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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Cockpitquerträgeranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Lenkungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12, sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 13 und 14.
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Aus dem Stand der Technik sind Cockpitquerträgeranordnungen, umfassend einen Cockpitquerträger und eine Lenkung, bekannt geworden. Der Cockpitquerträger ist vorzugsweise zwischen den A-Säulen eines Kraftfahrzeuges angebracht und weist eine Aufnahme für eine Lenkung auf. Die Lenkung ist entsprechend mit der Aufnahme verbunden. Für die nachfolgenden Ausführungen soll die Lenkung als dasjenige Element verstanden werden, welches zur drehbaren Aufnahme einer Lenkwelle eingerichtet ist.
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Aus der
DE 196 45 895 A1 ist beispielsweise eine Anordnung aus einem Cockpitquerträger, einer Trägerkonsole und einer Lenkwelle bekannt geworden. Es wird hier vorgeschlagen, die Trägerkonsole oberhalb des Cockpitquerträgers anzuordnen, wobei die Trägerkonsole einerseits Lagerringe zur Aufnahme der Lenkwelle und andererseits Befestigungsflansche für einen Cockpitbereich aufweist. Durch die hier vorgeschlagene Anordnung soll mit einfachen Mitteln sowohl eine sichere Lagerung der Lenkwelle als auch eine kompakte Anordnung weiterer Fahrzeugfunktionseinrichtungen im Cockpitbereich ermöglicht werden.
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Auch aus der
DE 103 23 999 A1 ist ebenfalls eine Anordnung aus einem Cockpitquerträger und einer Aufnahme für eine Lenkwelle bekannt geworden. Es ist hier vorgesehen, dass die Lenkwelle unterhalb des Cockpitquerträgers angebracht ist.
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Ferner ist aus der
DE 696 14 596 T2 eine Cockpitquerträgeranordnung bekannt geworden, die einen Cockpitquerträger mit einer Aufnahme für eine Hauptgehäuseeinheit aufweist. Die Aufnahme wird von dem Cockpitquerträger im Fahrzeug gehalten und wirkt als eine Positioniervorrichtung für eine modulare Hauptgehäuseeinheit mit einem Lenkrad. Auch kann die Aufnahme als Tragstruktur für die Lenksäule wirken.
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Soweit davon ausgegangen wird, dass eine derartige Cockpitquerträgeranordnung Teil einer Lenkungsanordnung ist, wobei die Lenkungsanordnung wiederum eine Cockpitquerträgeranordnung, eine Lenkungswelle, die von der Lenkung in den Fahrgastraum hineinragt, sowie ein endseitig der Lenkungswelle befestigtes Lenkrad umfasst, weist eine derartige Lenkungsanordnung folgende Nachteile auf.
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Die Lenkungswelle weist eine große freie Biegelänge auf, d. h. die Lenkungswelle zwischen Lenkung und Lenkrad (in der 1 mit dem Bezugszeichen „L” angedeutet) ist besonders lang ausgestaltet. Auch können derartige Cockpitquerträgeranordnungen, insbesondere die Cockpitträger, nicht sehr steif ausgestaltet sein. Sofern von einem kartesischen Koordinatensystem ausgegangen wird, weisen Cockpitquerträgeranordnungen gemäß dem Stand der Technik beispielsweise eine geringe Steifigkeit in X-Richtung und/oder eine geringe Steifigkeit in Z-Richtung auf. Darüber hinaus weisen Lenkungsanordnungen mit Cockpitquerträgeranordnungen gemäß dem Stand der Technik einen sehr großen Bauraum auf.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine Cockpitquerträgeranordnung vorzuschlagen, die den Aufbau einer Lenkungsanordnung ermöglicht, bei der die freie Biegelänge der Lenkungswelle reduziert sein kann. Insbesondere liegt die Aufgabe aber auch darin, eine Cockpitquerträgeranordnung vorzuschlagen, die eine erhöhte Steifigkeit, insbesondere in X-Richtung und/oder in Z-Richtung, aufweist und mit der eine Lenkungsanordnung mit einem geringen Bauraum aufgebaut werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Lenkung als lastübertragendes Element in den Cockpitquerträger aufgenommen ist. Durch diese Maßnahme kann insgesamt ein geringerer Bauraum für eine Cockpitquerträgeranordnung aus Cockpitquerträger und Lenkung erzielt werden. Ferner kann mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahme eine Cockpitquerträgeranordnung aufgebaut werden, die in X-Richtung und/oder in Z-Richtung wesentlich versteifter ausgeführt ist. Auch kann mit der erfindungsgemäßen Cockpitquerträgeranordnung eine Lenkungsanordnung bereitgestellt werden, die eine reduzierte Biegelänge der Lenkungswelle aufweist. Eine Reduktion der freien Biegelänge der Lenkungswelle ist nur mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Cockpitquerträgeranordnung möglich, bei der die Lenkung ein tragendes Teil des Cockpitquerträgers wird. Die Reduktion der Biegelänge der Lenkungswelle hat wiederum den Vorteil, dass das Eigenschwingungsverhalten der Lenkungswelle und die damit auf das Lenkrad übertragenen Schwingungen des Chassis angenehmer gestaltet werden können. Statt der gemäß dem Stand der Technik üblichen Eigenresonanzfrequenz von ca. 30 bis 32 Hz, sind durch die verkürzte Lenkungswelle etwa 35 Hz möglich. Derartige Vorteile können mit den aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Cockpitquerträgeranordnungen nicht erreicht werden, da die Aufnahmen für die Lenkung entweder oberhalb oder unterhalb des Querträgers vorgesehen sind. Auch mit der aus der
DE 696 14 596 T2 bekannt gewordenen Cockpitquerträgeranordnung können die Vorzüge der erfindungsgemäßen Anordnung nicht erreicht werden, da die Hauptgehäuseeinheit bewusst gleitend in der Aufnahme aufgenommen sein soll. Die Hauptgehäuseeinheit kommt dementsprechend nicht als lastübertragendes Element in Frage.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Cockpitquerträgers ergeben sich aus den Merkmalen der rückbezogenen Unteransprüche.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Lenkungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Cockpitquerträgeranordnung, umfassend einen Cockpitquerträger und eine Lenkung mit einer Lenkungswelle, vorzuschlagen, bei der sich das Kraftfahrzeug mit der Cockpitquerträgeranordnung dadurch auszeichnet, dass die freie Biegelänge der Lenkungswelle reduziert ist, dass insbesondere die Cockpitquerträgeranordnung in X-Richtung und/oder in Z-Richtung versteifter ausgeführt sein kann und dass die Cockpitquerträgeranordnung einen geringen Bauraum aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich aus den Merkmalen der rückbezogenen Unteransprüche.
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In 1 ist eine Cockpitquerträgeranordnung gemäß dem bekannten Stand der Technik dargestellt. In 2 ist ebenfalls eine schematische Ansicht auf eine Cockpitquerträgeranordnung gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Es ist eine Lenkung A und ein Cockpitquerträger Q erkennbar. Ferner ist erkennbar, dass die Lenkung A unterhalb des Cockpitquerträgers Q angebracht ist.
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In den nachfolgenden Figuren sind nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Cockpitquerträgeranordnung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs dargestellt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Cockpitquerträgeranordnung, umfassend mindestens einen Cockpitquerträger 1 und eine in dem Cockpitquerträger 1 befestigte Lenkung 2, ist in 3 und 4 abgebildet. Ferner ist eine Lenkungsanordnung erkennbar, die neben der Cockpitquerträgeranordnung eine Lenkungswelle 3 aufweist. Die Lenkungswelle 3 ist zwischen der Lenkung 2 und einem Lenkrad 4 angeordnet. Gegenüber dem Stand der Technik ist die Lenkungswelle 3 hier kürzer ausgebildet. Ferner weist die vorgeschlagene erfindungsgemäße Cockpitquerträgeranordnung einen optimierten Bauraum auf, insbesondere da die Lenkung 2 in dem Cockpitquerträger 1 aufgenommen ist und die Lenkung 2 entsprechend keinen Bauraum ober- oder unterhalb des Cockpitquerträgers 1 einnimmt. Grundsätzlich ist ebenfalls erkennbar, dass das Lenkungszentrum, d. h. die Mitte der Lenkungswelle 3 bzw. des Gehäuses zur Aufnahme der Lenkung 2 gegenüber dem bekannten Stand der Technik in einen Bereich verschoben ist, welcher nicht mehr an dem Cockpitquerträger vorbeigeht, d. h. die Lenkung ist nicht oberhalb oder unterhalb des Cockpitquerträgers angeordnet. Vielmehr stellt die Lenkung 2 einen integralen Bestandteil des Cockpitquerträgers 1 dar, wodurch beispielsweise die Steifigkeit der Lenkung 2 für den Cockpitquerträger 1 genutzt werden kann. Entsprechend kann Bauraum gespart werden.
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Ferner ist erkennbar, dass eine Lenkungsanordnung eine Lenksäule 19 aufweist, welche zwischen der Lenkung 2 und der Vorderachse (nicht dargestellt) angebracht ist Ferner ist das Fahrzeugchassis eines Kraftfahrzeugs abgebildet, welches mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist. Weiterhin erkennbar erstreckt sich der Cockpitquerträger 1 von einer A-Säule 6 zur anderen A-Säule 7 des Kraftfahrzeugs, wobei der weiterhin mindestens eine Strebe 8 zwischen dem Cockpitquerträger 1 und dem Boden des Fahrzeugchassis 5, sowie mindestens eine Strebe 9 zwischen dem Cockpitquerträger 1 und der Frontseite des Fahrzeugchassis 5 vorgesehen ist.
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In den 5 bis 10 sind nunmehr verschiedene Grundgedanken zur lastübertragenden Integration der Lenkung 2 in einen Cockpitquerträger 1 dargestellt.
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In den 5 und 6 ist eine erste Version der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Cockpitquerträgeranordnung in einem entsprechenden Konzeptschnitt XZ (5) und Konzeptschnitt YZ (6) dargestellt. Zur besseren Orientierung ist jeweils ein kartesisches Koordinatensystem in branchenüblicher Ausrichtung eingezeichnet, d. h. die X-Achse verläuft horizontal in Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die Y-Achse horizontal quer zur Fahrtrichtung, und die Z-Achse vertikal. Die Lenkung 2 ist hier entsprechend lastübertragend in den Cockpitquerträger 1 integriert. Ferner sind einerseits Streben 9 zwischen dem Cockpitquerträger 1 und der Frontseite des Fahrzeugchassis und andererseits Streben 8 zwischen dem Cockpitquerträger 1 und dem Boden des Fahrzeugchassis 5 vorgesehen. Der Cockpitquerträger 1 weist, wie aus 6 gut erkennbar ist, eine längliche Gestalt auf, wobei der Cockpitquerträger 1 in einem ersten Abschnitt 10, der auch die Aufnahme für die Lenkung 2 umfasst, eine größerer Höhe aufweist, als in einem zweiten Abschnitt 11.
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In den 7 und 8 ist eine zweite Version der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Cockpitquerträgeranordnung in einem entsprechenden Konzeptschnitt XZ (7) und Konzeptschnitt YZ (8) dargestellt. Die Lenkung 2 ist in einem Cockpitquerträger 1 mit zwei Lastebenen aufgenommen. Der Cockpitquerträger weist einen ersten Abschnitt 10 auf, der im Wesentliche aus drei Cockpitquerträgerelementen besteht, insbesondere aus einem ersten Cockpitquerträgerelement 12, einem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 und einem dritten Cockpitquerträgerelement 14. Zwischen dem ersten Cockpitquerträgerelement 12 und dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 ist die Aufnahme 15 für die Lenkung 2 angeordnet. Das dritte Cockpitquerträgerelement 14 ist im Wesentlichen parallel, vorzugsweise parallel, zu dem ersten Cockpitquerträgerelement 12 und dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 angeordnet und überspannt vorzugsweise den gesamten ersten Abschnitt 10 des Cockpitquerträgers 1. Eine Aufnahme 15 für die Lenkung 2 kann aus einem U-förmigen Profil bestehen, dessen Schenkel jeweils mit dem ersten Cockpitquerträgerelement 12 und dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 verbunden sind, wobei die Grundseite des U-förmigen Profils 15 mit dem dritten Cockpitquerträgerelement 14 verbunden sein kann oder zumindest daran angrenzt. Der zweite Abschnitt 11 des Cockpitquerträgers 1 ist als längliches Element ausgestaltet, wobei vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass das dritte Cockpitquerträgerelement 14 und der zweite Abschnitt 11 des Cockpitquerträger 1 einstückig ausgebildet sind. Ferner sind einerseits Streben 9 zwischen dem Cockpitquerträger 1 und der Frontseite des Fahrzeugchassis 5 und andererseits Streben 8 zwischen dem Cockpitquerträger 1 und dem Boden des Fahrzeugchassis 5 vorgesehen.
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In den 9 bis 11 kommen nunmehr weitere Grundgedanken zur Integration der Lenkung zum Ausdruck.
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In 9 ist ein Fahrzeugchassis mit einer Cockpitquerträgeranordnung abgebildet. Der Cockpitquerträger 1 ist erkennbar zwischen der A-Säule 6 der Fahrerseite und der A-Säule 7 der Beifahrerseite angeordnet und weist in seiner Längsrichtung im Wesentlichen einen ersten Abschnitt 10 und einen zweiten Abschnitt 11 auf. Der erste Abschnitt 10 umfasst, wie bereits in der 8 schematisch dargestellt, im Wesentlichen drei Cockpitquerträgerelemente, insbesondere das erste Cockpitquerträgerelement 12, das zweite Cockpitquerträgerelement 13 und das dritte Cockpitquerträgerelement 14. Das erste Cockpitquerträgerelement 12 und das zweite Cockpitquerträgerelement 13 sind hintereinander angeordnet, wobei zwischen dem ersten Cockpitquerträgerelement 12 und dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 die Aufnahme 15 für die Lenkung 2 vorgesehen ist. Das dritte Cockpitquerträgerelement 14 ist zumindest abschnittsweise parallel zu dem ersten Cockpitquerträgerelement 12 und parallel zu dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 angeordnet. Die Aufnahme 15 für die Lenkung 2 besteht aus einem U-förmigen Profil, dessen Schenkel jeweils mit dem ersten Cockpitquerträgerelement 12 und dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 verbunden sind, wobei die Grundseite des U-förmigen Profils 5 mit dem dritten Cockpitquerträgerelement 14 verbunden ist. Der zweite Abschnitt 11 des Cockpitquerträgers 1 ist als längliches Element ausgestaltet. Ferner ist die erste Strebe 8 zwischen dem ersten Abschnitt 11 und dem Boden des Fahrzeugchassis 5 vorgesehen. Vorzugsweise ist diese Strebe 8 zwischen dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 und dem Boden des Fahrzeugchassis 5 angeordnet bzw. ist einstückig mit dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13 ausgebildet und mit dem Boden des Fahrzeugchassis 5 verbunden. Zwischen dem zweiten Abschnitt 11 und dem Boden des Fahrzeugchassis 5 ist eine weitere Strebe 8a angeordnet. Ferner ist ein oberer Lastpfad 16 und ein unterer Lastpfad 17 schematisch in der 9 und 10 angedeutet. Hier ermöglicht die Aufteilung des Lastpfads in Y-Richtung eine Bauraumoptimierung auf. Dabei geht eine Lastebene über die Lenkung und die zweite Lastebene nutzt die Lenkung 2 als Kraft übertragendes Element. Dadurch kann der bislang benötigte Bauraum aufgeteilt und verlagert werden. Hierzu ist in 13 in einer Schnittdarstellung eine Cockpitquerträgeranordnung M gemäß dem Stand der Technik und eine erfindungsgemäße Cockpitquerträgeranordnung dargestellt. Es ergibt sich erkennbar eine Aufteilung und Verschiebung des Querschnitts.
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In den 12 bis 18 sind nunmehr verschiedene Grundgedanken zur Modulbauweise des Cockpitquerträgers 1 vorgestellt.
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Denkbar ist beispielsweise den ersten Abschnitt des Cockpitquerträgers als Dreibein auszugestalten, wobei eine Version 1 (12) denkbar ist, bei dem die Lenkung 2 mit dem Dreibein verbunden ist und wobei eine zweite Version (13) denkbar ist, bei dem die Lenkung 2 und das Dreibein ein zusammengesetztes Bauteil bilden. Die Formulierung „Dreibein” ist hier gewählt worden, da die Kombination der drei Cockpitquerträgerelemente 12, 13, 14, die U-förmige Aufnahme 15 mit der Lenkung 2 und die Strebe 8 an ein Dreibein erinnern.
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Der zweite Abschnitt 11 des Cockpitquerträgers 1 kann beispielsweise als Eulerstab 18 (Druck-/Zugstab) ausgestaltet sein, wobei die Wandstärke und Profilform je nach Fahrzeugtyp und Last gewählt sein kann (14). Alternativ kann der zweite Abschnitt 11 wie in 17 ausgestaltet sein, umfassend einen Eulerstab 18 (Druck-Zugstab), wie bereits oben beschrieben, und eine im wesentlichen senkrecht zu dem Eulerstab 18 angeordnete Strebe 8a, die eine Zusatzstütze für die Beifahrerseite ausbildet, wobei deren Verbau vom Fahrzeugtyp abhängig ist. In 16 und 17 sind einige sich ergebenden Cockpitquerträgeranordnungsvariationen dargestellt, insbesondere in 16 ist die Kombination aus einem Dreibein und einem Eulerstab 18 dargestellt, während in 17 die Kombination aus einem Dreibein, einem Eulerstab 18 und einer Zusatzstütze 8 für die Beifahrerseite.
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In 18 ist ein erfindungsgemäßer Cockpitquerträger 1 in einer Modulbauweise abgebildet. Bei dem ersten Bauteil handelt es sich um das bereits oben beschriebene „Dreibein”, umfassend im Wesentlichen die drei Cockpitquerträgerelemente, insbesondere das erste Cockpitquerträgerelement 12, das zweite Cockpitquerträgerelement 13 und das dritte Cockpitquerträgerelement 14, sowie die U-förmige Aufnahme 15 zwischen dem ersten Cockpitquerträgerelement 12 und dem zweiten Cockpitquerträgerelement 13. Ferner ist die Lenkung 2 in das erste Bauteil eingebettet. Die Lenkung übernimmt hier die Lastübertragungsfunktion. Berechnungen haben ergeben, dass die Hauptlasten von einer solchen Bauform aufgenommen werden können. Das zweite Bauteil ist hier der Eulerstab 18 (Druck-/Zugstab), wobei als drittes Bauteil die Zusatzstütze 8 Beifahrerseite darstellt.
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Insgesamt ist die Cockpitquerträgeranordnung gezielt (neben den konstruktiven Maßnahmen) auf flexible Fertigbarkeit, d. h. konkret: Verwendung einfacher Geometrien bzw. Profile; geringer Integrationsgrad, bzw. einfache Änderbarkeit zu höheren Integrationsgraden ausgelegt.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Cockpitquerträgeranordnung fachwerk- oder tragwerkartig ausgestaltet ist, insbesondere auf der Fahrerseite im Bereich der Lenkungsanbindung. Durch diese Maßnahme wird, neben der Reduzierung der freien Biegelänge (L), die Mechanik auf der Fahrerseite positiv beeinflusst, indem hohe Flächenträgheitsmomente bei geringem Gewicht erzeugt werden können. Auf diese Weise lassen sich wiederum auch bei filigranen Stirnwandanbindungen (nicht wie in anderen Ausführungsformen, die eine Stirnwandanbindung oben und unten vornehmen) hohe Eigenfrequenzen bei geringem Gewicht realisieren. Bei gleichem Gewicht wie Cockpitquerträgeranordnungen gemäß dem Stand der Technik lassen sich mit der hier vorgeschlagenen Cockpitquerträgeranordnung Eigenresonanzfrequenzen von 40 Hz oder mehr erreichen.
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Durch eine geometrische Vergrößerung des Cockpitquerträgerprofils, beispielsweise in Form eines Tragwerkes, erhöht sich die Stützweite der Lenksäule (19). Die Lenksäule (19) wird demnach über einen größeren Abstand (in Richtung der Lenksäule) gegen Biegen geschützt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Cockpitquerträger
- 2
- Lenkung
- 3
- Lenkungswelle
- 4
- Lenkrad
- 5
- Fahrzeugchassis
- 6
- A-Säule (Fahrerseite)
- 7
- A-Säule (Beifahrerseite)
- 8
- Strebe (Bodenstrebe)
- 8a
- Strebe (weitere Bodenstrebe)
- 9
- Strebe (Frontstrebe)
- 10
- erster Abschnitt
- 11
- zweiter Abschnitt
- 12
- erstes Cockpitquerträgerelement
- 13
- zweites Cockpitquerträgerelement
- 14
- drittes Cockpitquerträgerelement
- 15
- U-förmige Aufnahme
- 16
- oberer Lastpfad
- 17
- unterer Lastpfad
- 18
- Eulerstab
- 19
- Lenksäule
- L
- freie Biegelänge der Lenkungswelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19645895 A1 [0003]
- DE 10323999 A1 [0004]
- DE 69614596 T2 [0005, 0009]
