the body structure carrier according to the present invention is configured such that a brittle failure of the failure portion in the collision is in accordance with a change history of a collision effective mass of the motor vehicle such that a failure of the failure portions having different wall thicknesses corresponding to the change of the effective mass of the motor vehicle takes place during the collision.

Dabei ist der Karosseriestrukturträger bevorzugt derart gestaltet, dass ein Versagen des Versagensabschnitts mit geringer Wandstärke erfolgt, wenn die bei der Kollision wirksame Masse des Kraftfahrzeugs verhältnismäßig klein ist, und ein Versagen des Versagensabschnitts mit großer Wandstärke erfolgt, wenn die bei der Kollision wirksame Masse des Kraftfahrzeugs verhältnismäßig groß ist.In this case, the body structure carrier is preferably designed such that a failure of the low-wall portion of the failure occurs when the collision mass of the motor vehicle is relatively small and failure of the high-wall portion of failure occurs when the mass of the motor vehicle at collision is high is relatively large.

Hierdurch kann verhindert werden, dass beispielsweise eine Verzögerung der Fahrgastzelle, die sowohl von der wirksamen Masse des Kraftfahrzeugs als auch von dem Kraftniveau, bei dem der Karosseriestrukturträger versagt, abhängt, einen zulässigen Schwellwert nicht überschreitet.This can be prevented, for example, a delay of the passenger compartment, both from the effective mass of the motor vehicle and the force level at which the Body structure support fails, depends, does not exceed a permissible threshold.

Ein großes Kraftniveau bedeutet bei gleicher wirksamer Masse des Kraftfahrzeugs eine verhältnismäßig große Verzögerung, die auf die Fahrgastzelle bzw. den Fahrzeuginsassen wirkt. Ein kleines Kraftniveau bedeutet bei gleicher wirksamer Kollisionsmasse des Kraftfahrzeugs, dass eine geringere Verzögerung auf die Fahrgastzelle bzw. auf den Fahrzeuginsassen wirkt. Durch die unterschiedlichen Kraftniveaus, bei denen die Versagensabschnitte versagen, kann berücksichtigt werden, dass sich im Verlauf der Kollision des Kraftfahrzeugs die wirksame Masse des Kraftfahrzeugs unvermeidbar verändert. Damit hat diese Veränderung der wirksamen Masse ebenso eine Auswirkung auf eine Verzögerung der Fahrgastzelle, wobei eine Verringerung der Masse bei gleichem Verzögerungsschwellwert ein geringeres Versagenskraftniveau erfordert. Insofern ist es gemäß der vorliegenden Erfindung besonders einfach einen Kraftverlauf und damit eine auf einen Insassen wirkende Verzögerung zu steuern und insbesondere zu verhindern, dass eine Verzögerung einen bestimmten Schwellwert überschreitet, ohne einen Bauraum des Karosseriestrukturträgers wesentlich zu verändern und ein Gewicht des Karosseriestrukturträgers wesentlich zu erhöhen.A large force level means a relatively large deceleration for the same effective mass of the motor vehicle, which acts on the passenger compartment or vehicle occupants. A small force level means with the same effective collision mass of the motor vehicle, that a lower delay acts on the passenger compartment or on the vehicle occupants. Due to the different force levels at which the failure sections fail, it can be considered that in the course of the collision of the motor vehicle, the effective mass of the motor vehicle inevitably changes. Thus, this change in effective mass also has an effect on a delay of the passenger compartment, with a reduction in mass at the same deceleration threshold requiring a lower level of failure force. In this respect, according to the present invention, it is particularly easy to control a force curve and thus delay acting on an occupant and, in particular, to prevent a deceleration from exceeding a certain threshold without substantially altering a structural space of the body structure carrier and substantially increasing a weight of the body structure carrier ,

An der Karosserie des Kraftfahrzeugs kann eine Baugruppe mit großer Masse befestigt sein, wobei der Versagensabschnitt mit großer Wandstärke derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er versagt, während die Masse der Baugruppe eine bei der Kollision wirksame Masse ist, und dass der Vesagensabschnitt mit kleiner Wandstärke derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er versagt, wenn die Masse der Baugruppe keine bei der Kollision wirksame Masse mehr ist und insbesondere unmittelbar oder mittelbar an einem Kollisionsgegner anliegt.On the body of the motor vehicle, a large-mass assembly may be mounted, the large-wall-failure portion being formed and arranged to fail while the mass of the assembly is a mass effective in the collision, and that of the small-wall-thickness sipe portion is designed and arranged such that it fails if the mass of the assembly is no longer effective in the collision mass and in particular rests directly or indirectly against a collision opponent.

Mit unmittelbarer oder mittelbarer Anlage an den Kollisionsgegner ist gemeint, dass kein zwischenliegendes Verformungspotential bzw. Energieabsorptionspotential mehr vorhanden ist und die Masse der Baugruppe damit beispielsweise nicht mehr auf die Fahrgastzelle wirkt.By direct or indirect contact with the collision opponent is meant that no intermediate deformation potential or energy absorption potential is no longer present and thus the mass of the assembly thus no longer acts on the passenger compartment.

Die Baugruppe kann beispielsweise eine Antriebseinheit und/oder ein Energiespeicher sein. Eine Antriebseinheit ist z. B. ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor, eine Brennstoffzelle und/oder ein Getriebe. Ein Energiespeicher ist beispielsweise eine Speicherzellenbaueinheit zur Speicherung von elektrischer Energie und/oder ein Kraftstoffbehälter. Die Speicherzellenbaueinheit kann eine Traktionsbatterie und/oder ein Kondensator sein.The assembly may be, for example, a drive unit and / or an energy storage. A drive unit is z. As an internal combustion engine, an electric motor, a fuel cell and / or a transmission. An energy store is, for example, a memory cell unit for storing electrical energy and / or a fuel tank. The memory cell assembly may be a traction battery and / or a capacitor.

Bevorzugt sind die Versagensabschnitte des Karosseriestrukturträgers aneinander angrenzend und/oder ineinander übergehend ausgebildet.The failure sections of the body structure carrier are preferably formed adjacent to one another and / or into one another.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Karosseriestrukturträgers der vorliegenden Erfindung ist in Kollisionsrichtung ein Versagensabschnitt mit großer Wandstärke vor einem Versagensabschnitt mit geringer Wandstärke angeordnet.According to a preferred development of the body structure carrier of the present invention, a failure section with a large wall thickness is arranged in front of a failure section with a small wall thickness in the direction of collision.

Hierdurch ist es möglich, dass durch geeignete Triggerung des Versagensabschnitts mit großer Wandstärke jener zuerst versagt, bevor der Versagensabschnitt mit geringer Wandstärke versagt. Damit kann dem Umstand begegnet werden, dass zu Beginn einer Kollision die wirksame Masse des Kraftfahrzeugs am größten ist und sich im Verlaufe der Kollision verringert. Hierdurch ist es möglich, zu verhindern, dass eine zulässige Schwellwertverzögerung der Fahrzeugzelle im Verlaufe der Kollision überschritten wird. „Triggerung” bedeutet eine konstruktive Maßnahme, die es ermöglicht, dass ein Versagen des Karosseriestrukturträgers gezielt an einer bestimmten Stelle bzw. bei einem bestimmten Kraftniveau beginnt.This makes it possible that by suitable triggering of the failure section with large wall thickness of those first failed before the failure section fails with low wall thickness. This can be countered by the fact that at the beginning of a collision, the effective mass of the motor vehicle is greatest and decreases in the course of the collision. This makes it possible to prevent an allowable threshold deceleration of the vehicle compartment from being exceeded in the course of the collision. "Triggering" means a constructive measure that allows a failure of the body structure wearer to begin at a specific location or force level.

Bevorzugt hat das Hohlprofil des Karosseriestrukturträgers der vorliegenden Erfindung einen im Wesentlichen runden Querschnitt oder einen im Wesentlichen mehreckigen Querschnitt. Ein mehreckiger Querschnitt kann beispielsweise ein rechteckiger Querschnitt oder ein quadratischer Querschnitt sein. Besonders bevorzugt ist ein rechteckiger Querschnitt, da dieser es leichter ermöglicht, bestimmte Komponenten an dem Träger anzubinden, den Karosseriestrukturträger mit anderen Karosseriestrukturelementen zu verbinden und den Karosseriestrukturträger in die Karosseriestruktur zu integrieren.Preferably, the hollow profile of the body structure carrier of the present invention has a substantially round cross section or a substantially polygonal cross section. A polygonal cross section may be, for example, a rectangular cross section or a square cross section. Particularly preferred is a rectangular cross-section, as this makes it easier to attach certain components to the carrier, to connect the body structure carrier with other body structure elements and to integrate the body structure carrier in the body structure.

Ein Karosseriestrukturträger mit einem runden Querschnitt oder einem rechteckigen Querschnitt ist zudem besonders einfach mit kontinuierlichen Herstellverfahren herstellbar.A body structure carrier with a round cross section or a rectangular cross section is also particularly easy to produce with continuous manufacturing processes.

Bevorzugt ist der Karosseriestrukturträger ein vorderer Längsträger und/oder ein hinterer Längsträger. An einem derartigen vorderen Längsträger oder hinteren Längsträger ist bevorzugt zumindest mittelbar, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Deformationselements, d. h. einer Crashbox, das zur Energieabsorption in niedrigen Geschwindigkeitsbereichen konstruiert ist, ein Stoßfängerquerträger befestigt. Üblicherweise hat eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs einen linken vorderen Längsträger und einen rechten vorderen Längsträger. Ebenso hat eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs normalerweise einen linken hinteren Längsträger und einen rechten hinteren Längsträger.Preferably, the body structure carrier is a front side member and / or a rear side member. At such a front side member or rear side member is preferably at least indirectly, for example with the interposition of a deformation element, d. H. a crash box designed for energy absorption at low speed ranges, a bumper cross member attached. Usually, a body of a motor vehicle has a left front side member and a right front side member. Likewise, a body of a motor vehicle normally has a left rear side member and a right rear side member.

Die vorliegende Erfindung ist besonders für einen vorderen Längsträger bzw. einen hinteren Längsträger geeignet, da diese Träger im Falle einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs eine Hauptlast der Kollision aufnehmen und dementsprechend zu einem großen oder Wesentlichen Teil zu einer Energieabsorption im Falle der Kollision über einen vorhandenen möglichen Verformungsweg beitragen können. The present invention is particularly suitable for a front side member or rear side member because in the case of a head-on collision of the motor vehicle, these members receive a major load of the collision and, accordingly, to a large extent for energy absorption in the event of collision over an existing possible deformation path can contribute.

Bevorzugt ist zwischen dem Karosseriestrukturträger und dem Stoßfängerquerträger ein Deformationselement angeordnet, das derart ausgebildet ist, dass ein Versagen des Karosseriestrukturträgers bei einer Kollision unterhalb eines Relativgeschwindigkeitswerts, d. h. bei einer Kollision mit einem Kollisionsenergieeintrag unterhalb eines Schwellwerts, des Kraftfahrzeugs unterbunden ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass der Karosseriestrukturträger bei einer Kollision mit einer niedrigen Relativgeschwindigkeit versagt und damit ein hoher Reparaturaufwand erforderlich ist.Preferably, a deformation element is arranged between the body structure carrier and the bumper cross member, which is designed such that a failure of the body structure carrier in a collision below a relative speed value, d. H. is prevented in a collision with a collision energy entry below a threshold value of the motor vehicle. In this way it can be prevented that the body structure support fails in a collision with a low relative speed and thus a high repair effort is required.

Bevorzugt enthält der Karosseriestrukturträger der vorliegenden Erfindung überwiegend Kohlenstofffasern.Preferably, the body structure carrier of the present invention contains predominantly carbon fibers.

Kohlenstofffasern haben eine besonders hohe Festigkeit und sind daher besonders gut geeignet, Kollisionsenergie über eine kurze Verformungsstrecke abzubauen.Carbon fibers have a particularly high strength and are therefore particularly well suited to reduce collision energy over a short deformation distance.

Es ist jedoch auch der Einsatz jeglicher anderer geeigneter Fasern denkbar, wie beispielsweise Glasfasern oder Aramidfasern.However, it is also conceivable to use any other suitable fibers, such as glass fibers or aramid fibers.

Bevorzugt besteht eine Kunststoffmatrix des Karosseriestrukturträgers gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem duroplastischen Kunststoff oder einem thermoplastischen Kunststoff.Preferably, a plastic matrix of the body structure carrier according to the present invention consists of a thermosetting plastic or a thermoplastic.

Vorstehend genannte Weiterbildungen der Erfindung können beliebig, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden.The abovementioned developments of the invention can be combined with one another as far as is appropriate.

Nachstehend folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.Below is a brief description of the figures.

1 ist eine schematische Schnittansicht eines Karosseriestrukturträgers für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 is a schematic sectional view of a body structure carrier for a motor vehicle according to an embodiment of the present invention.

2 ist ein schematisches Kraft/Weg-Diagramm im Falle eines Versagens des Karosseriestrukturträgers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 FIG. 12 is a schematic force / displacement diagram in case of failure of the body structure carrier according to the embodiment of the present invention. FIG.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschreiben.The following is an embodiment of the present invention with reference to FIG 1 and 2 describe.

Der Karosseriestrukturträger 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein vorderer Längsträger, der bei Fahrzeugen mit Frontmotor auch Motorträger genannt ist. Der Karosseriestrukturträger 1 hat einen ersten Versagensabschnitt 3 und einen zweiten Versagensabschnitt 5. Der erste Versagensabschnitt 3 hat eine größere Wandstärke als der zweite Versagensabschnitt 5. Der Karosseriestrukturträger hat entlang des ersten Versagensabschnitts 3 und des zweiten Versagensabschnitts 5 ein gleiches rechteckiges Querschnittsprofil und hat insbesondere gleiche Innendurchmesser. Der Karosseriestrukturträger 1 besteht aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einer duroplastischen Kunststoffmatrix mit darin eingebetteten Endlosfasern.The body structure carrier 1 According to the embodiment of the present invention, in particular, a front side member, which is also called engine mount in vehicles with front engine. The body structure carrier 1 has a first section of failure 3 and a second failure section 5 , The first section of failure 3 has a greater wall thickness than the second failure section 5 , The body structure carrier has along the first failure section 3 and the second failure section 5 an equal rectangular cross-sectional profile and in particular has the same inner diameter. The body structure carrier 1 consists of a fiber composite material, in particular a duroplastic plastic matrix with embedded therein endless fibers.

Der erste Versagensabschnitt 3 ist in Kollisionsrichtung vor dem zweiten Versagensabschnitt 5 angeordnet. Wenn im Falle einer Kollision das Kraftfahrzeug mit einem Kollisionsgegner 7 kollidiert und die Kollision dabei im Wesentlichen in Längsrichtung des Karosseriestrukturträgers 1 erfolgt, versagt zunächst der erste Versagensabschnitt 3. Dabei versagt der Versagensabschnitt 3 durch sogenanntes „crushing”, insbesondere durch kleinteiligen Sprödbruch. Zur Einleitung des Sprödbruchs sind dabei geeignete konstruktive Maßnahmen getroffen, die ein Versagen des ersten Versagensabschnitts 3 an seiner Vorderseite einleiten. Sobald der erste Versagensabschnitt 3 über seine gesamte Länge fortschreitend versagt hat, erfolgt auch ein Versagen des zweiten Versagensabschnitts 5 fortschreitend, bis eine gesamte zur Verfügung stehende Versagensstrecke des ersten Versagensabschnitts 3 und des zweiten Versagensabschnitts 5 des Karosseriestrukturträgers 1 aufgebraucht ist.The first section of failure 3 is in the collision direction before the second failure section 5 arranged. If in case of a collision the motor vehicle with a collision opponent 7 collides and the collision thereby substantially in the longitudinal direction of the body structure carrier 1 first fails the first section of failure 3 , The failure section fails 3 by so-called "crushing", in particular by small-scale brittle fracture. To initiate the brittle fracture suitable constructive measures are taken, which is a failure of the first failure section 3 at the front. Once the first section of failure 3 progressively failed along its entire length, there is also a failure of the second section of failure 5 progressively until a total available failure distance of the first failure section 3 and the second failure section 5 of the body structure carrier 1 is used up.

In 2 ist ein Kraftverlauf während des Versagens des Karosseriestrukturträgers 1 über die Versagensstrecke schematisch aufgezeichnet. Hierbei ist zu erkennen, dass während des Versagens des ersten Versagensabschnitts 3 zu Beginn der Kollision der Karosseriestrukturträger auf einem verhältnismäßig großen Kraftniveau versagt. Sobald ein Versagen des Karosseriestrukturträgers 1 von dem ersten Versagensabschnitt 3 auf den zweiten Versagensabschnitt 5 übergeht und damit der zweite Versagensabschnitt 5 mit geringerer Wandstärke versagt, sinkt ein Versagenskraftniveau auf einen niedrigeren Wert.In 2 is a force curve during the failure of the body structure carrier 1 Recorded schematically over the failure path. It can be seen that during the failure of the first section of failure 3 failed at the beginning of the collision of the body structure carrier at a relatively high level of force. Once a failure of the body structure vehicle 1 from the first failure section 3 on the second section of failure 5 passes and thus the second section of failure 5 fails with a smaller wall thickness, a failure force level drops to a lower value.

Hierdurch kann eine Beschleunigung der Fahrgastzelle unter Berücksichtigung einer fortschreitenden Verringerung der wirksamen Masse des Kraftfahrzeugs, die zusammen mit der Fahrgastzelle wirkt, geeignet verringert werden, so dass eine Verzögerung der Fahrgastzelle einen zulässigen Verzögerungsschwellwert nicht überschreitet.Thereby, an acceleration of the passenger compartment can be appropriately reduced in consideration of a progressive decrease in the effective mass of the motor vehicle acting together with the passenger compartment, so that a deceleration of the passenger compartment does not exceed an allowable deceleration threshold.

Der Karosseriestrukturträger 1 ist insbesondere in dem Fall besonders vorteilhaft, wenn lediglich eingeschränkter Bauraum bzw. eine begrenzte Versagensstrecke zur Verfügung steht.The body structure carrier 1 is particularly advantageous especially in the case where only limited space or a limited failure distance is available.

Claims

Karosseriestrukturträger (1) für ein Kraftfahrzeug, der aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist und ein geschlossenes Hohlprofil mit in Längsrichtung hintereinander angeordneten Versagensabschnitten (3, 5) aufweist, die derart ausgebildet sind, dass sie im Falle einer Last durch eine Kollision des Kraftfahrzeugs zum Abbau von Kollisionsenergie, insbesondere spröde, versagen, wobei die Versagensabschnitte (3, 5) im Wesentlichen gleiche Querschnittsprofile mit insbesondere gleichen Durchmessern aufweisen, und wobei die Versagensabschnitte unterschiedlichen Wandstärken aufweisen.Body structure carrier ( 1 ) for a motor vehicle which is formed of fiber composite material and a closed hollow profile with longitudinally successively arranged failure sections (US Pat. 3 . 5 ), which are designed in such a way that they fail in the event of a load due to a collision of the motor vehicle to reduce collision energy, in particular brittle, whereby the failure sections ( 3 . 5 ) have substantially the same cross-sectional profiles with in particular equal diameters, and wherein the failure sections have different wall thicknesses.

Karosseriestrukturträger nach Patentanspruch 1, wobei der Karosseriestrukturträger (1) derart ausgebildet ist, dass die Versagensabschnitte (3, 5) im Falle der Kollision nacheinander versagen.A body structure carrier according to claim 1, wherein the body structure carrier ( 1 ) is designed such that the failure sections ( 3 . 5 ) fail successively in case of collision.

Karosseriestrukturträger nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei eine Fasermenge in einem Versagensabschnitt (3) mit größerer Wandstärke größer als in einem Versagensabschnitt (5) mit kleinerer Wandstärke ist.A body structure carrier according to claim 1 or 2, wherein a quantity of fiber in a failure section ( 3 ) with larger wall thickness greater than in a failure section ( 5 ) with smaller wall thickness.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei der Karosseriestrukturträger (1) mit Endlosfasern in einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren, insbesondere durch Flechten und/oder Pultrusion und/oder Wickeln, hergestellt ist.A body structure carrier according to any one of claims 1 to 3, wherein the body structure carrier ( 1 ) is produced with continuous fibers in a continuous production process, in particular by braiding and / or pultrusion and / or winding.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei ein sprödes Versagen der Versagensabschnitte (3, 5) bei der Kollision derart in Übereinstimmung mit einem Änderungsverlauf einer bei der Kollision wirksamen Masse des Kraftfahrzeugs verläuft, dass ein Versagen der Versagensabschnitte (3, 5) mit unterschiedlichen Wandstärken entsprechend der Änderung der wirksamen Masse des Kraftfahrzeugs bei der Kollision erfolgt.Body structural support according to one of claims 1 to 4, wherein a brittle failure of the failure sections ( 3 . 5 ) runs in the collision in accordance with a change course of an effective in the collision mass of the motor vehicle such that a failure of the failure sections ( 3 . 5 ) takes place with different wall thicknesses according to the change in the effective mass of the motor vehicle in the collision.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der Karosseriestrukturträger (1) derart gestaltet ist, dass ein Versagen des Versagensabschnitts (5) mit einer geringen Wandstärke erfolgt, wenn die bei der Kollision wirksame Masse des Kraftfahrzeugs verhältnismäßig klein ist, und ein Versagen des Versagensabschnitts (3) mit einer großen Wandstärke erfolgt, wenn die bei der Kollision wirksame Masse des Kraftfahrzeugs verhältnismäßig groß ist.A body structure carrier according to any one of claims 1 to 5, wherein the body structure carrier ( 1 ) is designed such that a failure of the failure section ( 5 ) occurs with a small wall thickness, if the effective mass in the collision of the motor vehicle is relatively small, and a failure of the failure section ( 3 ) takes place with a large wall thickness, when the effective mass in the collision of the motor vehicle is relatively large.

Karosseriestrukturträger nach Patentanspruch 6, wobei an der Karosserie eine Baugruppe mit großer Masse befestigt ist, wobei der Versagensabschnitt (3) mit großer Wandstärke derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er versagt, während die Masse der Baugruppe eine bei der Kollision wirksame Masse ist, und dass der Versagensabschnitt (5) mit kleiner Wandstärke derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er versagt, wenn die Masse der Baugruppe keine bei der Kollision wirksame Masse mehr ist und insbesondere unmittelbar oder mittelbar an einem Kollisionsgegner, insbesondere ohne zwischenliegendes Verformungspotential/Energieabsorptionspotential, anliegt.A body structure carrier according to claim 6, wherein on the body of a large mass assembly is fixed, wherein the failure section ( 3 ) is designed and arranged such that it fails, while the mass of the assembly is an effective mass in the collision, and that the failure section ( 5 ) is designed and arranged with a small wall thickness such that it fails if the mass of the assembly is no longer effective in the collision mass and in particular directly or indirectly to a collision opponent, in particular without intermediate deformation potential / energy absorption potential applied.

Karosseriestrukturträger nach Patentanspruch 7, wobei die Baugruppe eine Antriebseinheit, insbesondere ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor, eine Brennstoffzelle und/oder ein Getriebe ist, und/oder ein Energiespeicher, insbesondere eine Speicherzellenbaueinheit zur Speicherung von elektrischer Energie, beispielsweise eine Traktionsbatterie und/oder ein Kondensator, und/oder ein Kraftstoffbehälter, ist.Body structure carrier according to claim 7, wherein the assembly is a drive unit, in particular an internal combustion engine, an electric motor, a fuel cell and / or a transmission, and / or an energy storage, in particular a memory cell unit for storing electrical energy, for example a traction battery and / or a capacitor , and / or a fuel tank, is.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei die Versagensabschnitte (3, 5) des Karosseriestrukturträgers (1) aneinander angrenzend ausgebildet sind.A body structure carrier according to any one of claims 1 to 8, wherein the failure sections ( 3 . 5 ) of the body structure carrier ( 1 ) are formed adjacent to each other.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, wobei in Kollisionsrichtung ein Versagensabschnitt (5) mit großer Wandstärke vor einem Versagensabschnitt (3) mit geringer Wandstärke angeordnet ist.Body structural support according to one of the claims 1 to 9, wherein in the collision direction a failure section ( 5 ) with large wall thickness before a failure section ( 3 ) is arranged with a small wall thickness.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei das Hohlprofil des Karosseriestrukturträgers (1) einen im Wesentlichen runden Querschnitt oder einen im Wesentlichen mehreckigen, beispielsweise rechteckigen, Querschnitt aufweist.Body structural support according to one of the claims 1 to 10, wherein the hollow profile of the body structure carrier ( 1 ) has a substantially round cross-section or a substantially polygonal, for example rectangular, cross-section.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, wobei der Karosseriestrukturträgers (1) ein vorderer Längsträger und/oder ein hinterer Längsträger ist, an dem insbesondere zumindest mittelbar ein Stoßfängerquerträger befestigt ist.A body structure carrier according to any one of claims 1 to 11, wherein the body structure carrier ( 1 ) is a front side member and / or a rear side member, to which in particular at least indirectly a bumper cross member is attached.

Karosseriestrukturträger nach Patentanspruch 12, wobei zwischen dem Karosseriestrukturträger (1) und dem Stoßfängerquerträger eine Deformationselement angeordnet ist, dass derart ausgebildet ist, dass es ein Versagen des Karosseriestrukturträgers bei Kollisionen unterhalb eines Relativgeschwindigkeitsschwellwerts (bei Kollisionen mit einem Kollisionsenerieeintrag unterhalb eines Schwellwerts) des Kraftfahrzeugs unterbindet.A body structure carrier according to claim 12, wherein between the body structure carrier ( 1 ) and the bumper cross member a deformation element is arranged, which is designed such that it prevents a failure of the body structure carrier in collisions below a relative speed threshold value (in collisions with a collision energy entry below a threshold value) of the motor vehicle.

Karosseriestrukturträger nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, wobei der Karosseriestrukturträger (1) zumindest überwiegend Kohlenstofffasern aufweist, und wobei eine Kunststoffmatrix des faserverstärkten Kunststoffes aus einem duroplastischen Kunststoff oder einem thermoplastischen Werkstoff besteht. A body structure carrier according to any one of claims 1 to 13, wherein the body structure carrier ( 1 ) comprises at least predominantly carbon fibers, and wherein a plastic matrix of the fiber-reinforced plastic consists of a thermosetting plastic or a thermoplastic material.

Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, die einen Karosseriestrukturträger (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 14 aufweist.Motor vehicle with a body comprising a body structure carrier ( 1 ) according to one of the claims 1 to 14.