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Die Erfindung betrifft eine Abstützanordnung für eine Karosserie eines Personenkraftwagens gemäß Anspruch 1.
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Die
DE 10 2006 012 629 A1 offenbart eine Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug, die einen Vorderwagen mit einer Vorderseite der Karosseriestruktur und einen Hinterwagen umfasst. Die Karosseriestruktur besteht aus mindestens zwei Modulen, wobei mindestens eines der Module einen Lastpfad bildet, der sich von der Vorderseite der Karosseriestruktur bis in den Hinterwagen der Karosseriestruktur erstreckt. Die Karosseriestruktur weist ein verbesserungswürdiges Unfallverhalten auf, insbesondere wenn eine Batterie oder dergleichen Speichereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher elektrische Energie zur Versorgung eines Elektromotors zum Antreiben des Fahrzeugs speicherbar ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abstützanordnung für eine Karosserie eines Personenkraftwagens bereitzustellen, welche ein verbessertes Unfallverhalten der Karosserie ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Abstützanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine solche Abstützanordnung für eine Karosserie eines Personenkraftwagens umfasst zumindest eine Speichereinrichtung, mittels welcher elektrische Energie oder ein flüssiger oder gasförmiger Kraftstoff zur Versorgung eines Motors zum Antreiben des Personenkraftwagens speicherbar ist. Ferner umfasst die Abstützeinrichtung eine in Fahrzeuglängsrichtung vor der Speichereinrichtung angeordnete Aggregatanordnung, an welcher die Speichereinrichtung bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter Vermittlung einer sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Abstützstrebe der Abstützanordnung abstützbar ist.
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Die Speichereinrichtung weist in der Regel ein hohes Gewicht auf, wodurch es im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und bei einer Bewegung der Speichereinrichtung zu hohen Bewegungsenergien kommt. Um nun unerwünscht hohe Intrusionen von Gegenständen, Baugruppen oder dergleichen in einen Innenraum des Personenkraftwagens und gegebenenfalls unerwünschte Verformungen wenigstens einer Stirnwand der Karosserie sowie unerwünschte Bewegungen eines Lenkrads und von Pedalen zu vermeiden, kann die Speichereinrichtung zeitlich besonders früh bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung an der Aggregateanordnung im Vorderwagenbereich des Personenkraftwagens abgestützt werden. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Abstützanordnung ein verbessertes Unfallverhalten der Karosserie.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Speichereinrichtung von einer Batterie zum Speichern von elektrischer Energie gebildet sein beziehungsweise diese umfassen. Der damit zu versorgende Motor ist dann selbstverständlich von einem Elektromotor gebildet.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Speichereinrichtung auch als Tank für einen flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff ausgebildet sein beziehungsweise diesen umfassen. Ein derartiger Tank kann beispielsweise zur Speicherung von Gas, beispielsweise von verdichtetem Erdgas, welches auch kurz als CNG (Compressed Natural Gas) bezeichnet wird, oder zum Gebrauch von in Fahrzeug-Verbrennungsmotoren vorgesehenem Flüssiggas, welches allgemein auch als Autogas oder kurz LPG (Liquefied Petroleum Gas) bezeichnet wird, eingesetzt werden. Weiterhin kann der Tank entsprechend auch zur Speicherung von Wasserstoff (H2) ausgestaltet sein. Derartige Tanks können ohne weiteres ein Gesamtgewicht von circa 120 kg bis 150 kg aufweisen. Je nachdem, welche Art von Antriebskonzept im Kraftwagen vorgesehen ist, wird ein entsprechender Kraftstofftank ausgewählt.
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Die Aggregateanordnung umfasst zum Beispiel einen Trägerrahmen, insbesondere einen Integralträger, an welchem wenigstens ein Aggregat des Personenkraftwagens, insbesondere ein Elektromotor, zum Antreiben desselbigen gehalten ist. Dabei ist die Speichereinrichtung vorteilhafterweise an dem Trägerrahmen bevorzugt derart abgestützt, dass eine Abstützung der Batterie auch bei einem sogenannten Off-Set-Crash mit einer Barriere oder mit einem gegnerischen Fahrzeug im Falle eines Frontalaufpralls erfolgen kann.
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Die erfindungsgemäße Abstützanordnung ermöglicht auch eine besonders hohe Modularität der Karosserie in Abhängigkeit von Bauvarianten des Personenkraftwagens. So kann die Karosserie des Personenkraftwagens hinsichtlich der Anordnung und des Einsatzes eines Verbrennungsmotors zum Antreiben des Personenkraftwagens ausgelegt sein und diese Karosserie trotzdem für den Einsatz eines Elektromotors und einer dafür geeigneten Speichereinrichtung (Batterie) zum Antreiben des Personenkraftwagens eingesetzt werden. Durch die Anordnung und den Einsatz der Speichereinrichtung ist im Vergleich zur Anordnung des Verbrennungsmotors ein nicht unerhebliches Mehrgewicht gegeben, welches das Unfallverhalten der Karosserie negativ beeinträchtigen kann, falls keine entsprechenden Vorkehrungen getroffen sind. Diese negative Beeinträchtigung des Unfallverhaltens ist durch die erfindungsgemäße Abstützanordnung vermieden.
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Durch die Abstützung der Speichereinrichtung über die Abstützstrebe und den Trägerrahmen ist ein zusätzlicher Lastpfad erzeugt, der es erlaubt, die auf die Anordnung des Verbrennungsmotors ausgelegte Karosserie bzw. ihren Vorderwagenbereich für die Anordnung der Speichereinrichtung und des Elektromotors zu übernehmen und auf das höhere Lastniveau in Folge des besonders hohen Gewichts der Speichereinrichtung zu ertüchtigen. Die Abstützstrebe ist dabei so ausgelegt, dass hohe, bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entstehende Kräfte abgestützt werden und die Abstützstrebe nicht kollabieren kann. So sind bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung Insassen des Personenkraftwagens besonders vorteilhaft geschützt. Ferner ist eine geringere und gleichmäßige Verformung der Fahrzeugfälle durch den mittels der Abstützanordnung geschaffenen neuen Lastpfad ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Strebe bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung mit zumindest einer an dem Trägerrahmen gehaltenen Komponente oder dergleichen in Stützanlage kommt, um so die Speichereinrichtung an der Aggregateanordnung anzustützen.
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Bevorzugt verläuft die Abstützstrebe zumindest bereichsweise, insbesondere überwiegend, in einem Mitteltunnel der Karosserie des Personenkraftwagens. Dieser Mitteltunnel wird bei Anordnung und Verwendung des Verbrennungsmotors zum Antreiben des Personenkraftwagens dazu verwendet, um eine Kardanwelle zumindest bereichsweise aufzunehmen. Die Kardanwelle verläuft in Fahrzeuglängsrichtung von dem im Vorderwagenbereich angeordneten Verbrennungsmotor zu demgegenüber heckseitigen Rädern und dient dazu, die heckseitigen Räder anzutreiben. Dies bedeutete eine besonders hohe Modularität der Karosserie, so dass besonders viele Bauteile auch für die Anordnung und den Einsatz der Speichereinrichtung und des Elektromotors verwendet werden können.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Abstützstrebe dazu dient, Kabel oder dergleichen Leitungen, insbesondere Hochvolt-, Niedervolt- und/oder Wasserleitungen, an ihr zu befestigen. Dadurch ist der Funktionserfüllungsumfang der erfindungsgemäßen Abstützanordnung weiter gesteigert. Mittels der Abstützstrebe werden die Kabel oder dergleichen Leitungen beispielweise geführt, so dass zusätzliche, separate Führungen und Befestigungsmittel nicht vonnöten und nicht vorgesehen sind.
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Die erfindungsgemäße Abstützanordnung umfasst vorteilhafterweise einen der Speichereinrichtung zugeordneten Trägerrahmen, an welchem die Speichereinrichtung gehalten ist. Der Trägerrahmen der Speichereinrichtung ist dabei mit der Abstützstrebe verbunden, so dass die Speichereinrichtung über den Trägerrahmen und die insbesondere als Schubstrebe ausgebildete Abstützstrebe an der Aggregateanordnung und insbesondere an dem Trägerrahmen der Aggregateanordnung abzustützen ist. Bevorzugt sind dem Trägerrahmen der Speichereinrichtung, der Abstützstrebe und/oder dem Trägerrahmen der Aggregateanordnung entsprechende Prallplatten und/oder Strukturen zur Kraftverteilung zugeordnet und mit diesen verbunden, welche bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entstehende hohe Kräfte verteilen und vorteilhaft abstützen können.
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In Fahrzeuglängsrichtung ist zwischen sich bewegenden Teilen der Aggregateanordnung, welche einem Antriebsstrang des Personenkraftwagens zugeordnet sind, und der rohbaufesten Abstützstrebe und der Speichereinrichtung ein geeigneter Abstand vorgesehen, so dass sich insbesondere der Trägerrahmen der Aggregateanordnung, welcher über elastische Lager, insbesondere Motorlager, an dem Rohbau gelagert ist, relativ zur Abstützstrebe bewegen kann.
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Bevorzugt ist die Abstützstrebe mit weiteren Streben verbunden, über welche sie an dem in Fahrzeughochrichtung unteren Trägerrahmen (Integralträger) der Aggregateanordnung bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung abzustützen und/oder über welche sie an der Aggregateanordnung, insbesondere an dem Trägerrahmen, angebunden, das heißt gekoppelt, ist. Dadurch ist eine großflächige Verteilung der aus der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung resultierenden Lasten auf verschiedene Lastpfade ermöglicht.
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Durch eine geeignete Konstruktion einer Aufhängung der Speichereinrichtung zur Lagerung dieser an dem Rohbau, beispielsweise über den ihr zugeordneten Trägerrahmen, kann auch eine gezielte Verformung zum Energieabbau zwischen der Speichereinrichtung und dem Rohbau zugelassen werden. Belastungen auf die Karosserie und die Insassen werden somit weiter reduziert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Abstützstrebe zumindest bereichsweise einen allumseitig geschlossenen Querschnitt auf, welcher bei oder zeitlich vor der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung mit einem Gas, insbesondere unter Erhöhung des Innendrucks in dem Querschnitt, zu beaufschlagen ist. Wird eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der Karosserie erfasst oder eine solche drohende und als unvermeidbar eingestufte unfallbedingte Kraftbeaufschlagung erfasst, so wird der geschlossene Querschnitt mittels einer entsprechenden Einrichtung, beispielsweise eines pyrotechnischen Aktors, explosionsartig mit dem Gas beaufschlagt.
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So werden die erfindungsgemäße Abstützanordnung und insbesondere die Abstützstrebe zumindest bereichsweise vorgespannt, was ein verbessertes Anliegen und Abstützen der Abstützstrebe an der Aggregateanordnung, insbesondere an deren Trägerrahmen, ermöglicht. Die Abstützstrebe kann durch die Gasbeaufschlagung beispielsweise zumindest bereichsweise aufgewölbt werden und sich somit auch besser an den Mitteltunnel anlegen, was eine weiter verbesserte Abstützung gewährleistet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer Abstützanordnung für eine Karosserie eines Personenkraftwagens, mit einer Batterie zur Versorgung eines Elektromotors zum Antreiben des Personenkraftwagens mit elektrischer Energie, und mit einer in Fahrzeuglängsrichtung vor der Batterie angeordneten Aggregateanordnung mit einem Integralträger, an welchem die Batterie bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter Vermittlung einer sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Abstützstrebe der Abstützanordnung abstützbar ist;
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2 eine schematische Draufsicht der Abstützanordnung gemäß 1;
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3 eine weitere schematische Perspektivansicht der Abstützanordnung gemäß den 1 und 2 mit einer schematischen Darstellung eines Lastpfads im Falle der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und
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4 einen schematischen Längsschnitt der Abstützanordnung gemäß den 1 bis 3 in ihrem mit der Karosserie verbauten Zustand.
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Die 1 bis 4 zeigen eine Abstützanordnung 10 für eine Karosserie 12 (4) eines Personenkraftwagens. Die Abstützanordnung 10 umfasst eine von einer Batterie 14 gebildete Speichereinrichtung. Die Batterie 14 kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Batterie 14 zwei Batterieelemente 16 und 18 welche dazu dienen, elektrische Energie zu speichern und mit dieser elektrischen Energie zumindest einen Elektromotor 20 einer Aggregateanordnung 22 der Abstützanordnung 10 zu versorgen. Der Elektromotor 20 der Aggregateanordnung 22 dient dabei dazu, den Personenkraftwagen anzutreiben. Der Personenkraftwagen ist somit als Elektrofahrzeug ausgebildet. Dies bedingt eine ausreichende Speicherkapazität der Batterie 14 zur Darstellung einer ausreichenden Reichweite des als Elektrofahrzeug ausgebildeten Personenkraftwagens. Damit einher geht ein nicht unerhebliches Gewicht der Batterie 14.
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Um nun bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Personenkraftwagens, insbesondere bei einem Frontalaufprall oder einem Off-Set-Crash auf eine Barriere, bei welchem der Personenkraftwagen in Fahrzeuglängsrichtung gemäß einem Richtungspfeil 24 zumindest im Wesentlichen von vorne gemäß einem Richtungspfeil 26 mit Kraft beaufschlagt wird, unerwünschte Intrusionen in einen Fahrgastraum 28, unerwünschte Verformungen einer Stirnwand 30 der Karosserie 12 sowie unerwünschte Bewegung eines Lenkrads zum Steuern des Personenkraftwagens und von Pedalen zu vermeiden, ist eine Abstützstrebe 32 der Abstützanordnung 10 vorgesehen, über welche die Batterie 14 an der in Fahrzeuglängsrichtung vor der Batterie 14 in einem Vorderwagenbereich angeordneten Aggregateanordnung 22 abzustützen ist. Die Batterie 14 ist somit zumindest mittelbar über die Abstützstrebe 32 an der Aggregateanordnung 22 bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung abzustützen Zu einem solchen Frontalaufprall kommt es beispielsweise, wenn sich der Personenkraftwagen in Vorwärtsfahrtrichtung gemäß einem Richtungspfeil 25 bewegt und auf eine Barriere wie beispielsweise ein anderweitiges Fahrzeug aufprallt.
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Wie insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen ist, umfasst die Aggregateanordnung 22 einen Integralträger 34, an welchem der Elektromotor 20 gehalten ist und über welchen der Elektromotor sowie weitere Bauteile, Komponenten und/oder Aggregate der Aggregateanordnung 22 an der Karosserie 12, insbesondere an deren Rohbau-Tragstruktur, gelagert sind. Die Abstützstrebe 32 ist bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung vorderseitig an einem der Aggregateanordnung 22 zugewandten Ende mit einer zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung gemäß einem Richtungspfeil 36 verlaufenden Querstrebe 38 verbunden, welche bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung konkav, das heißt in Richtung der Fahrzeugmitte (Y = 0), gewölbt ist. Dadurch ist eine Aufnahme 40 gebildet, welche zumindest im Wesentlichen einer der Querstrebe 38 zugewandten Form des Integralträgers 34 entspricht. Mit anderen Worten ist der Integralträger 34 in Richtung der Abstützstrebe 32 konvex ausgebildet. Dadurch kann die Abstützstrebe 32 über die Querstrebe 38 besonders günstig in Stützanlage mit dem Integralträger 34 kommen und so die Batterie 14 besonders effizient an der Aggregateanordnung 22 abstützen.
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Vorliegend kann sich die Abstützstrebe 32 über die Querstrebe 38 zumindest im Wesentlichen ausschließlich an dem Integralträger 34 der Aggregateanordnung 22 bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung abstützen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich die Stützstrebe 32 über die Querstrebe 38 auch am Elektromotor 20 oder an den anderweitigen am Integralträger 34 gehaltenen Aggregaten des Personenkraftwagens abstützt.
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Auf einer der Aggregateanordnung 22 abgewandten Seite ist die Abstützstrebe 32 mit einer weiteren zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung gemäß dem Richtungspfeil 36 verlaufenden Querstrebe 42 verbunden, an welcher die Batterie 14 abgestützt ist. Dadurch kann die bezogen auf die Querrichtung breiter als die Abstützstrebe 32 ausgebildete Batterie 14 besonders effizient über die Abstützstrebe 32 an dem Integralträger 34 abgestützt werden.
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Kommt es zu einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, so ist durch die Abstützanordnung 10 ein Lastpfad dargestellt, welcher in der 3 durch Richtungspfeile 44 schematisch veranschaulicht ist.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist in Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem Integralträger 34 und der Querstrebe 38 ein Abstand vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Batterie 14 über die Abstützstrebe 32 in Stützanlage mit der Aggregateanordnung 22 und insbesondere mit dem Integralträger 32 der Aggregateanordnung 22 kommt, nachdem der Abstand überwunden ist. Der Abstand ermöglicht es dabei, dass sich der über elastische Lager, insbesondere über Gummilager, an der Karosserie 12 gelagerte Integralträger 34 im Normalbetrieb des Personenkraftwagens relativ zur Querstrebe 38 und damit zur Abstützstrebe 36 bewegen kann. Aufgrund des Abstands zwischen Integralträger 34 und Querstrebe 38 ist ein Freiraum/eine Lücke/ein Spalt gebildet, welcher bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlich konstant groß beziehungsweise eine im Wesentlichen konstante Breite aufweist und sich lediglich jeweils endseitig öffnet. Damit ist eine relativ großflächige Verteilung beziehungsweise Einleitung der Kräfte über die Fahrzeugbreite realisierbar.
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Der 4 ist besonders gut die Anordnung der Abstützanordnung 10 in beziehungsweise an der Karosserie 12 zu entnehmen. Die Batterie 14 ist dabei in einem Fahrzeugmittelboden 46 in Fahrzeughochrichtung gemäß einem Richtungspfeil 48 unterhalb des Fahrgastraums 28 angeordnet. Dadurch ist eine Sandwich-Bauweise realisiert, durch welche die Batterie 14 besonders platzsparend verbaut werden kann. Die Anordnung im Fahrzeugmittelboden 46 unterhalb eines Hauptboden 50 einer Bodengruppe 52 der Karosserie 12 wirkt sich auch positiv auf das Unfallverhalten des Personenkraftwagens aus, da die Batterie 46 nicht unerwünschter Weise in den Fahrgastraum 28 eindringen kann. Dieses Unfallverhalten ist weiterhin durch die Abstützung der Batterie 14 über die Abstützstrebe 32 an der Aggregateanordnung 22 verbessert.
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Wie der 4 ferner zu entnehmen ist, verläuft die Abstützstrebe 32 dabei in Fahrzeuglängsrichtung von vorne oben nach hinten unten, um die Batterie 14 an der Aggregateanordnung 22 abzustützen. Ferner verläuft die Abstützstrebe 32 zumindest bereichsweise in einen Mitteltunnel 54 der Karosserie 12. Der Mitteltunnel 54 dient dazu, im Falle einer Anordnung und eines Einsatzes eines Verbrennungsmotors und eines korrespondierenden Getriebes zum Antreiben des Personenkraftwagens an bzw. in der Karosserie 12 eine Kardanwelle aufzunehmen, um ein von dem Verbrennungsmotor bereitgestelltes Drehmoment in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten zu angetriebenen Hinterrädern des Personenkraftwagens zu übertragen.
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Im vorliegenden Falle, das heißt bei Anordnung des Elektromotors 20 und der Batterie 14 zum Antreiben des Personenkraftwagens im Frontbereich des Kraftwagens und bei fehlender, wegen eines nicht vorgesehen Hinterradantriebs auch nicht benötigter Kardanwelle dient der Mitteltunnel 54 dazu, die Abstützstrebe 32 zumindest bereichsweise aufzunehmen.
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Die Abstützanordnung 10 ermöglicht es somit, die Karosserie 12 sowohl bei der Anordnung und dem Einsatz eines Verbrennungsmotors zum Antreiben des Personenkraftwagens als auch bei der Verwendung und des Einsatzes des Elektromotors 20 und der Batterie 14 zum Antreiben des Personenkraftwagens zu verwenden. Dabei weist die Karosserie 12 in beiden Fällen ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten zum Schutz der Insassen auf und das auch, obwohl die Batterie 14 im Vergleich zur Verwendung des Verbrennungsmotors ein nicht unerhebliches Mehrgewicht darstellt. Dieses Mehrgewicht kann jedoch durch die erfindungsgemäße Abstützanordnung besonders vorteilhaft an die Aggregateanordnung 22 abgestützt werden, wobei durch den durch die Abstützanordnung 10 realisierten Lastpfad (Richtungspfeile 34) die Insassen vor unerwünschten Verletzungen geschützt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012629 A1 [0002]
