Beschreibung

Heckbodenstruktur für einen Personenkraftwagen sowie Personenkraftwagen

Die Erfindung betrifft eine Heckbodenstruktur für einen Personenkraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Personenkraftwagen mit einer solchen Heckbodenstruktur.

Die DE 10 2013 015 615 A1 offenbart eine Frontstruktur für ein Kraftfahrzeug, mit zwei sich jeweils entlang einer Längserstreckungsrichtung erstreckenden Längsträgern, wobei jeder Längsträger wenigstens einen Aussteifungsabschnitt aufweist, welcher in und entgegen der Längserstreckungsrichtung jeweils in einen Deformationsabschnitt übergeht. Die Deformationsabschnitte sind derart ausgebildet sind, dass sie bei einem Aufprall der Frontstruktur auf ein Hindernis durch plastische Verformung kinetische Energie absorbieren und die kinematischen Eigenschaften eines Gelenks annehmen, wodurch die Aussteifungsabschnitte von der Längserstreckungsrichtung (L) seitlich weg verschwenkt werden, also derart, dass das vom Längsträger nach der Kollision beanspruchte Raumvolumen auf einen Bereich seitlich zu dessen Längserstreckungsrichtung beschränkt bleibt.

Aus der DE 10 2017 008 205 A1 geht eine rückwärtige Fahrzeugkarosseriestruktur eines Fahrzeugs hervor, welche rückwärtige Längsträger aufweist. Diese sind mit Verformungsunterstützungsabschnitten versehen, welche bei einem Heckaufprall die Längsträger um eine einwärts gerichtete Verformung derselben unterstützen. An jedem der beidseitigen Längsträger ist ein zweiter Verformungsunterstützungsabschnitt vorgesehen, um eine auswärts gerichtete Verformung des jeweiligen rückwärtigen Längsträgers zu unterstützen. Auch bei dieser Karosseriestruktur ist ein ausschließliches seitliches Ausweichen der Längsträger im Falle eines crashbedingten Krafteintrags in Richtung ihrer Längsmittelachse in seitlicher Richtung, also quer zur Fahrzeuglängsrichtung vorgesehen mit dem Ziel, die Längsträger zusammenzudrücken, insbesondere in der Art eines Balges zusammenzufalten, so dass die Längsträger in der axialer Richtung regelmäßig verformt werden, um dadurch effektiver das Ausmaß einer Aufprallenergieabsorption bei einer Fahrzeugheckkollision zu erhöhen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heckbodenstruktur für einen Personenkraftwagen sowie einen Personenkraftwagen mit einer solchen Heckbodenstruktur zu schaffen, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heckbodenstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Personenkraftwagen mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Heckbodenstruktur für einen Personenkraftwagen. Die Heckbodenstruktur weist zwei heckseitige, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete und sich jeweils in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Längsträger auf, welche jeweils einen deformationssteifen, ersten Längenbereich und einen deformationsweichen, zweiten Längenbereich aufweisen. Der jeweilige, deformationsweiche zweite Längenbereich schließt sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an den jeweiligen, deformationssteifen ersten Längenbereich des jeweiligen Längsträgers an. Der jeweilige deformationsweiche Längenbereich ist weniger steif als der jeweilige deformationssteife Bereich, so dass der deformationsweiche Bereich bei einer beispielsweise aus einem Heckaufprall resultierenden, in Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne wirkenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung verformt wird, während der jeweilige, deformationssteife Längenbereich unverformt bleibt, oder der deformationsweiche Längenbereich wird bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung stärker verformt als der deformationssteife Längenbereich. Somit bilden die deformationsweichen Längenbereiche eine Deformationszone, die bei der genannten, unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter Energieverzehrung deformiert wird. Hierdurch kann Unfallenergie vorteilhaft absorbiert werden. Die deformationssteifen Längenbereiche bilden eine deformationssteife Zone, die bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nicht oder weniger stark als die Deformationszone deformiert wird. Hierdurch können in und/oder in Fahrzeuglängsrichtung vor der deformationssteifen Zone angeordnete Komponenten sowie Insassen des Personenkraftwagens vorteilhaft geschützt werden. Um nun ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten der Heckbodenstruktur und somit des Personenkraftwagens insgesamt realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der jeweilige, auch als Hecklängsträger bezeichnete Längsträger in seinem jeweiligen deformationsweichen Bereich, insbesondere wenigstens oder genau eine jeweilige Stufe aufweist, mittels welcher bei einer oder der zuvor genannten, in Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne wirkenden, unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein gezieltes Ausknicken des jeweiligen Längsträgers in eine durch die jeweilige Stufe vorgegebene Richtung bewirkbar ist. Die jeweilige Stufe wird auch als Auslöserstufe oder Triggerstufe bezeichnet, da sie insbesondere durch ihre Geometrie und/oder Anordnung bezüglich des jeweiligen Längsträgers insgesamt sicherstellt, dass der jeweilige, deformationsweiche Bereich bei seiner unfallbedingten Deformation nicht in eine zufällige Deformationsrichtung verformt wird, mithin der Kraftbeaufschlagung ausweicht, sondern gezielt in die Richtung deformiert und dabei oder alternativ nachdem die Deformation in Fahrzeuglängsrichtung erfolgt ist und der deformierte Bereich quasi auf Block geht geknickt oder gefaltet wird und somit gezielt in die Richtung der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ausweicht. Insbesondere erfolgt bei der unfallbedingten Deformation des jeweiligen Längsträgers beziehungsweise des jeweiligen, deformationsweichen Längenbereichs ein auch als Falten oder Ausknicken bezeichnetes Knicken des jeweiligen Längsträgers beziehungsweise des jeweiligen, deformationsweichen Längenbereichs, wobei durch die Stufe das Falten beziehungsweise Ausknicken des Längsträgers gezielt angepasst werden kann, insbesondere derart, dass das unfallbedingte Falten beziehungsweise Ausknicken des Längsträgers nicht etwa in eine zufällige Deformationsrichtung, sondern gezielt in die durch die Stufe vorgegebene Richtung erfolgt. Hierdurch kann auch dann eine vorteilhaft große Menge an Unfallenergie durch Deformation des jeweiligen Längsträgers absorbiert werden, wenn der jeweilige Längsträger beziehungsweise der jeweilige, deformationsweiche Längenbereich eine nur geringe, in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Länge aufweist.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die jeweilige Stufe in Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne betrachtet in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben verläuft. Dadurch kann die Richtung, in die der deformationsweiche Längenbereich der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ausweicht und somit verformt wird, besonders gezielt und definiert vorgegeben werden. Außerdem wird der deformationsweiche Längenbereich bei seiner unfallbedingten Deformation besonders vorteilhaft definiert, so dass eine besonders hohe Menge an Unfallenergie absorbiert werden kann. Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die jeweilige Stufe auf einer jeweiligen, in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite des jeweiligen Längsträgers ausgebildet. Hierdurch kann die Richtung besonders vorteilhaft vorgegeben werden. Mit anderen Worten kann hierdurch eine besonders vorteilhafte Deformation des deformationsweichen Längenbereichs gezielt vorgegeben werden, so dass in und/oder schräg in Fahrzeuglängsrichtung vor der deformationssteifen Zone angeordnete Komponenten sowie Insassen des Personenkraftwagens vorteilhaft geschützt werden können.

Um auf besonders gewichtsgünstige Weise ein besonders hohes Energieabsorptionsvermögen und somit ein besonders gutes Unfallverhalten realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige Stufe durch einen jeweiligen Obergurt des jeweiligen, als Profil ausgebildeten Längsträgers gebildet ist.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn ein jeweiliger Hohlquerschnitt des jeweiligen Profils in Fahrzeughochrichtung nach oben direkt durch den jeweiligen Obergurt begrenzt ist. Hierdurch kann die Richtung besonders vorteilhaft vorgegeben werden, insbesondere derart, dass die Richtung schräg oder parallel zur Fahrzeughochrichtung nach oben weist.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Hohlquerschnitt ein geschlossener Hohlquerschnitt ist. Hierdurch kann insbesondere auch dann ein besonders hohes Energieabsorptionsvermögen realisiert werden, wenn der deformationsweiche Längenbereich eine nur geringe Länge aufweist.

Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Heckbodenstruktur ein flächiges Bodenelement aufweist, über welches die Längsträger miteinander verbunden sind. Hierzu ist das Bodenelement, insbesondere direkt, an die Längsträger angebunden. Beispielsweise ist durch das Bodenelement ein heckseitiger Raum in Fahrzeughochrichtung nach unten hin begrenzt. Bei dem heckseitigen Raum kann es sich um einen heckseitigen Stauraum und/oder zumindest um einen Teil des Innenraums des Personenkraftwagens handeln. Dadurch, dass die Längsträger über das Bodenelement miteinander verbunden sind, kann mittels der Heckbodenstruktur bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung eine besonders große Menge an Unfallenergie absorbiert werden, indem die Bodenstruktur deformiert wird. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Personenkraftwagen, mit einer Heckbodenstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Üblicherweise stellen die Längsträger in der auch als Heckboden bezeichneten Heckbodenstruktur insbesondere im Falle eines Heckaufpralls wichtige, lasttragende Strukturen dar. Die Längsträger dienen insbesondere dem Zweck, Unfallenergie bei einem Unfall wie beispielsweise einem Heckaufprall gezielt abzubauen und hieraus resultierende Kräfte robust in die übrige Struktur des Personenkraftwagens, insbesondere der Karosserie des Personenkraftwagens, einzuleiten. Um dies erfüllen zu können, wird der jeweilige Längsträger üblicherweise so ausgelegt, dass er in seinem vorderen Bereich, das heißt in seinem vor dem ersten Längenbereich angeordneten, zweiten Längenbereich ein möglichst steifes mechanisches Verhalten aufzeigt.

Hierdurch soll sichergestellt werden, dass die Deformation im Bereich von Insassen einer zweiten Sitzreihe des Personenkraftwagens minimiert wird und beispielsweise sowohl Hochvolt-Komponenten als auch ein Kraftstofftank bestmöglich geschützt sind. In seinem hinteren Bereich, das heißt in seinem jeweiligen, hinter dem jeweiligen zweiten Längenbereich angeordneten, ersten Längenbereich ist der jeweilige Längsträger in seiner Auslegung jedoch möglichst deformierbar gestaltet. Im Falle eines Unfalls kann somit durch eine plastische Deformation der deformationsweichen Längenbereiche und somit der Deformationszone möglichst viel Energie absorbiert werden. Bei besonders kurzen Fahrzeugen jedoch stellt sich oft das Problem, dass die auch als deformierbarer Bereich bezeichnete Deformationszone, die auch als freie Crashlänge oder freie Unfalllänge bezeichnet wird, sehr gering ist. Somit kann, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, bei einem Unfall nur verhältnismäßig wenig Energie abgebaut werden. Folglich werden restliche Strukturen des Personenkraftwagens auf eine hohe Kraft- beziehungsweise Energieaufnahme dimensioniert.

Üblicherweise erfolgt insbesondere bei einem Heckaufprall ein Krafteintrag längs, das heißt in Fahrzeuglängsrichtung in die Heckbodenstruktur, was üblicherweise zu einem geraden Faltenwurf im jeweiligen Längsträger führt. Ein Nachteil, der hieraus resultieren kann, wenn keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, ist, dass, sobald die relativ kurze Deformationszone aufgebraucht, das heißt deformiert ist, eine beispielsweise auf die Heckbodenstruktur in Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne aufprallende Barriere auf Block mit der gegenüber der Deformationszone steiferen, deformationssteifen Zone geht. Hierdurch können, falls keine Gegenmaßnahmen getroffen sind, hohe Kräfte resultieren, aus denen größere Deformationen von zu schützenden Bereichen resultieren können, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Bei der Erfindung wird nun mittels der jeweiligen Stufe ein gezieltes Deformieren, insbesondere Ausknicken, des jeweiligen Längsträgers in die jeweilige Richtung bewirkt. Dies führt dazu, dass in einem hinteren Bereich des Personenkraftwagens, insbesondere in der Deformationszone, eine besonders umfangreiche Deformation erfolgen kann, wodurch andere, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung vor der Deformationszone angeordnete Bereiche und Strukturen entlastet werden. Ein weiterer, davon unabhängiger Vorteil besteht insbesondere darin, dass bei einer Deformation, wie beispielsweise einem Ausknicken des jeweiligen Längsträgers, insbesondere in Fahrzeughochrichtung nach oben, die Barriere weg von einer Hinterachse des Personenkraftwagens gelenkt werden kann. Eine Beaufschlagung der Hinterachse und einer Beaufschlagung von davor angeordneten Komponenten kann somit zumindest geringgehalten werden.

Die Stufe ist eine geometrische Auslöserstufe, insbesondere in Form eines Absatzes, die auch als Absetzung bezeichnet wird. Die Stufe beziehungsweise Absetzung führt durch ihre Kerbwirkung zu einer Lokalisierung von plastischen Dehnungen und wirkt folglich als Deformationsinitiator, so dass die unfallbedingte Deformation des Längsträgers nicht in eine zufällige Richtung, sondern gezielt in die durch die Stufe vorgegebene Richtung erfolgt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht auf einen Personenkraftwagen mit einer Heckbodenstruktur, welche zwei heckseitige, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längsträger aufweist;

Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines der heckseitigen Längsträger in einem undeformierten Zustand; und

Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des einen Längsträgers in einem deformierten Zustand.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht einen Personenkraftwagen 10 mit einer als selbsttragende Karosserie ausgebildeten und auch als Rohbau bezeichneten Karosserie 12. Der Personenkraftwagen 10 weist genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete und aufeinanderfolgend angeordnete Fahrzeugachsen auf, wobei eine erste der Achsen eine Vorderachse und die zweite Achse eine in Fahrzeuglängsrichtung hinter der Vorderachse angeordnete Hinterachse 14 ist. Die jeweilige Fahrzeugachse weist genau zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Fahrzeugräder auf, wobei von den Rädern der Hinterachse 14 ein auch als Hinterrad bezeichnetes Fahrzeugrad 16 erkennbar ist.

Die Karosserie 12 und somit der Personenkraftwagen 10 weisen eine Heckbodenstruktur 18 auf, die in einem Hinterwagenbereich 20 des Personenkraftwagens 10 angeordnet ist. Die Heckbodenstruktur 18 weist zwei heckseitige, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längsträger auf, wobei in der Darstellung der Figur 1 lediglich der Längsträger22 erkennbar ist. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum Längsträger 22 können ohne Weiteres auch auf den anderen Längsträger der Heckbodenstruktur 18 übertragen werden und umgekehrt.

Der Längsträger 22 weist einen deformationssteifen, ersten Längenbereich L1 und einen demgegenüber deformationsweicheren, zweiten Längenbereich L2 auf, welcher sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten hin direkt an den Längenbereich L1 anschließt und weniger steif als der Längenbereich L1 ist. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Längenbereich L2 eine sogenannte freie Crashlänge I auf, die im Folgenden noch näher erläutert wird. Kommt es beispielsweise zu einer in Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne auf die Heckbodenstruktur 18 wirkenden, unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, also einem sogenannten Heckaufprall, so wird der Längenbereich L2 bereits energieabsorbierend, insbesondere plastisch, verformt, während der Längenbereich L1 noch nicht verformt oder weniger stark verformt wird als der Längenbereich L2. Dabei wird der Längenbereich L2 insbesondere über seine freie Crashlänge I, welche auch als freie Unfalllänge bezeichnet wird, plastisch verformt. Durch das Verformen des Längenbereichs L2 wird Unfallenergie in Verformungsenergie umgewandelt und somit absorbiert.

In Figur 2 ist der Längsträger 22 ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht gezeigt. Wie besonders gut aus Fig. 2 erkennbar ist, weist der Längsträger 22 in seinem deformationsweichen, zweiten Längenbereich L2, insbesondere in einem in Figur 2 gezeigten Teil T des Längenbereichs L2, eine auch als Trigger-Stufe, Auslöser-Stufe, Absatz oder Absetzung bezeichnete Stufe 24 auf, mittels welcher bei einer beziehungsweise der zuvor genannten, in Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne wirkenden, unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein gezieltes Ausknicken des Längsträgers 22, insbesondere des Längenbereichs L2, in eine durch die Stufe 24 vorgegebene und in Figur 3 durch einen Pfeil 25 veranschaulichte Richtung bewirkbar ist. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Auslenk- beziehungsweise Ausweichrichtung parallel oder schräg zur Fahrzeughochrichtung nach oben, so dass der Längsträger 22 durch sein unfallbedingtes Ausknicken durch die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung in Fahrzeughochrichtung nach oben ausweicht.

Die deformationsweichen Längenbereiche L2 der Längsträger 22 der Heckbodenstruktur 18 bilden eine deformationsweiche Zone, wobei durch das gezielte Ausknicken des Längenbereichs L2 in die durch die Stufe 24 vorgegebene Richtung eine besonders große Menge an Unfallenergie absorbiert werden kann, insbesondere auch dann, wenn die freie Crashlänge I, welche in Fahrzeuglängsrichtung verläuft, gering ist. Hierdurch kann eine übermäßige Belastung der deformationssteifen Zone sowie in und/oder in Fahrzeuglängsrichtung vor der deformationsweichen Zone angeordneten Komponenten sowie den Insassen des Personenkraftwagens 10 vermieden werden. Mit anderen Worten kann durch die Stufe 24 eine Möglichkeit geschaffen werden, im Bereich der freien Crashlänge I eine besonders umfangreiche Deformation der deformationsweichen Längenbereiche L2 zu ermöglichen, was zu einer vorteilhaft geringen Belastung der vorderen, deformationssteifen Zone, mithin der Längenbereiche L1 führt. Hierdurch kann beispielsweise bei gleichem Mitteleinsatz eine Belastung auf eine zweite Sitzreihe des Personenkraftwagens 10 besonders geringgehalten werden. Außerdem können empfindliche Komponenten wie beispielsweise ein insbesondere als Hochvolt- Komponente ausgebildeter, elektrischer Energiespeicher und/oder ein Kraftstofftank vorteilhaft geschützt werden, die in und/oder in Fahrzeuglängsrichtung vor der deformationsweichen Zone angeordnet sind.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stufe 24 auf einer Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite 26 des Längsträgers 22 ausgebildet. Dabei ist der Längsträger 22 als ein Profil, insbesondere ein Hohlprofil, ausgebildet, welcher einen Obergurt 28 aufweist. Die Oberseite 26 und die Stufe 24 sind dabei durch den Obergurt 28 gebildet. Das Profil weist dabei einen, insbesondere geschlossenen, Hohlquerschnitt auf, welcher in Fahrzeughochrichtung nach oben hin direkt durch den Obergurt 28 begrenzt ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Heckbodenstruktur 18 ein in den Figuren nicht erkennbares, zumindest im Wesentlichen flächiges Bodenelement aufweist, über welches die Längsträger der Heckbodenstruktur 18 miteinander verbunden sind.

Ohne die Stufe 24 würde beispielsweise bei der zuvor beschriebenen, unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein gerades, das heißt im Wesentlichen entlang der Fahrzeuglängsrichtung erfolgendes Einfalten des Längsträgers 22 erfolgen, also ähnlich eines Faltenbalgs, so dass ab einem bestimmten Deformationsgrad der Längenbereich L2 des Längsträgers 22 auf Block mit dem steiferen Längenbereich L1 gehen würde. Die dadurch entstehenden hohen Kräfte würden unmittelbar in größere Deformationen der zu schützenden Bereiche führen. Diese problematische Deformationsverhalten der Längsträger 22 wird erfindungsgemäß dadurch zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden, indem die Stufe 24 am Längsträger 22 ein gezieltes Ausknicken des Längsträgers 22, insbesondere des Längenbereichs L2, in Fahrzeughochrichtung nach oben bewirkt beziehungsweise provoziert, wodurch ein besonders großes Energieabsorptionsvermögen insbesondere auch dann realisierbar ist, wenn die freie Crashlänge I gering ist. Insbesondere bewirkt das Ausknicken des Längsträgers 22 nach oben, das heißt weg von der Fahrbahn, dass die den Heckwagen mit den Crashkräften beaufschlagende Barriere (nicht dargestellt) weg von der Hinterachse 14 gelenkt werden kann. Eine Beaufschlagung der Hinterachse 14 und den davor befindlichen (empfindlichen) Komponenten kann somit verringert werden. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten dargestellt werden.