WO2015086438A1 - Kraftfahrzeugkarosserie mit einem deformationselement und einem längsträger - Google Patents

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WO2015086438A1
WO2015086438A1 PCT/EP2014/076637 EP2014076637W WO2015086438A1 WO 2015086438 A1 WO2015086438 A1 WO 2015086438A1 EP 2014076637 W EP2014076637 W EP 2014076637W WO 2015086438 A1 WO2015086438 A1 WO 2015086438A1
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deformation element
force level
side member
failure force
motor vehicle
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PCT/EP2014/076637
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Christian Bögle
Dirk Lukaszewicz
Balazs Fodor
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B60R19/34—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means destroyed upon impact, e.g. one-shot type
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    • B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
    • B60R2019/262—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means with means to adjust or regulate the amount of energy to be absorbed

Definitions

  • the present invention relates to a body of a motor vehicle with a deformation element and a longitudinal member of a
  • a conventional motor vehicle consists of a front end, a rear end and a passenger compartment arranged therebetween.
  • a construction of the front car takes into account in particular one
  • Collision-relevant structure of the motor vehicle which can sufficiently reduce a collision energy for the protection of vehicle occupants, is also called crash structure.
  • the collision-relevant structure of the front end is often determined inter alia by two front side members, which are also referred to as engine mount in motor vehicles with front engine, arranged at front ends of the longitudinal beam deformation elements, which are also referred to as "crash boxes", and a bumper with a bumper cross member.
  • the deformation elements are usually designed for a collision operation at low speed, the further structure of the front end,
  • the rest of the structure of the front end, especially the front side members, must also reduce collision energy.
  • the front side members are in
  • the crash boxes are often made of aluminum.
  • the failure of the front side members made of steel is characterized by plastic deformation, in the course of the deformation, ie with increasing deformation a force level decreases.
  • the force level at which the crash boxes fail it is usually chosen at least 20% lower than the force level at which the plastic failure of the front Longitudinal beam made of steel inserts. This is the force level at which the
  • Crash boxes fail, relatively low, so that a relatively long deformation path of the crash boxes is required to sufficiently reduce the collision energy in a low speed collision.
  • Body structural support of metallic materials are designed such that they deform suitable when exceeding a predetermined level of force over a designated route suitable.
  • body structure supports of fiber reinforced plastic degradation of collision energy due to deformation does not matter.
  • Adequate breakdown of collision energy in a body structure carrier made of a fiber-reinforced plastic is a brittle failure. Such a thing
  • Failure is called, for example, "Crushing.”
  • the failure mechanism "Crushing” is a more or less complete disintegration
  • Body structure carrier primarily in brittle fracture.
  • Another form of "crushing" is a defined deflection of the material by 180 ° directly on an impact surface, this deflection also being called peeling or peeling
  • Fiber breakage mechanism in conjunction with friction to effect.
  • the two mentioned failure mechanisms function effectively in a frontal impact in which the force on the body structure support is perpendicular to a beam cross section.
  • a body according to the invention of a motor vehicle has a longitudinal member which is formed from a fiber-reinforced plastic composite material, and a
  • Deformation element Such a deformation element is also called a crash box or impact energy absorption element.
  • the deformation element is designed such that it collision energy in a low by failure
  • Relative speed range of the motor vehicle can absorb.
  • Relative speed is meant a speed of the motor vehicle relative to a collision opponent.
  • a rigid, fixed collision opponent corresponds to the relative speed of the speed of the motor vehicle.
  • the longitudinal member is designed such that it can absorb collision energy in a high relative speed range of the motor vehicle by brittle failure.
  • the side member can absorb collision energy at a substantially constant force level.
  • the high relative speed range preferably adjoins the low relative speed range.
  • a longitudinal beam initial failure force level at which the longitudinal beam first begins to fail - after initial elastic deformation - is greater than a longitudinal beam
  • Average failure force level at which the deformation element fails in a further course less than the side member initial failure force level.
  • the deformation element average failure force level is less than the side member initial failure force level and greater than a force level corresponding to a reduced side member average failure force level by 10%, preferably 5%.
  • Fiber-reinforced plastic composite material is also called, for example, "Crushing ' 1 .
  • the failure mechanism "crushing” is a more or less complete disintegration (pulverization or fragmentation or
  • Deformation element average stress level is selected to be relatively high, namely at least a 10%, preferably 5%, reduced longitudinal beam average failure force level, the degradation of
  • the crash structure for example, a front end of the motor vehicle, can be made significantly shorter.
  • the motor vehicle can be made smaller overall or a passenger compartment can be made larger with the same overall size of the motor vehicle.
  • the invention is in particular made possible by the fact that the side member consists of a
  • Fiber plastic composite material is formed, whose
  • Initial failing force level is set relatively large, so that despite a deformation element average failure force level, which is in the vicinity of the side member average failure force level, a probability that the side member begins to fail, before a
  • Kollisions energieabbaupotential of the deformation element is used up, is very low. This can be ensured with high probability that in a collision with low speed of the side rail is not irreversibly damaged and initially the deformation element completely failed. According to a preferred embodiment of the invention that is
  • Deformation element average failure force level equal to or greater than the side member average failure force level.
  • the deformation element can be designed such that it fails plastically and / or brittle.
  • the deformation element may preferably consist of a
  • the deformation element may be made lighter if necessary. Furthermore, a failure force level of the deformation element can be made comparatively constant, so that a deformation path of the deformation element can be used particularly efficiently for absorbing collision energy.
  • the deformation element between a bumper cross member and a front end of the longitudinal member is arranged.
  • the deformation element by releasable
  • the longitudinal member may advantageously be a front side member or a rear side member.
  • On the front side member may be a front side member or a rear side member.
  • On the rear side member may be a rear
  • Front side member and / or rear side member and associated deformation elements may be arranged in pairs.
  • the body can have a left and a right front side member and / or a left and a right rear side member with associated deformation element.
  • the longitudinal carrier may preferably consist of a fiber-reinforced plastic composite material with carbon fibers.
  • the fiber-reinforced plastic composite material is formed with continuous fibers. Endless fibers allow a particularly high strength of the longitudinal member and thus a higher failure force level, which also allows a particularly short crash structure.
  • the longitudinal member fails on a substantially constant
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a force progression across one
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a force curve across one
  • a body of a motor vehicle has a front side member formed of a fiber-reinforced plastic composite, and a deformation member.
  • the front side member is reinforced in particular with continuous carbon fibers.
  • the deformation element is mounted between a front bumper cross member and a front end of the side member. The deformation element of the first
  • Fiber plastic composite formed.
  • the deformation element is designed such that it can absorb a collision energy in the event of a collision at low speed, for example less than 25 km / h or 20 km / h or 15 km / h or any intermediate value, in particular 16 km / h without the longitudinal member arranged behind being irreversibly damaged.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a force curve in the case of a frontal collision of the motor vehicle at high relative speed with a collision obstacle over a deformation path of the deformation element and the longitudinal member.
  • the deformation element fails after initial elastic deformation on reaching a deformation element initial failure force level F1 by so-called crushing brittle, after Exceeding the deformation element initial failure force level F1, the deformation element in an approximately continuously constant
  • Deformation element average failure force level F2 which is lower than the deformation element initial failure force level F1 fails.
  • Failure force curve 5 of the deformation element is shown schematically by a dashed line in Figure 1, wherein the line is shown idealized.
  • failure force course may also vary somewhat, wherein the failure force course is subject to significantly lower fluctuations than in a plastically deforming deformation element, which is described in the second embodiment.
  • Deformation element is indicated by x1 in the diagram.
  • a failure force curve 7 of the longitudinal member is in Figure 1 with a
  • the longitudinal member fails brittle by Crushing already described above.
  • Another force curve in which the side member fails is indicated by the longitudinal member average failure force level F4, wherein after the initial failure, the force curve, in particular compared to a side member made of a metallic material which fails plastically, is relatively constant.
  • the failure force curve 7 is shown in Figure 1 idealized.
  • the longitudinal member average failure force level F4 is less than the side member initial failure force level F3.
  • Longitudinal member is indicated by x2 in the diagram.
  • a collision energy which is absorbable by the deformation element and the longitudinal beam system is indicated by the hatched area in the diagram.
  • the deformation element initial failure force level F1 and the deformation element average failure force level F2 are respectively less than the side rail initial failure force level F3
  • a distance of the force levels F1 and F2 to the longitudinal beam initial failure force level F3 is chosen to be sufficiently large.
  • the deformation element average failure force level F2 is approximately equal to the side member average failure force level F4.
  • the deformation element average failure force level F2 may also be formed in a range of 10% smaller than the longitudinal member average failure force level F4 to 10% greater than the longitudinal member average failure force level F4, as long as a longitudinal beam initial failure force level F3 is large enough that failure of the side member does not occur before complete failure of the
  • a body of a motor vehicle has a front side rail formed of a fiber-reinforced plastic composite and a deformation element that is formed of an aluminum material unlike the first embodiment.
  • Deformation element average failure force level FT shown in the diagram.
  • the deformation element average failure force level F2 ' is lower than the deformation element initial failure force level F1'.
  • a maximum deformation path of the deformation element is indicated by x1 in the diagram.
  • Embodiment corresponds to the failure force profile of the longitudinal member according to the first embodiment and is analogous to the first in Figure 2
  • Embodiment represented by a solid line Embodiment represented by a solid line.
  • Deformation element average failure force level F2 ' are each smaller than a side rail initial failure force level F3, and the deformation element average failure force level F2' of the second embodiment is made slightly larger than a side member average failure force level F4.

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Abstract

Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einem Längsträger, der aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und einem Deformationselement, wobei das Deformationselement derart ausgebildet ist, dass es durch Versagen Kollisionsenergie in einem niedrigen Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs absorbieren kann, und wobei der Längsträger derart ausgebildet ist, dass er in einem hohen Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs durch sprödes Versagen Kollisionsenergie absorbieren kann, wobei ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau (F3), bei dem der Längsträger erstmals zu versagen beginnt, größer als ein Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau (F4) ist, bei dem der Längsträger in einem weiteren Verlauf versagt, wobei ein Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveau (Fl; Fl'), bei dem das Deformationselement erstmals zu versagen beginnt, und ein Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau (F2; F2'), bei dem des Deformationselement in einem weiteren Verlauf versagt, kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau (F3) sind, und wobei das Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau (F2; F2 ') kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau (F3) und größer als ein Kraftniveau ist, das einem um 10%, bevorzugt 5%, verringerten Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau (F4) entspricht.

Description

Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Deformationselement und einem Längsträger
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Deformationselement und einem Längsträger aus einem
Faserkun ststoffverb undwe rkstoff.
Üblicherweise besteht ein herkömmliches Kraftfahrzeug aus einem Vorderwagen, einem Hinterwagen und einer dazwischen angeordneten Fahrgastzelle. Eine Konstruktion des Vorderwagens berücksichtigt dabei insbesondere eine
Frontalkollision des Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionshindernis. Eine
kollisionsrelevante Struktur des Kraftfahrzeugs, die eine Kollisionsenergie zum Schutz von Fahrzeuginsassen hinreichend abbauen kann, wird auch Crashstruktur genannt. Die kollisionsrelevante Struktur des Vorderwagens ist häufig unter anderem durch zwei vordere Längsträger, die bei Kraftfahrzeugen mit Frontmotor auch als Motorträger bezeichnet werden, an vorderen Enden der Längsträger angeordnete Deformationselemente, die auch als„Crashboxen" bezeichnet werden, und einem Stoßfänger mit einem Stoßfängerquerträger bestimmt. Dabei sind die Deformationselemente in der Regel für einen Kollisionsvorgang mit niedriger Geschwindigkeit ausgelegt, die die weitere Struktur des Vorderwagens,
insbesondere die vorderen Längsträger gegen eine Beschädigung schützen sollen. Somit werden bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit üblicherweise nur der Stoßfänger mit dem Stoßfängerquerträger sowie die Deformationselemente energieverzehrend beschädigt und können zur Reparatur wieder leicht
ausgetauscht werden. Bei einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit muss auch die restliche Struktur des Vorderwagens, insbesondere die vorderen Längsträger, Kollisionsenergie abbauen. Üblicherweise sind die vorderen Längsträger in
Schalenbauweise aus Stahl ausgebildet. Die Crashboxen sind häufig aus Aluminium ausgebildet. Das Versagen der vorderen Längsträger aus Stahl ist dabei durch plastische Verformung geprägt, wobei im Verlaufe der Verformung, d.h. mit zunehmender Verformung ein Kraftniveau sinkt. Das Kraftniveau, bei dem die Crashboxen versagen, wird dabei üblicherweise mindestens 20% niedriger als das das Kraftniveau gewählt, bei dem das plastische Versagen des vorderen Längsträgers aus Stahl einsetzt. Hierdurch ist das Kraftniveau, bei dem die
Crashboxen versagen, verhältnismäßig niedrig, so dass ein verhältnismäßig langer Deformationsweg der Crashboxen erforderlich ist, um die Kollisionsenergie bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit hinreichend abzubauen.
Es ist bekannt Karosseriestrukturträger für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs derart auszulegen, dass er in einem Kollisionsfall des Kraftfahrzeugs
Kollisionsenergie absorbierend versagt. Karosseriestrukturträger aus metallischen Werkstoffen sind dabei derart ausgelegt, dass sie sich bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftniveaus über eine dafür vorgesehene Strecke geeignet verformen. Bei Karosseriestrukturträgern aus faserverstärktem Kunststoff spielt jedoch ein Abbau von Kollisionsenergie durch Verformung keine Rolle. Ein hinreichender Abbau von Kollisionsenergie bei einem Karosseriestrukturträger aus einem faserverstärkten Kunststoff ist ein sprödes Versagen. Ein derartiges
Versagen wird beispielsweise„Crushing" genannt. Beim Versagensmechanismus „Crushing" erfolgt eine mehr oder weniger vollständige Desintegration
(Pulverisierung bzw. Fragmentierung oder auch Zersplitterung genannt) des
Karosseriestrukturträgers vorrangig im Sprödbruch. Eine weitere Form des „Crushings" ist eine definierte Umlenkung des Materials um 180° direkt an einer Aufprallfläche, wobei diese Umlenkung auch Aufschälen oder Schälen genannt wird. Beim Crushing kommt zum Abbau der kinetischen Kollisionsenergie ein
Faserbruchmechanismus in Verbindung mit Reibung zur Wirkung. Die beiden genannten Versagensmechanismen funktionieren effektiv bei einem frontalen Aufprall, bei welchem die Kraft auf den Karosseriestrukturträger senkrecht zu einem Trägerquerschnitt steht. Zwischen den vorstehend genannten Versagensarten des „Crushing" gibt es alle möglichen Zwischenformen eines Versagens, die sich grundsätzlich durch einen mehr oder weniger kleinteiligen Faserbruch
unterscheiden. Je kleinteiliger das Versagen, umso höher ist die
Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit beim Versagen bzw. desto höher ist die Last/Kraft, bei der das Versagen erfolgt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Deformationselement und einem Längsträger zu schaffen, deren Crashstruktur einen kurzen Deformationsweg bei hinreichendem Abbau von
Kollisionsenergie aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Karosserie gelöst, die die Merkmale von
Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
Eine erfindungsgemäße Karosserie eines Kraftfahrzeugs hat einen Längsträger, der aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und ein
Deformationselement. Ein derartiges Deformationselement wird auch Crashbox oder Stoßenergieabsorptionseiement genannt. Das Deformationselement ist derart ausgebildet, dass es durch Versagen Kollisionsenergie in einem niedrigen
Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs absorbieren kann. Mit
Relativgeschwindigkeit ist dabei eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gegenüber einem Kollisionsgegner gemeint. Bei einem starren, feststehenden Kollisionsgegner entspricht die Relativgeschwindigkeit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Der Längsträger ist derart ausgebildet, dass er in einem hohen Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs durch sprödes Versagen Kollisionsenergie absorbieren kann. Bevorzugt kann der Längsträger dabei auf einem im Wesentlichen konstanten Kraftniveau Kollisionsenergie absorbieren. Der hohe Relativgeschwindigkeitsbereich grenzt dabei bevorzugt an den niedrigen Relativgeschwindigkeitsbereich an. Ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau, bei dem der Längsträger erstmals - nach anfänglicher elastischer Verformung - zu versagen beginnt, ist größer als ein Längsträger-
Durchschnittsversagenskraftniveau, bei dem der Längsträger in einem weiteren Verlauf versagt. Ferner sind ein Deformationselement- Anfangsversagenskraftniveau, bei dem das Deformationselement erstmals zu versagen beginnt, und ein Deformationselement-
Durchschnittsversagenskraftniveau, bei dem das Deformationselement in einem weiteren Verlauf versagt, kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau. Darüber hinaus ist das Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau und größer als ein Kraftniveau, das einem um 10%, bevorzugt 5%, verringerten Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau entspricht. Ein vorstehend erwähntes sprödes Versagen des Längsträgers aus
Faserkunststoffverbundwerkstoff wird auch beispielsweise„Crushing'1 genannt. Beim Versagensmechanismus„Crushing" erfolgt eine mehr oder weniger vollständige Desintegration (Pulverisierung bzw. Fragmentierung oder auch
Zersplitterung genannt) des Faserkunststoffverbundwerkstoffs vorrangig im
Sprödbruch. Je kleinteiliger das Versagen dabei ist, umso größer ist die
Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit beim Versagen bzw. desto höher ist die Last/Kraft, bei der das Versagen erfolgt.
Die Verwendung eines Faserkunststoffverbundwerkstoffes für den Längsträger ermöglicht es nach dem Anfangsversagenskraftniveau ein vergleichsweise - insbesondere im Vergleich zu metallischen Werkstoffen - konstantes
Versagenskraftniveau zu verwirklichen. Da erfindungsgemäß das
Deformationselement-Durschnittsversagenskraftniveau verhältnismäßig hoch gewählt ist, nämlich zumindest größer einem um 10%, bevorzugt 5%, verringerten Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau, erfolgt der Abbau von
Kollisionsenergie durch das Deformationselement auf einem verhältnismäßig hohen Kraftniveau, wodurch ein erforderlicher Deformationsweg geringer ist. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Crashstruktur, beispielsweise eines Vorderwagens des Kraftfahrzeugs, deutlich kürzer ausgebildet werden kann. Das Kraftfahrzeug kann insgesamt kleiner ausgeführt werden bzw. eine Fahrgastzelle kann bei gleicher Gesamtgröße des Kraftfahrzeugs größer ausgeführt werden. Die Erfindung ist insbesondere dadurch ermöglicht, dass der Längsträger aus einem
Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, dessen
Anfangsversagenskraftniveau verhältnismäßig groß einstellbar ist, so dass trotz eines Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveaus, das in der Nähe des Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveaus liegt, eine Wahrscheinlichkeit, dass der Längsträger zu versagen beginnt, bevor ein
Kollisionsenergieabbaupotential des Deformationselements aufgebraucht ist, sehr gering ist. Damit kann mit hoher Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, dass bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit der Längsträger nicht irreversibel beschädigt wird und zunächst das Deformationselement vollständig versagt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das
Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau gleich oder größer dem Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau.
Hierdurch ist es möglich einen Deformationsweg des Deformationselements bei gleichem Kollisionsenergieabbaupotential noch kürzer zu wählen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das
Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau kleiner als ein um 10% erhöhtes Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau.
Hierdurch ist sichergestellt, dass das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau dem Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau nicht zu nahe kommt und ungewollt ein Versagen des Längsträgers beginnt.
Das Deformationselement kann derart ausgebildet sein, das es plastisch und/oder spröde versagt.
Das Deformationselement kann bevorzugt aus einem
Faserkunststoffverbundwerkstoff bestehen.
Hierdurch dann das Deformationselement gegebenenfalls leichter ausgeführt werden. Ferner kann ein Versagenskraftniveau des Deformationselements vergleichsweise konstant ausgeführt werden, so dass ein Deformationsweg des Deformationselements besonders effizient zur Absorption von Kollisionsenergie genutzt werden kann.
Vorteilhaft ist das Deformationselement zwischen einem Stoßfängerquerträger und einem vorderen Ende des Längsträgers angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Deformationselement durch lösbare
Befestigungsmittel austauschbar ausgebildet sein. Hierdurch ist es insbesondere im Fall der Kollision mit niedriger Geschwindigkeit möglich, das beschädigte Deformationselement kostengünstig einfach
auszutauschen.
Der Längsträger kann vorteilhaft ein vorderer Längsträger oder ein hinterer Längsträger sein. An dem vorderen Längsträger kann ein vorderer
Stoßfängerquerträger mit einem zwischengeordneten Deformationselement angeordnet sein. An dem hinteren Längsträger kann ein hinterer
Stoßfängerquerträger mit einem zwischengeordneten Deformationselement angeordnet sein. Vorderer Längsträger und/oder hinterer Längsträger und zugehörige Deformationselemente können paarweise angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Karosserie einen linken und einen rechten vorderen Längsträger und/oder einen linken und einen rechten hinteren Längsträger mit zugehörigen Deformationselement aufweisen.
Bevorzugt kann der Längsträger aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff mit Kohlenstofffasern bestehen.
Dies ist insofern vorteilhaft, als dass Kohlenstofffasern eine hohe Zugfestigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht aufweisen. Damit ist es möglich bei gleicher Insassensicherheit eine Crashstruktur besonders kurz auszuführen.
Vorteilhaft ist der Faserkunststoffverbundwerkstoff mit Endlosfasern ausgebildet. Endlosfasern ermöglichen eine besonders hohe Festigkeit des Längsträgers und damit auch ein höheres Versagenskraftniveau , welches zusätzlich eine besonders kurze Crash struktur ermöglicht.
Bevorzugt versagt der Längsträger auf einem im Wesentlichen konstanten
Kraftniveau.
Vorstehend beschriebene Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figur. Figur 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs über einem
Deformationsweg eines Deformationselements und eines Längsträgers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs über einem
Deformationsweg eines Deformationselements und eines Längsträgers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend sind ein erstes Ausführungsbeispiel und ein zweites
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figur 1 und Figur 2 erläutert.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs einen vorderen Längsträger, der aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und ein Deformationseiement. Der vordere Längsträger ist insbesondere mit Endlosfasern aus Kohlenstoff verstärkt. Das Deformationselement ist zwischen einem vorderen Stoßfängerquerträger und einem vorderen Ende des Längsträgers angebracht. Das Deformationselement des ersten
Ausführungsbeispiels ist aus einem spröde versagenden
Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet.
Das Deformationselement ist derart ausgelegt, dass es eine Kollisionsenergie im Falle einer Kollision mit geringer Geschwindigkeit, also beispielsweise geringer als 25 km/h oder 20 km/h oder 15 km/h oder einem beliebigen zwischenliegenden Wert, insbesondere 16 km/h, absorbieren kann, ohne dass der dahinter angeordnete Längsträger irreversibel beschädigt wird.
In Figur 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs im Falle einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs bei hoher Relativgeschwindigkeit mit einem Kollisionshindernis über einem Deformationsweg des Deformationselements und des Längsträgers gezeigt. Das Deformationselement versagt nach anfänglicher elastischer Deformation bei Erreichen eines Deformationselement- Anfangsversagenskraftniveaus F1 durch sogenanntes Crushing spröde, wobei nach Überschreitung des Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 das Deformationselement bei einem in etwa kontinuierlich gleichbleibenden
Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2 versagt, das niedriger als das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 ist. Ein
Versagenskraftverlauf 5 des Deformationselements ist durch eine gestrichelte Linie in Figur 1 schematisch dargestellt, wobei die Linie idealisiert dargestellt ist.
Tatsächlich kann der Versagenskraftverlauf auch etwas schwanken, wobei der Versagenskraftverlauf erheblich geringeren Schwankungen als bei einem sich plastisch verformenden Deformationselement unterliegt, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Der maximale Deformationsweg des
Deformationselements ist mit x1 in dem Diagramm angegeben.
Sobald das Kollisionsenergieabbaupotential bzw. ein Verformungspotential des Deformationselements aufgebraucht ist, setzt ein Versagen des Längsträgers ein. Ein Versagenskraftverlauf 7 des Längsträgers ist in Figur 1 mit einer
durchgezogenen Linie dargestellt. Hierbei steigt die Kraft zunächst bei elastischer Verformung des Längsträgers auf ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3 an, bei dem der Längsträger zu versagen beginnt. Insbesondere versagt der Längsträger durch vorstehend bereits beschriebenes Crushing spröde. Ein weiterer Kraftverlauf, bei dem der Längsträger versagt ist durch das Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau F4 angegeben, wobei nach dem anfänglichen Versagen, der Kraftverlauf insbesondere im Vergleich zu einem Längsträger aus einem metallischen Werkstoff, der plastisch versagt, verhältnismäßig konstant ist. Der Versagenskraftverlauf 7 ist in Figur 1 idealisiert dargestellt. Das Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau F4 ist geringer als das Längsträger- Anfangsversagenskraftniveau F3. Der maximale Deformationsweg des
Längsträgers ist mit x2 in dem Diagramm angegeben.
Eine Kollisionsenergie, die durch das System aus Deformationselement und Längsträger absorbierbar ist, ist durch den schraffierten Bereich in dem Diagramm angegeben.
In dem Diagramm sind das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 sowie das Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2 jeweils geringer ausgebildet als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3
Hierdurch ist verhindert, dass der Längsträger vor einem vollständigen Versagen des Deformationselements versagt. Um dies in jedem Fall sicherzustellen, ist ein Abstand der Kraftniveaus F1 und F2 zu dem Längsträger- Anfangsversagenskraftniveau F3 hinreichend groß gewählt.
Ferner ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau F2 ungefähr gleich dem Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau F4. Hierdurch ist das Kraftniveau, bei dem das Deformationselement versagt vergleichsweise hoch, so dass auch über das Deformationselement in dem zur Verfügung stehenden Verformungsweg x1 hinreichend Kollisionsenergie abgebaut werden kann. Das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau F2 kann auch in einem Bereich von 10% kleiner dem Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau F4 bis 10% größer dem Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau F4 ausgebildet sein, so lange ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3 groß genug ist, dass ein Versagen des Längsträgers nicht vor einem vollständigen Versagen des
Deformationselements eintritt.
Im Folgenden ist das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben, wobei insbesondere die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind und eine Beschreibung der Gemeinsamkeiten zu dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen
weggelassen wurden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs einen vorderen Längsträger, der aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und ein Deformationselement, das im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildet ist.
Im Falle einer Frontalkollision versagt das Deformationselement nach anfänglicher elastischer Deformation bei Erreichen eines Deformationselement- Anfangsversagenskraftniveaus F1 ' im Wesentlichen plastisch, wobei nach
Überschreitung des Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 ' das Deformationselement mit einem stark schwankenden Versagenskraftverlauf 5', der charakteristisch für ein Versagen eines Aluminiumdeformationselements ist, versagt. Ein Mittelwert des schwankenden Versagenskraftverlaufs 5' nach einem Erreichen des Anfangsversagenskraftniveaus FT ist mit einem
Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau FT in dem Diagramm dargestellt. Das Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2' ist niedriger als das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1' ist. Ein maximaler Deformationsweg des Deformationselements ist mit x1 in dem Diagramm angegeben.
Sobald das Kollisionsenergieabbaupotential bzw. ein Verformungspotential des Deformationselements aufgebraucht ist, setzt ein Versagen des Längsträgers ein. Ein Versagenskraftverlauf 7 des Längsträgers gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel entspricht dem Versagenskraftverlauf des Längsträgers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und ist in Figur 2 analog dem ersten
Ausführungsbeispiel mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 ' und das
Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2' sind jeweils kleiner als ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3, wobei das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau F2' des zweiten Ausführungsbeispiels etwas größer als ein Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau F4 ausgeführt ist.
Insgesamt kann gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung innerhalb des zur Verfügung stehenden Deformationswegs x1 + x2 eine
verhältnismäßig große Kollisionsenergie absorbiert werden, wobei die Funktion des Deformationselements bei Kollisionen mit niedrigen Geschwindigkeiten den Längsträger vor einer irreversiblen Beschädigung zu schützen aufrechterhalten ist.

Claims

Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Deformationselement und einem Längsträger Patentansprüche
1. Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einem Längsträger, der aus einem
Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und einem
Deformationselement, wobei das Deformationselement derart ausgebildet ist, dass es durch Versagen Kollisionsenergie in einem niedrigen
Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs absorbieren kann, und wobei der Längsträger derart ausgebildet ist, dass er in einem hohen Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs durch sprödes Versagen Kollisionsenergie absorbieren kann, wobei ein Längsträger- Anfangsversagenskraftniveau (F3), bei dem der Längsträger erstmals zu versagen beginnt, größer als ein Längsträger-
Durchschnittsversagenskraftniveau (F4) ist, bei dem der Längsträger in einem weiteren Verlauf versagt, wobei ein Deformationselement- Anfangsversagenskraftniveau (F1 ; F1 '), bei dem das Deformationselement erstmals zu versagen beginnt, und ein Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau (F2; F2'), bei dem des
Deformationselement in einem weiteren Verlauf versagt, kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau (F3) sind, und wobei das
Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau (F2; F2') kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau (F3) und größer als ein Kraftniveau ist, das einem um 10%, bevorzugt 5%, verringerten Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau (F4) entspricht.
2. Karosserie nach Patentanspruch 1 , wobei das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau (F2; F2') gleich oder größer dem
Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau (F4) ist.
3. Karosserie nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, wobei das
Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau (F2; F2') kleiner als ein um 10% erhöhtes Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau (F4) ist.
4. Karosserie nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei das
Deformationselement derart ausgebildet ist, dass es plastisch und/oder spröde versagt.
5. Karosserie nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei das
Deformationselement aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff besteht.
6. Karosserie nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei das
Deformationselement zwischen einem Stoßfängerquerträger und einem vorderen Ende des Längsträgers angeordnet ist.
7. Karosserie nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei das
Deformationselement durch lösbare Befestigungsmittel austauschbar ausgebildet ist.
8. Karosserie nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei der Längsträger ein vorderer Längsträger oder ein hinterer Längsträger ist.
9. Karosserie nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei der Längsträger aus einem Fase rku nststoff erbu ndwerkstoff mit Kohlenstofffasern besteht.
Karosse e nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, wobei der
Faserkunststoffverbundwerkstoff mit Endlosfasern ausgebildet ist.
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