DE102011053254A1

DE102011053254A1 - Baukastensystem für ein modular aufgebautes Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102011053254A1
Application number: DE102011053254A
Authority: DE
Inventors: Josip Vlahovic
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für ein modular aufgebautes Elektrofahrzeug, mit einer Basiseinheit, umfassend einen Rahmen, ein Fahrwerk, zumindest eine Antreibseinrichtung, Bremsen und eine Lenkung sowie mit einem mit der Basiseinheit kombinierbaren Aufbau, der entweder als Sportversion, als Limousinenversion oder als Kombiversion/Van/SUV ausgebildet ist. Hierdurch kann eine flexible und kostengünstige Fertigung von Elektrofahrzeugen erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Baukastensystem für ein modular aufgebautes Elektrofahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem derartigen Baukastensystem zusammengebautes Elektrofahrzeug.
Aus der DE 10 2009 048 573 A1 ist ein dreirädriges Elektrofahrzeug in Modulbauweise mit einem Chassisrahmen bekannt, der wenigstens ein Zentralmodul bildet und über welchem ein Kabinenmodul platziert ist. Dabei sind sämtliche Systeme mit Leistungsbedarf ab einem bestimmten Grenzwert im Zentralmodul untergebracht. Hierdurch sollen insbesondere Energieverluste aufgrund langer Übertragungswege aber auch hinsichtlich unvorteilhafter Anordnung einzelner Komponenten vermieden werden.
Aus der DE 101 54 353 A1 ist ein modularer Fahrzeugaufbau bekannt, der eine Fahrzeugkarosserie und ein mit dieser Fahrzeugkarosserie gekoppeltes Fahrzeugchassis umfasst, wobei letzteres einen Rahmen, eine mit dem Rahmen gekoppelte Schale, die einen Speicher für eine Energiequelle zum Antreiben eines Antriebssystems bereitstellt, und einen Deckel zum Abdecken der Schale aufweist. Damit ist die Energiequelle durch die Schale und den Deckel eingeschlossen, wodurch insbesondere ein äußerst flexibler modularer Aufbau erreicht werden soll.
Weitere Kraftfahrzeuge sind beispielsweise aus der US 7,866,422 B2 und aus der US 2011/0109052 A1 bekannt.
Aufgrund stetig steigender Energiekosten und eines zunehmenden Umweltbewusstseins treten insbesondere Elektrofahrzeuge zunehmend in den Fokus des Verbrauchers, wobei derartige Elektrofahrzeuge derzeit üblicherweise als Sport- oder Stadtfahrzeuge ausgebildet sind. Dies liegt insbesondere in einer im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor noch reduzierten Antriebsleistung und Reichweite.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Elektrofahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine deutlich gesteigerte Flexibilität erlaubt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Baukastensystem für ein modular aufgebautes Elektrofahrzeug vorzusehen, das eine Basiseinheit sowie mehrere damit kombinierbare Aufbauten aufweist. Die Basiseinheit umfasst dabei erfindungsgemäß zumindest einen Rahmen, ein Fahrwerk, zumindest eine Antriebseinrichtung, Bremsen sowie eine Lenkung. Demgegenüber ist der mit dieser Basiseinheit kombinierte Aufbau beispielsweise als Sportversion, das heißt insbesondere als Zweisitzer, als Limousinenversion oder als Kombiversion bzw. Van/SUV, das heißt insbesondere als Fünf- oder Siebensitzer, ausgebildet. Durch das erfindungsgemäße Baukastensystem ist es somit erstmals möglich, eine für alle Aufbauten zumindest nahezu identische Basiseinheit zu verwenden, auf die je nach Kundenwunsch lediglich der entsprechende Aufbau aufgesetzt werden muss, um daraus dann das gewünschte Elektrofahrzeug, beispielsweise einen Sportwagen oder einen Kombi, herzustellen. Bisher waren für sämtliche Elektrofahrzeuge üblicherweise separate Basiseinheiten, das heißt Chassis, vorgesehen, wodurch die Teilevielfalt und auch verbunden damit der Lager- und Logistikaufwand erheblich größer waren. Durch die nunmehr standardisierte Basiseinheit kann der Lager- und Logistikaufwand deutlich gesenkt werden, wobei trotz allem eine vergleichsweise hohe Flexibilität in der Fertigung unterschiedlichster Fahrzeugvarianten erhalten bleibt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Antriebseinrichtung zumindest zwei, die Fahrzeugräder einer Achse antreibenden Radnabenmotoren auf. Radnabenmotoren sind Antriebseinheiten, die direkt in ein Rad des Fahrzeugs eingebaut sind und gleichzeitig die Radnabe tragen, so dass ein Teil des Radnabenmotors als Außenläufer mit dem Fahrzeugrad umläuft. Hauptvorteil derartiger Radnabenmotoren ist der Wegfall des klassischen Antriebsstrangs mit Getriebe, Differential und Antriebswellen bzw. Abgasanlage, sowie eine Steigerung der Effizienz durch den Wegfall der verschiedenen Übersetzungen und damit auch der damit verbundenen Reibungsverluste. Durch den Wegfall der beschriebenen Komponenten, wie beispielsweise Getriebe und Differential, lassen sich auch erhebliche Gewichtsvorteile realisieren, die insbesondere bei Elektrofahrzeugen von großem Vorteil sind und sich positiv auf deren Leistung und deren Reichweite auswirken.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Basiseinheit zumindest eine Energiespeichereinrichtung, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie, auf, die optional in Fahrzeuglängsrichtung und insbesondere zwischen zwei Achsen des Elektrofahrzeugs eingebaut ist. Durch einen derartig gewählten Einbau der zumindest einen Energiespeichereinrichtung kann ein besonders günstiger Schwerpunkt des Elektrofahrzeugs erreicht und dadurch ein sicheres Fahrverhalten erzielt werden. Zudem bleibt durch den Einbau der Energiespeichereinrichtung zwischen zwei Achsen Platz für einen frontseitigen und/oder einen heckseitigen Stauraum/Kofferraum, wodurch die Funktionalität des erfindungsgemäß aufgebauten Elektrofahrzeugs zusätzlich gesteigert werden kann.
Zweckmäßig ist eine Aussteifungseinrichtung zur Aussteifung der Basiseinheit und zugleich auch zur Aussteifung des gesamten Elektrofahrzeugs vorgesehen, welche zwei seitliche Schweller und einen damit verbundenen Überrollbügel aufweist. Die Verbindung zwischen den seitlichen Schwellern und dem Überrollbügel kann beispielsweise mittels Steckverbindungen erfolgen, die im Verbindungsbereich zusätzlich durch weitere Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben oder Nieten oder Kleben, oder ein Verschweißen gesichert werden. Der Überrollbügel kann beispielsweise als Hydroformingteil mit variablem Querschnitt oder auch mit konstant durchgehendem Querschnitt ausgebildet sein. Weiter vorgesehen sein können zumindest zwei Scharniersäulen, beispielsweise zwei A-Säulen oder zwei B-Säulen, die mit der Aussteifungseinrichtung oder aber auch mit dem Aufbau fest verbunden sind. In beiden genannten Fällen lässt sich somit ein Sicherheitsbauteil ebenfalls in Modulbauweise herstellen und in das modular aufgebaute Elektrofahrzeug integrieren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 ein erfindungsgemäßes Baukastensystem für ein modular aufgebautes Elektrofahrzeug,
2 eine Schnittdarstellung durch eine Basiseinheit des modular aufgebauten Elektrofahrzeugs zur Veranschaulichung unterschiedlicher Befestigungsvarianten für eine Energiespeichereinrichtung,
3a–c unterschiedliche mögliche Fahrzeugversionen, hergestellt aus dem Baukastensystem,
4 unterschiedliche Darstellungen einer Aussteifungseinrichtung zur Aussteifung der Basiseinheit oder des Aufbaus,
5 unterschiedliche Basiseinheiten als mehrteilige Version und mittels Strangpressprofil,
6 die Basiseinheit mit von oben oder von unten montierbaren Fahrschemeln,
7 eine Schnittdarstellung durch zwei Fahrzeuge mit von oben oder von unten montiertem Fahrschemel,
8 eine Schnittdarstellung durch zwei Fahrzeuge mit unterschiedlich hohen Sitzpositionen,
9 unterschiedlich hohe Überrollbügel für die Aussteifungseinrichtung,
10 eine Basiseinheit mit Allradantrieb und vier jeweils seitlich angeordneten Elektromotoren,
11 eine Schnittdarstellung durch 10 im Bereich der Elektromotoren,
12 ein Fahrschemel mit Elektromotoren,
13 Radnabenmotoren für eine Basiseinheit,
14 eine Basiseinheit mit Allradantrieb und Mittelmotoren.
Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßes Baukastensystem 1 für ein modular aufgebautes Elektrofahrzeug 2 (vergleiche auch die 3a–3c) eine Basiseinheit 3 auf, die wenigstens einen Rahmen, ein Fahrwerk, zumindest eine Antriebseinrichtung, Bremsen sowie eine Lenkung umfasst. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Baukastensystem 1 zumindest einen mit der Basiseinheit 3 kombinierbaren Aufbau 4 auf, der entweder als Sportversion 4a, als Limousinenversion 4b oder als Kombiversion 4c (vergleiche auch die 3a–3c) ausgebildet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem 1 ist es somit möglich, das Elektrofahrzeug 2 je nach Kundenwunsch mit unterschiedlichem Aufbau 4 und mit einer stets gleichen und standardisiert ausgeführten Basiseinheit 3 zusammenzubauen. Hierdurch können insbesondere die Teilevielfalt und verbunden damit auch die Lade- und Logistikkosten deutlich gesenkt und die Flexibilität im Hinblick auf den Aufbau des Elektrofahrzeugs 2 deutlich gesteigert werden. Die Basiseinheit 3 kann dabei mit oder ohne Boden 14 geliefert werden, was gemäß der 1 mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt ist.
Die Basiseinheit 3 kann dabei, wie in der 1 gezeigt ist, entweder mit Bodenstruktur 5 (vergleiche rechte Darstellung) oder ohne derartige Bodenstruktur 5 vorgesehen sein (vergleiche linke Darstellung). Die Bodenstruktur 5 kann generell auch Bestandteil des Aufbaus 4 sein.
Die Antriebseinrichtung weist zumindest einen, ein Fahrzeugrad 6 antreibenden Radnabenmotor 7 auf, wodurch insbesondere der bisher erforderliche Antriebsstrang, umfassend ein Getriebe sowie eine Kardanwelle, entfallen kann. Durch den Wegfall der eben genannten Komponenten reduzieren sich nicht nur die damit verbundenen Antriebs- und Reibungsverluste, sondern auch das Gewicht, was insbesondere bei Elektrofahrzeugen 2 von wesentlichem Vorteil ist.
Um die Antriebseinrichtung, beispielsweise einen Elektromotor, ausreichend mit elektrischer Energie versorgen zu können, ist an dem Elektrofahrzeug 2 zumindest eine Energiespeichereinrichtung 8 (vergleiche 1 und 2) in der Art einer üblichen Fahrzeugbatterie vorgesehen. Die Energiespeichereinrichtung 8 ist dabei vorzugsweise zwischen vier Längsträgern 9a–9d (vergleiche 2) der Basiseinheit 3 angeordnet, wobei in der 2 die vier Längsträger 9a–9d in der Art eines rechtwinkeligen Vierecks angeordnet sind, wogegen sie in der rechten Darstellung der 2 in der Art eines Trapezes angeordnet sind. Bei der Anordnung der Energiespeichereinrichtung 8 gemäß der rechten Darstellung der 2 liegt diese insbesondere tiefer, was sich positiv auf die Raumausnutzung und den Fahrzeugschwerpunkt auswirkt. Überdeckt sein kann die Energiespeichereinrichtung 8 vom jeweils gewählten Aufbau 4, 4a, 4b oder 4c. Zudem ist die wenigstens eine Energiespeichereinrichtung 8 in Fahrzeuglängsrichtung vorzugsweise zwischen den beiden Achsen des Elektrofahrzeugs 2 eingebaut, wodurch sich sowohl frontseitig als auch heckseitig ein Stauraum bzw. Kofferraum ergibt. Ein derartiger Stauraum/Kofferraum kann beispielsweise in den Aufbau 4 und/oder in die Basiseinheit 3 zumindest teilweise integriert sein.
Gemäß den 3 sind unterschiedliche Fahrzeugvarianten dargestellt, mit einer stets gleichen Basiseinheit 3, jedoch unterschiedlichen Aufbauten 4, so dass in der 3a der Aufbau 4 als Sportversion 4a, das heißt insbesondere als Zweisitzer, ausgebildet ist, wogegen er gemäß der 3b als Limousinenversion 4b, das heißt insbesondere als Viersitzer, ausgebildet ist. Der Aufbau 4 gemäß der 3c hingegen ist als Kombiversion 4c ausgebildet, welche üblicherweise neben fünf Sitzplätzen zusätzlich einen heckseitigen Stauraum mit einer Heckklappe oder eine dritte Sitzreihe aufweist.
Zur Aussteifung der Basiseinheit 3 bzw. zur Aussteifung des Elektrofahrzeugs 2 kann zusätzlich eine Aussteifungseinrichtung 10 vorgesehen sein, wie diese beispielsweise gemäß der 4 dargestellt ist. Die Aussteifungseinrichtung 10 umfasst dabei zumindest zwei seitliche Schweller 11 und 11’ sowie einen damit verbundenen Überrollbügel 12. Zusätzlich können an der Aussteifungseinrichtung 10 zumindest zwei Scharniersäulen 13 und 13’, insbesondere zwei B-Säulen, vorgesehen sein, die alternativ entweder mit der Aussteifungseinrichtung 10 oder aber mit dem Aufbau 4 verbunden sind. Die Aussteifungseinrichtung 10 kann dabei einerseits mit der Basiseinheit 3 und/oder andererseits mit dem Aufbau 4 verbunden sein. Eine Verbindung der einzelnen Komponenten 11, 12 und 13 der Aussteifungseinrichtung 10 kann beispielsweise über geeignete Steckverbindungen erfolgen, die zusätzlich mittels Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise Schrauben oder Kleben oder einer Schweißverbindung fixiert sind.
Gemäß der linken Darstellung in 5 weist die Basiseinheit 3 integrierte Crashboxen 15 auf, die insbesondere in die Längsträger 16 eingebaut sein können. Die Crashboxen 15 können dabei vorne und/oder hinten angeordnet werden. Die dargestellte Basiseinheit 3 ist in diesem Fall mehrteilig aufgebaut, nämlich aus den Längsträgern 16 und einem die Energiespeichereinrichtung 8 umhüllenden Strangpressprofil 17. In der rechten Darstellung der 5 ist ein einteiliger Aufbau gezeigt, bei welchem das Strangpressprofil 17 zugleich auch die Längsträgerfunktion übernimmt. Alternativ zum Strangpressprofil 17 kann selbstverständlich auch ein Glasfaserkunststoff- oder ein Kohlefaserkunststoff eingesetzt werden, der insbesondere in der Art eines Monocoques ausgebildet ist.
In 6 sind zwei unterschiedliche Arten von Basiseinheiten 3 gezeigt und zwar in der linken Darstellung mit von unten montierten Fahrschemeln 18 und in der rechten Darstellung mit von oben montierten Fahrschemeln 18. In 8 kann man erkennen, dass mittels identischer Basiseinheiten 3 und unterschiedlicher Aufbauten 4 unterschiedlich hohe Sitzpositionen angeboten werden können. Dieselbe Basiseinheit 3 kann somit sowohl für Sportwagen als auch für Geländewagen verwendet werden. Dies ist nur durch die erfindungsgemäße Basiseinheit 3 möglich, bei welcher die Energiespeichereinrichtung 8 nicht im Boden, sondern in der Mitte liegt. Durch diese Anordnung der Energiespeichereinrichtung 8 kann auch eine besonders günstige Schwerpunktlage geschaffen werden.
Mit 9 soll noch darauf hingewiesen werden, dass für die Aussteifungseinrichtung 10 selbstverständlich unterschiedlich hohe Überrollbügel 12 – entsprechend angepasst an die jeweiligen Aufbauten 4 – verwendet werden können.
In 10 ist eine Basiseinheit 3 mit Längsträgern 9a–d und einem Allradantrieb gezeigt. Der Allradantrieb wird durch vier Elektromotoren 19 bewirkt, die jeweils seitlich der Basiseinheit 3 angeordnet sind. Hierdurch ist wiederum eine niedrige Schwerpunktlage möglich. Die Elektromotoren 19 können sowohl ein nicht näher bezeichnetes Getriebe als auch jeweils eine Bremse 20 aufweisen. Selbstverständlich ist auch eine Basiseinheit 3 mit wahlweise Vorder- oder Hinterradantrieb denkbar. In 11 ist eine Schnittdarstellung im Bereich der Elektromotoren 19 gezeigt. Die Elektromotoren 19 sind dabei direkt an den Längsträgern 9a–9d angeordnet. Im Gegensatz dazu sind die Elektromotoren 19 gem. der 12 am Fahrschemel 18 angebunden bzw. in diesen integriert, jeweils mit oder ohne Getriebe. Alternativ zu den gemäß den 10–12 gezeigten Elektromotoren 19 können auch als Radnabenmotor 7 ausgebildete Elektromotoren 19 (vgl. 13) oder Mittelmotoren 21 (vgl. 14) zum Einsatz kommen. Die Mittelmotoren 21 kommen insbesondere bei Geländefahrzeugen in Betracht. Die Radbremsen sind hierbei im Bereich des Fahrzeugrades 6 angeordnet.
Mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem 1 ist es somit möglich, unterschiedlichste Fahrzeugvarianten von Elektrofahrzeugen 2 kostengünstig und äußerst flexibel zu bauen, da für alle Fahrzeugvarianten eine stets baugleiche Basiseinheit 3 verwendet wird, die zur Realisierung der einzelnen Fahrzeugvarianten lediglich mit einem individuellen Aufbau 4, beispielsweise einer Sportversion 4a, einer Limousinenversion 4b oder einer Kombiversion 4c verbunden wird.
Das Baukastensystem 1 bietet insbesondere folgende Vorteile:

– hohe Flexibilität durch Modularisierung,
– verwendbar für Limousinen, Vans, SUVs,
– einfacher und schneller Batteriewechsel,
– sichere Batterielage (mittig, weit entfernt von evtl. Crashbereichen),
– Vereinheitlichung der Batterieform, Länge wird nach gewünschter Kapazität bestimmt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009048573 A1 [0002]
DE 10154353 A1 [0003]
US 7866422 B2 [0004]
US 2011/0109052 A1 [0004]

Claims

Baukastensystem (1) für ein modular aufgebautes Elektrofahrzeug (2), mit einer Basiseinheit (3), umfassend einen Rahmen, ein Fahrwerk, zumindest eine Antriebseinrichtung, Bremsen und eine Lenkung sowie mit einem mit der Basiseinheit (3) kombinierbaren Aufbau (4), der entweder als Sportversion (4a), als Limousinenversion (4b) oder als Kombiversion (4c) ausgebildet ist.
Baukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (3) zumindest teilweise beplankt oder verkleidet ist.
Baukastensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung zumindest einen Mittelmotor (21) oder zumindest zwei die Fahrzeugräder (6) einer Achse antreibenden Radnabenmotoren (7) aufweist.
Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (3) zumindest eine Energiespeichereinrichtung (8) aufweist.
Baukastensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Energiespeichereinrichtung (8) in Fahrzeuglängsrichtung und insbesondere zwischen zwei Achsen des Elektrofahrzeugs (2) eingebaut ist.
Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrzeug (2) einen frontseitigen und/oder einen heckseitigen Stauraum/Kofferraum aufweist.
Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussteifungseinrichtung (10) zur Aussteifung der Basiseinheit (3) bzw. zur Aussteifung des Elektrofahrzeugs (2) vorgesehen ist, umfassend zwei seitliche Schweller (11, 11’) und einen damit verbundenen Überrollbügel (12).
Baukastensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Scharniersäulen (13, 13’), insbesondere zwei A-Säulen und/oder zwei B-Säulen, vorgesehen sind, die mit der Aussteifungseinrichtung (3) oder mit dem Aufbau (4) verbunden sind.
Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (3) ein damit verbundene Bodenstruktur (5) aufweist.
Elektrofahrzeug hergestellt aus einem Baukastensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.