DE102012203882B4

DE102012203882B4 - Karosserie eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012203882B4
Application number: DE102012203882.5A
Authority: DE
Inventors: Roland Wanka
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: DE102012203882A1; CN103303374A; CN103303374B

Abstract

Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer Bodenstruktur (3) im Bereich der Fahrgastzelle, wobei an der Unterseite der Bodenstruktur (3) ein Energiespeicher (2) in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen mittig anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstruktur (3) in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen in der Mitte ein sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckendes und in Fahrzeughöhenrichtung (z) nach unten ragendes Stegblech (20) aufweist, wobei die Bodenstruktur (3) zumindest im Bereich des Energiespeichers (2) eine Ausbuchtung (19) in Fahrzeughöhenrichtung (z) gesehen nach oben aufweist, die sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckt und in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen mittig angeordnet ist, und wobei das Stegblech (20) in der Ausbuchtung angebracht ist und einen in Fahrzeughöhenrichtung (z) nach oben offenen U- oder V-förmigen Querschnitt aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Kraftfahrzeugbau ist es allgemein bekannt, die Bodenstruktur einer Fahrzeugkarosserie im Bereich der Fahrgastzelle in Fahrzeuglängsrichtung durch Seitenschweller und einen Mitteltunnel zu versteifen. In Fahrzeugquerrichtung erfolgt die erforderliche Versteifung meist durch ein sogenanntes Fersenblech, das sich unterhalb einer hinteren Sitzreihe zwischen den beiden Seitenschwellern in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Im vorderen Bereich erfolgt die Versteifung in Fahrzeugquerrichtung durch eine Stirnwand, die zugleich die vordere Begrenzung der Fahrgastzelle bildet.
Bei Fahrzeugen mit anderen Antriebskonzepten als einer konventionellen Brennkraftmaschine stellt sich im Fahrzeugbau die Frage, wo der erforderliche Energiespeicher untergebracht werden kann. So ist es beispielsweise aus der DE 10 2009 006 990 A1 bekannt, ein Batteriemodul im Mitteltunnel unterzubringen. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Schwerpunkt des Fahrzeugs relativ niedrig ist, da das schwere Batteriemodul im Bereich des Fahrzeugbodens angeordnet ist. Zum anderen ist das Batteriemodul im Mitteltunnel bei einem Unfall sowohl von der Seite als auch von vorne oder hinten gut vor Beschädigungen geschützt.
Die US 2011 / 0 132 676 A1 bezieht sich ferner auf ein Kraftfahrzeug mit einem Boden, Seitenschwellern und einem Mitteltunnel.
Des Weiteren zeigen die US 2005 / 0 211 496 A1 und die US 2010 / 0 213 741 A1 jeweils ein Kraftfahrzeug mit einem Mitteltunnel, in dem eine Antriebsbatterie untergebracht ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die eine hohe Steifigkeit aufweist, und an der ein Energiespeicher gut angebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich einer Fahrgastzelle eine Bodenstruktur auf, an deren Unterseite ein Energiespeicher in Fahrzeugquerrichtung gesehen mittig anbringbar ist. Ein solcher Energiespeicher kann beispielsweise ein Batteriemodul bzw. ein Hochvoltspeicher sein. Die Bodenstruktur weist in Fahrzeugquerrichtung gesehen in der Mitte ein sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckendes und in Fahrzeughöhenrichtung nach unten ragendes Stegblech auf.
Der Energiespeicher belegt viel Bauraum im Bodenbereich des Kraftfahrzeugs, der ansonsten von aussteifenden Karosseriestrukturen beansprucht wird. Die erfindungsgemäße Karosserie soll aber trotz der Anordnung eines Energiespeichers an der Unterseite der Bodenstruktur eine hohe Steifigkeit aufweisen. Das Stegblech erhöht die Biegesteifigkeit der Bodenstruktur.
Bevorzugt weist die Bodenstruktur zumindest im Bereich des Energiespeichers eine Ausbuchtung in Fahrzeughöhenrichtung gesehen nach oben auf, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt und in Fahrzeugquerrichtung gesehen mittig angeordnet ist. Zusätzlich kann die Ausbuchtung mit einem daran befestigten Verstärkungsblech versteift sein, das sich ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Das Stegblech kann günstigerweise in der Ausbuchtung angebracht sein. Es ragt dabei wie ein Kiel über die angrenzenden Bereiche der Bodenstruktur hinaus in Fahrzeughöhenrichtung nach unten und erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung. Die Ausbuchtung nach oben gegebenenfalls zusammen mit dem Verstärkungsblech erhöht zusätzlich neben dem Stegblech maßgeblich die Steifigkeit des Fahrzeugbodens.
Idealerweise weist der an der Unterseite der Bodenstruktur angebrachte Energiespeicher eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende und sich in Fahrzeughöhenrichtung nach unten erstreckende Vertiefung auf, in der das Stegblech formschlüssig anliegt. Somit ist der Energiespeicher formschlüssig verbunden. Auch kann das Stegbleich zur Anbindung des Energiespeichers dienen.
Vorteilhafterweise erstreckt sich beidseitig des Energiespeichers jeweils ein Längsträger in Fahrzeuglängsrichtung, der an den Energiespeicher angrenzt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Energiespeicher mittig unter der Bodenstruktur im Bereich der Fahrgastzelle anzuordnen. Dann steht der Vorderwagen und der Hinterwagen des Kraftfahrzeugs als Knauschzone für Front- bzw. Heckcrashs zur Verfügung, sodass die Fahrgastzelle mit dem darunter angeordneten Energiespeicher geschützt ist, sofern die Fahrgastzelle eine ausreichende Steifigkeit aufweist. Bei Seitencrashs wird ein Großteil der Energie über die Seitenschweller aufgenommen. Der Energiespeicher erstreckt sich dabei erfindungsgemäß seitlich nicht bis zu den Seitenschwellern, da noch die Längsträger dazwischen Platz haben müssen. Damit ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Energiespeicher auch bei einem Seitencrash gut geschützt. Die Längsträger tragen nennenswert zur Gesamtsteifigkeit der Karosserie bei.
Günstigerweise sind die hinteren Endbereiche der beiden Längsträger mit einem Fersenblech verbunden, das sich in Fahrzeugquerrichtung unterhalb einer hinteren Sitzreihe erstreckt. Der Energiespeicher grenzt dabei an das Fersenblech an. Vorne sind die beiden Längsträger bevorzugt mit einem Unterflurquerträger verbunden, der sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Auch an den Unterflurquerträger grenzt der Energiespeicher an. Durch die angrenzenden Längsträger, das Fersenblech und den Unterflurquerträger können Kräfte im Bereich des Energiespeichers sowohl in Fahrzeuglängsrichtung als auch in Fahrzeugquerrichtung abgeleitet werden. Auch kann ein Teil der Kräfte durch die angrenzenden Träger durch den Energiespeicher selber aufgrund der Eigensteifigkeit des Energiespeichers übertragen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:

1 eine perspektivische Ansicht einer Karosserie eines Personenkraftfahrzeugs von unten,
2 eine perspektivische Darstellung eines Schnitts durch die in 1 gezeigte Karosserie und
3 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch die in 1 gezeigte Karosserie.

In den Figuren ist eine Karosserie 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochvoltspeicher 2 dargestellt. Der Hochvoltspeicher 2 dient als Energiespeicher zur Energieversorgung eines elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs. Der Hochvoltspeicher 2 ist an der Unterseite einer Bodenstruktur 3 der Karosserie im Bereich der Fahrgastzelle angebracht. Er ist aufgrund der gegebenen Bauraumverhältnisse in Fahrzeughöhenrichtung z relativ flach, damit einerseits die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs nicht eingeschränkt wird, und damit andererseits das Kraftfahrzeug nicht unerwünscht hoch aufbaut. In Fahrzeugquerrichtung y ist der Hochvoltspeicher 2 mittig angeordnet, damit das Gewicht G des Hochvoltspeichers 2 gleichmäßig auf beide Seiten verteilt ist. In Fahrzeugquerrichtung y erstreckt sich der Hochvoltspeicher 2 über mehr als zwei Drittel der Fahrzeugbreite. Allerdings verbleibt beidseitig von dem Hochvoltspeicher 2 noch ein Freiraum zu den Seitenschwellern 4, die die Bodenstruktur 3 im Bereich der Fahrgastzelle seitlich begrenzen. In Fahrzeuglängsrichtung x ist der Hochvoltspeicher 2 im Bereich unterhalb der Fahrgastzelle angebracht. Er erstreckt sich dabei über mehr als die Hälfte der Längserstreckung der Bodenstruktur 3 im Bereich der Fahrgastzelle.
Diese Anordnung des Hochvoltspeichers 2 hat bei einem Crash große Vorteile: Bei einem Front- oder Heckcrash ist der Hochvoltspeicher 2 gut durch den Vorderwagen 5 der Karosserie bzw. durch den Hinterwagen 6 der Karosserie geschützt, die dann als Knautschzone dienen, um die Fahrgastzelle und damit auch die Bodenstruktur 3 im Bereich der Fahrgastzelle zu schützen, an der der Hochvoltspeicher 2 angebracht ist. Bei einem Seitencrash fangen die Seitenschweller 4 große Teile des Aufpralls ab. Diese können auch etwas zur Fahrzeugmitte eindringen, bevor sie den Hochvoltspeicher 2 beschädigen.
Bei konventionellen Karosserien trägt ein Mitteltunnel erhebliche Teile zur Gesamtsteifigkeit der Karosserie bei. Ein solcher Mitteltunnel lässt sich bei der dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeugs aufgrund des darunter angebrachten Hochvoltspeichers 2 nicht mehr so realisieren, da die benötigte Höhe nicht zur Verfügung steht. Um nun diese Steifigkeitseinbußen zu kompensieren, weist die erfindungsgemäße Karosserie zusätzliche Strukturen auf:

Anstelle eines klassischen Mitteltunnels weist die Bodenstruktur 3 der Karosserie zumindest im Bereich des Hochvoltspeichers 2 eine Ausbuchtung 19 in Fahrzeughöhenrichtung z gesehen nach oben auf, die sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckt und in Fahrzeugquerrichtung y gesehen mittig angeordnet ist. Diese Ausbuchtung 19 ist auf der Oberseite mit einem Verstärkungsblech 22 noch zusätzlich versteift. Das Verstärkungsblech 22 hat im Querschnitt gesehen die Form eines auf dem Kopf stehenden „W“. Es ist im Querschnitt gesehen mit seinen beiden freien Endabschnitten und mit dem mittleren Abschnitt mit der Ausbuchtung 19 verbunden. In der Ausbuchtung 19 ist ein in Fahrzeughöhenrichtung z nach oben offenes, U-förmiges Stegblech 20 angeordnet, das wie ein Kiel über die angrenzenden Bereiche der Bodenstruktur 3 hinaus in Fahrzeughöhenrichtung z nach unten ragt und sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckt.

Beidseitig des Hochvoltspeichers 2 verläuft je ein Längsträger 7, der an den Hochvoltspeicher 2 direkt angrenzt. Die Längsträger 2 werden jeweils durch ein hutförmiges Blechbauteil gebildet, das mit seinen beiden Randabschnitten am Bodenblech angebracht ist. Die Längsträger 7 verlaufen in Fahrzeuglängsrichtung x parallel zu den Seitenschwellern 4 und sind mit ihren Endbereichen jeweils mit der restlichen Karosserie verbunden. Dazu sind die hinteren Enden der beiden Längsträger 7 mit einem Fersenblech 8 verbunden. Das Fersenblech 8 verläuft in Fahrzeugquerrichtung y zwischen den beiden Seitenschwellern 4 im Bereich unterhalb einer hinteren Sitzreihe. Das Fersenblech 8 begrenzt in Fahrzeuglängsrichtung x den Fußraum für die Passagiere der hinteren Sitzreihe nach hinten. Der Hochvoltspeicher 2 grenzt in Fahrzeuglängsrichtung x ebenfalls an das Fersenblech 8 an. Vorne grenzt der Hochvoltspeicher 2 an einen Unterflurträger 9 an, der sich in Fahrzeugquerrichtung y zwischen den beiden Seitenschwellern 4 erstreckt. Die beiden Längsträger 7 sind ebenfalls mit dem Unterflurträger 9 verbunden. Sie setzen sich aber nach vorne über den Hochvoltspeicher 2 und den Unterflurträger 9 nach vorne fort und stützen sich jeweils an einem Hauptlängsträger 10 des Vorderwagens 5 ab.
Der Hochvoltspeicher 2 weist - wie es im Schnitt in 3 gut erkennbar ist - eine Einkerbung 21 auf, die sich in Fahrzeuglängsrichtung x über die gesamte Länge des Hochvoltspeichers 2 erstreckt. Die Einkerbung 21 bildet mit dem Stegblech 20 einen Formschluss. Der Hochvoltspeicher 2 ist in Fahrzeughöhenrichtung z seitlich an den Längsträgern 7 und mittig an dem Stegblech 20 über mehrere Anbindungen A angebunden. Durch die zusätzliche Anbindung A am Stegblech 20 ist sichergestellt, dass der relativ schwere Hochvoltspeicher 2 zwischen den seitlichen Anbindungen A nicht unerwünschterweise in Schwingungen geraten kann.
Zusätzlich verlaufen zwei Getriebelängsträger 11 in Fahrzeuglängsrichtung x zwischen dem Unterflurträger 9 und einem Stirnwandquerträger, der in Fahrzeugquerrichtung y entlang der Stirnwand 12 verläuft, die die vordere Begrenzung der Fahrgastzelle bildet. An diesen Getriebelängsträgern 11 stützt sich auch ein Vorderachsträger 13 ab, er zur Aufnahme der Vorderachse des Kraftfahrzeugs dient.
In Fahrzeuglängsrichtung x gesehen befindet sich zwischen dem Unterflurträger 9 und dem Fersenblech 8 beidseitig jeweils eine in Fahrzeugquerrichtung y verlaufende Abstützung 14, die den Längsträger 7 am Seitenschweller 4 abstützt.
Der Hochvoltspeicher 2 selber ist so konzipiert, dass er auch als tragende Baugruppe dienen kann, sodass er einen Beitrag zur Fahrzeugsteifigkeit leistet. Dazu weist er ein steifes Gehäuse mit steifen Seitenwänden und steifer Oberseite 15 und Unterseite 16 auf. In dem Gehäuse verläuft über die gesamte Längserstreckung des Gehäuses in Fahrzeugquerrichtung gesehen mittig ein Längssteg 17, der die Oberseite 15 des Gehäuses mit der Unterseite 16 verbindet. Zusätzlich verlaufen in dem Gehäuse mehrere Schottwände 18 in Fahrzeugquerrichtung y, die sich über die gesamte Breite des Hochvoltspeichers 2 erstrecken und an den Seitenwänden abstützen. Die Schottwände 18 steifen das Gehäuse aus. Durch den Längssteg 17 und die Schottwände 18 voneinander getrennt sind in dem Hochvoltspeicher die einzelnen Hochvoltzellen angeordnet.
Dieser erfindungsgemäße Aufbau einer Karosserie eines Personenkraftfahrzeugs mit einem Hochvoltspeicher 2 hat bei allen Crasharten große Vorteile. Bei einem Frontcrash nimmt der Vorderwagen 5 einen großen Teil der Crashenergie auf und deformiert sich dabei. Die Fahrgastzelle und der darunter angeordnete Hochvoltspeicher 2 sollen möglichst unbeschädigt bleiben. Dazu muss die Bodenstruktur 3 im Bereich der Fahrgastzelle eine entsprechend hohe Steifigkeit aufweisen. Zur Steifigkeit trägt vor allem das Stegblech 20, die Ausbuchtung 19 und das W-förmige Verstärkungsblech 22 bei. Aber auch die beiden Längsträger 7 erhöhen die Steifigkeit der Bodenstruktur 3 in Fahrzeuglängsrichtung x. Die so versteifte Bodenstruktur 3 überträgt die durch den Frontcrash in Fahrzeuglängsrichtung x eingeleiteten Kräfte nach hinten in das Fersenblech 8. Dabei wird auch ein Teil der Kräfte durch das tragende Gehäuse des Hochvoltspeichers 2 nach hinten abgeleitet. Die dazu erforderliche Steifigkeit des Gehäuses des Hochvoltspeichers 2 wird auch durch den mittigen Längssteg 17 gewährleistet. Bei einem Heckcrash erfolgt der Kraftfluss ähnlich wie beim Frontcrash, allerdings in umgekehrter Richtung.
Bei einem Seitencrash erfolgt der Eintrag der Lasten in einen Seitenschweller 4 in Fahrzeugquerrichtung y. Der Seitenschweller 4 stützt sich in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen vorne an einer A-Säule und der Stirnwand 12 ab, hinten stützt er sich am Fersenblech 8 ab. Dazwischen stützt sich der Seitenschweller 4 am Unterflurträger 9 ab. Es erfolgt also ein Krafteintrag in die A-Säule bzw. in die Stirnwand 12, in den Unterflurträger 9 und in das Fersenblech 8. Zusätzlich wird ein Teil der Kräfte über die Abstützung 14 in den Längsträger 7 übertragen. Dieser wiederum stützt sich am Unterflurträger 9 und am Fersenblech 8 ab. Zusätzlich grenzt der Längsträger 7 an den Hochvoltspeicher 2 an, der ein steifes Gehäuse hat. Die in den Hochvoltspeicher 2 eingeleiteten Kräfte werden teilweise über den Formschluss in das Stegblech 20 und teilweise in den gegenüberliegenden Längsträger 7 übertragen. Dabei tragen die Schottwände 18 des Hochvoltspeichers 2 erheblich zur Steifigkeit in Fahrzeugquerrichtung y bei. Somit weist die erfindungsgemäße Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochvoltspeicher 2 auch in Fahrzeugquerrichtung y eine hohe Steifigkeit auf.
Das Fehlen eines konventionellen Mitteltunnels wird durch die erfindungsgemäßen Strukturen vollständig kompensiert, sodass es zu keinen Steifigkeitseinbußen kommt.

Claims

Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer Bodenstruktur (3) im Bereich der Fahrgastzelle, wobei an der Unterseite der Bodenstruktur (3) ein Energiespeicher (2) in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen mittig anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstruktur (3) in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen in der Mitte ein sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckendes und in Fahrzeughöhenrichtung (z) nach unten ragendes Stegblech (20) aufweist, wobei die Bodenstruktur (3) zumindest im Bereich des Energiespeichers (2) eine Ausbuchtung (19) in Fahrzeughöhenrichtung (z) gesehen nach oben aufweist, die sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckt und in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen mittig angeordnet ist, und wobei das Stegblech (20) in der Ausbuchtung angebracht ist und einen in Fahrzeughöhenrichtung (z) nach oben offenen U- oder V-förmigen Querschnitt aufweist.
Karosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (20) wie ein Kiel über die angrenzenden Bereiche der Bodenstruktur (3) hinaus in Fahrzeughöhenrichtung (z) nach unten ragt und sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckt.
Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich beidseitig des Energiespeichers (2) jeweils ein Längsträger (7) in Fahrzeuglängsrichtung (x) an den Energiespeicher (2) angrenzend erstreckt.
Karosserie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hinteren Endbereiche der beiden Längsträger (7) mit einem Fersenblech (8) verbunden sind, das sich in Fahrzeugquerrichtung (y) unterhalb einer hinteren Sitzreihe erstreckt, und das in Fahrzeuglängsrichtung (x) gesehen hinten an den Energiespeicher (2) angrenzt.
Karosserie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsträger (7) mit einem Unterflurquerträger (9) verbunden sind, der sich in Fahrzeugquerrichtung (y) erstreckt, und das in Fahrzeuglängsrichtung (x) gesehen vorne an den Energiespeicher (2) angrenzt.
Karosserie nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Längsträger (7) in Fahrzeuglängsrichtung (x) über den Energiespeicher (2) hinaus nach vorne erstrecken.
Kraftfahrzeug mit einer Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei ein Energiespeicher (2) an der Unterseite der Bodenstruktur (3) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (2) eine in Fahrzeuglängsrichtung (x) verlaufende und sich in Fahrzeughöhenrichtung (z) nach unten erstreckende Vertiefung (21) aufweist, in der das Stegblech (20) formschlüssig anliegt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (2) mit dem Stegblech (20) verbindbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (3) mit den Längsträgern (7) verbindbar ist.