DE102009021961A1

DE102009021961A1 - Body structure for motor vehicle, has body support shortened due to impact load after lifting supportive connection between elongate sections by compression of deformation element that is held between elongate sections of body support

Info

Publication number: DE102009021961A1
Application number: DE200910021961
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dugnus; Bastian Rosenauer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: DE102009021961B4

Abstract

The structure (10) has a body support (20) collapsible according to length under impact load, and a deformation element (28) held between two elongate sections (24.1, 24.3) of the body support. The elongate sections are connected with each other by a bridge element (24.2). The body support is shortened due to the impact load after lifting supportive connection between the elongate sections by compression of the deformation element. The bridge element is made of a brittle material or cast material, and the deformation element comprises a sheet metal hollow body.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The The invention relates to a body structure of a vehicle according to the The preamble of claim 1.

Eine derartige Karosseriestruktur, die bei einem Frontalaufprall des Kraftwagens eine gute Absorption von aufprallbedingter Stoßenergie ermöglichen soll, ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 198 35 705 A1 bereits offenbart. Hierzu sind zunächst in üblicher Weise im Vorderbau der Karosserie zwei die Hauptlast aufnehmende Längsträger vorgesehen, die an der vorderen Stirnseite einer Sicherheitsfahrgastzelle des Kraftwagens stabil abgestützt und im Bereich des Stoßfängers über einen vorderen Querträger miteinander verbunden sind. Bei einem entsprechenden Frontalaufprall des Kraftwagens mit ausreichender Breitenüberdeckung zum Hindernis können diese als Hohlträger ausgebildeten Längsträger beispielsweise unter wellrohrartiger Faltung der Länge nach kollabieren und dabei die kinetische Energie des Aufpralls in Verformungsenergie umwandeln. Damit die vordere Knautschzone auch bei einem Frontalaufprall mit sehr geringer Breitenüberdeckung des Kraftwagens zum Hindernis wirksam ist, wurde zusätzlich eine Anordnung von Deformationselementen vor dem vorderen Ende des einen äußeren Längsträger bildenden Türschwellers vorgesehen. Diese Anordnung umfasst ein hinteres Deformationselement, das zwischen dem seitlichen Türschweller und dem hinteren Abrollumfang des zugeordneten Vorderrades und ein vorderes Deformationselement, das zwischen einem seitlichen Endbereich des die Längsträger verbindenden Querträgers und dem vorderen Abrollumfang des Rades angeordnet ist. Bei einem Frontalaufprall wird somit zunächst das vordere Deformationselement zwischen Querträger und Rad unter Absorption von Stoßenergie gestaucht. Kommt es darüber hinausgehend zu einer aufprallbedingten Rückverlagerung des Rades, so wird anschließend auch das hintere Deformationselement unter Absorption von Stoßenergie zwischen Rad und Längsträgerende zusammengedrückt. Der Türschweller selbst darf hierbei aber nicht der Länge nach kollabieren, da er zur Tragstruktur der Sicherheitsfahrgastzelle gehört, sondern muss eine stabile Abstützbasis für das hintere Deformationselement bieten. Die Deformationselemente können jeweils als Hohlkörper oder auch als Schaumformkörper beispielsweise aus Leichtmetall oder auch aus Kunststoffen mit energieabsorbierender Struktur ausgebildet sein. Außerdem können sie entweder ortsfest so angeordnet sein, dass sie den Bewegungsraum des Vorderrades nicht einengen oder sie können beweglich angeordnet sein und erst unter Auslösung durch einen Crashsensor ähnlich wie übli che Airbags in ihre Schutzstellung verlagert werden. Eine unmittelbare Auswirkung der Deformationselemente auf das Verformungsverhalten des benachbarten, der Länge nach kollabierenden Längsträgers ist bei der bekannten Karosseriestruktur aber nicht zu erwarten. Vielmehr müssen die Hohlprofile dieser Längsträger aus einem Werkstoff bestehen, der sowohl eine ausreichende Betriebsfestigkeit des Längsträgers sicherstellen, als auch bei einem Crash unter Absorption von Aufprallenergie der Länge nach kollabieren kann. Diese Anforderungen lassen sich bei solchen Karosserieträgern beispielsweise mit Hohlträgern in Blechschalenbauweise, aus Strangpressprofilen oder auch aus Faserverbundkunststoffen gleichermaßen erfüllen. Die Gestaltungsmöglichkeiten bei der Konstruktion der Karosserieträger sind jedoch äußerst begrenzt, zumal sie auch noch von der Einbausituation des Karosserieträgers in die Karosseriestruktur abhängen und ggf. auch durch das zur Anwendung kommende Fügeverfahren eingeschränkt sein können.Such a body structure, which should allow a good absorption of impact-related impact energy in a frontal collision of the motor vehicle, is for example in the published patent application DE 198 35 705 A1 already disclosed. For this purpose, two main load-receiving side members are initially provided in a conventional manner in the front of the body, which are stably supported on the front end of a safety passenger compartment of the motor vehicle and connected to each other in the bumper via a front cross member. In a corresponding frontal collision of the motor vehicle with sufficient width coverage to the obstacle, these trained as a hollow beam side members can collapse lengthwise, for example under corrugated tube-like folding and thereby convert the kinetic energy of the impact in deformation energy. Thus, the front crumple zone is effective even in a frontal collision with very narrow width coverage of the motor vehicle to the obstacle, an array of deformation elements was additionally provided in front of the front end of an outer side rail forming door sill. This arrangement comprises a rear deformation element disposed between the side sill and the rear rolling circumference of the associated front wheel and a front deformation element disposed between a lateral end portion of the cross member connecting the side members and the front rolling circumference of the wheel. In a frontal impact, the front deformation element between the cross member and the wheel is thus initially compressed by absorbing impact energy. If, in addition, an impact-related rearward displacement of the wheel occurs, the rear deformation element is subsequently also compressed by absorbing impact energy between the wheel and the longitudinal member end. However, the door sill itself must not collapse lengthwise because it belongs to the supporting structure of the safety passenger cell, but must provide a stable support base for the rear deformation element. The deformation elements may each be formed as a hollow body or as a foam molding, for example made of light metal or plastics with energy absorbing structure. In addition, they can either be arranged stationary so that they do not restrict the range of movement of the front wheel or they can be arranged to be movable and only under the triggering by a crash sensor similar to übli che airbags are moved to their protective position. However, an immediate effect of the deformation elements on the deformation behavior of the adjacent longitudinally collapsing longitudinal member is not to be expected in the known body structure. Rather, the hollow sections of these side members must be made of a material which ensures both a sufficient fatigue strength of the longitudinal member, as well as in a crash under absorption of impact energy can collapse in length. These requirements can be met in such body mounts, for example, with hollow beams in sheet metal shell construction, extruded profiles or fiber composite plastics equally. However, the design options in the construction of the body support are extremely limited, especially since they also depend on the installation situation of the body support in the body structure and possibly also be limited by the joining method used.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Karosseriestruktur eines Fahrzeugs im Bereich einer Knautschzone mit bei entsprechender Stoßbelastung der Länge nach kollabierendem Karosserieträger anzugeben, wobei die Konstruktion des Karosserieträgers im Hinblick auf die technischen Gestaltungsmöglichkeiten deutlich verbessert ist.task The invention is a body structure of a vehicle in Area of a crumple zone with a corresponding impact load of Indicate length after collapsing body carrier, the construction of the body support in terms of significantly improved on the technical design options is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Bereitstellung einer Karosseriestruktur eines Fahrzeugs im Bereich der Knautschzone mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.These The object is achieved by providing a body structure of a vehicle in the area of the crumple zone solved with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Embodiments and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Verbesserung der Gestaltungsmöglichkeiten wird in erster Linie dadurch erreicht, dass der Karosserieträger nicht mehr über seine gesamte Länge für die Tragfunktion und zusätzlich für die Knautschfunktion ausgelegt werden muss. Vielmehr erstreckt sich das Deformationselement nur über einen konstruktiv festgelegten Längenabschnitt des Karosserieträgers, in dem er unter Absorption von Stoßenergie der Länge nach kollabieren soll und die sich daran anschließenden Längenabschnitte werden erheblich druckfester ausgebildet als das Deformationselement selbst. Die erhöhte axiale Druckfestigkeit der Längenabschnitte kann dabei nicht nur durch entsprechende Erhöhung von deren Wanddicke gewonnen werden, da sie nicht zwingend aus dem gleichen knautschfähigen Werkstoff bestehen müssen wie das Deformationselement. Die erforderliche Betriebsfestigkeit des Karosserieträgers ist bereits gegeben, weil die beiden druckfesten Längenabschnitte des Karosserieträgers, zwischen denen das Deformationselement abgestützt ist, unter Sicherstellung der Betriebsfestigkeit miteinander verbunden sind, wobei das Deformationselement im Normalbetrieb nicht in nennenswertem Umfang mitträgt. Mit anderen Worten muss die Betriebsfestigkeit des Karosserieträgers bereits ohne eingebautes Deformationselement zumindest weitestgehend vorhanden sein. Erst nachdem die stabile Verbindung zwischen den Längenabschnitten weitgehend aufgehoben ist, kann das Deformationselement dann wirksam werden, indem es zwischen den sich aufeinander zu bewegenden Längenabschnitten zusammengedrückt wird. Für einen einwandfreien Verformungsablauf des Deformationselements ist dabei wesentlich, dass die Längenabschnitte des Karosserieträgers während des gesamten Verformungsablaufes des Deformationselements zueinander fluchten. Das Deformationselement kann also durch weitgehenden Wegfall der Tragfunktion besser auf die Absorption von Stoßenergie ausgelegt werden.The improvement of the design options is achieved primarily by the fact that the body support no longer has to be designed over its entire length for the support function and additionally for the crush function. Rather, the deformation element extends only over a constructively defined length portion of the body support, in which he collapses under absorption of impact energy lengthwise and adjoining lengths are formed much more resistant to pressure than the deformation element itself. The increased axial compressive strength of the lengths can not can only be obtained by increasing their wall thickness, since they do not necessarily have to consist of the same crushable material as the deformation element. The required durability of the body support is already given because the two pressure-resistant longitudinal sections of the body support, between which the deformation element is supported, while ensuring the durability are connected to each other, wherein the deformation element in normal operation not to a significant extent wearing. In other words, the operational stability of the body support must already be at least largely present without a built-in deformation element. Only after the stable connection between the longitudinal sections has been largely eliminated, the deformation element can then be effective by being compressed between the longitudinal sections to be moved towards each other. For a perfect deformation of the deformation element is essential that the lengths of the body support are aligned with each other during the entire deformation process of the deformation element. The deformation element can thus be better designed for the absorption of impact energy by largely eliminating the support function.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die an das Deformationselement angrenzenden Längenabschnitte des Karosserieträgers über ein die Betriebslasten übertragendes Brückenelement miteinander verbunden, das bei Überschreiten einer konstruktiv festgelegten Grenzlast infolge übermäßiger Stoßbelastung selbsttätig nachgibt. Das Brückenelement kann hierbei beispielsweise eine Verriegelungsmechanik umfassen, die im Crashfall beispielsweise unter Auslösung durch ein Signal eines Crashsensors ein schlagartiges Lösen von zwei miteinander verriegelten Abschnitten des Brückenelements herbeiführt. Anstelle einer mechanischen Verriegelung könnte das Brückenelement auch starr mit den das Deformationselement abstützenden Längenabschnitten verbunden sein und im Crashfall beispielsweise durch automatisches Zünden eines pyrotechnischen Treibsatzes freigesprengt werden.In Preferred embodiment of the invention are those of the deformation element adjacent longitudinal sections of the body support a bridge element transferring the operating loads interconnected, which when a constructive limit imposed as a result of excessive Shock automatically gives way. The bridge element may include, for example, a locking mechanism, in the event of a crash, for example, triggered by a Signal of a crash sensor a sudden release of two locked sections of the bridge element causes. Instead of a mechanical lock could the bridge element also rigid with the deformation element be connected to supporting lengths and in the event of a crash, for example, by automatic ignition of a pyrotechnic propellant charge.

Eine besonders funktionssichere Bauweise des Brückenelements ist aber gegeben, wenn dieses aus einem spröden Material besteht, das im Crashfall bei Überschreiten der konstruktiv festgelegten Grenzlast an wenigstens einer Sollbruchstelle bricht. Da hier die Stoßenergie der Kollision selbst zur Trennung des Brückenelements genutzt wird, ist kein technischer Ansteuerungsaufwand für das Brückenelement erforderlich. Die Sollbruchstelle bzw. die Sollbruchstellen müssen jedoch so ausgelegt sein, dass die axiale Abstützung der druckfesten Längenabschnitte durch das Brückenelement zuverlässig aufgehoben ist und die Abstandsverkürzung der druckfesten Längenabschnitte nicht behindert wird. Dies ist besonders problemlos möglich, wenn das Brückenelement aus sprödem Material ausreichender Festigkeit also insbesondere aus Metallguss besteht.A particularly functionally reliable design of the bridge element but is given if this made of a brittle material exists in the event of a crash when exceeding the constructive fixed limit load on at least one predetermined breaking point breaks. There here the impact energy of the collision itself for separation of the bridge element is not technical Driving effort required for the bridge element. However, the predetermined breaking point or the predetermined breaking points must be designed so that the axial support of the pressure-resistant Length sections through the bridge element reliable is canceled and the reduction in distance of the pressure-resistant Length sections is not hindered. This is special easily possible if the bridge element is off brittle material of sufficient strength so in particular made of cast metal.

Eine besonders einfache Bauweise des Verbunds aus Längenabschnitten und Brückenelement wird möglich, wenn Längenabschnitte des Karosserieträgers und das Brückenelement aus dem gleichen Gussmaterial bestehen. In diesem Fall können sie als einteiliges Gussstück ausgebildet sein, das im Bereich des Brückenelements entsprechend verjüngt ist und sich somit nur über einen Teilquerschnitt des Karosserieträgers erstreckt.A particularly simple construction of the composite of lengths and bridge element becomes possible when length sections of the body frame and the bridge element consist of the same casting material. In that case you can be designed as a one-piece casting that in the area the bridge element is tapered accordingly and thus only over a partial cross section of the body support extends.

Zur Abstützung zwischen Längenabschnitten des Karosserieträgers aus Metallguss ist ein Deformationselement aus einem Blechhohlkörper besonders geeignet, der sich beim Zusammendrücken unter Absorption von Aufprallenergie beispielsweise wellrohrähnlich verformen kann. Der Blechhohlkörper sollte schon zur Vermeidung übermäßiger Korrosionsgefahr möglichst aus gleichem Material bestehen wie die ihn haltenden Längenabschnitte. Bei Leichtbaukonstruktionen können die Längenabschnitte beispielsweise aus einer Aluminiumgusslegierung und der Blechhohlkörper aus einer hierzu passenden Aluminiumknetlegierung gefertigt sein. Alternativ wäre es jedoch auch denkbar, anstelle des Blechhohlkörpers einen Schaumkörper beispielsweise aus Aluminiumschaum als Deformationselement einzusetzen.to Support between lengths of the body support made of cast metal is a deformation element of a sheet metal hollow body particularly suitable, which is under compression Absorption of impact energy, for example, corrugated tube similar can deform. The sheet metal hollow body should already be excessive to avoid Risk of corrosion as possible consist of the same material like the length sections holding it. For lightweight constructions For example, the lengths can be off an aluminum casting alloy and the sheet metal hollow body be made of a matching aluminum wrought alloy. alternative However, it would also be possible, instead of the hollow sheet metal body a foam body such as aluminum foam as Insert deformation element.

Um eine einfache Integration des Deformationselementes in den Karosserieträger zu ermöglichen, kann dieser zwischen den Längenabschnitten quer zu seiner Längsachse eine Ausnehmung mit etwa tunnelförmigem Querschnitt aufweisen, in die sich das zugehörige Deformationselement von einer Umfangsseite aus passgenau einsetzen lässt. Das Deformationselement kann dabei flächenbündig in die Umfangskontur des Karosserieträgers integriert werden, so dass sich der Bauraumbedarf des Karosserieträgers gegenüber einem herkömmlichen Karosserieträger nicht ändert.Around a simple integration of the deformation element in the body carrier to allow this between the lengths sections across to its longitudinal axis a recess with approximately tunnel-shaped Have cross-section, in which the associated deformation element from a peripheral side can be inserted accurately. The deformation element can be flush in the circumferential contour be integrated into the body support, so that the Space requirement of the body opposite a conventional body does not change.

Insbesondere bei einem die Hauptlast bei einem Aufprall aufnehmenden Längsträger einer Kraftwagenkarosserie ist es vorteilhaft, wenn zumindest der Längenabschnitt auf der aufprallzugewandten Seite des Deformationselements nach dem Bruch des Brückenelements von einer benachbarten Karosseriestrebe in Position gehalten ist, um einen einwandfreien Verformungsablauf beim Zusammendrücken des Deformationselements zwischen den Längenabschnitten zu fördern. Diese Karosseriestrebe kann den Längenabschnitt besonders gut in Position halten, wenn sie von einem weiteren Längsträger absteht, der mit Höhenversatz beispielsweise in einer zweiten Längsträgerebene angeordnet ist.Especially at one of the main load in an impact receiving side rail a motor vehicle body, it is advantageous if at least the Length section on the impact-facing side of the deformation element after breaking the bridge element from an adjacent one Body strut is held in position to a flawless Deformation process when compressing the deformation element between the lengths to promote. These Body strut can do the length section especially well hold in position when moving from another side member protrudes, the height offset, for example, in a second Longitudinal support level is arranged.

Der Karosserieträger mit integriertem Deformationselement kann problemlos mindestens einen weiteren knautschfähigen Trägerabschnitt umfassen, der sich an ein vom Deformationselement abgewandtes Ende eines der druckfesten Längenabschnitte anschließt. So kann der Karosserieträger beispielsweise einen Längsträger üblicher Bauart zwischen Abstützung an der Sicherheitsfahrgastzelle und entgegengesetzter Anbindung an einen Querträger vollwertig ersetzen.Of the Body carrier with integrated deformation element can without any problems at least one further crushable carrier section include, which faces away from the deformation element end connects one of the pressure-resistant lengths. Thus, the body support, for example, a side member usual Design between support to the safety passenger cell and opposite connection to a cross member fully replace.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.advantageous Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine schematische Seitenansicht auf einen Bereich einer tragenden Karosseriestruktur eines Kraftwagenvorderbaus im unversehrten Ausgangszustand und 1 a schematic side view of an area of a supporting body structure of a motor vehicle front end in the intact initial state and

2 die Seitenansicht der Karosseriestruktur nach Deformation durch einen Frontalaufprall. 2 the side view of the body structure after deformation by a frontal impact.

In 1 ist eine Karosseriestruktur 10 eines nicht in der Gesamtheit dargestellten Kraftwagens mit selbsttragendem Aufbau nur in einem vertikalen Längsschnitt zwischen einer Sicherheitsfahrgastzelle und einem vorderen Biegequerträger 12 gezeigt, in dem die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Strukturelemente des Rohbaus beispielhaft anhand eines Vorderbaus zu sehen sind. Von der crashstabilen Sicherheitsfahrgastzelle sind jeweils im Querschnitt lediglich ein oberer Querträger 14, ein mittlerer Querträger 16 und ein unterer Querträger 18 sichtbar.In 1 is a body structure 10 a motor vehicle with self-supporting structure not shown in the entirety only in a vertical longitudinal section between a safety passenger compartment and a front bender cross member 12 shown in which the essential for understanding the invention structural elements of the shell can be seen by way of example with reference to a front structure. Of the crash-stable security passenger cell are each only an upper cross member in cross section 14 , a middle cross member 16 and a lower cross member 18 visible, noticeable.

Vom mittleren Querträger 16 ausgehend erstreckt sich ein vorderer Längsträger 20 etwa auf Stoßfängerhöhe etwa horizontal nach vorn bis zu einer hinter dem Biegequerträger 12 angeordneten Crashbox 30, die als in Längsrichtung des Längsträgers 20 kollabierender Pralltopf ausgebildet ist. Über den Biegequerträger 12 werden auch die Aufprallkräfte bei einem normalen Frontalaufprall in der ersten Deformationsphase über die Crashbox 30 in die Karosseriestruktur 10 eingeleitet, da der nicht gezeigte vordere Stoßfänger über Prallelemente am Biegequerträger 12 gehalten und nach hinten über die Crashbox 30 am etwa koaxial dazu angeordneten Längsträger 20 abgestützt ist. Der Längsträger 20 besteht überwiegend aus einem Hohlprofil mit rechteckförmigem Querschnitt, wobei sich der Querschnitt von hinten nach vorn kontinuierlich verjüngt. Dabei ist der Längsträger 20 aus einem hinteren Trägerteil 22, einem mittleren Trägerteil 24 und einem vorderen Trägerteil 26 zusammengesetzt. Der hintere Trägerteil 22 besteht aus einem relativ dickwandigen Metallwerkstoff hoher Festigkeit beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung. Dadurch ist der hintere Trägerteil 22 entsprechend druck- bzw. knicksteif, kann aber bei Einwirkung einer extremen Crashlast unter Absorption von Aufprallenergie der Länge nach kollabieren und ist also prinzipiell knautschfähig. Der an den hinteren Trägerteil 22 angeschlossene mittlere Trägerteil 24 besteht überwiegend aus einem relativ spröden Metallguss beispielsweise Aluminiumdruckguss und ist folglich nicht ohne weiteres knautschfähig. Jedoch ist in den Trägerteil 24 ein Deformationselement 28 integriert, das seinerseits aus einem beispielsweise aus einer Aluminiumknetlegierung hergestellten Blechhohlkörper besteht. Das Deformationselement 28 ist ein länglicher Pralltopf mit rechteckförmigem Querschnitt, der sich unter Absorption von Aufprallenergie der Länge nach unter wellrohrartiger Verformung stauchen lässt und somit knautschfähig ist. Dieses Deformationselement 28 ist im Wesentlichen passgenau in eine Ausnehmung 46 mit etwa tunnelförmigem Querschnitt eingesetzt, die sich von der Unterseite des Trägerteils 24 ausgehend etwa mittig zwischen endseitigen Längenabschnitten 24.1 und 24.3 befindet. Die Tunnellängsachse verläuft dabei mit konstantem Querschnitt quer zur Längsachse des Trägerteils 24 also in Breitenrichtung des Vorderbaus. Die Ausnehmung 46 wird zwischen den Längenabschnitten 24.1 und 24.3 also an der Oberseite von einem Brückenelement 24.2 begrenzt, das ähnlich einem Brückenbogen geformt und ein mit den Längenabschnitten 24.1 und 24.3 einteiliges Gussstück beispielsweise aus Aluminiumdruckguss ist. Über das Brückenelement 24.2 sind die an das Deformationselement 28 angrenzenden, drucksteifen Längenabschnitte 24.1 und 24.3 so fest miteinander verbunden, dass alle im Normalbetrieb vorkommenden Betriebslasten übertragen werden können, ohne dass das Deformationselement 28 mitträgt. Der mit dem Längenabschnitt 24.3 fest verbundene vordere Trägerteil 26 besteht wiederum aus einem knautschfähigen Metallwerkstoff beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Trägerteil 26 eine deutlich geringere Wanddicke aufweist als der hintere Trägerteil 22, unter axialer Kollisionsbelastung jedoch deutlich druckfester bzw. drucksteifer als die ihm zugeordnete Crashbox 30 ist.From the middle cross member 16 starting a front side member extends 20 approximately at bumper height approximately horizontally forward to one behind the bender cross member 12 arranged crash box 30 , as in the longitudinal direction of the longitudinal member 20 collapsing baffle is formed. About the bender crossbeam 12 The impact forces in a normal frontal impact in the first deformation phase via the crash box 30 in the body structure 10 initiated because the front bumper, not shown on baffles on the bender cross member 12 held and back over the crash box 30 on approximately coaxially arranged side members 20 is supported. The side member 20 consists predominantly of a hollow profile with a rectangular cross section, wherein the cross section continuously tapers from back to front. Here is the side member 20 from a rear support part 22 , a middle carrier part 24 and a front support part 26 composed. The rear support part 22 consists of a relatively thick-walled metal material of high strength, for example, an aluminum alloy. This is the rear support part 22 correspondingly pressure- or kink-resistant, but can collapse under the influence of an extreme Crashlast under absorption of impact energy lengthwise and is therefore in principle crushable. The to the rear support part 22 connected middle carrier part 24 consists mainly of a relatively brittle metal casting such as aluminum die-casting and is therefore not easily crumble. However, it is in the carrier part 24 a deformation element 28 integrated, which in turn consists of a sheet metal hollow body, for example, made of an aluminum wrought alloy. The deformation element 28 is an elongated baffle with a rectangular cross-section, which absorbs under impact energy absorption lengthwise under corrugated tube-like deformation and thus is crushable. This deformation element 28 is essentially fit in a recess 46 used with approximately tunnel-shaped cross-section extending from the underside of the carrier part 24 starting approximately in the middle between end-side lengths 24.1 and 24.3 located. The tunnel longitudinal axis runs with a constant cross section transverse to the longitudinal axis of the carrier part 24 ie in the width direction of the front building. The recess 46 is between the lengths 24.1 and 24.3 So at the top of a bridge element 24.2 bounded, which is shaped similar to a bridge arch and one with the length sections 24.1 and 24.3 one-piece casting, for example, die-cast aluminum. About the bridge element 24.2 are the to the deformation element 28 adjacent, pressure-resistant lengths 24.1 and 24.3 so firmly connected together that all operating loads occurring in normal operation can be transmitted without the deformation element 28 mitträgt. The one with the length section 24.3 firmly connected front support part 26 in turn consists of a crushable metal material, for example, an aluminum alloy, wherein the carrier part 26 a significantly smaller wall thickness than the rear support member 22 However, under axial collision load significantly more resistant to pressure and pressure than the associated Crashbox 30 is.

Der Längsträger 20 ist in seiner Gesamtheit ein Bestandteil eines Stabwerkes auf einer Seite des Vorderbaus, das zwei weitere Längsträger 32 und 34, zwei Vertikalstreben 36 und 38 sowie eine Diagonalstrebe 40 umfasst. Ein bezogen auf die Längsmittelebene des Vorderbaus hierzu spiegelsymmetrisches Stabwerk ist auf der gegenüberliegenden Seite des Vorderbaus vorgesehen, wobei die Stabwerke am Radhaus ihrer Seite vorbei im Bereich der seitlichen Begrenzung eines Frontraums wie z. B. dem Motorraum des Kraftwagens verlaufen. Die spiegelsymmetrischen Stabwerke sind hinten an der Sicher heitsfahrgastzelle über die gemeinsamen Querträger 14, 16 und 18 fest miteinander verbunden. Vorn sind sie zumindest über den Biegequerträger 12 miteinander verbunden. Zusätzlich ist hier noch ein schlankerer Querträger 42 vorhanden, welcher die unteren Längsträger 34 am vorderen Ende miteinander verbindet. Die unteren Längsträger 34 erstrecken sich in einem Abstand unterhalb der Längsträger 20 etwa auf dem Niveau des Unterbodens vom Querträger 18 aus zunächst etwa horizontal nach vorn, sind nach etwa zwei Dritteln ihrer Länge stumpfwinklig nach oben abgebogen und enden am Querträger 42, der sich in einem Abstand unterhalb der zugeordneten Crashbox 30 befindet. Das vordere Ende des Längsträgers 34 ist ferner über die senkrecht verlaufende Vertikalstrebe 38 mit dem vorderen Ende des darüber verlaufenden Trägerteils 26 fest verbunden. Im Bereich der Abbiegung des unteren Längsträgers 34 ist dieser durch die weitere Vertikalstrebe 36 fest mit dem vorderen Längenabschnitt 24.3 des Längsträgers 20 verbunden, wobei die Vertikalstrebe 36 gegenüber der Ebene des Längsträgers 20 ein Stück nach oben übersteht. Am oberen Ende ist die die Vertikalstrebe 36 mit dem vorderen Ende des oberen Längsträgers 32 verbunden, der sich in einem Abstand oberhalb des Längsträgers 20 vom Querträger 14 aus nach vorn erstreckt. Dabei ist der Längsträger 32 in Anlehnung an den Verlauf der Borwandoberkante des Vorderbaus über seine Länge etwas nach unten vorn geneigt. Der Querschnitt und die Knicksteifigkeit der z. B. aus eine geeigneten Aluminiumlegierung hergestellten Vertikalstrebe 36 ist dabei wesentlich größer als bei der relativ schlanken Vertikalstrebe 38, die aus dem gleichen Werkstoff besteht. Am oberen Ende ist an die Vertikalstrebe 36 das vordere Ende der geraden Diagonalstrebe 40 angeschlossen, deren hinteres Ende nahe dem Querträger 18 mit dem unteren Längsträger 34 verbunden ist. Dabei schließt die knicksteife Diagonalstrebe 40 mit dem Längsträger 34 einen spitzen Winkel von hier ca. 35 Grad ein und kreuzt den unmittelbar benachbarten Längenabschnitt 24.1 des Trägerteils 24, mit dem sie im Überdeckungsbereich fest verbunden ist.The side member 20 is in its entirety a part of a framework on one side of the front structure, the two other side members 32 and 34 , two vertical struts 36 and 38 as well as a diagonal brace 40 includes. A relative to the longitudinal center plane of the front building this mirror-symmetrical framework is provided on the opposite side of the front end, the frameworks on the wheel arch on their side in the area of the lateral boundary of a front space such. B. extend the engine compartment of the motor vehicle. The mirror-symmetrical frameworks are behind the safety passenger cell on the common cross member 14 . 16 and 18 firmly connected. At the front, they are at least over the bender crossbeam 12 connected with each other. In addition, here is a slimmer cross member 42 present, which the lower side members 34 connects at the front end. The lower side members 34 extend at a distance below the side members 20 at about the level of the underbody from the crossbeam 18 from about horizontally forward, are bent at an obtuse angle after about two-thirds of their length and end at the cross member 42 which is at a distance below the assigned one crash box 30 located. The front end of the side member 34 is also about the vertical vertical strut 38 with the front end of the overlying support member 26 firmly connected. In the area of the bend of the lower side member 34 this is through the further vertical strut 36 firmly with the front length section 24.3 of the longitudinal member 20 connected, the vertical strut 36 opposite the plane of the longitudinal member 20 protrudes a bit upwards. At the upper end is the vertical strut 36 with the front end of the upper side member 32 connected, located at a distance above the longitudinal member 20 from the cross member 14 out to the front. Here is the side member 32 in accordance with the course of Borboroberoberkante front of the front over its length slightly inclined forward. The cross section and the buckling stiffness of z. B. made of a suitable aluminum alloy vertical strut 36 is much larger than the relatively slim vertical strut 38 , which consists of the same material. At the upper end is to the vertical strut 36 the front end of the straight diagonal strut 40 connected, whose rear end near the cross member 18 with the lower side member 34 connected is. This includes the kink-resistant diagonal brace 40 with the side member 34 an acute angle of about 35 degrees here and crosses the immediately adjacent longitudinal section 24.1 the carrier part 24 with which it is firmly connected in the covering area.

Kommt es nun zu einem Frontalzusammenstoß des Vorderbaus mit einem deformierbaren Hindernis wie der Knautschzone eines anderen Kraftwagens mit üblicher Aufprallgeschwindigkeit und voller Breitenüberdeckung, wie dies mit einer deformierbaren Barriere 44 simuliert wurde, so wird die Karosseriestruktur 10 durch die nicht von der deformierbaren Barriere 44 absorbierte Crashkraft Fc so deformiert, wie es in 2 zu sehen ist.If there is now a head-on collision of the front end with a deformable obstacle such as the crumple zone of another motor vehicle with the usual impact speed and full width coverage, as with a deformable barrier 44 was simulated, so is the body structure 10 not by the deformable barrier 44 absorbed crash force Fc as deformed as it is in 2 you can see.

In einer ersten Crashphase wird zunächst der Stoßfänger und damit der Biegequerträger 12 von der Barriere 44 getroffen, wodurch zunächst die beiden ihn abstützenden Crashboxen 30 der Länge nach kollabieren und das Hohlprofil des Biegequerträgers 12 abgeplattet wird.In a first crash phase, first the bumper and thus the bender cross member 12 from the barrier 44 hit, thereby first the two crash boxes supporting him 30 Collapse lengthwise and the hollow profile of the bending cross member 12 is flattened.

Daran schließt sich übergangslos die zweite Crashphase an, in welcher der Trägerteil 26 der Länge nach kollabiert und sich dabei unter Absorption von Stoßenergie wellrohrartig verformt und entsprechend verkürzt. Zudem trifft die Barriere 44 am Querträger 42 auf, der zunächst abgeplattet und dann nach hinten querverlagert wird, wodurch es zu einer Stauchung und Aufweitung des nach oben abgebogenen Endbereiches des unteren Längsträger 34 kommt. Auch wird der vordere Endbereich des Längsträgers 34 in eine zum hinteren Längenbereich gerade Strecklage nach unten gebogen, sobald sich die Vertikalstrebe 36 unter der Crashlast Fc nach hinten durchbiegt, da infolgedessen auf die relativ dünne Vertikalstrebe 38 eine nach unten gerichtete Axialkraft wirkt. Unter dieser Axialkraft wird die Vertikalstrebe 38 auf Knickung beansprucht und biegt sich zwischen ihren Anbindungen am Trägerteil 26 und am Längsträger 34 entsprechend etwas nach hinten durch.This is followed seamlessly by the second crash phase, in which the carrier part 26 collapsed lengthwise and thereby deformed corrugated pipe under the absorption of impact energy and shortened accordingly. In addition, the barrier hits 44 on the cross member 42 on, which is first flattened and then moved transversely to the rear, causing it to a compression and expansion of the bent-up end portion of the lower side rail 34 comes. Also, the front end portion of the longitudinal member 34 bent in a direction straight to the rearward length straight down position as soon as the vertical strut 36 under the crash load Fc bends backwards, as a result, on the relatively thin vertical strut 38 a downward axial force acts. Under this axial force is the vertical strut 38 claimed on buckling and bends between their connections on the support part 26 and on the side member 34 according to something backwards through.

Noch bevor die vom Trägerteil 26 bereitgestellte Knautschzone vollständig kollabiert und somit aufgezehrt ist, setzt die dritte Crashphase ein, in welcher der mittlere Trägerteil 24 unter Längenverkürzung kollabiert. Da die Gusslegierung des Trägerteils 24 relativ spröde ist, kommt es infolge der nunmehr wirksamen Crashlast Fc zu einem schlagartigen Bruch des Trägerteils 24 im Bereich seines geringsten Querschnitts also an dessen Brückenelement 24.2, wobei am Brückenelement 24.2 durch gezielte Schwächungen vorzugsweise mehrere Sollbruchstellen angelegt sein können. Für die Funktion ist es wichtig, dass ein ausreichender Längenabschnitt des Brückenelements 24.2 wegbricht, damit die Abstützung durch diesen zwischen den Längenabschnitten 24.1 und 24.3 aufgehoben ist und ein ausreichender Abstand zwischen diesen Längenabschnitten 24.1 und 24.3 entsteht. Dieser Abstand zwischen den Längenabschnitten 24.1 und 24.3 wird dann unter Absorption von Aufprallenergie verkürzt, da das mit seinen Enden zwischen den Längenabschnitten 24.1 und 24.3 gehaltene Deformationselement 28 der Länge nach von den aufeinander zu bewegten Längenabschnitten 24.1 und 24.3 gestaucht wird, wobei es sich wellrohrartig verformt. Dabei werden die Längenabschnitte 24.1 und 24.3 in ihrer zueinander fluchtenden Position gehalten, da der Längenabschnitt 24.1 an der Diagonalstrebe 40 und der Längenabschnitt 24.3 an der Vertikalstrebe 36 befestigt sind. Zudem wird der vordere Längenabschnitt 24.3 über das Trägerteil 26 von der Vertikalstrebe 38 geführt. Die fluchtende Stellung der Längenabschnitte 24.1 und 24.3 bleibt aufgrund der gewählten Geometrie des Stabwerks sogar dann noch erhalten, wenn das Deformationselement 28 vollständig kollabiert ist. Somit kann sichergestellt werden, dass sich der gebrochene Trägerteil 24 nicht nachteilig auf das weitergehende Verformungs verhalten der Karosseriestruktur 10 auswirkt, falls die Crashlast Fc in der Crashphase gemäß 2 noch nicht vollständig in Verformungsenergie umgewandelt ist.Even before the carrier part 26 provided crumple zone is completely collapsed and thus consumed, sets the third crash phase, in which the central support part 24 collapsed under length shortening. As the casting alloy of the support part 24 is relatively brittle, it comes as a result of the now effective crash load Fc to a sudden breakage of the support member 24 in the region of its smallest cross-section, ie at its bridge element 24.2 , wherein at the bridge element 24.2 By targeted weakening preferably several predetermined breaking points can be created. For the function it is important that a sufficient length of the bridge element 24.2 wegbricht, so that the support by this between the lengths 24.1 and 24.3 is canceled and a sufficient distance between these lengths 24.1 and 24.3 arises. This distance between the lengths 24.1 and 24.3 is then shortened under absorption of impact energy, since that with its ends between the lengths 24.1 and 24.3 held deformation element 28 lengthwise of the mutually moved lengths 24.1 and 24.3 is compressed, whereby it deforms corrugated tube-like. Here are the lengths 24.1 and 24.3 held in their mutually aligned position, since the length section 24.1 on the diagonal strut 40 and the length section 24.3 on the vertical strut 36 are attached. In addition, the front longitudinal section 24.3 over the carrier part 26 from the vertical strut 38 guided. The aligned position of the longitudinal sections 24.1 and 24.3 remains due to the selected geometry of the framework even then preserved when the deformation element 28 completely collapsed. Thus, it can be ensured that the broken carrier part 24 not detrimental to the further deformation behavior of the body structure 10 effects, if the crash load Fc in the crash phase according to 2 not completely transformed into deformation energy.

1010: Karosseriestrukturbody structure
1212: BiegequerträgerBending crossmember
1414: Querträger (oben)crossbeam (above)
1616: Querträger (mittig)crossbeam (Middle)
1818: Querträger (unten)crossbeam (below)
2020: Längsträgerlongitudinal beams
2222: Trägerteil (hinten)support part (Rear)
2424: Trägerteil (mittig)support part (Middle)
24.124.1: Längenabschnitt (hinten)longitudinal section (Rear)
24.224.2: Brückenelementbridge element
24.324.3: Längenabschnitt (vorn)longitudinal section (front)
2626: Trägerteil (vorn)support part (front)
2828: Deformationselementdeformation element
3030: Crashboxcrash box
3232: Längsträger (oben)longitudinal beams (above)
3434: Längsträger (unten)longitudinal beams (below)
3636: Vertikalstrebe (dick)vertical strut (thick)
3838: Vertikalstrebe (dünn)vertical strut (thin)
4040: Diagonalstrebediagonal strut
4242: Querträgercrossbeam
4444: Barriere (deformierbar)barrier (Deformable)
4646: Ausnehmungrecess
F_C F _C: Crashkraftcrash force

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19835705 A1 [0002]

Claims

Body structure ( 10 ) of a vehicle in the region of a crumple zone which has at least one body support collapsing lengthwise under impact load ( 20 ), wherein at the crumple zone of the vehicle, a deformation element supported axially on a body support ( 28 ), which can be compressed by absorption of impact energy between two components moving towards each other, characterized in that the deformation element ( 28 ) between two lengths connected to one another to ensure the operational stability ( 24.1 . 24.3 ) of the same body ( 20 ) and that the body support ( 20 ) due to the impact-related impact load after canceling the supporting connection between the two longitudinal sections ( 24.1 . 24.3 ) under compression of the deformation element ( 28 ) shorten.

A body structure according to claim 1, characterized in that the to the deformation element ( 28 ) adjacent lengths ( 24.1 . 24.3 ) of the body ( 20 ) via a bridge element transmitting the operating loads ( 24.2 ) are joined together, which yields when exceeding a constructive limit load due to excessive impact load.

A body structure according to claim 2, characterized in that the bridge element ( 24.2 ) consists of a brittle material which breaks when exceeding the design-defined limit load on at least one predetermined breaking point.

A body structure according to claim 3, characterized in that the bridge element ( 24.2 ) consists of a cast material.

Body structure according to one of claims 1 to 4, characterized in that the longitudinal sections ( 24.1 . 24.3 ) of the body ( 20 ) and the bridge element ( 24.2 ) consist of the same material, wherein the bridge element ( 24.2 ) only over a partial cross-section of the body ( 20 ).

Body structure according to one of claims 1 to 5, characterized in that the deformation element ( 28 ) consists of a hollow sheet metal body.

Body structure according to one of claims 1 to 6, characterized in that the body support ( 20 ) between the lengths ( 24.1 . 24.3 ) transversely to its longitudinal axis a recess ( 46 ) with approximately tunnel-shaped cross-section into which the associated deformation element ( 28 ) is inserted accurately.

Body structure according to one of claims 1 to 7, characterized in that the body support ( 20 ) is a longitudinal member of a motor vehicle body, of which the deformation element ( 28 ) on the side facing the impact side ( 24.3 ) after breaking the bridge element ( 24.2 ) from an adjacent body strut ( 36 ) is held.

A body structure according to claim 8, characterized in that the body strut ( 36 ) from another side member ( 34 ) protrudes, the height offset to the body ( 20 ) is arranged in a second longitudinal carrier level.

Body structure according to one of claims 1 to 9, characterized in that the body support ( 20 ) at least one further crushable support portion ( 22 . 26 ), which adjoins one of the deformation element ( 28 ) facing away from one of the pressure-resistant longitudinal sections ( 24.1 . 24.3 ).