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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs, das wahlweise als zweiradangetriebenes oder als vierradangetriebenes Kraftfahrzeug konfigurierbarbar ist, umfassend einen ersten Aufnahmeraum, der in einem Hinterachsbereich des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und zur Aufnahme einer elektrischen Maschine eingerichtet ist, sowie einen zweiten Aufnahmeraum, der in einem Vorderachsbereich des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und zur Aufnahme einer elektrischen Maschine eingerichtet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge bestimmter Modellreihen eines Fahrzeugherstellers (so genannte Derivate) bekannt, bei denen nach kundenspezifischem Wunsch entweder nur die Räder einer Achse (d.h. die Räder der Vorderachse oder die Räder der Hinterachse) oder die Räder beider Achsen von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden. Somit können diese Kraftfahrzeuge wahlweise in der zweiradangetriebenen Variante abhängig vom Antriebskonzept mit einem Hinterradantrieb beziehungsweise mit einem Vorderradantrieb oder in der vierradangetriebenen Variante mit einem Allradantrieb, bei dem alle vier Räder angetrieben werden können, konfiguriert werden. Um Entwicklungskosten einzusparen, werden derartige Kraftfahrzeuge in der Regel parallel zueinander entwickelt und unterscheiden sich somit in erster Linie durch die Anzahl der angetriebenen Räder.
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Bei konventionell mittels einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugen kann der zusätzliche Antrieb der Räder einer zweiten Achse zum Beispiel durch eine Integration einer zusätzlichen Kardanwelle sowie eines Verteilergetriebes (Differentials) zusammen mit diesem zugeordneten Seitenwellen realisiert werden. Im Hinblick auf das Crashverhalten des Kraftfahrzeugs sind die vorstehend genannten zusätzlichen Komponenten des Allradantriebs von Bedeutung und somit bei der konstruktiven Ausgestaltung der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs grundsätzlich zu berücksichtigen. In der Regel sind diese zusätzlichen Komponenten nicht besonders voluminös und somit im Crashfall potentiell blockbildend.
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Wenn das Kraftfahrzeug rein elektrisch angetrieben wird, kann ein Allradantrieb auf andere Weise technisch realisiert werden. Bei zweiradangetriebenen Derivaten des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird eine elektrische Maschine in einem ersten Aufnahmeraum im Bereich einer ersten der beiden Fahrzeugachsen (beispielhaft im Bereich der Hinterachse) untergebracht, welche die Räder dieser Achse antreiben kann. Bei Derivaten mit Vierradantrieb wird zusätzlich eine weitere elektrische Maschine in einem zweiten Aufnahmeraum im Bereich einer zweiten der beiden Fahrzeugachsen (in diesem Beispiel im Bereich der Vorderachse) untergebracht, so dass auch die Räder dieser zweiten Fahrzeugachse angetrieben werden können. Durch das Vorsehen zweier elektrischer Maschinen wird dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug eine höhere Antriebsleistung zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus ergeben sich daraus auch fahrdynamische Vorteile. Im Crashfall wirken die elektrischen Maschinen als Blockbildner und können Deformationen wirksam verringern.
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In der Publikation „
Dream Day: 2018 Porsche 911 GT2 RS and 2020 Porsche Mission E" (Autor: Georg Kacher, erschienen in: „Automobile Mag", 27.12.2017, 1-11; https://www.automobilemag.com/news/dream-day-2018-porsche-911-gt2-rs-and-2020-porsche-mission-e/) wird ein Kraftfahrzeug offenbart, welches rein elektrisch angetrieben ist und wahlweise als zweiradangetriebenes oder als vierradangetriebenes Kraftfahrzeug konfigurierbar ist. In einer ersten (zweiradangetriebenen) Konfiguration weist das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine auf, die in einem Hinterachsbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. In einer zweiten (vierradangetriebenen) Konfiguration weist das Kraftfahrzeug eine erste elektrische Maschine, die in einem Hinterachsbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, sowie eine zweite elektrische Maschine, die in einem Vorderachsbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, auf.
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Bei zweiradangetriebenen Derivaten elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge mit Hinterachsantrieb, bei denen nur die Räder der Hinterachse angetrieben werden, bildet der zweite Aufnahmeraum im Bereich der Vorderachse einen Hohlraum, da bei diesen Derivaten dort keine elektrische Maschine vorhanden ist. Dieses kann sich negativ auf das Crashverhalten des Kraftfahrzeugs auswirken. Denn die dort nicht vorhandene elektrische Maschine fehlt im Falle eines Frontalaufpralls in einem Lastpfad. Dieses kann unter Umständen zur Folge haben, dass oberhalb des Aufnahmeraums liegende Bauteile beziehungsweise Bauteilgruppen, die im Falle eines vierradabgetriebenen Derivats des Kraftfahrzeugs gewissermaßen „im Schatten“ der blockbildenden elektrischen Maschine liegen, im Crashfall einer stärkeren mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Darüber hinaus verändern sich aufgrund der fehlenden elektrischen Maschine im ansonsten im Wesentlichen identisch aufgebauten Vorderwagen des zweiradangetriebenen Derivats des Kraftfahrzeugs auch die Kennlinie des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Insassenbeschleunigung im Crashfall und die Auslegung entsprechender Rückhaltesysteme. Unter Umständen kann es aufgrund abweichender Lastpfade auch zu lokalen Intrusionen in eine Fahrgastzelle der Karosseriestruktur kommen.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art, das wahlweise als zweiradangetriebenes oder als vierradangetriebenes Kraftfahrzeug konfigurierbarbar ist, zur Verfügung zu stellen, mittels derer das Crashverhalten eines zweiradangetriebenen Derivats des Kraftfahrzeugs auf einfache Weise verbessert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Karosseriestruktur der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Karosseriestruktur zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Konfiguration des Kraftfahrzeugs als zweiradangetriebenes Kraftfahrzeug in einem der beiden Aufnahmeräume eine elektrische Maschine untergebracht ist und in dem anderen der beiden Aufnahmeräume eine Antriebsvorrichtungsersatzstruktur untergebracht ist, die zumindest einen Teil eines Volumens des betreffenden Aufnahmeraums einnimmt und so ausgebildet ist, dass sie im Crashfall blockbildend wirkt. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, bei einem zweiradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeugs in demjenigen Aufnahmeraum, innerhalb dessen keine elektrische Maschine untergebracht ist, zusätzlich eine Antriebsvorrichtungsersatzstruktur, die vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, vorzusehen. Diese nimmt zumindest einen Teil des Volumens des betreffenden Aufnahmeraums ein und wirkt im Crashfall blockbildend, so dass sie . das Crashverhalten des Kraftfahrzeugs auf einfache Weise signifikant verbessern kann. Unter dem Aspekt der Crashsicherheit übernimmt die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur somit die Funktion der elektrischen Maschine, die bei einem vierradangetriebenen Derivat in dem betreffenden Aufnahmeraum untergebracht ist, als Blockbildner.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur innerhalb des betreffenden Aufnahmeraums an Lager- und Anbindungspunkten angebracht ist, die für eine Anbringung einer elektrischen Maschine in diesem Aufnahmeraum eingerichtet sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die bei einem vierradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeugs für die Montage der in dem betreffenden Aufnahmeraum unterzubringenden elektrischen Maschine vorgesehenen Lager- und Anbindungspunkte auch für die die Anbringung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur bei einem zweiradangetriebenen Derivat verwendet werden können, so dass in vorteilhafter Weise neben den ohnehin vorhandenen Lager- und Anbindungspunkten für die elektrische Maschine in dem betreffenden Aufnahmeraum keine zusätzlichen Lager- und Anbindungspunkte für die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur, die ausschließlich für die Anbindung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur eingerichtet sind, vorgesehen werden müssen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur als im Wesentlichen käfigartige Struktur ausgebildet ist. Diese käfigartige Ausgestaltung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur hat den Vorteil, dass die Masse der. Antriebsvorrichtungsersatzstruktur zum Beispiel im Vergleich zu einem Vollkörper aus einem Vollmaterial, der das Volumen des betreffenden Aufnahmeraums im Wesentlichen ausfüllt, erheblich geringer ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur eine Mehrzahl stoffschlüssig miteinander verbundener, insbesondere miteinander verschweißter, Profile umfassen. Vorzugsweise können die Profile als Hohlprofile, insbesondere als Vierkant-Hohlprofile ausgebildet sein. Die Verwendung von Hohlprofilen ist unter dem Aspekt der Massereduzierung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur vorteilhaft.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur eine Mehrzahl stoffschlüssig miteinander verbundener, insbesondere miteinander verschweißter, Rohre umfasst. Daraus ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der Verwendung von Hohlprofilen zur Herstellung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur aus einer Mehrzahl von Blechen in Form eines Schubfeldes gebildet sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass an der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur ein oder mehrere Zusatzaggregate des Kraftfahrzeugs angebracht sind. Ein Beispiel für ein derartiges Zusatzaggregat ist ein elektrischer Klimaanlagenkompressor. Bei einem vierradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeugs werden häufig ein oder mehrere Zusatzaggregate an der elektrischen Maschine angebracht, die innerhalb des Aufnahmeraums untergebracht ist, in dem sich bei dem zweiradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeugs die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur befindet. Diese Ausführungsform, bei der diese Zusatzaggregate an der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur angebracht sind, hat insbesondere den Vorteil, dass für die Zusatzaggregate kein zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden muss.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur mittels einer Anzahl von Gummilagermitteln innerhalb des betreffenden Aufnahmeraums gelagert ist. Die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur muss also nicht zwingend starr an der Karosseriestruktur befestigt sein, insbesondere mit dieser verschraubt sein. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ein öder mehrere Zusatzaggregate an der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur angebracht sind. Da diese Art der Anbindung im Crashfall zu einer stärkeren initialen Bewegung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur führt, kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass im Bereich desjenigen Aufnahmeraums, innerhalb dessen die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur untergebracht ist, ein vorderer Anschlag und ein hinterer Anschlag ausgebildet sind, zwischen denen sich die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur erstreckt. Die beiden Anschläge können fahrwerksfest oder rohbaufest ausgebildet sein und so gestaltet sein, dass übermäßige Relativbewegungen sowie ein Verkippen der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur im Crashfall verhindert werden können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
- 1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosseriestruktur, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt ist, nach einer Frontalkollision mit einer Barriere,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform einer Antriebsvorrichtungsersatzstruktur,
- 3 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform einer Antriebsvorrichtungsersatzstruktur, die auf Gummilagermitteln gelagert ist, vor einer Frontalkollision mit einer Barriere,
- 4 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur gemäß 3 während einer Frontalkollision mit der Barriere.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist dort ein Teil eines Kraftfahrzeugs 100 dargestellt, welches eine Karosseriestruktur 1 aufweist, die gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Die Karosseriestruktur 1 kann zur Herstellung unterschiedlicher Derivate des Kraftfahrzeugs 100, welches rein elektrisch angetrieben ist, verwendet werden. Bei diesen Derivaten handelt es sich einerseits um zweiradangetriebene und andererseits um vierradangetriebene Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs 1. Diese unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch die unterschiedlichen Antriebskonzepte.
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Bei dem in 1 dargestellten Kraftfahrzeug 100 handelt es sich um ein zweiradangetriebenes Derivat, bei dem eine hier nicht dargestellte elektrische Maschine zusammen mit einem Getriebe sowie leistungselektronischen Komponenten im Heck der Karosseriestruktur 1 in einem ersten Aufnahmeraum im Bereich einer Hinterachse angeordnet ist, so dass die beiden Hinterräder des Kraftfahrzeugs 100 von der elektrischen Maschine angetrieben werden können.
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Die Karosseriestruktur 1 weist einen Vorderwagen 10 und eine sich in Fahrzeuglängsrichtung daran anschließende Fahrgastzelle 11 auf. Innerhalb des Vorderwagens 10 ist ein zweiter Aufnahmeraum 12 vorgesehen, der so ausgebildet ist, dass darin eine zusätzliche elektrische Maschine zusammen mit einem Getriebe sowie leistungselektronischen Komponenten aufgenommen werden kann, um bei einem Derivat des Kraftfahrzeugs 100 mit Vierradantrieb zusätzlich auch die Vorderräder 2 des Kraftfahrzeugs 1 antreiben zu können.
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Da es sich bei dem hier gezeigten Derivat des Kraftfahrzeugs 100 jedoch um die zweiradangetriebene Variante handelt, ist in diesem zweiten Aufnahmeraum 12 keine elektrische Maschine zusammen mit den zugehörigen Komponenten, wie zum Beispiel einem Getriebe sowie leistungselektronischen Komponenten angeordnet. Dieses Fehlen der elektrischen Maschine kann sich negativ auf das Crashverhalten des Kraftfahrzeugs 100 bei einem Frontalcrash mit einer Barriere 3 auswirken. Denn die im zweiten Aufnahmeraum 12 nicht vorhandene elektrische Maschine fehlt im Falle eines Frontalcrashs des Kraftfahrzeugs 100 in einem entsprechenden Lastpfad. Dieses kann unter Umständen zur Folge haben, dass oberhalb des zweiten Aufnahmeraums 12 liegende Bauteile 5 beziehungsweise Bauteilgruppen, die im Falle eines vierradabgetriebenen Derivats „im Schatten“ der blockbildenden elektrischen Maschine liegen, im Crashfall einer stärkeren Beanspruchung ausgesetzt sind. Darüber hinaus verändern sich aufgrund der fehlenden elektrischen Maschine im ansonsten identisch aufgebauten Vorderwagen 10 des zweiradangetriebenen Derivats des Kraftfahrzeugs 100 auch die Kennlinie des Kraftfahrzeugs im Hinblick auf die Insassenbeschleunigung im Crashfall und die Auslegung entsprechender Rückhaltesysteme.
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Um diesem Problem abzuhelfen, wird vorgeschlagen, dass bei einem zweiradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeugs 100 innerhalb des zweiten Aufnahmeraums 12 eine Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4, die aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, angeordnet ist. Diese Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 fungiert als Blockbildner und bildet bei einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs 100 mit der Barriere 3 einen Lastpfad aus, der im Wesentlichen demjenigen eines vierradangetriebenen Derivats des Kraftfahrzeugs 100 entspricht, bei dem innerhalb des zweiten Aufnahmeraums 12 eine elektrische Maschine angeordnet ist. Wie in 1 zu erkennen, werden im Falle einer Frontalkollision mit der Barriere 3 ein oder mehrere zu schützende Bauteile 5 (in 1 schematisch vereinfacht . durch ein Rechteck dargestellt) durch die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 vor zu hohen mechanischen Belastungen geschützt, da die Deformationen des Vorderwagens 10 verringert werden können.
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Die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 wird vorzugsweise an den ohnehin bereits vorhandenen Lager- und Anbindungspunkten für die elektrische Maschine innerhalb des zweiten Aufnahmeraums 12 angebracht, so dass für die Anbindung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 an die Karosseriestruktur 1 keine zusätzlichen Lager- und Anbindungspunkte bereitgestellt werden müssen. Vorzugsweise kann die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 mit der Karosseriestruktur 100 verschraubt sein.
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Eine mögliche Ausführungsform der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 ist in 4 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 ist hierbei als käfigartige Struktur aus einer Mehrzahl stoffschlüssig miteinander verbundener, insbesondere miteinander verschweißter, Vierkant-Hohlprofile 40, 41 ausgebildet. Diese käfigartige Struktur weist eine hohe Stabilität auf und kann das Volumen des zweiten Aufnahmeraums 12 zumindest teilweise ausfüllen. Im Vergleich zu einer (grundsätzlich möglichen) Verwendung von Vierkant-Vollprofilen haben Vierkant-Hohlprofile 40 den Vorteil, dass sie eine geringere Masse aufweisen und trotzdem eine hohe mechanische Stabilität liefern. Alternativ können anstelle der Vierkant-Hohlprofile 40 auch Rohre mit einem kreisrunden Querschnitt verwendet werden, um die käfigartige Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 zu bilden. Die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 kann in einer weiteren alternativen Ausgestaltung auch aus einer Mehrzahl von Blechen in Form eines Schubfeldes hergestellt sein.
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Ferner besteht die Möglichkeit, dass an der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 ein oder mehrere Zusatzaggregate, wie zum Beispiel ein elektrischer Klimaanlagenkompressor, angebracht sind, die bei einem vierradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeug 100 an der dort innerhalb des zweiten Aufnahmeraums 12 untergebrachten elektrischen Maschine angebracht sind. Dieses hat den Vorteil, dass der Anbringungsort dieser Zusatzaggregate bei einem zweiradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeugs 100 im Wesentlichen dem Anbringungsort der betreffenden Zusatzaggregate bei einem vierradangetriebenen Derivat des Kraftfahrzeugs 100 entspricht, so dass bei dem zweiradabgetriebenen Derivat kein zusätzlicher Bauraum für diese Zusatzaggregate bereitgestellt werden muss.
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Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 fest mit der Karosseriestruktur 1 verbunden, insbesondere mit dieser verschraubt ist. Insbesondere aufgrund der Zusatzaggregate, die an der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 zusätzlich angebracht sein können, kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 auf Gummilagermitteln 6, 7 zu lagern. Diese Situation ist in 3 und 4 gezeigt. Die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 ist auf Gummilagermitteln 6, 7 angeordnet, die in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) voneinander beabstandet sind. Eine derartige Lagerung führt im Falle eines Frontalaufpralls initial zu einer stärkeren Relativbewegung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 relativ zur Karosseriestruktur 1. Um diese Relativbewegung im Crashfall, in dem die Gummilagermittel 6, 7 nachgeben, zu begrenzen sowie darüber hinaus auch ein Verkippen der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 zu verhindern, sind ein vorderer Anschlag 8 und ein hinterer Anschlag 9 vorgesehen, zwischen denen sich die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 erstreckt. Die beiden Anschläge 8, 9 können fahrwerksfest oder karosseriefest ausgebildet sein. Wie in 4 zu erkennen, ist der hintere Anschlag 9, der einen umgekehrt L-förmigen Querschnitt aufweist, dazu in der Lage die Translationsbewegung der Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 in Längsrichtung (x-Richtung) zu begrenzen. Ein oberer, nach vorne weisender Schenkel 90 des hinteren Anschlags 9 verhindert, dass sich die Antriebsvorrichtungsersatzstruktur 4 in vertikaler Richtung nach oben heraushebt.
