DE102015207603A1 - motor vehicle - Google Patents

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DE102015207603A1
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Inventor
Christian Bögle
Balazs Fodor
Jyrki Majamäki
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle, umfassend eine Bodenstruktur, die den Bodenbereich der Fahrgastzelle bildet, und oberhalb der Bodenstruktur angeordnete Trägerstrukturen der Fahrgastzelle, die definierte Lastpfade für Crashsituationen bereitstellen, wobei die Bodenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, gebildet ist, und die Trägerstrukturen aus Stahl gebildet sind.Body structure for a motor vehicle having a passenger compartment, comprising a floor structure, which forms the floor area of the passenger compartment, and arranged above the floor structure support structures of the passenger compartment, the defined load paths for crash situations, wherein the floor structure of fiber reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, is formed, and the support structures are made of steel.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle.The invention relates to a body structure for a motor vehicle with a passenger compartment.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Mischbaukonzepte für Karosseriestrukturen in Kraftfahrzeugen mit einer Fahrgastzelle sind bereits bekannt. Insbesondere ist es bekannt, die Fahrgastzelle als Monocoque aus einem faserverstärkten Kunststoff, zum Beispiel einem kohlefaserverstärkten bzw. carbonfaserverstärkten Kunststoff (KFK, CFK) herzustellen. Die Fahrgastzelle bzw. das Monocoque ist dabei zwischen einem Vorderwagenbereich und einem Hinterwagenbereich angeordnet. Die Karosserieteile des Vorderwagenbereichs und des Hinterwagenbereichs sind typischerweise aus Aluminium gebildet, um Gewicht zu sparen. Allgemein wird in den bisherigen Mischbaukonzepten aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer mechanischen Eigenschaften bevorzugt CFK und Aluminium verwendet. Dabei wird CFK zum Erreichen einer günstigen Gewichtsverteilung bevorzugt im oberen Teil der Struktur eingesetzt.Mixed construction concepts for body structures in motor vehicles with a passenger compartment are already known. In particular, it is known to produce the passenger compartment as a monocoque of a fiber-reinforced plastic, for example a carbon fiber-reinforced or carbon fiber-reinforced plastic (CFC, CFRP). The passenger compartment or the monocoque is arranged between a front area of the vehicle and a rear area of the vehicle. The body panels of the front and rear sections are typically formed of aluminum to save weight. In general, CFK and aluminum are preferably used in the previous mixed construction concepts because of their low weight and their mechanical properties. CFRP is preferably used in the upper part of the structure to achieve a favorable weight distribution.

Aluminium und CFK als Mischbau bergen allerdings Probleme bei der Herstellung der Karosserie aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung und der Hitzeempfindlichkeit von CFK. Darüber hinaus ist der Einsatz beider Materialien mit hohen Herstellungskosten verbunden.However, mixed-construction aluminum and CFRP pose problems in the manufacture of the body due to different thermal expansion and the heat sensitivity of CFRP. In addition, the use of both materials is associated with high production costs.

Aufgabe der Erfindung ist es zunächst, die Belastbarkeit der Fahrgastzelle in Crashsituationen bei minimalen gestalterischen Beschränkungen weiter zu erhöhen. Darüber hinaus soll eine Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle bereitgestellt werden, die auf eine verbesserte Art und Weise und günstiger hergestellt werden kann.The object of the invention is first of all to increase the load capacity of the passenger compartment in crash situations with minimal design restrictions. In addition, a body structure for a motor vehicle with a passenger compartment is to be provided, which can be manufactured in an improved manner and cheaper.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle, umfassend eine Bodenstruktur, die den Bodenbereich der Fahrgastzelle bildet, und oberhalb der Bodenstruktur angeordnete Trägerstrukturen der Fahrgastzelle, die definierte Lastpfade für Crashsituationen bereitstellen, wobei die Bodenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, und die Trägerstrukturen aus Stahl gebildet sind.According to the invention, this object is achieved by a body structure for a motor vehicle having a passenger compartment comprising a floor structure which forms the floor area of the passenger compartment and support structures of the passenger compartment arranged above the floor structure which provide defined load paths for crash situations, wherein the floor structure consists of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, and the support structures are formed of steel.

Durch diese horizontale Materialtrennung innerhalb der Fahrgastzelle wird im Bodenbereich der Fahrgastzelle eine hohe spezifische Energieabsorption und im darauf aufbauenden Bereich der Trägerstrukturen eine besonders hohe Strukturintegrität bereitgestellt. Dadurch wird die Belastbarkeit der Fahrgastzelle in Crashsituationen weiter erhöht. Zudem können bei der Herstellung der Karosseriestruktur die Bodenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff und die oberhalb der Bodenstruktur angeordneten Trägerstrukturen aus Stahl jeweils als eigenständige Unterbaugruppe behandelt werden. Dadurch kann die Stahl-Baugruppe auch separat mit einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) behandelt werden, bevor diese mit der CFK-Baugruppe „verheiratet” wird. Hierbei sollte ein kalter Füge-Prozess, wie Verschrauben oder Nieten favorisiert werden, um nicht zusätzliche Spannungen durch den Fügeprozess einzufrieren. Bei entsprechend kurzen Verbindungslängen kann aber auch warm (klebend) gefügt werden, da die Wärmeausdehnungsunterschiede absolut gesehen gering sind. Später können dann auf einfache Art und Weise zusätzliche Verbindungselemente zwischen den beiden Baugruppen wie zum Beispiel ein Federbeindom und/oder ein A-Säulen-Knoten etc. hinzugefügt werden.As a result of this horizontal material separation within the passenger compartment, a high specific energy absorption is provided in the floor area of the passenger compartment, and a particularly high structural integrity is provided in the area of the carrier structures that builds on it. As a result, the load capacity of the passenger compartment in crash situations is further increased. In addition, in the production of the body structure, the floor structure of fiber-reinforced plastic and arranged above the floor structure support structures made of steel can each be treated as an independent subassembly. As a result, the steel assembly can also be separately treated with a cathodic dip coating (KTL) before it is "married" to the CFRP assembly. In this case, a cold joining process, such as screwing or riveting, should be favored so as not to freeze additional stresses during the joining process. With correspondingly short connection lengths, however, it is also possible to add warm (adhesive), since the thermal expansion differences are absolutely low in absolute terms. Later, then, in a simple manner additional fasteners between the two assemblies such as a strut tower and / or an A-pillar node, etc. can be added.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bodenstruktur eine Bodengruppe mit Seitencrashelementen. Dadurch wird die Belastbarkeit der Bodenstruktur und damit der Fahrgastzelle weiter erhöht. Dabei können zum Beispiel Sitzquerträger in der Bodengruppe integriert werden.According to a further embodiment, the floor structure comprises a floor group with side crash elements. As a result, the load capacity of the soil structure and thus the passenger compartment is further increased. For example, seat cross members can be integrated in the floor assembly.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bodenstruktur einen Heckboden. Dadurch wird die Fahrgastzelle weiter nach hinten verlängert, wodurch sich die Sicherheit weiter erhöht.According to a further embodiment, the floor structure comprises a rear floor. As a result, the passenger compartment is extended further to the rear, which further increases safety.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bodenstruktur Motorträger mit/ohne Schubfeld. Dadurch wird die Fahrgastzelle weiter nach vorne verlängert, wodurch sich die Sicherheit weiter erhöht. Die Motorträger absorbieren hierbei maßgeblich die Energie im Frontcrash, währen das Schubfeld für einen schrägen Aufprall das Risiko eines Stabilitätsversagens (Abknicken) der Träger minimiert.According to a further embodiment, the floor structure comprises engine mount with / without thrust field. As a result, the passenger compartment is extended further forward, which further increases safety. The engine mounts significantly absorb the energy in the front crash, while the thrust field for an oblique impact minimizes the risk of stability failure (kinking) of the carrier.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Trägerstrukturen eine Stirnwand. Eine Stirnwand, insbesondere eine Stirnwand mit einem Windlauf, aus Stahl ist besonders geeignet, um eine hohe Strukturintegrität und Belastbarkeit im vorderen Bereich der Fahrgastzelle zu gewährleisten. Hierbei gewährleistet eine Stahl-Stirnwand, insbesondere eine Stahl-Stirnwand mit einem Windlauf, durch duktiles Versagen eine mögliche Rückverlagerung von Aggregaten und damit eine Erhöhung der möglichen Deformationslänge im Vorderwagen bei gleichzeitiger Struktur-Integrität.In a particularly preferred embodiment, the support structures comprise an end wall. An end wall, in particular an end wall with a cowl, made of steel is particularly suitable to ensure high structural integrity and load capacity in the front region of the passenger compartment. This ensures a steel end wall, in particular a steel end wall with a cowl, by ductile failure a possible rearrangement of aggregates and thus an increase in the possible deformation length in the front end while maintaining structural integrity.

Vorzugsweise umfassen die Trägerstrukturen einen oberen Lastpfad. Dadurch wird der vordere Bereich der Fahrgastzelle weiter vergrößert, wodurch sich deren Strukturintegrität und Belastbarkeit weiter erhöht.Preferably, the support structures comprise an upper load path. As a result, the front area of the passenger compartment is further increased, whereby their structural integrity and resilience continue to increase.

In einer weiteren Ausführungsform sind zwischen dem oberen Lastpfad und den Motorträgern flächig ausgebildete Verbindungselemente, insbesondere Federbeindome angebracht, die aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, oder aus Stahl gebildet sind. Dadurch kann die allgemeine Stabilität der Karosseriestruktur weiter verbessert werden und statische Kräfte besser aufgenommen werden. Insbesondere kann die Stabilität der Vorderwagenstruktur weiter verbessert werden, und Funktionselemente wie Federbeindom etc. können aufgenommen werden.In a further embodiment, surface-shaped connecting elements, in particular spring legs, are provided between the upper load path and the motor carriers, which are formed from fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber-reinforced plastic, or from steel. As a result, the general stability of the body structure can be further improved and static forces can be better absorbed. In particular, the stability of the front end structure can be further improved, and functional elements such as strut tower etc. can be accommodated.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Trägerstrukturen die Kraftfahrzeugsäulen des Kraftfahrzeugs, insbesondere die A-, B-, C- und/oder D-Säulen. Dadurch wird die Strukturintegrität und Belastbarkeit im vorderen, seitlichen und/oder hinteren Bereich der Fahrgastzelle gewährleistet.In a particularly preferred embodiment, the support structures comprise the motor vehicle pillars of the motor vehicle, in particular the A, B, C and / or D pillars. This ensures the structural integrity and load capacity in the front, side and / or rear of the passenger compartment.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Trägerstrukturen einen Dachrahmen mit Dachspriegeln. Dadurch wird die Strukturintegrität und Belastbarkeit im oberen Bereich der Fahrgastzelle gewährleistet.In a particularly preferred embodiment, the support structures comprise a roof frame with roof hoops. This ensures structural integrity and load capacity in the upper area of the passenger compartment.

Vorzugsweise ist an dem Dachrahmen mit Dachspriegeln ein Dachflächenelement angebracht, das aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, oder aus Aluminium gebildet ist. Dadurch wird eine besonders leichte Dachkonstruktion bereitgestellt.Preferably, a roof panel element is attached to the roof frame with roof bows, which is made of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, or aluminum. This provides a particularly lightweight roof construction.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den A-Säulen ein aus Stahl gebildeter Dachspriegel angeordnet ist und die Tragestrukturen umfassen zusätzlich wenigstens einen Überrollbügel. Damit kann ein Cabriolet mit dem erfindungsgemäßen Mischbaukonzept hergestellt werden.In a further embodiment, a roof bow made of steel is arranged between the A-pillars and the carrying structures additionally comprise at least one roll bar. Thus, a convertible with the mixed construction concept according to the invention can be produced.

Figurenbeschreibungfigure description

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle in einer perspektivischen Seitenansicht.An embodiment of the invention will be described below by way of example with reference to the drawings. It shows 1 An embodiment of the body structure according to the invention for a motor vehicle with a passenger compartment in a perspective side view.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur 10 für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle. 1 shows an embodiment of the body structure according to the invention 10 for a motor vehicle with a passenger compartment.

Die Fahrgastzelle wird dabei erfindungsgemäß durch die Bodenstruktur 20 und die oberhalb der Bodenstruktur 20 angeordneten Trägerstrukturen 30 gebildet. Dabei ist die Bodenstruktur 20 aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), gebildet. Dadurch wird eine hohe spezifische Energieabsorption bereitgestellt. Im Gegensatz dazu sind die Trägerstrukturen (30) aus Stahl mit sehr hoher Strukturintegrität und hoher bauraumspezifischen Steifigkeit gebildet. Dadurch wird ein Mischbaukonzept bereitgestellt, das eine horizontale Materialtrennung der Fahrgastzelle auf Bauteilebene vorsieht.The passenger compartment is according to the invention by the soil structure 20 and those above the soil structure 20 arranged carrier structures 30 educated. Here is the soil structure 20 made of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic (CFRP). This provides a high specific energy absorption. In contrast, the support structures ( 30 ) made of steel with very high structural integrity and high space-specific rigidity. As a result, a mixed construction concept is provided, which provides horizontal material separation of the passenger compartment at the component level.

Die Bodenstruktur 20 aus faserverstärktem Kunststoff weist erfindungsgemäß eine höhere spezifische Energieabsorption im Vergleich zu den Trägerstrukturen 30 auf. Die Energieabsorption findet bei der Bodenstruktur 20 durch Materialzerstörung statt. Die Bodenstruktur 20 verhält sich dabei im Wesentlichen linear-elastisch bis zum Bruch.The soil structure 20 made of fiber-reinforced plastic according to the invention has a higher specific energy absorption compared to the support structures 30 on. The energy absorption takes place in the soil structure 20 by material destruction instead. The soil structure 20 behaves essentially linear-elastic until breakage.

Wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 ersichtlich, kann die Bodenstruktur 20 eine Bodengruppe 22 mit Seitencrashelementen umfassen. Damit kann Energie in einem Seitencrash besser absorbiert werden. Die Bodengruppe 22 kann insbesondere in einer Sandwich-Bauweise gefertigt sein. Damit wird eine hohe Beulsteifigkeit erreicht und eine homogene Krafteinleitung bei einem Pfahltest gewährleistet. In der Bodengruppe 22 sind beispielsweise Sitzquerträger als Seitencrashelemente integriert. Die Bodengruppe kann vorzugsweise einen Seitenschweller 22a umfassen, der eine Seitencrash-Funktion aufweisen kann. Bei geeignetem Bodenkonzept kann dieser auch nur dazu dienen, Längs-Lasten im Small Overlap/Frontal Oblique aufzunehmen, oder NVH Anforderungen zu erfüllen. Herkömmliche Schweller sind i. d. Regel aus Stahl und müssen dann über die gesamte Länge gefügt werden. Das führt bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung zu Schädigungen in der Kleb-Verbindung oder den Bauteilen. Dies wird mit einem Schweller 22a aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, umgangen. Ebenso ist es vorstellbar, dass in der Bodengruppe Hochvoltspeicher integriert sind.As in the embodiment in 1 can be seen, the soil structure 20 a floor group 22 with side crash elements. This can better absorb energy in a side crash. The floor group 22 can be made in particular in a sandwich construction. Thus, a high buckling stiffness is achieved and ensures a homogeneous application of force in a pile test. In the floor group 22 for example, seat cross members are integrated as side crash elements. The floor assembly may preferably have a side sill 22a include, which may have a side impact function. With a suitable floor concept, this can only serve to accommodate longitudinal loads in the Small Overlap / Frontal Oblique, or to meet NVH requirements. Conventional sills are usually made of steel and must then be joined over the entire length. This results in different thermal expansion to damage in the adhesive connection or the components. This is done with a sill 22a made of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, bypassed. It is also conceivable that high-voltage accumulators are integrated in the floor assembly.

In der Bodenstruktur 20 schließt sich im hinteren Fahrzeugbereich ein Heckboden 24 an die Bodengruppe 22 an. Der Heckboden 24 wird hier beispielsweise durch Hecklängsträger 24a aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere CFK, gebildet. Dadurch wird eine hohe spezifische Energieabsorption erzielt. Weiterhin kann der Heckboden 24 Übergangsbereiche 24b aufweisen. Diese geometrisch komplexen Bereiche, die die Trägerstruktur unterstützen, können bevorzugt durch Recyclingmaterial, nämlich Kurzfaser-Pressmassen (C-SMC) oder Kurzfaser-Spritzguss, gebildet werden. An diese komplexen Strukturen werden geringere mechanische Anforderungen gestellt, da Crash-Lasten durch die Hecklängsträger 24a aufgenommen werden, aber bietet die Möglichkeit, Funktionselemente und Anbindungen zu integrieren. Auch können lokale Bereiche der Pressmasse durch ”Patches” aus unidirektionalem CFK verstärkt werden.In the soil structure 20 closes in the rear of the vehicle, a rear floor 24 to the floor group 22 at. The rear floor 24 is here for example by Hecklängsträger 24a made of fiber-reinforced plastic, in particular CFRP. This achieves a high specific energy absorption. Furthermore, the rear floor 24 Transition areas 24b exhibit. These geometrically complex regions, which support the support structure, can preferably be formed by recycling material, namely short-fiber molding compounds (C-SMC) or short-fiber injection molding. At These complex structures are subject to lower mechanical requirements because crash loads due to the rear side members 24a be included, but provides the ability to integrate functional elements and connections. Also, local areas of the molding compound can be reinforced by "patches" of unidirectional CFRP.

Weiterhin schließt sich in der Bodenstruktur 20 im vorderen Fahrzeugbereich ein Paar von Motorträgern 26 aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere CFK, an. Diese dienen bei einem Frontalcrash (Test: zum Beispiel Frontcrash Euro/USNCAP, Frontcrash FMVSS) dazu, Energie zu absorbieren und weisen eine hohe spezifische Energieabsorption auf. Ein Knicken der Motorträger 26 kann durch ein zusätzliches Schubfeld 28 aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere CFK, in der Bodenstruktur 20 verhindert werden. Zusätzlich ist das Schubfeld 28 auch dazu geeignet, Energie zu absorbieren.Furthermore, closes in the soil structure 20 in the front of the vehicle a pair of engine mounts 26 made of fiber-reinforced plastic, in particular CFRP. These are used in a frontal crash (test: for example front crash Euro / USNCAP, front crash FMVSS) to absorb energy and have a high specific energy absorption. A kinking of the engine mounts 26 can through an additional push field 28 made of fiber-reinforced plastic, in particular CFRP, in the soil structure 20 be prevented. In addition, the shear field 28 also suitable for absorbing energy.

Die crashrelevanten Strukturen der Fahrgastzelle oberhalb der Bodenstruktur 20 werden durch die Trägerstrukturen 30 aus Stahl gebildet. Allgemein können die Trägerstrukturen 30 als Profile oder als Flächenelemente gebildet sein, um als Lastpfade die Fahrgastzelle oberhalb der Bodenstruktur 20 zu definieren. Die Trägerstrukturen 30 aus Stahl stellen erfindungsgemäß in einer Crashsituation eine hohe Strukturintegrität und Belastbarkeit durch den hohen Elastizitätsmodul bereit, der größer als der Elastizitätsmodul von faserverstärktem Kunststoff, insbesondere CFK, in der Bodenstruktur 20 ist. Die Trägerstrukturen 30 sind erfindungsgemäß dahingehend ausgelegt, dass sie sich in einer Crashsituation plastisch-elastisch verformen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die erfindungsgemäßen Trägerstrukturen 30 aus Stahl insbesondere im Fahrzeugsäulenbereich und im Dachbereich durch schmale und schlanke Profile gebildet werden können, wodurch weniger Bauraum benötigt wird.The crash-relevant structures of the passenger compartment above the floor structure 20 be through the carrier structures 30 made of steel. In general, the support structures 30 be formed as profiles or as surface elements to load paths as the passenger compartment above the floor structure 20 define. The carrier structures 30 According to the invention, in a crash situation, made of steel provide a high structural integrity and load capacity due to the high modulus of elasticity, which is greater than the modulus of elasticity of fiber-reinforced plastic, in particular CFRP, in the soil structure 20 is. The carrier structures 30 According to the invention are designed so that they deform plastically-elastic in a crash situation. Another advantage is that the support structures according to the invention 30 Made of steel especially in the vehicle pillar area and in the roof area can be formed by narrow and slim profiles, whereby less space is needed.

Wie in 1 erkennbar, umfassen die Trägerstrukturen 30 beispielsweise eine Stirnwand 32, einen Windlauf 34, einen oberen Lastpfad 36, Fahrzeugsäulen 38 (hier gezeigt: A-Säulen 38a, C-Säulen 38c, D-Säulen 38d), einen Dachrahmen 39a und Dachspriegel 39b.As in 1 recognizable, comprise the support structures 30 for example, an end wall 32 , a cowl 34 , an upper load path 36 , Vehicle pillars 38 (shown here: A-pillars 38a , C-pillars 38c , D-pillars 38d ), a roof frame 39a and roof hoops 39b ,

Die Stirnwand 32 stellt einen Lastpfad für einen Frontalcrash dar (Test: zum Beispiel Frontcrash Euro/USNCAP, Frontcrash FMVSS). Zudem kann sie dermaßen gestaltet sein, dass sie die Motorträger 26 abstützt. Um die Strukturintegrität zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn die Stirnwand 32 derart gestaltet ist, dass keine Rissbildung in einer Crashsituation zugelassen wird.The front wall 32 represents a load path for a frontal crash (test: for example front crash Euro / USNCAP, front crash FMVSS). In addition, they can be designed so that they are the engine mount 26 supported. To ensure structural integrity, it is beneficial if the bulkhead 32 is designed so that no cracking is allowed in a crash situation.

Der Windlauf 34 aus Stahl stellt einen Lastpfad für einen Seitencrash dar. Dabei wird die Stirnwand 32 weiter abgestützt, wodurch die Strukturintegrität des oberen Bereichs der Fahrgastzelle weiter erhöht wird.The cowl 34 made of steel represents a load path for a side crash. This is the end wall 32 supported further, whereby the structural integrity of the upper portion of the passenger compartment is further increased.

Der obere Lastpfad 36 aus Stahl stellt einen Lastpfad für eine Frontalcrash/Small-Overlap (Seiten-Versatz des Rades) Situation dar und verbessert dabei die Strukturintegrität der Fahrgastzelle (Test: zum Beispiel Frontcrash FMVSS, Small-Overlap).The upper load path 36 Made of steel provides a load path for a frontal crash / small overlap (side offset of the wheel) situation, thereby improving the structural integrity of the passenger compartment (test: for example, front crash FMVSS, small overlap).

Die Fahrzeugsäulen 38, insbesondere die A-Säulen, sowie der Dachrahmen 39a stellen Lastpfade für eine Seitencrash/Dachdrücker-Situation dar. Durch die Ausbildung aus Stahl wird die Strukturintegrität im Dachbereich der Fahrgastzelle weiter verbessert. Zudem wird nur ein geringer Bauraum benötigt, um der bei hoher Belastung, zum Beispiel bei einer Dacheindrückung, standzuhalten. Hierbei kann durch den duktilen Werkstoff ein großer Versagensweg bei konstant hohem Kraftniveau realisiert werden. Auch ist Stahl im Vergleich zum Beispiel zu CFK, unsensibel gegen Belastungen in Dicken-Richtung, und es findet bei Kontakt mit dem „Stempel” kein Materialversagen statt. Hierbei ergeben sich ein direkter Kontakt zur Barriere, sowie eine bessere Energieabsorption durch den duktilen Werkstoff.The vehicle pillars 38 , in particular the A-pillars, as well as the roof frame 39a These load paths represent load paths for a side-impact / roof-strike situation. The training in steel further improves the structural integrity in the roof area of the passenger compartment. In addition, only a small space is required to withstand the high load, for example, a roof indentation. In this case, the ductile material can be used to realize a large failure path at a constantly high level of force. Also, compared to CFK, for example, steel is insensitive to stresses in the thickness direction, and there is no material failure on contact with the "punch". This results in a direct contact with the barrier, as well as a better energy absorption by the ductile material.

Wie in 1 erkennbar, sind die A-Säulen verzweigt ausgebildet. Jedoch sind dem Fachmann auch andere Ausbildungen für A-Säulen bekannt. B-Säulen sind in dieser Ausführungsform nicht angezeigt. Jedoch sind auch Ausführungsformen mit B-Säulen aus Stahl mit und ohne D-Säulen denkbar. Allgemein können vom Fachmann die Anzahl von erfindungsgemäßen Fahrzeugsäulen 38 aus Stahl und die jeweiligen Kombinationen beliebig gewählt werden.As in 1 recognizable, the A-pillars are branched. However, other configurations for A-pillars are known to those skilled in the art. B-pillars are not displayed in this embodiment. However, embodiments with B-pillars made of steel with and without D-pillars are also conceivable. In general, the number of vehicle pillars according to the invention can be determined by the person skilled in the art 38 made of steel and the respective combinations can be chosen arbitrarily.

Die Dachspriegel 39b aus Stahl stellen Lastpfade für eine Seitencrash-Situation dar und verbessern die Strukturintegrität der Fahrgastzeile und stellen eine hohe Steifigkeit bei engem Bauraum bereit.The roof hoops 39b Made of steel are load paths for a side crash situation and improve the structural integrity of the passenger line and provide high rigidity in a confined space.

Ein in 1 gezeigtes Dachflächenelement 44 wird bevorzugt aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, oder aus Aluminium gebildet. Hierbei wird ein geringes Gewicht bei hoher Beulsteifigkeit bereitgestellt. Darüber hinaus ist es vorstellbar, dass Dachflächenelement 44 mit einem Δα-angepassten Lagenaufbau bereitzustellen.An in 1 shown roof surface element 44 is preferably formed from fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, or aluminum. In this case, a low weight is provided with high buckling stiffness. In addition, it is conceivable that roof panel element 44 with a Δα-adapted layer structure.

Darüber hinaus ist in 1 ein A-Säulenknoten 46 erkennbar, Dieser ist ähnlich wie die Übergangsbereiche 24b eine komplexe Struktur und wird bevorzugt aus durch Recyclingmaterial, nämlich Kurzfaser-Pressmassen (C-SMC) oder Kurzfaser-Spritzguss, gebildet. Der A-Säulenknoten 46 dient dabei der Kraftüberleitung, zum Beispiel vom Motorträger 26 zur Bodengruppe 22/Schweller oder vom oberen Lastpfad 36 zu Schweller/A-Säule 38a oder vom Schweller zur A-Säule 38a. Erfindungsgemäß sind die lasttragenden Teile in der Karosseriestruktur 10 aus Stahl bzw. faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, insbesondere lang- bzw. endlosfaserverstärktem Kunststoff. Diese können dann von C-SMC-Pressmassen wie dem A-Säulenknoten 46 ”ummantelt” werden, um eine Dichtigkeit und/oder eine Aufnahme von Funktionselementen bereitzustellen. Das SMC (z. B. Glas- oder Kohle-Recyclat) hat hierbei eine unterstützende Funktion, z. B. gegen Ausknicken, ist aber nicht direkt in den Crash-relevanten Lastpfaden angeordnet. Lokale Bereiche können zur Erhöhung der Steifigkeit durch unidirektionale Verbundwerkstoff-Patches/Inserts versteift werden.In addition, in 1 an A-pillar node 46 recognizable, this is similar to the transition areas 24b a complex structure and is preferably formed by recycling material, namely short fiber molding compounds (C-SMC) or short fiber injection molding. The A-pillar knot 46 serves the power transfer, for example, from the engine mount 26 to the floor group 22 / Sills or from the upper load path 36 to sill / A-pillar 38a or from the sill to the A-pillar 38a , According to the invention, the load-bearing parts are in the body structure 10 made of steel or fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, in particular long- or endless fiber-reinforced plastic. These can then be handled by C-SMC molding compounds such as the A-pillar knot 46 "Sheathed" to provide a tightness and / or a receptacle of functional elements. The SMC (eg glass or carbon recyclate) has a supporting function, eg. B. against buckling, but is not arranged directly in the crash-relevant load paths. Local areas may be stiffened by unidirectional composite patches / inserts to increase rigidity.

Weiterhin zeigt 1 Federbeindome 42, die zwischen dem oberen Lastpfad 36 und den Motorträgern 26 angeordnet sind. Die Federbeindome 42 sind Verbindungselemente zwischen oberem Lastpfad 36 und den Motorträgern 26. Die Federbeindome 42 sind wahlweise aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, oder aus Stahl gebildet. Dadurch kann die allgemeine Stabilität der Karosseriestruktur weiter verbessert werden und statische Kräfte besser aufgenommen werden. Zudem kann hier eine Massenspreizung für unterschiedliche Fahrzeugtypen basierend auf der jeweiligen Karosseriestruktur 10 vorgenommen werden. Dabei kann eine Anpassung an das jeweilige Fahrzeuggewicht über die Verbindungslänge erzielt werden.Further shows 1 Strut towers 42 that is between the upper load path 36 and the engine mounts 26 are arranged. The spring legs 42 are connecting elements between the upper load path 36 and the engine mounts 26 , The spring legs 42 are optionally made of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, or made of steel. As a result, the general stability of the body structure can be further improved and static forces can be better absorbed. In addition, here a mass spread for different vehicle types based on the respective body structure 10 be made. In this case, an adaptation to the respective vehicle weight over the connection length can be achieved.

in einer weiteren Ausführungsform stellen der Dachrahmen 39a, die Dachspriegel 39b und die Fahrzeugsäulen 38, insbesondere die B-Säulen, in Seitencrash-Situationen (Test: zum Beispiel FMVSS, IIHS) aus Stahl gebildete Lastpfade dar.in a further embodiment, the roof frame 39a , the roof hoop 39b and the vehicle pillars 38 , in particular the B-pillars, load paths formed in steel in side crash situations (test: for example FMVSS, IIHS).

In einer weiteren Ausführungsform wird eine erfindungsgemäße Karosseriestruktur 10 für ein Cabriolet bereitgestellt (nicht gezeigt). Die Bodenstruktur 20 ist dabei ähnlich wie in 1. Die aus Stahl gebildeten Trägerstrukturen 30 umfassen dabei vorzugsweise die Stirnwand 32, den oberen Lastpfad 36, optional den Windlauf 34, A-Säulen 38a, einen Dachspriegel 39b und wenigstens einen Überrollbügel. Zwischen den A-Säulen 38a ist der Dachspriegel 39b angeordnet. Die Funktionalität des Dachrahmens 39a, weiterer Dachspriegel 39b und Fahrzeugsäulen 38 in der Fahrzeugzelle wird durch Überrollbügel aus Stahl gewährleistet.In a further embodiment, a body structure according to the invention 10 provided for a convertible (not shown). The soil structure 20 is similar to in 1 , The support structures formed from steel 30 preferably include the end wall 32 , the upper load path 36 , optional the cowl 34 , A-pillars 38a , a roof hoop 39b and at least one roll bar. Between the A-pillars 38a is the roof hoop 39b arranged. The functionality of the roof frame 39a , another roof hoop 39b and vehicle pillars 38 in the vehicle compartment is ensured by roll bars made of steel.

Allgemein verwendet der Fachmann für die Trägerstrukturen 30 bekannte Stahlsorten und Stahllegierungen.Generally, those skilled in the art will be using the support structures 30 known steel grades and steel alloys.

Wie in 1 ersichtlich, wird durch die Ausdehnung der Fahrgastzelle mit der Bodenstruktur 20 und den Trägerstrukturen 30 in den vorderen und hinteren Fahrzeugbereich der Insassenschutz weiter verbessert.As in 1 can be seen by the expansion of the passenger compartment with the floor structure 20 and the support structures 30 In the front and rear vehicle area of occupant protection further improved.

Zusammenfassend ist es erfindungsgemäß möglich, Spannungsspitzen durch einlaminierte/aufgeklebte Verstärkungen (A-Säulenknoten 46a, Übergangsbereiche 24b) und Wärmeausdehnungseffekte aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung bei der Herstellung der Karosseriestruktur 10 zu vermeiden. Das ist möglich, da es erfindungsgemäß vorgesehen ist, Strukturen aus verschiedenen Materialien kalt zu fügen. Damit sind Materialen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei der Wärmebehandlung (Fügen, Schweißen, KTL) nicht miteinander im Eingriff. Weiterhin können die Trägerstrukturen 30 getrennt von der Bodenstruktur 20 durch eine KTL (185°) gefahren werden. Zudem wird eine Kontakt-Korrosion an Trennschichten verhindert, da diese bei Stahl und faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, nicht gegeben ist.In summary, it is possible according to the invention, stress peaks by einlaminierte / glued reinforcements (A-column node 46a , Transition areas 24b ) and thermal expansion effects due to differential thermal expansion in the manufacture of the body structure 10 to avoid. This is possible, since it is provided according to the invention to add structures made of different materials cold. This material with different coefficients of thermal expansion in the heat treatment (joining, welding, cathodic dip-tile) are not engaged with each other. Furthermore, the support structures 30 separated from the soil structure 20 through a KTL (185 °). In addition, a contact corrosion is prevented at separating layers, as this is not the case with steel and fiber-reinforced plastic, especially carbon fiber reinforced plastic.

Das erfindungsgemäße Mischbaukonzept, das eine horizontale Materialtrennung der Fahrgastzelle auf Bauteilebene vorsieht, zeichnet sich weiterhin durch einen hohen Recycling-Anteil und ein einfaches Fügekonzept aus, wodurch Kosten gespart werden.The mixed construction concept according to the invention, which provides horizontal material separation of the passenger compartment at the component level, is further characterized by a high recycling proportion and a simple joining concept, which saves costs.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Karosseriestrukturbody structure
2020
Bodenstruktursoil structure
2222
Bodengruppeunderbody
22a22a
Seitenschwellerside skirts
2424
Heckbodenrear floor
24a24a
HecklängsträgerRear side members
24b24b
ÜbergangsbereicheTransition areas
2626
Motorträgerengine support
2828
Schubfeldthrust field
3030
Trägerstrukturensupport structures
3232
Stirnwandbulkhead
3434
Windlaufcowl
3636
oberer Lastpfadupper load path
38a38a
A-SäulenA-pillars
38c38c
C-SäulenC pillars
38d38d
D-SäulenD-pillars
39a39a
Dachrahmenroof frame
39b39b
Dachspriegelroof bow
4242
FederbeindomeStrut towers
4444
DachflächenelementRoof element
4646
A-SäulenknotenA-pillar node

Claims (11)

Karosseriestruktur (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle, umfassend eine Bodenstruktur (20), die den Bodenbereich der Fahrgastzelle bildet, und oberhalb der Bodenstruktur (20) angeordnete Trägerstrukturen (30) der Fahrgastzelle, die definierte Lastpfade für Crashsituationen bereitstellen, wobei die Bodenstruktur (20) aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, gebildet ist, und die Trägerstrukturen (30) aus Stahl gebildet sind.Body structure ( 10 ) for a motor vehicle having a passenger compartment, comprising a floor structure ( 20 ), which forms the floor area of the passenger compartment, and Support structures arranged above the floor structure (20) ( 30 ) of the passenger compartment providing defined load paths for crash situations, the floor structure ( 20 ) is formed of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, and the support structures ( 30 ) are made of steel. Karosseriestruktur (10) nach Anspruch 1, wobei die Bodenstruktur (20) eine Bodengruppe (22) mit Seitencrashelementen umfasst.Body structure ( 10 ) according to claim 1, wherein the soil structure ( 20 ) a floor group ( 22 ) with side crash elements. Karosseriestruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bodenstruktur (20) einen Heckboden (24) umfasst.Body structure ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the soil structure ( 20 ) a rear floor ( 24 ). Karosseriestruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bodenstruktur (20) Motorträger (26) mit/ohne Schubfeld (28) umfasst.Body structure ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the soil structure ( 20 ) Engine carrier ( 26 ) with / without shear field ( 28 ). Karosseriestruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstrukturen (30) eine Stirnwand (32), insbesondere eine Stirnwand (32) mit einem Windlauf (34) umfassen.Body structure ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the support structures ( 30 ) an end wall ( 32 ), in particular an end wall ( 32 ) with a cowl ( 34 ). Karosseriestruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstrukturen (30) einen oberen Lastpfad (36) umfassen.Body structure ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the support structures ( 30 ) an upper load path ( 36 ). Karosseriestruktur (10) nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 4, wobei zwischen dem oberen Lastpfad (36) und den Motorträgern (26) flächig ausgebildete Verbindungselemente (42), insbesondere Federbeindome (42) angebracht sind, die aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, oder aus Stahl gebildet sind.Body structure ( 10 ) according to claim 6 in conjunction with claim 4, wherein between the upper load path ( 36 ) and the engine mounts ( 26 ) surface fasteners ( 42 ), in particular spring legs ( 42 ) are mounted, which are made of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, or made of steel. Karosseriestruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstrukturen (30) die Kraftfahrzeugsäulen des Kraftfahrzeugs, insbesondere die A-, B-, C- und/oder D-Säulen (38a, 38c, 38d), umfassen.Body structure ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the support structures ( 30 ) the motor vehicle pillars of the motor vehicle, in particular the A, B, C and / or D pillars ( 38a . 38c . 38d ). Karosseriestruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstrukturen (30) einen Dachrahmen (39a) mit Dachspriegeln (39b) umfassen.Body structure ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the support structures ( 30 ) a roof frame ( 39a ) with roof hoops ( 39b ). Karosseriestruktur (10) nach Anspruch 9, wobei an dem Dachrahmen (39a) mit Dachspriegeln (39b) ein Dachflächenelement (44) angebracht ist, das aus faserverstärktem Kunststoff, Insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff, oder aus Aluminium gebildet ist.Body structure ( 10 ) according to claim 9, wherein on the roof frame ( 39a ) with roof hoops ( 39b ) a roof surface element ( 44 ), which is made of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic, or aluminum. Karosseriestruktur (10) nach Anspruch 8, wobei zwischen den A-Säulen (38a) ein aus Stahl gebildeter Dachspriegel (39b) angeordnet ist und die Tragestrukturen (30) zusätzlich wenigstens einen Überrollbügel umfassen.Body structure ( 10 ) according to claim 8, wherein between the A-pillars ( 38a ) a formed from steel roof bow ( 39b ) and the carrying structures ( 30 ) additionally comprise at least one roll bar.
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