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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, vorzugsweise elektrisch betreibbares Fahrzeug, mit einer Tragstruktur und mindestens einem, mindestes eine Batterie zur Speicherung elektrischer Energie umgebenden, Batteriekasten, wobei der Batteriekasten auf oder in der Tragstruktur verlagerbar angeordnet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Batteriekasten zur Aufnahme von Batterien bzw. Akkumulatoren bekannt, die ortsfest innerhalb eines Fahrzeugs angeordnet sind, so dass diese insbesondere bei einem Crashfall an vorbestimmter Position bleiben.
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Die
DE 197 26 192 A1 offenbart weiterhin einen Batteriekasten, der bei einem starken Heckaufprall zusammen mit der Batterie in Fallrichtung in eine Wanne hineingeschoben wird, so dass der Batteriekasten auch bei einer starken Deformation des Heckbereichs nicht zerstört wird. Die Druckschrift offenbart daher eine verlagerbare Batterie bzw. einen verlagerbaren Batteriekasten, der unter der Krafteinwirkung eines Fahrzeugcrash aus dem stark deformierten Front- oder Heckbereich wegverlagert werden kann.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die Batterie oder der die Batterie umgebende Batteriekasten dabei lediglich so verlagerbar ist, dass dieser aus dem Deformationsbereich des Fahrzeugs verbracht wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug anzugeben, in welchem die Batterie bzw. der Batteriekasten zum einen vor einer Beschädigung geschützt, aber gleichzeitig mindestens eine weitere Zusatzfunktion erfüllt ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens ein Trimmelement vorgesehen ist, das eine gezielte Verlagerung des Batteriekastens auf oder in der Tragstruktur ermöglicht, um den Fahrzeugschwerpunkt gezielt zu verändern. Bei dem Batteriekasten handelt es sich vorzugsweise um ein Batteriegehäuse.
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Das erfindungsgemäße Vorsehen mindestens eines Trimmelements, das eine gezielt Verlagerung des Batteriekastens auf oder in der Tragstruktur ermöglicht, erlaubt es die Batteriemasse, vorzugsweise eines Elektrofahrzeugs, durch dessen aktive Verschiebung zur Anpassung der Gewichtsverteilung des Fahrzeugs zu nutzen. Die Trimmelemente sind dabei so angeordnet, dass eine Verschiebung vorzugsweise nur in X- und Y-Richtung ermöglicht ist. Durch die Verschiebung des Batteriekastens bzw. der im Batteriekasten befindlichen Batteriemasse kann eine gezielte Trimmung des Fahrzeugs und/oder eine gezielte Anpassung an verschiedene Beladungszustände des Fahrzeugs erfolgen. Es kann ergänzend oder alternativ eine Verschiebung bzw. Verlagerung des Batteriekastens in Z-Richtung erfolgen, mit dem Ziel den Fahrzeugschwerpunkt nach unten zu verlagern. Das hier beschriebene Koordinatensystem bezieht sich auf das üblicherweise im Bereich von Kraftfahrzeugen genutzte Koordinatensystem, d. h. die X-Richtung bezeichnet die Fahrzeuglängsrichtung (vorn-hinten), die Y-Richtung bezeichnet die Fahrzeugquerrichtung (links-rechts) und die Z-Richtung (oben-unten) bezeichnet die vertikale Richtung.
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Das Trimmelement kann als Spindelantrieb, Hydraulikeinheit, Pneumatikeinheit, Seilzugeinheit, lineare Verschiebungseinheit, Stellantrieb, Linearmotor, Gewindespindel, translatorisches Bewegungselement, Bewegungsschraube, Kreuztisch, Mehrachssystem, Zahnstangenantrieb, tubularer Linearmotor, planerer Linearmotor oder als eine Kombination zweier oder mehrerer der vorgenannten Elemente ausgebildet sein. Durch das Zusammenwirken mehrerer der vorgenannten Trimmelemente kann eine aktive Verschiebung der Batteriemasse insbesondere in X- und Y-Richtung (d. h. in Längsrichtung und in Querrichtung zum Fahrzeug) erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist mindestens eine Sensorvorrichtung vorgesehen, die die Lage des Fahrzeugschwerpunkts ermittelt. Die Sensorvorrichtung umfasst dabei mindestens ein Potentiometer und/oder eine Kraftmesszelle und/oder einen Dehnmessstreifen und/oder einen Lagesensor. Denkbar ist weiterhin jedwede Vorrichtung einzusetzen die eine Kraft- und/oder Wegänderung bestimmt.
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Die mindestens eine Sensorvorrichtung ist vorzugsweise im Bereich der Stoßdämpfer oder im Bereich der Federbeindome des Fahrzeugs angeordnet. Durch die Anordnung der Sensorvorrichtung im Bereich der Auflagepunkte des Fahrzeugs auf dem Untergrund (z. B. der Straße) kann auf einfache Weise die Gewichtsverteilung des Fahrzeugs bestimmt werden.
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Die mindestens eine Sensorvorrichtung detektiert hierbei, ob es zu einer ungleichen Verteilung der Fahrzeuggesamtmasse kommt. Vorteilhafterweise kann bei einer Koppelung der Information der Sensorvorrichtung mit Informationen über die Neigung des Fahrzeugs (z. B. durch Kippsensoren) der Batteriekasten aktiv verlagert werden um das Gewicht auf eine Fahrzeugachse zu erhöhen. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einem frontgetriebenen Fahrzeug das bei glatten oder rutschigen Straßenverhältnissen eine Steigung herauf fährt. Die aktive Verlagerung des Batteriekastens durch Trimmelemente kann zudem gezielt eingesetzt werden um die Fahrdynamik des Fahrzeugs zu beeinflussen indem beispielhaft die Batteriemasse bei einer Kurvenfahrt gezielt verlagert wird.
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Das Trimmelement kann so ausgebildet sein, dass es den Batteriekasten in einem Crashfall des Fahrzeugs in Position hält. Um die Batterie bzw. den die Batterie umgebenden Batteriekasten in einem Crashfall des Fahrzeugs fest in Position zu halten, kann das mindestens eine Trimmelement so ausgebildet sein, dass es die bei einem Crashfall auftretenden Beschleunigungskräfte aufnehmen kann ohne, dass die Batterie bzw. der Batteriekasten sich unkontrolliert innerhalb der Tragstruktur bzw. innerhalb des Fahrzeugs bewegt.
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Die Gesamtmasse der mindestens einen Batterie oder des die Batterie umgebenden Batteriekastens liegt vorzugsweise im Bereich von 100 kg bis 800 kg, weiter vorzugsweise zwischen 200 kg und 600 kg noch weiter vorzugsweise zwischen 300 kg und 500 kg.
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Die mindestens eine Batterie bzw. der die Batterie umgebende Batteriekasten kann im Bereich der Fahrzeugmitte, weiter vorzugsweise im Bereich des Unterbodens, noch weiter vorzugsweise im Bereich des Mitteltunnels des Fahrzeugs angeordnet sein. Die mittige Anordnung des Batteriekastens ermöglicht es durch eine Verschiebung in X- und/oder Y-Richtung gezielt auf verschiedene Beladungs- oder Belastungszustände zu reagieren bzw. den Batteriekasten so zu verschieben, dass diese Beladungs- oder Belastungszustände insoweit ausgeglichen werden, dass eine möglichst gleichmäßige Gewichtsverteilung oder optimierte Fahrdynamik des Fahrzeugs erreicht ist.
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Der Batteriekasten besteht vorzugsweise aus einem faserverstärkten Werkstoff. Vorteilhafterweise besteht der faserverstärkte Werkstoff dabei aus einem glasfaser- und/oder kohlefaserverstärkten Werkstoff, vorzugsweise einem polymeren Werkstoff. Faserverstärkte Werkstoffe erreichen hohe Festigkeits- und Steifigkeitswerte und weisen dabei im Vergleich zu metallischen Werkstoffen ein geringeres Gewicht auf.
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Teil der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur aktiven Anpassung des Schwerpunkts eines Fahrzeugs aufweisend eine Tragstruktur und mindestens einen, mindestens eine Batterie zur Speicherung elektrischer Energie umgebenden, Batteriekasten mit folgenden Schritten:
- – Ermittlung des Ist-Wertes des Fahrzeugschwerpunktes mittels zumindest einer Sensorvorrichtung
- – Abgleich des Ist-Wertes mit einem definierten Soll-Wert des Fahrzeugschwerpunktes
- – aktive Verlagerung des Batteriekastens auf oder in der Tragstruktur hin zu dem definierten Soll-Wert des Fahrzeugschwerpunkts.
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Die aktive Verlagerung des Batteriekastens auf oder in der Tragstruktur hin zu dem definierten Soll-Wert des Fahrzeugschwerpunktes erfolgt dabei mit dem Ziel, dass eine im Wesentlichen ausgeglichene Gewichtsverteilung des Fahrzeugs erreicht wird. Durch eine Limitierung des maximal möglichen Verschiebeweges der Batterie bzw. des Batteriekastens kann es sein, dass eine Übereinstimmung von Ist- und Sollwert des Fahrzeugschwerpunktes nicht erreichbar ist. Die Limitierung des Verfahrweges kann dabei insbesondere bauraumbedingt sein. Die aktive Verlagerung des Batteriekastens ermöglicht hierbei dennoch in vorteilhafter Weise, dass die Verschiebung des Fahrzeugschwerpunktes aus seinem fahrdynamischen Optimum zumindest teilweise kompensiert werden kann.
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Die aktive Verlagerung des Batteriekastens erfolgt vorzugsweise durch den Einsatz mindestens eines Trimmelements.
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Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Fahrzeug
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2 eine Draufsicht mit einer Zuladung in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug
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3 eine weitere Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs
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4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug in Heckansicht
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5 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug in Heckansicht mit einer durch eine Beladung verursachten Verschiebung des Fahrzeugschwerpunktes
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6 eine Heckansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer Kompensation einer Zuladung
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs. Das Fahrzeug ist als elektrisch betreibbares Fahrzeug ausgebildet und verfügt daher über mindestens einen das Fahrzeug antreibenden bzw. mitantreibenden Elektromotor, der hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt ist. Das Fahrzeug weist eine Tragstruktur auf sowie mehrere Batterien 2 zur Speicherung elektrischer Energie. Die Batterien 2 sind von einem die Batterien 2 umgebenden Batteriekasten 3, welcher das Batteriegehäuse bildet, umgeben. Der Batteriekasten 3 ist auf oder in der Tragstruktur 1 verlagerbar angeordnet. Es sind mehrere Trimmelemente 4 vorgesehen, die eine gezielte Verlagerung des Batteriekastens 3 auf oder in der Tragstruktur 1 ermöglichen. Durch die gezielte Verlagerung des Batteriekastens 3 über die Trimmelemente 4 kann der Fahrzeugschwerpunkt gezielt verändert werden. Die Trimmelemente 4 greifen dabei an den Längsseiten und an den Querseiten des Batteriekastens 3 an. Die Trimmelemente 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Spindelantriebe ausgeführt. Die Trimmelemente 4 sind weiterhin mit der Tragstruktur 1 des Fahrzeugs verbunden. Die Verbindung ist dabei so ausgeführt, dass bei der aktiven Verschiebung des Batteriekastens 3 in X- und Y-Richtung alle Trimmelemente 4 den Bewegungen des Batteriekastens 3 folgen können. Weiterhin sind Sensorvorrichtungen 5 vorgesehen, die die Lage des Fahrzeugschwerpunkts ermitteln. Die Sensorvorrichtungen 5 umfassen dabei eine Kraftmesszelle. Die Sensorvorrichtungen 5 sind im Bereich der Stoßdämpfer bzw. im Bereich der Federbeindome des Fahrzeugs angeordnet. Die Trimmelemente 4 sind so ausgebildet, dass sie den Batteriekasten 3 in einem Crashfall des Fahrzeugs in Position halten.
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Die Gesamtmasse der Batterien 2 bzw. die Gesamtmasse der Batterien 2 und des diese umgebenden Batteriekastens 3 liegt im Bereich zwischen 300 kg und 500 kg, vorzugsweise bei 400 kg. Die Batterien 2 bzw. der die Batterien 2 umgebende Batteriekasten 3 ist im Bereich der Fahrzeugmitte 10 angeordnet. Der Batteriekasten 3 ist aus einem faserverstärkten Werkstoff gebildet. Bei dem faserverstärkten Werkstoff handelt es sich um einen kohlefaserverstärkten polymeren Werkstoff. Das Fahrzeug weist weiterhin aus dem Stand der Technik bekannte Stoßfängersysteme 6 im Front- und Heckbereich auf.
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Die 2 zeigt ebenfalls eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, wobei sich durch eine weitere Zuladung 7 (beispielsweise einen Passagier) der Fahrzeugschwerpunkt zunächst verschoben hat. Das Fahrzeug selbst weist ebenfalls eine Tragstruktur 1 und einen, mehrere Batterien 2 zur Speicherung elektrischer Energie umgebenden, Batteriekasten 3 auf. Zur aktiven Anpassung des Schwerpunkts des Fahrzeugs wird zunächst der Ist-Wert des Fahrzeugschwerpunkts mittels mehrerer Sensorvorrichtungen 5 im Bereich der Auflagen bzw. Standpunkte des Fahrzeugs bestimmt. Nach Abgleich des Ist-Wertes mit einem definierten Soll-Wert des Fahrzeugschwerpunkts erfolgt eine aktive Verlagerung des Batteriekastens 3 auf oder in der Tragstruktur 1 aus seiner ursprünglichen Position 8 heraus hin zu dem definierten Soll-Wert des Fahrzeugschwerpunkts. Die aktive Verlagerung des Batteriekastens 3 erfolgt dabei durch den Einsatz von Trimmelementen 4. Die Trimmelemente 4 sind dabei durch Hydraulikeinheiten gebildet.
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Die 3 zeigt eine weitere schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, wobei hier die Trimmelemente 4 so angeordnet sind, dass sie an die jeweiligen Eckbereiche des Batteriekastens 2 angreifen.
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Die 4 zeigt eine Heckansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges, in welcher ein die Batterien 2 (hier nicht näher dargestellte) umgebende Batteriekasten 3 im Bereich des Unterbodens 11 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform befindet sich der Batteriekasten 3 im Bereich des Mitteltunnels 12 des Fahrzeugs (hier nur gestrichelt angedeutet). Das Fahrzeug weist weiterhin Trimmelemente 4 auf, die seitlich an dem Batteriekasten 3 angreifen. Im Bereich der Federbeindome des Fahrzeuges sind Sensorvorrichtungen 5 angeordnet, wobei die Sensorvorrichtungen 5 in diesem Ausführungsbeispiel über Dehnmessstreifen gebildet werden.
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Die 5 zeigt eine durch eine Zuladung 7 verursachte Verlagerung des Fahrzeugschwerpunktes, so dass sich aufgrund der ungleichen Gewichtsverteilung die einwirkende Gewichtskraft FL auf die Räder der linken Seiten 13 erhöht. Die Sensorvorrichtung 5a erfasst daher eine Krafterhöhung während die Sensorvorrichtung 5b eine hiervon abweichende geringere Gewichtskraft FR auf die Räder der rechten Seite 14 registriert. Die Sensorvorrichtungen 5a, 5b werden dabei durch Potentiometer gebildet.
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Die in 6 dargestellte Heckansicht des erfindungsgemäßen Fahrzeugs zeigt den erfindungsgemäßen Gewichtsausgleich der Zuladung 7 durch eine Verschiebung des Batteriekastens 3 in Richtung V (gestrichelt angedeuteter Pfeil) durch die Trimmelemente 4. Die aktive Verschiebung des Batteriekastens 3, und der damit verbundenen aktiven Trimmung des Fahrzeugs durch die Trimmelemente 4 erfolgt solange, bis die Sensorvorrichtungen 5a und 5b einen im Wesentlichen gleichen Wert FL und FR erfassen bzw. aufgrund einer zu großen (nicht vollständig kompensierbaren) Zulandung die Verschiebewege des Batteriekastens 3 bzw. der Trimmelemente 4 ihren Maximalwert erreicht haben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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