DE102006040837A1

DE102006040837A1 - Personenkraftwagen oder dgl. mit einer angetriebenen Hinterachse

Info

Publication number: DE102006040837A1
Application number: DE200610040837
Authority: DE
Inventors: Ludwig Seethaler; Herbert Ruisinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder dgl., mit einer selbsttragenden Karosseriestruktur, die unter anderem durch beidseitige Längsträger sowie zumindest zwei Querträger im Bereich der angetriebenen und ein Hinterachsgetriebe aufweisenden Fahrzeug-Hinterachse gebildet ist, wobei die beiden Räder der Hinterachse jeweils über eine Mehrlenker-Anordnung unabhängig voneinander geführt und jeweils über eine Federanordnung an der Karosseriestruktur abgestützt sind. Dabei sind die radführenden Lenker mit ihrem dem Rad abgewandten Ende ohne Zwischenschaltung eines sog. Hinterachsträgers direkt an der Karosseriestruktur aufgehängt, und es ist das Hinterachsgetriebe zumindest in Fahrzeugquerrichtung über geeignete Streben nahe der sog. Knoten, in denen Querträger und Längsträger aneinander stoßen, unter relativ breiter Basis (in der Größenordnung von 30% bis 40% der Spurweite) abgestützt. Die Anbindungsstellen des Hinterachsgetriebes und/oder der überwiegend in Fahrzeug-Längsrichtung orientierten Lenker liegen in Bereichen mit hoher lokaler Steifigkeit, wobei die Steifigkeit der Lenker-Gummilager im Bereich von nur 1-4 kN/mm liegt, während für die überwiegend quer orientierten Lenker in deren Anbindungsstellen das Verhältnis der Steifigkeit zwischen dem jeweiligen Gummilager und der Karosseriestruktur in der Größenordnung von 1 : 3 bis 1 : 5 liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder dgl., mit einer selbsttragenden Karosseriestruktur, die unter anderem durch beidseitige Längsträger sowie zumindest zwei Querträger im Bereich der angetriebenen und ein Hinterachsgetriebe aufweisenden Fahrzeug-Hinterachse gebildet ist, wobei die beiden Räder der Hinterachse jeweils über eine Mehrlenker-Anordnung unabhängig voneinander geführt und jeweils über eine Federanordnung an der Karosseriestruktur abgestützt sind.
Gängiger Stand der Technik für Kraftfahrzeuge mit Standardantrieb, d.h. Hinterradantrieb, und selbsttragender Karosserie ist es, das Hinterachsgetriebe elastisch in einem sog. Hinterachsträger zu lagern und diesen Hinterachsträger wiederum elastisch mit vorzugsweise großvolumigen Gummilagern an dieser selbsttragenden Karosserie bzw. am Unterboden des Fahrzeugs, der Bestandteil der Karosserie ist, zu befestigen. Ebenfalls am Hinterachsträger elastisch gelagert ist üblicherweise die Mehrheit der radführenden Lenker. Mit dieser Bauart wird einerseits eine gewisse Längsfederung des Radmittelpunktes (bzw. Radaufstandspunktes) bei niederfrequenten Fahrbahn-Anregungen (wie bspw. Querfugen, Kanaldeckeln, etc...) erreicht. Gleichzeitig liegt eine gute akustische Entkopplung der Fzg.-Karosserie (und damit auch der Fzg.-Insassen) gegenüber höherfrequenten Anregungen durch die Fahrbahn und den Antrieb, wie insbesondere Abrollgeräuschen, Verzahnungsgeräuschen, Gelenkwellenunwucht oder Drehungleichförmigkeiten, vor.
Wegen der elastischen Verbindung zwischen dem Hinterachsträger und der Karosseriestruktur müssen jedoch diese beiden Baugruppen, und zwar jede für sich, hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit im Hinblick auf die möglichen auftretenden Betriebslasten aus Radführung und Antrieb bis zur möglichen Maximallast ausgelegt werden. Die damit erforderliche Bauteildimensionierung bringt Kostennachteile und Gewichtsnachteile mit sich. Ferner ist der zur Verfügung stehende Bauraum, den sich der Hinterachsträger und die Karosseriestruktur teilen müssen, durch Restriktionen eingeschränkt, so hinsichtlich des sog. Package, d.h. hinsichtlich der Anordnung der jeweiligen Bestandteile wie bspw. Kofferraumboden etc, sowie unter Berücksichtigung diverser Kriterien wie Bodenfreiheit, Freigängigkeit der Lenker, etc.. Dies kann für eine gewichtsoptimierte Gestaltung der tragenden Bauteile, die grundsätzlich große Querschnitte sowie dünne Wandstärken und im Falle von Trägern einen möglichst geradlinigen Verlauf aufweisen sollten, hinderlich sein. Im übrigen ergibt sich durch die zweifache elastische Lagerung, nämlich zwischen den radführenden Lenkern bzw. dem Hinterachsgetriebe und dem zumeist komplexen Hinterachsträger einerseits sowie zwischen dem Hinterachsträger und der Karosseriestruktur andererseits ein hoher Aufwand hinsichtlich Teileanzahl, Fertigung und Montage.
Eine Hinterachskonstruktion aufzuzeigen, die bei weniger aufwändiger Bauart vergleichbaren Komfort, insbesondere Schwingungskomfort und Akustikkomfort, für die Fzg.-Insassen liefert und gleichzeitig eine steife Karosseriestruktur ermöglicht, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 darin, dass die Lenker der radführenden Mehrlenker-Anordnung mit ihrem dem zugeordneten Rad abgewandten Ende ohne Zwischenschaltung eines sog. Hinterachsträgers im wesentlichen direkt an der Karosseriestruktur aufgehängt sind, und dass das Hinterachs getriebe zumindest in Fahrzeugquerrichtung über geeignete Streben nahe der sog. Knoten, in denen Querträger und Längsträger aneinander stoßen, unter relativ breiter Basis abgestützt ist.
Es wird somit eine neue Hinterwagen-Struktur eines Kraftfahrzeugs mit selbsttragender Karosserie vorgeschlagen, die keinen Hinterachsträger aufweist und folglich auch keine Hinterachsträger-Gummilager benötigt, wobei die Querschnitte und Verläufe insbesondere der Karosserie-Längsträger im Hinblick hierauf günstig gestaltet sein können und wobei starre Querverbindungen (in Form von Querträgern) zwischen den beiden Längsträgern vorgesehen sind, von denen zumindest zwei im Bereich der Hinterachse liegen. Durch den Entfall eines separaten Hinterachsträgers wird eine gewichtsoptimierte Gestaltung der Karosseriestruktur mit großen Träger-Querschnitten, dünnen Wandstärken und ungestörten Trägerverläufen ermöglicht, die zusammen mit den starren Querverbindungen zwischen den Karosserie-Längsträgern eine deutlich höhere globale und lokale Karosseriesteifigkeit als bei heute üblicher Bauweise gewährleistet. So ist es aufgrund des nun nicht mehr vorhandenen Hinterachsträgers beispielsweise möglich, die Längsträger und auch die Querträger höher als bislang und somit mit größerer Querschnittsfläche zu gestalten, wobei der Längsträger praktisch ebenso hoch wie die daran befestigten Türschweller ausgebildet werden können, was der Karosserie-Steifigkeit förderlich ist.
Insbesondere ermöglicht es die hier vorgeschlagene Hinterwagen-Struktur, die Lenker der Radführung zur akustischen Entkopplung der Fahrbahnanregungen zu nutzen, indem die Federraten der Lenker-Gummilager so gewählt werden, dass sie zusammen mit der lokalen Steifigkeit der Karosserieanbindung einen ausreichenden Impedanzsprung bilden, wobei der Impedanzsprung das Verhältnis zwischen der jeweiligen Lager-Steifigkeit und der dortigen (im jeweiligen Lager-Befestigungspunkt vorliegenden) dynamischen Karosseriesteifigkeit darstellt. Ferner können auf diese Weise die Anregun gen des Hinterachsgetriebes über eine einfache elastische Lagerung akustisch entkoppelt werden, indem das Hinterachsgetriebe mit großer Abstützbasis, d.h. mit relativ breiter Abstützung in Querrichtung und vorzugsweise auch in Längsrichtung an bzw. nahe von Kraft-Einleitungsstellen hoher Steifigkeit, nämlich nahe der genannten Knoten zwischen dem oder den Karosserie-Querträger(n) und den Karosserie-Längsträgern, gelagert wird. Vorzugsweise kann dabei der Abstand zwischen den Abstützpunkten der das Hinterachsgetriebe tragenden Streben nahe der genannten Knoten in der Größenordnung von 30% bis 40% der Spurweite der Hinterachse liegen, und zwar in Fahrzeug-Querrichtung betrachtet und/oder in Fzg.-Längsrichtung betrachtet.
Wegen der guten Voraussetzungen unter anderem für die Auslegungsfreiheit der Gummilager-Federraten wird für die quasi direkte Achs-Anbindung an die selbsttragende Karosseriestruktur eine Mehrlenker-Hinterachse, insbesondere eine Fünflenker-Hinterachse vorgeschlagen. Damit lässt sich sozusagen eine Aufgabentrennung zwischen einerseits relativ weich gelagerten Lenkern zur Aufnahme der komfortrelevanten Längskräfte und andererseits etwas steifer ausgelegten bzw. gelagerten Lenkern zur Aufnahme der fahrdynamisch relevanten Querkräfte realisieren. Das Verhältnis der Steifigkeiten der einzelnen Lenker-Gummilager zur lokalen Steifigkeit der Karosserieanbindung ist hier ausschlaggebend für den Impedanzsprung, den die Anregungen aus Fahrbahn und Antrieb erfahren, und damit für die akustische Entkopplung zwischen Fahrbahn und Karosserie bzw. deren Insassen. Die akustisch kritischen Anbindungsstellen des Hinterachsgetriebes und der überwiegend oder großteils längs orientierten (und somit überwiegend oder vornehmlich Längskräfte aufnehmenden) Lenker liegen daher vorzugsweise nahe der genannten Knoten-Bereiche der Karosseriestruktur mit hoher lokaler Steifigkeit, wobei ein Steifigkeitsverhältnis von Gummilager zur Karosseriestruktur von etwa 1:10 erreicht werden kann. Die Steifigkeiten der für die überwiegend oder großteils in Fzg.-Längsrichtung orientierten Lenker vorgesehenen Gummilager, insbesondere derjenigen zur Anbindung an die Karosserie, können dabei in der Größenordnung von 1000 N/mm bis 4000 N/mm liegen, was gegenüber dem üblichen Stand der Technik einen extrem niedrigen Wert darstellt, so dass es sich also um extrem weiche Gummilager handelt.
Die überwiegend quer orientierten (und somit überwiegend Querkräfte aufnehmenden) Lenker erfahren nur in fahrdynamisch anspruchsvollen Situationen hohe Betriebslasten, bei denen der Komfortanspruch der Insassen nicht so hoch ist wie bei ungestörter Geradeausfahrt. Als Kompromiss zwischen akustischer Entkopplung und steifer Abstützung von Querkräften für minimalen Sturzverlust bei Kurvenfahrt erscheint deshalb ein Steifigkeitsverhältnis von 1:3 bis 1:5 für das Verhältnis der Steifigkeit zwischen dem jeweiligen Gummilager eines Querlenkers und der Karosseriestruktur an dessen Anbindungsstelle akzeptabel. Die Steifigkeiten der für die überwiegend in Fzg.-Querrichtung orientierten Lenker vorgesehenen Gummilager, insbesondere derjenigen zur Anbindung an die Karosserie, können dabei in der Größenordnung von 6000 N/mm bis 12000 N/mm liegen.
Die beigefügten Prinzipskizzen zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wobei nur die wesentlichen Elemente dargestellt sind. Dabei ist in 1 eine Ansicht von unten auf den Unterboden eines erfindungsgemäßen Personenkraftwagens im Hinterwagen-Bereich gezeigt, während in 2 die Ansicht in Richtung der Kraftfahrzeug-Längsachse von hinten auf diesen Hinterwagen-Bereich (= Bereich der Fzg.-Hinterachse) dargestellt ist. 3 schließlich zeigt einen Schnitt vergleichbar dem Schnitt A-A aus 1, wobei jedoch in 1 der in 3 sichtbare Türschweller nicht dargestellt ist.
Mit der Bezugziffer 1a ist der (in Fahrtrichtung F betrachtet) linke und mit der Bezugsziffer 1b der rechte Längsträger der Karosseriestruktur eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gekennzeichnet, die im Bereich der Hinterachse über zwei stabilere Querträger 2a, 2b miteinander verbunden sind. Weiterhin erkennt man ein Hinterachsgetriebe 3, von dem aus Abtriebswellen 4 zu den beiden nicht dargestellten angetriebenen Hinterrädern führen. Dieses Hinterachsgetriebe 3 ist über Streben 6a, 6b, 6c an der Karosserie, genauer an den Querträgern 2a bzw. 2b abgestützt, wobei die beiden hinteren Streben 6a, 6b mit ihrem dem Hinterachsgetriebe 3 abgewandten Ende nahe der sog. Knotenbereiche zwischen dem hinteren Querträger 2a und den beiden Längsträgern 1a, 1b an diesem Querträger 2a befestigt sind und die vordere Strebe 6c am zweiten Querträger 2b abgestützt ist. Die Streben 6a, 6b (ggf. auch 6c) können dabei im Querschnitt L-förmig sein und ggf. eine Mehrzahl von Versteifungsrippen zwischen den beiden den L-förmigen Querschnitt bildenden Schenkeln aufweisen. Alternativ können diese Streben 6a, 6b, 6c ein geschlossenes Querschnittsprofil besitzen, so wie dies für die Strebe 6c dargestellt ist.
Die beiden durch die Abtriebswellen 4 angetriebenen Hinterräder sind figürlich nicht dargestellt, jedoch sind die jedes Hinterrad führenden Lenker gezeigt. Hier ist eine 5-Lenker-Achse realisiert, so dass jedes Hinterrad unabhängig vom anderen durch fünf einzelne Lenker geführt ist, die jeweils mit ihrem dem Rad (bzw. Radträger) abgewandten Ende über ein elastisches Gummilager auf nicht dargestellte Weise (letztlich) an der Karosserie des Personenkraftwagens befestigt sind. Vorgesehen sind dabei jeweils drei Lenker 10, 11, 12, die überwiegend Längskräfte aufnehmen und daher zu einem erheblichen Teil in Fzg.-Längsrichtung ausgerichtet sind, wobei die Lenker 10, 11 oberhalb des Radmittelpunkts und der Lenker 12 unterhalb des Radmittelpunkts am Radträger befestigt sind. Vorgesehen sind ferner zwei in Fzg.-Querrichtung ausgerichtete Lenker 13, 14, die beide unterhalb des Radmittelpunkts am Radträger angelenkt sind.
Selbstverständlich ist die Karosserie des Kraftwagens weiterhin über eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Feder-Dämpfer-Anordnung an jedem der Räder abgestützt, jedoch ist diese Feder-Dämpfer-Anordnung der Einfachheit halber nicht dargestellt; insbesondere weil diese wie üblich gestaltet sein kann.
In 3 ist im Querschnitt der linke Längsträger 1a sowie ein außenseitig daran befestigter sog. Türschweller 7 dargestellt. Letzterer weist einen bei heutigen Personenkraftwagen mittlerer Größe üblichen Querschnitt auf. Wie ersichtlich ist der Längsträger 1a praktisch ebenso hoch wie dieser Türschweller und ist somit erheblich höher und besitzt daher eine wesentlich größere Querschnittsfläche als heute übliche Längsträger in Personenkraftwagen mittlerer Größe mit angetriebenen Hinterrädern. Der damit erzielbare Steifigkeitsgewinn ist dem Entfall eines bei heutigen Personenkraftwagen mit angetriebenen Hinterrädern üblichen Hinterachsträgers zu verdanken.
Durch den vorgeschlagenen Entfall von Hinterachsträger und Hinterachsträger-Gummilagern ergibt sich somit bei gleicher Funktion eine erhebliche Reduktion von Gewicht und Herstellkosten. Außerdem wird durch den größeren Bauraum, der für die Karosseriestruktur zur Verfügung steht, und die starren Querverbindungen eine trotz höherer globaler und lokaler Steifigkeiten leichte Konstruktion ermöglicht, deren Gewicht deutlich unter dem der konventionellen Karosseriestruktur plus Hinterachsträger liegt. Schließlich kann der Bauraum, der vorher für den Hinterachsträger samt seinen Bewegungen in den Lagern vorgehalten werden musste, für den Innenraum genutzt werden, beispielsweise in Form von größerem Laderaumvolumen und niedrigerem Laderaumboden, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Ausführungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen oder dgl. mit einer selbsttragenden Karosseriestruktur, die unter anderem durch beidseitige Längsträger (1a, 1b) sowie zumindest zwei Querträger (2a, 2b) im Bereich der angetriebenen und ein Hinterachsgetriebe (3) aufweisenden Fahrzeug-Hinterachse gebildet ist, wobei die beiden Räder der Hinterachse jeweils über eine Mehrlenker-Anordnung unabhängig voneinander geführt und jeweils über eine Federanordnung an der Karosseriestruktur abgestützt sind, dadruch gekennzeichnet, dass die Lenker (10, 11, 12, 13, 14) der radführenden Mehrlenker-Anordnung mit ihrem dem zugeordneten Rad abgewandten Ende ohne Zwischenschaltung eines sog. Hinterachsträgers im wesentlichen direkt an der Karosseriestruktur aufgehängt sind, und dass das Hinterachsgetriebe (3) zumindest in Fahrzeugquerrichtung über geeignete Streben (6a, 6b) nahe der sog. Knoten, in denen Querträger (2a) und Längsträger (1a, 1b) aneinander stoßen, unter relativ breiter Basis abgestützt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die breite Basis, d.h. der Abstand zwischen den Abstützpunkten der das Hinterachsgetriebe tragenden Streben (6a, 6b, 6c) nahe der Knoten in Fahrzeug-Querrichtung und/oder in Fahrzeug-Längsrichtung betrachtet in der Größenordnung von 30% bis 40% der Spurweite der Hinterachse liegt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsstellen des Hinterachsgetriebes (3) und/oder der überwiegend in Fahrzeug-Längsrichtung orientierten Lenker (10, 11, 12) in Bereichen mit hoher lokaler Steifigkeit liegen, insbesondere nahe der genannten Knoten der Karosseriestruktur.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anbindungsstellen der überwiegend längs orientierten Lenker (10, 11, 12) das Verhältnis der Steifigkeit zwischen dem jeweiligen Gummilager, welches vorzugsweise eine Steifigkeit in der Größenordnung von 1000 N/mm bis 4000 N/mm aufweist, und der Karosseriestruktur in der Größenordnung von 1:10 liegt.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die überwiegend quer orientierten Lenker (13, 14) in deren Anbindungsstellen das Verhältnis der Steifigkeit zwischen dem jeweiligen Gummilager, welches vorzugsweise eine Steifigkeit in der Größenordnung von 6000 N/mm bis 12000 N/mm aufweist, und der Karosseriestruktur in der Größenordnung von 1:3 bis 1:5 liegt.