DE19531957C2 - Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs und insbesondere eine Querschnittstruktur ei­ ner B-Säule.
Die DE 39 28 869 A1 zeigt eine Sicherheitseinrichtung mit einem deformationssteifen Karosserieteil, das an einer mit der Karosserie verbindbaren Trägerstruktur (Tür- oder Schweller) abstützbar ist. In den Fahrzeugsitzen integrierte knicksteife Strebenverbände sollen seitliche Aufprallstöße aufnehmen.
Die DE 43 02 505 A1 zeigt eine Fahrgastzelle mit einer im Bereich der Sitze angeordneten Querversteifung, mit welcher eine Verstärkung der Seitentüren angestrebt wird.
Die DE 27 24 017 C2 zeigt einen Flankenschutz von Kraftwagen, der ebenfalls den Bereich der Türen versteifen soll.
Die JP 61-7473 U offenbart eine Technik, bei der eine B- Säule einen geschlossenen Querschnitt hat, der durch ein B- Säulen-Innenblech und ein B-Säulen-Außenblech gebildet ist. Ferner ist das obere Ende der B-Säule mit einem Dachseiten­ holm und ihr unteres Ende mit einem Seitenschweller verbun­ den. Außerdem ist eine Verstärkung in der B-Säule durchgehend von oben nach unten angeordnet, um die Festigkeit zu erhöhen. Überdies sind eine Mitteldachstrebe mit einem geschlossenen Querschnitt und ein Querträger mit einem ebenfalls geschlos­ senen Querschnitt miteinander über die B-Säule verbunden, wo­ durch ein geschlossener Querschnitt um den gesamten Fahrzeug­ querschnitt ausgebildet ist, was die Steifigkeit der gesamten Karosserie erhöht.
Im allgemeinen hat die so aufgebaute B-Säule einen fe­ stigkeitsunstetigen Abschnitt in der Nähe ihres Mittelteils, d. h., an einer Position, an der sich der Querschnitt abrupt durch Fenster ändert. Bei einem Seitenaufprall auf die Sei­ tenfläche des Fahrzeugs wird die B-Säule an diesem festig­ keitsunstetigen Abschnitt gemäß Fig. 6b stark in die Innen­ richtung des Fahrzeugs verbogen, und als Ergebnis können die Insassen durch die in den Fahrzeuginnenraum vorspringende B- Säule schwer verletzt werden.
Zur Vermeidung dieses Nachteils wurde vom Anmelder der Erfindung in der JP 6-72 787 U eine verbesserte B-Säule vorge­ schlagen. Bei dieser bekannten Lösung ist bewußt ein festig­ keitsunstetiger Abschnitt vorgesehen, d. h., ein bei Beauf­ schlagung des unteren Teils der B-Säule 1 mit einer Seiten­ kraft leicht zu verbiegender Abschnitt, um gemäß Fig. 6a den Aufprall auf die Insassen durch Verringerung des Verformungs­ grads der B-Säule 1 zu mildern.
Damit sich bei der B-Säule mit diesem bewußt festgeleg­ ten festigkeitsunstetigen Abschnitt die B-Säule mit Sicher­ heit am festigkeitsunstetigen Abschnitt und nicht an ihren oberen Abschnitten über dem Mittelabschnitt verbiegt, ist es wichtig, eine Festigkeitsabstimmung mit anderen zugehörigen Abschnitten vorzunehmen, z. B. dem oberen und unteren An­ schlußabschnitt der B-Säule zu anderen Karosseriestrukturen sowie dem festigkeitsunstetigen Abschnitt.
Das bedeutet, daß bei Auftreffen einer Stoßbelastung auf den unteren Abschnitt der B-Säule in Anfangsstadium des Auf­ pralls andere mit dem oberen und unteren Ende der B-Säule verbundene Karosseriestrukturen die Stoßbelastung definitiv aufnehmen müssen, ohne in die Innenrichtung verformt zu wer­ den. Sind in diesem Fall diese anderen Karosseriestrukturen widerstandsunfähig und geben leicht nach, verbiegt sich dem­ zufolge der festigkeitsunstetige Abschnitt ungenügend oder unzweckmäßig. Aber auch bei erwartungsgemäßer Verbiegung wird der Verformungsgrad der B-Säule in den Innenraum groß.
Bei Anwendung dieser B-Säulenstruktur mit dem festig­ keitsunstetigen Abschnitt auf die vorgenannte, durch den ge­ schlossenen Querschnitt gebildete bekannte Lösung kann das obere Ende der B-Säule die Stoßbelastung durch die geschlos­ sene Querschnittstruktur der Mitteldachstrebe aufnehmen, aber das untere Ende der B-Säule wird stark in die Fahrzeuginnen­ richtung verformt, bevor das Außenblech des Seitenschwellers kollabiert, da zuerst der Mitteltunnel durch die auf ihn über den Querträger übertragene Stoßbelastung kollabiert.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosse­ riestruktur vorzusehen, durch die die Insassen im Falle eines Seitenaufpralls vor schweren Verletzungen geschützt werden können. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung nä­ her anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Querschnittansicht gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung;
Fig. 2a ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts X von Fig. 1, die insbesondere einen Verbindungsabschnitt eines B-Säulen-Innenblechs und einer Mitteldachstrebe zeigt;
Fig. 2b ist eine Querschnittansicht des Abschnitts X;
Fig. 3a ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts Y von Fig. 1, die insbesondere einen Verbindungsabschnitt eines Endabschnitts eines B-Säulen-Innenblechs und eines Boden­ blechs mit einer Versteifung zeigt;
Fig. 3b ist eine Querschnittansicht des Abschnitts Y;
Fig. 4a ist eine nähere Querschnittansicht eines Ab­ schnitts Z;
Fig. 4b ist eine Ansicht einer Tunnelverstärkung;
Fig. 5a ist eine Seitenansicht einer B-Säule;
Fig. 5b ist eine Querschnittansicht einer B-Säule;
Fig. 5c ist eine Querschnittansicht eines Bereichs C-C der B-Säule von Fig. 5a;
Fig. 5d ist eine Querschnittansicht eines Bereichs D-D der B-Säule von Fig. 5a;
Fig. 5e ist eine Querschnittansicht eines Bereichs E-E der B-Säule von Fig. 5a;
Fig. 5f ist eine Querschnittansicht eines Bereichs F-F der B-Säule von Fig. 5a;
Fig. 6a ist eine Darstellung eines Verformungsmusters einer erfindungsgemäßen B-Säule; und
Fig. 6b ist eine Darstellung eines Verformungsmusters einer bekannten B-Säule.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine B-Säule, die Bezugszahl 2 bezeichnet eine Mitteldachstrebe, 3 ein Boden­ blech und 4 eine quer auf dem Bodenblech 3 befestigte Ver­ steifung. Die B-Säule 1 hat einen geschlossenen Querschnitt, der durch ein B-Säulen-Innenblech 11 und ein B-Säulen-Außen­ blech 12 gebildet ist, und ist an einem oberen Ende mit einem Dachseitenholm 6 und an einem unteren Ende mit einem Seiten­ schweller 7 verbunden. Der Dachseitenholm 6, die Versteifung 4 und der Seitenschweller 7 haben jeweils einen geschlossenen Querschnitt. In der Nähe des Mittelabschnitts der B-Säule 1 ist ferner ein festigkeitsunstetiger Abschnitt 1a im Hinblick auf eine von der Seitenfläche einer Fahrzeugkarosserie einge­ tragene Belastung vorgesehen. Die nähere Struktur des festig­ keitsunstetigen Abschnitts 1a wird später beschrieben.
In der Mitteldachstrebe 2 ist ein geschlossener Quer­ schnitt durch ein Mitteldachstreben-Unterblech 21 und ein Mitteldachstreben-Oberblech 22 gebildet, und ihr linkes bzw. rechtes Ende ist z. B. durch Verschweißen mit dem Dachseiten­ holm 6 verbunden. Ferner ist die Mitteldachstrebe 2 z. B. durch Verschweißen mit der B-Säule 1 über ein Anschlußteil 8 verbunden.
Gemäß Fig. 2a ist das Anschlußteil 8 durch einen U-för­ migen Kanal aufgebaut, dessen oberer und unterer Abschnitt sich überlappen, und mit dem Mitteldachstreben-Unterblech 21 bzw. dem B-Säulen-Innenblech 11 so punktverschweißt, daß die Mitteldachstrebe 2 in einem glatten Kreisbogen mit der B- Säule 1 verbunden ist. Ferner ist am Anschlußteil 8 ein Ab­ stimmungsloch 8a vorgesehen, um das die B-Säule 1 bei einem Seitenaufprall auf die B-Säule gemäß Fig. 1 leicht zu verbie­ gen ist.
Gemäß Fig. 3a hat die Versteifung 3 einen geschlossenen Querschnitt, der durch U-förmige Kanäle und das Bodenblech 4 gebildet ist. Das Außenende der Versteifung 3 ist als Kreis­ bogen geformt und mit dem Seitenschweller-Innenblech verbun­ den und gleichzeitig mit der B-Säule 1 so verschweißt, daß das Außenende der Versteifung 3 das untere Ende des B-Säulen- Innenblechs 11 überlappt. Gemäß Fig. 4a ist das Innenende der Versteifung 3 mit einer Seite eines Mitteltunnels 4a stumpf verschweißt, der am Mittelabschnitt des Bodenblechs 4 ausge­ bildet ist. Auf dem Kreisbogen der Versteifung 3 ist ein Be­ festigungsauge 3a zum Anbringen eines Vordersitzes vorgese­ hen, und am unteren Abschnitt des B-Säulen-Innenblechs 11 ist ein Montageloch 11a zum Montieren einer Aufrollautomatik für einen Sicherheitsgurt angeordnet.
Unter dem Bodenblech 4 sind am linken und rechten Fußab­ schnitt des Mitteltunnels 4a gemäß Fig. 4a eine linke und rechte Konsole 9, 9 vorgesehen, an denen eine Tunnelverstär­ kung 5 mit einem Ober- und Unterblech am jeweiligen Ende durch Schrauben u. ä. befestigt ist.
Somit ist gemäß Fig. 1 eine Karosseriestruktur mit einem kontinuierlichen geschlossenen Querschnitt über den gesamten Karosseriequerschnitt durch die linke und rechte B-Säule 1, 1, die Mitteldachstrebe 2, die linke und rechte Versteifung 3, 3 sowie die Tunnelverstärkung 5 gegeben.
Im folgenden wird der in der B-Säule 1 vorgesehene fe­ stigkeitsunstetige Abschnitt 1a anhand eines Beispiels für eine spezifische Struktur gemäß Fig. 5a und 5b beschrieben.
Gemäß Fig. 5a und 5b ist eine Verstärkung 13 an der In­ nenseite der B-Säule 1 befestigt. Die Verstärkung 13 weist eine obere Verstärkung 13a, eine mittlere Verstärkung 13b und eine untere Verstärkung 13c auf. Das untere Ende der oberen Verstärkung 13a ist überlappend mit dem oberen Ende der mitt­ leren Verstärkung 13b verschweißt, wobei jedoch das untere Ende der mittleren Verstärkung 13b vom oberen Ende der unte­ ren Verstärkung 13c mit einer vorbestimmten Lücke δ (z. B. 5 mm) getrennt ist. Dieser Trennabschnitt δ zwischen der mittleren Verstärkung 13b und der unteren Verstärkung 13c ist der festigkeitsunstetige Abschnitt 1a der B-Säule 1.
Der festigkeitsunstetige Abschnitt 1a der B-Säule 1 be­ findet sich in der Nähe des Zwischenabschnitts zwischen der Mitte der B-Säule und ihrem unteren Ende oder dem etwas nied­ rigeren Abschnitt, insbesondere in einer Höhe von etwa 300 mm vom Erdboden (entsprechend der Höhe des Frontstoßfängers ei­ nes durchschnittlichen Personenkraftwagens), wobei sich je­ doch die Höhe je nach Sitzhöhe ändert.
Gemäß Fig. 5c hat die obere Verstärkung 13a nahezu den gleichen Querschnitt wie der obere Abschnitt des B-Säulen-Au­ ßenblechs 12 und ist entlang der oberen Innenfläche des B- Säulen-Außenblechs 12 angeordnet. Die obere Verstärkung 13a ist auf ihren beiden Seiten mit dem B-Säulen-Außenblech 12 punktverschweißt. Gemäß Fig. 5d hat die mittlere Verstärkung 13b einen U-förmigen Querschnitt, der nahezu die gleiche Kon­ figuration wie der Mittelabschnitt des B-Säulen-Außenblechs 12 hat, und ist entlang der Innenfläche des B-Säulen-Außen­ blechs 12 angeordnet. Die beiden Seiten der mittleren Ver­ stärkung 13b sind mit dem B-Säulen-Außenblech 12 punktver­ schweißt, und ihr oberes Ende ist mit dem unteren Ende der oberen Verstärkung 13a überlappt verschweißt. Dieser überlap­ pende Abschnitt der oberen und mittleren Verstärkung wirkt als verstärkender Befestigungsflansch zum Befestigen eines oberen Türscharniers und eines Türverriegelungsstücks.
Die untere Verstärkung 13c hat gemäß Fig. 5f einen U- förmigen Querschnitt, der nahezu die gleiche Konfiguration wie der untere Abschnitt des B-Säulen-Außenblechs 12 hat, und ist entlang der Innenfläche des B-Säulen-Außenblechs 12 ange­ ordnet. Das B-Säulen-Außenblech 12 und das B-Säulen-Innen­ blech 11 sind mit dem Flansch der unteren Befestigung 13c da­ zwischen punktverschweißt. Die untere Verstärkung 13c dient als verstärkender Befestigungsflansch zum Befestigen eines unteren Türscharniers, einer Gurtverankerung und einer Auf­ rollautomatik.
In dieser Ausführungsform ist eine Verbindungsplatte 13d zwischen dem unteren Ende der mittleren Verstärkung 13b und dem oberen Ende der unteren Verstärkung 13c vorgesehen; da jedoch diese Verbindungsplatte 13d nur einen geringen Ver­ stärkungseffekt gegenüber der in Seitenrichtung aufgebrachten Belastung hat, kann sie auch entfallen.
Ferner hat gemäß der Beschreibung in dieser Ausführungs­ form eine Trennung der Verstärkung in die obere Verstärkung 13a und die mittlere Verstärkung 13b einen Vorteil im Hin­ blick auf das Schneiden von Materialien, und die überlappende Struktur durch die obere Verstärkung 13a und die mittlere Verstärkung 13b ist beim Abstimmen der Festigkeit der B-Säule 1 mit der Festigkeit des sich stark ändernden Querschnittab­ schnitts vorteilhaft. Funktional kann jedoch auch eine Inte­ gration der oberen und mittleren Verstärkung zu einem einzi­ gen Teil zulässig sein, sofern der festigkeitsunstetige Ab­ schnitt im Vergleich mit dem sich stark ändernden Querschnitt in der Mitte der B-Säule 1 in seiner Festigkeit wesentlich geschwächt ist.
Kollidiert bei der vorstehend beschriebenen Karosserie­ struktur ein auffahrendes Fahrzeug V seitlich mit der B-Säule 1 des Fahrzeugs, nehmen zunächst deren oberes und unteres En­ de eine auftreffende Belastung auf. Anschließend wird die Stoßbelastung über das obere und untere Ende der B-Säule auf die gesamte Karosseriestruktur mit einem geschlossenen Quer­ schnitt um das Fahrzeug übertragen. Da dabei diese geschlos­ sene Querschnittstruktur einen hohen Verformungswiderstand hat, gibt ein relativ schwächster Abschnitt, d. h., der fe­ stigkeitsunstetige Abschnitt 1a, nach, und die B-Säule ver­ biegt sich um diesen festigkeitsunstetigen Abschnitt 1a in die Fahrzeuginnenrichtung. Schließlich wird die Stoßbelastung breit verteilt, und die Stoßenergie wird in der gesamten Ka­ rosserie wirksam absorbiert.
Beim Nachgeben der B-Säule 1 zum Fahrzeuginneren am fe­ stigkeitsunstetigen Abschnitt 1a hängen die Art und das Aus­ maß ihres Nachgebens von der Festigkeit anderer Karosserie­ strukturen ab, z. B. anderer Abschnitte der B-Säule 1, ihres oberen und unteren Endes, der Mitteldachstrebe 2, der Ver­ steifung 3 und anderer Anschlußteile. Um also ein wünschens­ wertes Verformungsmuster der B-Säule 1 zum Minimieren eines Aufpralls auf die Insassen festzustellen, muß eine möglichst einfache Einstellung der Festigkeit der B-Säule 1 möglich sein.
Gemäß der Ausführungsform der Erfindung werden dazu das vorgenannte Abstimmungsloch 8a und das Montageloch 11a ver­ wendet.
Der festigkeitsunstetige Abschnitt 1a kann auf andere Weise realisiert werden, als in dieser Ausführungsform be­ schrieben wurde. Beispielsweise wird eine einzelne Verstär­ kung 13 in die B-Säule durchgängig von oben nach unten einge­ bracht, die nicht wie in der Beschreibung der Ausführungsform in drei Verstärkungen 13a, 13b und 13c unterteilt ist. An der einzelnen Verstärkung sind Schweißraupen in Fahrzeuglängs­ richtung so angebracht, daß sich die B-Säule 1 leicht um den Punkt verbiegt, an dem die Raupen vorgesehen sind. In einem weiteren Beispiel sind nicht nur die Verstärkung 13, sondern auch das B-Säulen-Außen- und Innenblech mit den Schweißraupen für den gleichen Zweck versehen.
Eine beschriebene Querschnitt­ struktur ist aufgebaut durch die Mitteldachstrebe mit einem ge­ schlossenen Querschnitt, die B-Säule mit einem geschlossenen Querschnitt, die Versteifung mit einem geschlossenen Quer­ schnitt, der durch U-förmige Kanäle und das Bodenblech gebil­ det ist, und den Mitteltunnel mit einem geschlossenen Quer­ schnitt, der durch den Mitteltunnel und die Tunnelverstärkung gebildet ist. Durch gegenseitiges Verbinden dieser Struktur­ teile realisiert die Querschnittstruktur einen kontinuierli­ chen geschlossenen Querschnitt um das gesamte Fahrzeug. Fer­ ner hat die B-Säule einen festigkeitsunstetigen Abschnitt an ihrem unteren Ende. Bei einem Seitenaufprall verbiegt sich die B-Säule am festigkeitsunstetigen Abschnitt um ein zuläs­ siges Maß in die Fahrzeuginnenrichtung, ohne an ihrem oberen Abschnitt verformt zu werden, wobei die vorgenannten Struk­ turteile die Stoßenergie weitgehend und wirksam absorbieren, wodurch ein Aufprall auf die Insassen minimiert werden kann.

Claims (11)

1. Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeuges mit:
einer linken und rechten B-Säule (1), in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufenden Dachseitenholmen (6), in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufenden Seitenschwel­ lern (7), einer in Querrichtung des Fahrzeugs verlaufen­ den und mit den B-Säulen (1) sowie mit den Dachseiten­ holmen (6) verbundenen Mitteldachstrebe (2), einem Bo­ denblech (4) und einem in Längsrichtung des Fahrzeugs am Bodenblech (4) verlaufenden Mitteltunnel (4a), die auf­ weist:
in Querrichtung des Fahrzeugs verlaufende und an einem Außenende mit den unteren Enden der B-Säule (1) sowie mit den Seitenschwellern (7) verbundene Versteifungen (3), wobei jede Versteifung (3) mindestens einen U-för­ migen Kanal (Fig. 3a, 3b) und einen geschlossenen Querschnitt auf­ weist, der in der Versteifung (3) vorgesehen und durch den U-förmigen Kanal und das Bodenblech (4) gebildet ist;
eine Tunnelverstärkung (5), die mit jeder Versteifung (3) und mit dem Mitteltunnel (4a) unter dem Mitteltunnel (4a) verbunden ist; und
Anschlußteile (8) zum Verbinden der Mitteldachstrebe (2) mit den B-Säulen (1),
wobei von den B-Säulen (1), der Mitteldachstrebe (2), den Versteifungen (3) und der Tunnelverstärkung (5) eine kontinuierliche geschlossene Querschnitts­ struktur gebildet wird.
2. Karosseriestruktur nach Anspruch 1 mit einem geschlosse­ nen Querschnitt, der im Mitteltunnel (4a) vorgesehen und durch den Mitteltunnel (4a) und die Tunnelverstärkung (5) gebildet ist.
3. Karosseriestruktur nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Ver­ stärkung (13) in der B-Säule (1), die einen festig­ keitsunstetigen Abschnitt (1a) im unteren Bereich der B- Säule (1) aufweist, um die B-Säule (1) um den festig­ keitsunstetigen Abschnitt (1a) im Falle eines Seitenauf­ pralls zu verbiegen.
4. Karosseriestruktur nach Anspruch 3 mit einem geschlosse­ nen Querschnitt, der in der B-Säule (1) vorgesehen und durch ein B-Säulen-Innenblech (11), ein B-Säulen-Außen­ blech (12) und die Verstärkung (13) gebildet ist.
5. Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem geschlossenen Querschnitt, der in der Mitteldach­ strebe (2) vorgesehen ist und durch ein Mitteldachstre­ ben-Oberblech (22) und ein Mitteldachstreben-Unterblech (21) mit U-förmigem Querschnitt gebildet ist.
6. Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wo­ bei die Versteifung (3) mit ihrem Außenende mit einem Seitenschweller-Innenblech und einem B-Säulen-Innenblech (11) und mit ihrem Innenende mit einer Seite des Mittel­ tunnels (4a) verbunden ist.
7. Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs mit einer B- Säule (1), einer Mitteldachstrebe (2) und einem Anschlußteil (8) zum Verbinden der B-Säule (1) mit der Mitteldachstrebe (2), die auf­ weist: ein in dem Anschlußteil (8) vorgesehenes Abstimmungsloch (8a) damit sich die B-Säule (1) um das Abstimmungsloch (8a) im Falle eines Seitenaufpralls verbiegen kann.
8. Karosseriestruktur nach Anspruch 5 und 6, wo­ bei das Anschlußteil (8) in einem Kreisbogen mit einem U- förmigen Querschnitt ausgebildet und glatt mit dem B- Säulen-Innenblech (11) sowie mit dem Mitteldachstreben-Un­ terblech (21) so verbunden ist, daß das Anschlußteil (8) das B- Säulen-Innenblech (11) bzw. das Mitteldachstreben-Unterblech (21) überlappt.
9. Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wo­ bei das Außenende der Versteifung (3) in einem Kreisbogen ausgebildet und glatt mit der B-Säule (1) so verbunden ist, daß das Außenende der Versteifung (3) das B-Säulen-Innen­ blech (11) überlappt.
10. Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 6, 8 oder 9, wobei der festigkeitsunstetige Abschnitt (1a) durch eine Lücke δ zwischen zwei getrennten Verstärkungen (13c, 13d) gebildet ist, die in der B-Säule (1) vorgesehen sind.
11. Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 6, 8 oder 9, wobei der festigkeitsunstetige Abschnitt (1a) durch Schweißraupen ge­ bildet ist, die auf die Verstärkung (13) in der B-Säule (1) auf­ gebracht sind.
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