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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugstruktur.
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Hintergrund der Erfindung
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Der IIHS Small Overlap Lastfall ist ein Beispiel für eine Crashsituation, in der das Fahrzeug mit geringer Überlappung gegen eine Barriere prallt. Die daraus resultierende Crashenergie muss hauptsächlich in der Karosserie abgebaut werden, wenn das Fahrzeug nicht zum Abgleiten in lateraler Richtung gebracht werden soll. Um diese Crashenergie so aufzunehmen, dass die Insassen geschützt werden, müssen bekannte Fahrzeugstrukturen bzw. die Karosserie zusätzlich verstärkt bzw. versteift werden. Dies führt zu einem höheren Gewicht und höheren Kosten.
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Die Druckschrift
WO 2014/162 880 A1 offenbart eine Fahrzeugkarosserie-Frontabschnittsstruktur, die versehen ist mit einem Element, das in Längsrichtung an einem Seitenabschnitt der Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist, und einem Antriebsstrang, der auf der Innenseite der Fahrzeugkarosserie relativ zu dem Element angeordnet ist und an dem Frontabschnitt der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Die Fahrzeugkarosserie-Frontabschnittsstruktur ist auch mit einem Lastübertragungselement versehen, das an dem Element vorgesehen ist und dazu angepasst ist, eine Kollisionslast zu empfangen, die durch ein Hindernis an der Vorderseite des Fahrzeugkörpers verursacht wird und in Kontakt mit einem lateralen Endteil des Antriebstrangs kommt, und die Last von dem Hindernis zu dem Antriebsstrang zu übertragen, und zwar in einem Sandwich-Zustand zwischen dem Antriebsstrang und dem Hindernis.
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Die Druckschrift
DE 20 2014 105 451 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Einwärtsschwenken eines Vorderrades eines Fahrzeugs bei einem verschobenen Frontalaufprall, aufweisend: einen ersten Längsträger und einen davon beabstandeten zweiten Längsträger; eine Stoßstange, die von den ersten und zweiten Längsträgern getragen wird; einen Träger, der sich zwischen den ersten und zweiten Längsträgern erstreckt und in diese eingreift, wobei der Träger eine Erweiterung aufweist, die sich ausgehend von dem ersten Längsträger weg von dem zweiten Längsträger bis zu einem ersten Ende erstreckt, wobei das Ende von dem ersten Längsträger beabstandet ist, um vor dem Frontrad positioniert zu werden und im Falle eines verschobenen Frontalaufpralls in das Frontrad gezwungen zu werden.
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Die Druckschrift
DE 20 2014 104 831 U1 offenbart einen gestuften Deflektor für ein Fahrzeug, der Folgendes umfasst: eine erste Stufe, die einen vorderen Schenkel, der sich von einer Stoßstange nach außen erstreckt, und einen Zwischenschenkel, der sich von dem vorderen Schenkel zu einem Rahmenlängsträger erstreckt, enthält; und eine zweite Stufe, die einen an der ersten Stufe angebrachten vorderen Außenschenkel, der sich von der ersten Stufe nach außen erstreckt, und einen hinteren Schenkel, der sich von einem äußeren Ende des vorderen Außenschenkels zum Rahmenlängsträger erstreckt, enthält.
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Aufgabe der Erfindung ist es zunächst, die Belastbarkeit des Fahrzeugs in Crashsituationen mit geringer Überlappung weiter zu erhöhen. Darüber hinaus soll im Hinblick auf diese Crashsituation eine Fahrzeugstruktur bereitgestellt werden, die günstiger und einfacher hergestellt werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Fahrzeugstruktur, umfassend einen unteren Lastpfad mit einem Vorderachsträger, und ein Crashelement zur Aufnahme von Crashenergie resultierend aus einem Frontalcrash des Fahrzeugs mit geringer Überlappung, wobei das Crashelement am unteren Lastpfad angeordnet ist und sich vom unteren Lastpfad in die Y-Richtung des Fahrzeugs weg von der Fahrzeugmitte erstreckt, und wobei das Crashelement derart am unteren Lastpfad abgestützt ist, dass Crashenergie auf den Vorderachsträger übertragen wird.
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Dadurch ist es möglich, dass der Vorderachsträger bei einem Frontalcrash des Fahrzeugs mit geringer Überlappung (zum Beispiel beim IIHS Small Overlap Lastfall) auch Energie aufnehmen bzw. zum Abgleiten des Fahrzeugs beitragen kann. Durch das Crashelement wird zudem erfindungsgemäß der Eingriff des unteren Lastpfads, insbesondere des Vorderachsträgers, mit der Barriere ermöglicht. Der Vorderachsträger stellt ein steifes laterales Element dar, welches stabil mit der Karosserie verbunden ist. Dadurch kann lateral viel Kraft übertragen werden bzw. Energie aufgenommen werden. Das Crashelement stützt sich am unteren Lastpfad ab und leitet erfindungsgemäß die Crashenergie hier zum Vorderachsträger, der ein Bereich des unteren Lastpfads ist, ein. Im Vergleich zu bekannten Karosserie-Aussteifungen ist das Crashelement verhältnismäßig leicht und kostet in der Fertigung weniger.
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Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der untere Lastpfad ferner ein Strukturelement, insbesondere einen Vorderachsträger-Adapter, das sich im Wesentlichen in die X-Richtung des Fahrzeugs erstreckt und das mit dem Vorderachsträger verbunden ist, wobei das Crashelement nur am Strukturelement befestigt ist oder am Vorderachsträger und am Strukturelement befestigt ist. Dadurch kann das Crashelement an unterschiedlichen Positionen am unteren Lastpfad befestigt werden, wobei der für das Crashelement zur Verfügung stehende Bauraum in unterschiedlichen Fahrzeugstrukturen besser ausgenutzt werden kann. Die Crashenergie wird dann über das Strukturelement in den Vorderachsträger übertragen.
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In dieser Ausführungsform weisen das Crashelement, der Vorderachsträger und das Strukturelement eine gemeinsame Verschraubung auf. Dadurch ist es möglich, dass erfindungsgemäße Crashelement mit einer schon bestehenden Verschraubung zwischen Vorderachsträger und Strukturelement an die Fahrzeugstruktur zu befestigen.
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Dabei ist der Vorderachsträger hohlförmig ausgebildet und das Strukturelement ist im Vorderachsträger aufgenommen. Weiterhin umschließt das Crashelement zumindest teilweise eine erste Seite des Vorderachsträgers mit einer ersten Verschraubungsseite und eine zweite Seite des Vorderachsträgers mit einer der ersten Verschraubungsseite gegenüberliegenden zweiten Verschraubungsseite. Dabei ist wenigstens eine Schraube durch Öffnungen in den Verschraubungsseiten des Crashelements in dem Strukturelement und in dem Vorderachsträger geführt, wobei ein Schraubenkopf der Schraube zumindest an der ersten Verschraubungsseite des Crashelements anliegt, und wobei die Schraube in eine Mutter verschraubt ist, die an der zweiten Verschraubungsseite des Crashelements anliegt. Auf diese Weise lassen sich das Crashelement, das Strukturelement und der Vorderachsträger besonders vorteilhaft miteinander verbinden. Ebenso können durch die Verschraubung besonders gut laterale Kräfte beim Crash auf den Vorderachsträger verteilt werden.
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Allgemein umfasst „Anliegen” in der gesamten Erfindung ein direktes und indirektes Anliegen: So ist unter einem direkten Anliegen ein direkter Kontakt der genannten Teile bzw. Seiten zu verstehen. Bei einem indirekten Anliegen können noch weitere Teile dazwischen angeordnet sein. So ist es zum Beispiel möglich, dass noch eine Scheibe zwischen Schraubenkopf und der ersten Verschraubungsseite des Crashelements angeordnet ist, wenn der Schraubenkopf der Schraube an der ersten Verschraubungsseite des Crashelements anliegt.
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Vorzugsweise ist das Crashelement an den unteren Lastpfad angeschraubt. Dadurch kann das Crashelement flexibel an unterschiedliche Fahrzeugstrukturen befestigt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Crashelement mehrteilig ausgebildet. Dadurch können vorteilhafte Ausführungsformen des Crashelements bereitgestellt werden.
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Insbesondere kann das Crashelement auf einfache Art und Weise an dem unteren Lastpfad befestigt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das Crashelement flächig am unteren Lastpfad an. Durch das flächige, insbesondere das flächige und seitliche Anliegen wird ein Formschluß mit dem unteren Lastpfad bereitgestellt. Dadurch kann besonders gut laterale Kraft in den unteren Lastpfad eingeleitet werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Schraubenkopf einen ersten Vorsprung, der an der ersten Verschraubungsseite des Crashelements anliegt, und einen in Längsrichtung der Schraube vom ersten Vorsprung beabstandeten zweiten Vorsprung, der an der ersten Seite des Vorderachsträgers anliegt, auf. Der zweite Vorsprung ist dabei näher als der erste Vorsprung hin zum Gewinde der Schraube angeordnet. Durch diesen Abstand zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung können Fertigungstoleranzen des Vorderachsträgers abgefangen werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Strukturelement eine erste Seite, die an der ersten Seite des Vorderachsträgers anliegt, und eine zweite Seite, die an der zweiten Seite des Vorderachsträgers anliegt, auf, wobei durch die Verschraubung ein Kraftschluss zwischen dem zweiten Vorsprung, der ersten Seite des Vorderachsträgers und der ersten Seite des Strukturelements und ein Kraftschluss zwischen der zweiten Seite des Strukturelements, der zweiten Seite des Vorderachsträgers, der zweiten Verschraubungsseite des Crashelements und der Mutter erzielt wird. Dadurch können das Crashelement, das Strukturelement und der Vorderachsträger fest miteinander verbunden werden und gleichzeitig Fertigungstoleranzen des Vorderachsträgers abgefangen werden.
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Dementsprechend wird ein weiterer Kraftschluss zwischen dem ersten Vorsprung und der ersten Verschraubungsseite des Crashelements erzielt.
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Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist das Crashelement dreieckförmig, rechteckförmig oder rautenförmig ausgebildet. Dabei kann eine Aufprallseite des Crashelements konkav oder konvex ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der Vorderachsträger und das Crashelement derart steif ausgebildet, dass die Crashenergieaufnahme bei einem Frontalcrash des Fahrzeugs mit geringer Überlappung im Wesentlichen in die Y-Richtung des Fahrzeugs erfolgt. Dadurch gleitet das Fahrzeug leichter an der Barriere ab, wodurch die Karosserie hinter dem Vorderachsträger weniger belastet wird.
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In einer anderen Ausführungsform ist der untere Lastpfad derart ausgebildet, dass die Crashenergieaufnahme bei einem Frontalcrash des Fahrzeugs mit geringer Überlappung sowohl in die X-Richtung als auch in Y-Richtung des Fahrzeugs erfolgt. Dadurch ist es möglich, dass Crashenergie durch Verformung des unteren Lastpfads in X-Richtung abgebaut wird, wodurch sich der Insassenschutz weiter erhöht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine erfindungsgemäße Fahrzeugstruktur.
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Figurenbeschreibung
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 ein schematisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugstruktur in einer Draufsicht, bei der die erfindungsgemäße Fahrzeugstruktur auf eine Barriere zufährt,
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2 das schematische Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugstruktur von 1 in einer Draufsicht, bei der das Crashelement mit der Barriere in Eingriff ist,
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3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugstruktur in einer perspektivischen Ansicht, und
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4 das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugstruktur von 3 in einer Schnittansicht, die einen Ausschnitt von 3 darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrzeugstruktur 10. Die Fahrzeugstruktur 10 nähert sich in X-Richtung des Fahrzeugs einer Barriere 60. Die Barriere 60 ist von einer Fahrzeugmitte 12 versetzt. Die Fahrzeugstruktur 10 hat beim Aufprall folglich nur eine geringe Überlappung mit der Barriere 60.
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Die Fahrzeugstruktur 10 umfasst einen unteren Lastpfad 20, der einen Vorderachsträger 22 und ein Strukturelement 24 aufweist. Der Vorderachsträger 22 erstreckt sich im Wesentlichen in die Y-Richtung bzw. in die Y-Richtung und in die X-Richtung des Fahrzeugs. Das Strukturelement 24 erstreckt sich im Wesentlichen in die X-Richtung des Fahrzeugs. Das Strukturelement 24 kann zum Beispiel als ein Vorderachsträger-Adapter ausgebildet sein. Der untere Lastpfad 20 kann noch weitere Elemente aufweisen, die hier zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt sind.
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Am unteren Lastpfad 20 ist ein Crashelement 30 angebracht, dass hier beispielhaft dreiecksförmig als Keil ausgebildet ist. Das Crashelement 30 weist eine Aufprallfläche 32 auf, die eben, konkav oder konvex ausgebildet sein kann. Die Aufprallfläche ist hier beispielhaft unter einem Abgleitwinkel zur X-Richtung des Fahrzeugs so ausgerichtet, dass die Fahrzeugstruktur 10 beim Eingriff des Crashelements 30 mit der Barriere 60 an der Barriere 60 abgleiten kann. Denkbar ist jedoch auch, dass das Crashelement 30 in einer anderen Ausführungsform rechteckförmig ausgebildet ist (nicht gezeigt). Die Aufprallfläche 32 ist dann im Wesentlichen zur Y-Richtung des Fahrzeugs parallel. Das Crashelement 30 dient dann hauptsächlich zur Energieaufnahme und stellt eine geringere Abgleitwirkung bereit.
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Wie in 1 ersichtlich liegt das Crashelement 30 am Strukturelement 24 und am Vorderachsträger 22 an. In 1 ist auch ein Reifen 50 des Fahrzeugs in unterschiedlichen Lenkpositionen gezeigt. Das zugehörige Reifenhüllgebirge wird durch die im Raum einnehmbaren Positionen des Reifens definiert. Das Crashelement 30 ist dabei außerhalb des Reifenhüllgebirges am unteren Lastpfad 20 angebracht.
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In 2 ist der Aufprall der Fahrzeugstruktur 10 und das Eindringen der Barriere 60, die eine geringe Überlappung/Barrierenüberdeckung mit der Fahrzeugstruktur 10 aufweist, dargestellt. Das Strukturelement 24 kann wie hier exemplarisch gezeigt durch diese geringe Überlappung/Barrierenüberdeckung nicht mit der Barriere 60 eingreifen, um Crashenergie aufzunehmen. Jedoch erfolgt eine erfindungsgemäße Krafteinleitung in die Fahrzeugstruktur 10 über das Crashelement 30: dadurch dass sich das um unteren Lastpfad 20 abgestützte Crashelement 30 in die Y-Richtung des Fahrzeugs weg von der Fahrzeugmitte 12 erstreckt, wird ein Eingriff des Crashelements 30 mit der Barriere 60 ermöglicht. Dadurch können laterale Kräfte übertragen bzw. Crashenergie aufgenommen werden. Die Crashenergie wird erfindungsgemäß in den Vorderachsträger 22 eingeleitet, der ein steifes laterales Element darstellt, welches stabil mit der Fahrzeugstruktur 10 verbunden ist.
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Dabei kann der Vorderachsträger 22 so steif ausgebildet sein, dass die Crashenergieaufnahme beim Eingriff des Crashelements 30 mit der Barriere 60 im Wesentlichen in die Y-Richtung des Fahrzeugs erfolgt. Dabei wird der Vorderachsträger nicht so stark verformt, wodurch das Fahrzeug an der Crashbarriere abgleiten kann. Dadurch wird ein weiteres Eindringen der Barriere 60 vermieden, wodurch ein hoher Insassenschutz gewährleistet wird.
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Ebenfalls ist denkbar, dass der untere Lastpfad 20 derart ausgebildet ist, dass die Crashenergieaufnahme beim Eingriff des Crashelements 30 mit der Barriere 60 sowohl in die X-Richtung als auch in Y-Richtung des Fahrzeugs erfolgt. Dadurch ist es möglich, dass Crashenergie durch Verformung des unteren Lastpfads in X-Richtung abgebaut wird, wodurch sich der Insassenschutz weiter erhöht. So ist es zum Beispiel vorstellbar, dass sich auch das Strukturelement 24 und/oder der Vorderachsträger 22 in X-Richtung des Fahrzeugs verformen, um so Crashenergie abzubauen und den Insassenschutz weiter zu erhöhen.
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Der Vollständigkeit halber ist in 2 auch der durch die Barriere 60 deformierte und/oder nach hinten geschobene Reifen 50 dargestellt.
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In den 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem der Vorderachsträger 22, das Strukturelement 24 und das Crashelement 30 gemeinsam miteinander verschraubt sind. Der Vorderachsträger 22 ist dabei hohlförmig ausgebildet und das Strukturelement 24 ist im Vorderachsträger 22 aufgenommen. Das Strukturelement 24 ist hier beispielhaft als Kammerprofil ausgebildet. Der Vorderachsträger 22 kann zum Beispiel durch eine Oberschale und eine Unterschale gebildet sein. Ebenso ist aber auch denkbar, dass der Vorderachsträger 22 einteilig ausgebildet ist.
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Das Crashelement 30 kann zum Beispiel hohlförmig oder massiv ausgebildet sein. In dem Ausführungsbeispiel weist das Crashelement 30 Verschraubungsseiten 30.1 und 30.2 (Anbindungslaschen) auf. Das Crashelement 30 umschließt eine erste Seite 22.1 des Vorderachsträgers 22 mit einer ersten Verschraubungsseite 30.1 und eine zweite Seite 22.2 des Vorderachsträgers 22 mit einer der ersten Verschraubungsseite 30.1 gegenüberliegenden zweiten Verschraubungsseite 30.2 zumindest teilweise. Darüber hinaus ist es vorstellbar, dass das Crashelement 30 mit einer Seitenfläche flächig am unteren Lastpfad 20 anliegt (nicht gezeigt). Vorzugsweise ist die Seitenfläche hin zur Y-Richtung des Fahrzeugs ausgerichtet. Durch das flächige und seitliche Anliegen wird ein Formschluß zwischen Crashelement 30 und dem unteren Lastpfad 20 bereitgestellt. Dadurch kann besonders gut laterale Kraft in den unteren Lastpfad 20 eingeleitet werden.
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Wie in 4 ersichtlich sind beispielhaft zwei Schrauben 40 durch Öffnungen in den Verschraubungsseiten 30.1, 30.2 des Crashelements 30, in dem Strukturelement 24 und in dem Vorderachsträger 22 geführt. Schraubenköpfe 42 der Schrauben 40 liegen zumindest an der ersten Verschraubungsseite 30.1 des Crashelements 30 an. Zwischen der ersten Verschraubungsseite 30.1 des Crashelements 30 und den Schraubenköpfen 42 ist noch beispielhaft eine Scheibe 46 mit zwei Öffnungen angeordnet. Die Schrauben 40 sind in Muttern 44 verschraubt, die an der zweiten Verschraubungsseite 30.2 des Crashelements 30 anliegen.
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Der in 4 gezeigter Schraubenkopf 42 weist einen ersten Vorsprung 42.1, der an der ersten Verschraubungsseite 30.1 des Crashelements 30 anliegt, und einen in Längsrichtung der Schraube 40 vom ersten Vorsprung 42.1 beabstandeten zweiten Vorsprung 42.2, der an der ersten Seite 22.1 des Vorderachsträgers 22 anliegt, auf. Der zweite Vorsprung 42.2 ist dabei näher als der erste Vorsprung 42.1 hin zum Gewinde der Schraube 40 angeordnet. Durch diesen Abstand zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung 42.1, 42.2 können Toleranzen des Vorderachsträgers 22 abgefangen werden, da der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Verschraubungsseite 30.1, 30.2 des Crashelements 30 genügend groß gewählt werden kann, damit das Crashelement 30 Vorderachsträger 22 mit unterschiedlichen Toleranzen umschließen kann. Das hohlförmige Crashelement 30 wird dann durch den Vorsprung 42.1 mit einer für ihn angepassten Vorspannung verspannt und somit mit dem Vorderachsträger 22 verbunden.
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Ebenso ist in 4 erkennbar, dass das Strukturelement 24 eine erste Seite 24.1, die an der ersten Seite 22.1 des Vorderachsträgers 22 anliegt, und eine zweite Seite 24.2, die an der zweiten Seite 22.2 des Vorderachsträgers 22 anliegt, aufweist. Durch die Verschraubung wird ein Kraftschluss zwischen dem zweiten Vorsprung 42.2, der ersten Seite 22.1 des Vorderachsträgers 22 und der ersten Seite 24.1 des Strukturelements 24 und ein Kraftschluss zwischen der zweiten Seite 24.2 des Strukturelements 24, der zweiten Seite 22.2 des Vorderachsträgers 22, der zweiten Verschraubungsseite 30.2 des Crashelements 30 und der Mutter 44 erzielt. Dementsprechend wird ein weiterer Kraftschluss zwischen dem ersten Vorsprung 42.1, der Scheibe 46 und der ersten Verschraubungsseite 30.1 des Crashelements 30 erzielt. Dadurch können das Crashelement, das Strukturelement und der Vorderachsträger fest miteinander verbunden werden, so dass die Crashenergie vorteilhaft in den Vorderachsträger 22 übertragen werden kann und Störgeräusche im normalen Betrieb des Fahrzeugs durch zum Beispiel Klappern verhindert werden können. Gleichzeitig können Toleranzen des Vorderachsträgers 22 wie oben beschrieben abgefangen werden.
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Darüber hinaus ist es allgemein vorstellbar, dass das Crashelement 30 nur an der Fahrerseite oder dass Crashelemente 30 an der Fahrerseite und der Beifahrerseite angeordnet sind. Ebenso ist es möglich, dass an einer Fahrzeugseite wenigstens zwei erfindungsgemäße Crashelemente 30 angeordnet sind. Diese Mehrzahl von Crashelementen 30 können dabei in X-Richtung und/oder Z-Richtung des Fahrzeugs versetzt voneinander oder überlappend angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeugstruktur
- 12
- Fahrzeugmitte
- 20
- unterer Lastpfad
- 22
- Vorderachsträger
- 22.1
- erste Seite des Vorderachsträgers
- 22.2
- zweite Seite des Vorderachsträgers
- 24
- Strukturelement
- 24.1
- erste Seite des Strukturelements
- 24.2
- zweite Seite des Strukturelements
- 30
- Crashelement
- 30.1
- ersten Verschraubungsseite des Crashelements
- 30.2
- zweite Verschraubungsseite des Crashelements
- 32
- Aufprallseite des Crashelements
- 40
- Schraube
- 42
- Schraubenkopf
- 42.1
- erster Vorsprung
- 42.2
- zweiter Vorsprung
- 44
- Mutter
- 50
- Reifen
