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Die Erfindung betrifft eine Vorderwagenstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit einem Motorraum zur Aufnahme eines Antriebsaggregats, welches über antriebsmomentübertragende Wellen mit Vorderrädern verbunden ist.
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In Kraftfahrzeugen mit einem in der Vorderwagenstruktur verbauten Antriebsaggregat können bei einem Frontalaufprall die Insassen und das Fahrzeug großen Verzögerungskräften ausgesetzt sein. Während des Aufpralls unterliegt das Antriebsaggregat aufgrund seiner großen Masse den höchsten Verzögerungskräften, wodurch eine relativ große Verlagerung in Richtung der Fahrgastzelle erfolgt. Dabei ist es bekannt, die Frontpartie des Fahrzeugs in bestimmter Weise deformierbar auszubilden, so dass ein energieaufnehmender Effekt erzielt wird, um ein Eindringen des Antriebsaggregats in den Fahrgastraum über die Stirnwand der Fahrzeugkarosserie zu verhindern.
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Die
DE 10 2017 008 883 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einem Übertragungselement zur Übertragung von Kräften im Crashfall eines Fahrzeugs. Dieses Übertragungselement ist auf beiden Seiten des Fahrzeugs gegenüber einer Gelenkwelle eines Fahrwerks derart gelagert, dass es im Crashfall von der Gelenkwelle beaufschlagt und rotiert wird und hierbei eine durch den Crash ausgelöste Bewegung eines Aggregats, bspw. einer elektrischen Antriebsmaschine hemmt.
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Aus der
DE 10 2014 001 089 B4 ist ein Fahrzeug mit einer Vorderwagenstruktur bekannt, welche Längsträger und seitlich angeordnete Radhäuser zur Aufnahme von Fahrzeugrädern aufweist und bei welcher in einen in Fahrzeugrichtung gesehen vor einem Fahrzeugrad liegenden Raum ein mit der Vorderwagenstruktur verbundener Kopplungsträger ragt. Der Kopplungsträger ist derart deformierbar und/oder schwenkbar mit der Vorderwagenstruktur verbunden, dass bei einer Frontalkollision mit geringer Überdeckung ein kollisionsbedingter Krafteintrag auf das fahrzeugradseitige Ende des Kopplungsträgers dessen Deformation und/oder Verschwenken in eine das fahrzeugradabgewandte Ende des Kopplungsträgers mit einem Antriebsaggregat und/oder eines Getriebes und/oder einer Antriebswelle des Fahrzeugs bringende kraftschlüssige Wirkverbindung mit einer in Fahrzeugquerrichtung gerichteten Kraftkomponente bewirkt.
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Aus der
EP 0 854 067 A1 ist eine Motorraumanordriung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchem ein mit radführenden Fahrwerksbauteilen verbundener Hilfsrahmen an einem Fahrzeugaufbau über zwei jeweils Sollbruchstellen aufweisende Haltearme befestigt ist und Gelenkwellen von einem Antriebsdifferenzial zu den Vorderrädern derart in Fahrtrichtung vor den Haltearmen angeordnet sind, dass die Haltearme bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs durch eine Rückwärtsbewegung der Gelenkwellen gegenüber dem Hilfsrahmen abtrennbar ausgebildet sind. Mit dem Brechen bzw. Reißen der Haltearme aufgrund der Rückverlagerung der Gelenkwellen kann der Hilfsrahmen nach unten wegfallen, wodurch im Motorraum ein Freiraum gebildet wird, der als Deformationszone dient, ohne dass Bauteile aus dem Motorraum in die Fahrgastzelle gedrückt werden.
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Ferner ist es aus der
DE 43 26 396 A1 bekannt, ein Antriebsaggregat im Motorraum einer Vorderwagenstruktur derart anzuordnen, dass bei einem Frontalaufprall das Antriebsaggregat von der Vorderwagenstruktur gelöst und mittels einer Gleitfläche im Bereich der Stirnwand nach unten verschoben wird, ohne in die Fahrgastzelle einzudringen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorderwagenstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit einem Motorraum zur Aufnahme eines mit Vorderrädern über antriebsmomentübertragende Wellen verbundenes Antriebsaggregats anzugeben, mit welcher im Falle eines Frontalaufpralls das Eindringen des Antriebsaggregats und/oder von dem Antriebsaggregat zugehörigen Aggregaten und Bauteilen zu verhindern.
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Eine solche Vorderwagenstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit einem Motorraum zur Aufnahme eines über antriebsmomentübertragende Wellen mit Vorderrädern verbundenen Antriebsaggregats zeichnet sich durch ein in Fahrtrichtung gesehen jeweils hinter den antriebsmomentübertragenden Wellen karosseriefest angeordneten Abstützelement aus, welches eine Abstützfläche zum Abstützen der antriebsmomentübertragenden Welle bei einer unfallbedingten Rückverlagerung des Antriebsaggregats aufweist, wobei die Abstützfläche des Abstützelementes zum einen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet und zum anderen gegenüber der Fahrzeughochrichtung derart geneigt ist, dass die an der Abstützfläche anliegende antriebsmomentübertragende Welle nach oben in Fahrzeughochrichtung gedrückt wird.
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Bei einer solchen Vorderwagenstruktur werden bei einem Frontalaufprall die antriebsmomentübertragenden Wellen entgegen der Fahrtrichtung verlagert und von den karosseriefest angeordneten Abstützelementen aufgefangen, d. h. abgestützt, wodurch zum einen Crashenergie abgebaut und bei einer Abstützung der antriebsmomentübertragenden Wellen an den Abstützelementen ein neuer Lastpfad in die Fahrzeugkarosserie gebildet wird. Aufgrund des Energieabbaus und des Entstehens des neuen Lastpfades in die Fahrzeugkarosserie wird eine Rückverlagerung des Antriebsaggregats und zugehöriger Package-Bauteile in Richtung der Fahrgastzelle verhindert.
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Mit der Ausrichtung der Abstützfläche des Abstützelementes in Fahrzeugquerrichtung und in einer Neigung zur Fahrzeughochrichtung wird sichergestellt, dass die antriebsmomentübertragenden Wellen funktionssicher von der Abstützfläche aufgefangen werden.
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Auch bei einem Offset-Crash (teilüberdeckter Frontalaufprall) zeigt sich die vorteilhafte Eigenschaften dieser erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur, da auch diesem Fall eine Abstützung und Krafteinleitung in das von dem Offset-Crash betroffene Abstützelement erfolgt.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur besteht darin, dass die von Längsträgern der Vorderwagenstruktur gebildete Hauptlastebene bei einem Frontalaufprall entlastet wird und aufgrund einer verminderten Rückverlagerung ein vergrößerter nutzbarer Packageraum entsteht.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand zwischen der Abstützfläche des Abstützelementes und der antriebsmomentübertragenden Welle kleiner ist als der rückwärtige Abstand des Antriebsaggregats zu einer Stirnwand der Fahrzeugkarosserie. Damit wird sichergestellt, dass eine Rückverlagerung des Antriebsaggregats in Richtung der Stirnwand nur minimal erfolgen kann.
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Weiterhin ist es nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das Abstützelement an einem längskraftübertragenden Bauteil der Vorderwagenstruktur oder der Fahrzeugkarosserie, also bspw. an einem Längsträger angeordnet. Dies führt zu einem konstruktiv geringen Aufwand. Alternativ ist das Abstützelement einstückig mit einem längskraftübertragenden Bauteil der Vorderwagenstruktur oder der Fahrzeugkarosserie, bspw. mit einem Längsträger ausgebildet, wodurch die Anzahl der zu montierenden Bauteile nicht erhöht wird.
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Schließlich ist nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die antriebsmomentübertragende Welle als Gelenkwelle ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorderwagenstruktur in einer Unter- und Seitenansicht, 2 eine schematische Darstellung der Vorderwagenstruktur nach 1 nach einem Frontalcrash in einer Unter- und Seitenansicht, und
- 3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorderwagenstruktur in einer Seitenansicht.
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In der Unteransicht der 1a und 2a ist eine Vorderwagenstruktur 1 einer nur angedeuteten Fahrzeugkarosserie 10 mit einem linken Längsträger 7.1 und einem rechten Längsträger 7.2, die jeweils an einer Stirnwand 8 der Fahrzeugkarosserie 10 gekoppelt sind, dargestellt, wobei zwischen den beiden Längsträgern 7.1 und 7.2 als längskraftübertragende Bauteile 7 ein Motorraum 2 zur Aufnahme eines Antriebsaggregats 3 mit einem in Fahrtrichtung F vor dem Antriebsaggregat 3 angeordneten Motorraum-Package 3.1 vorhanden ist. Als Motorraum-Package 3.1 wird die Anordnung von Aggregaten, wie bspw. Kühlaggregate, Lüfter usw. angesehen.
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Das Antriebsaggregat 3 ist über antriebsmomentübertragende Wellen 5 mit Vorderrädern 4.1 und 4.2 verbunden. So ist das linke Vorderrad 4.1 mit einer Gelenkwelle 5.1 als antriebsmomentübertragende Welle 5 mit dem Antriebsaggregat 3 und das rechte Vorderrad 4.2 mit einer Gelenkwelle 5.2 als antriebsmomentübertragende Welle 5 mit dem Antriebsaggregat 3 verbunden.
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Des Weiteren ist in Fahrtrichtung F gesehen hinter den Gelenkwellen 5.1 und 5.2 jeweils ein Abstützelement 6.1 und 6.2 angeordnet, die jeweils mit dem als Längsträger 7.1 bzw. 7.2 ausgebildeten längskraftübertragenden Bauteil 7 kraftschlüssig verbunden sind. So ist hinter der linken Gelenkwelle 5.1 ein linkes Abstützelement 6.1 und hinter der rechten Gelenkwelle 5.2 ein rechtes Abstützelement 6.2 angeordnet.
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Wie aus der Seitenansicht gemäß 1b ersichtlich ist, sind diese Abstützelemente 6.1 und 6.2 jeweils in der Höhe der Gelenkwellen 5.1 und 5.2 angeordnet, so dass bei einer durch einen Frontalaufprall der Fahrzeugkarosserie 10 initiierten Rückverlagerung der linken und der rechten Gelenkwelle 5.1 und 5.2 entgegen der Fahrtrichtung F dieselben an einer Abstützfläche 6.10 des linken Abstützelementes 6.1 und an einer Abstützfläche 6.20 des rechten Abstützelementes 6.2 abgestützt werden, wie dies in den 2a und 2b schematisch dargestellt ist und nachfolgend erläutert werden soll.
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Bei einem Frontalaufprall der Fahrzeugkarosserie 10 auf ein stehendes Hindernis oder auf ein anderes Fahrzeug als Kollisionspartner entsteht eine Deformationsfront D die schematisch in 1 dargestellt ist, jedoch noch, nicht in die Fahrzeugstruktur eingedrungen ist.
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Die 2a und 2b zeigen den Zustand des Vorderwagens 1 zu einem späteren Zeitpunkt, in welchem die Deformationsfront D in die Fahrzeugstruktur eingedrungen ist und bereits zu einer Stauchung der Längsträger 7.1 und 7.2 und zu einer Rückverlagerung des Antriebsaggregats 3 durch das diesem vorgelagerte Motorraum-Package 3.1 in Richtung R geführt hat. Diese Rückverlagerung führt jedoch nicht zu einem Eindringen des Antriebsaggregats 3 in die Stirnwand 8, da mit Beginn der Rückverlagerung des Antriebsaggregats 3 die linke und rechte Gelenkwelle 5.1 und 5.2 ebenso rückverlagert werden, dabei auf die Abstützflächen 6.10 und 6.20 der Abstützelemente 6.1 und 6.2 auftreffen und von denselben abgestützt werden.
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Die Abstützflächen 6.10 und 6.20 erstrecken sich als Ebene jeweils in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und mit einem Winkel α geneigt gegenüber der Fahrzeughochrichtung (z-Richturig), so dass die Ebene nach oben in Fahrzeughochrichtung nach hinten, also entgegen der Fahrtrichtung F geneigt ist. Mit dieser schrägen Ebene der Abstützflächen 6.10 und 6.20 wird mit dem Auftreffen der Gelenkwellen 5.1 und 5.2 auf die Abstützelemente 6.1 und 6.2 auch eine in Fahrzeughochrichtung nach oben wirkende Abstützkraft auf die Gelenkwellen 5.1 und 5.2 erzeugt und dadurch die Krafteinleitung in die Längsträger 7.1 und 7.2 verbessert, da mit dem Auftreffen der Gelenkwellen 5.1 5.2 auf die Abstützelemente 6.1 und 6.2 ein neuer Lastpfad L (vgl. 2a) gebildet wird, über den gleichzeitig auch ein Crashenergieabbau erfolgt.
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Wie aus 1a zu erkennen ist, ist der Abstand a zwischen der Abstützfläche 6.10 bzw. 6.20 des Abstützelementes 6.1 bzw. 6.2 und der Gelenkwelle 5.1 bzw. 5.2 kleiner ist als der rückwärtige Abstand A des Antriebsaggregats 3 zu der Stirnwand 8 der Fahrzeugkarosserie 10. Damit kann dieser Abstand A kleiner gewählt werden als bei einer Vorderwagenstruktur 1 ohne Abstützelemente 6.1 und 6.2, so dass mehr nutzbarer Packageraum, der ansonsten für die Rückverlagerung freigehalten werden müsste, entsteht.
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Die 3 zeigt eine konkrete Ausführung einer nur teilweise dargestellten Vorderwagenstruktur 1 einer Fahrzeugkarosserie 10 in einer Seitenansicht. In dieser Darstellung ist ein Längsträger 7.1 als längskraftübertragendes Bauteile 7 der Vorderwagenstruktur 1 mit einer Stirnwand 8 kraftschlüssig verbunden. Im Bereich der Stirnwand 8 ist auch ein Stirnwandquerträger 9 angeordnet. Ferner ist unterhalb des Längsträgers 7.1 eine Gelenkwelle 5.1 als antriebsmomentübertragende Welle 5 in Fahrtrichtung F gesehen vor einem Abstützelement 6.1 mit einer Abstützfläche 6.10 angeordnet. Dieses Abstützelement 6.1 an einer gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) schräg verlaufenden Fläche des Längsträgers 7.1 angeordnet und weist in der x-z-Ebene einen dreiecksförmigen Querschnitt auf.
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Dieses Abstützelement 6.1 dient ebenso in der anhand den 1 und 2 beschriebenen Weise zum Abstützen der aufgrund eines Frontalaufpralls rückverlagerten Gelenkwelle 5.1 an der Abstützfläche 6.10. Damit entsteht bei an der Abstützfläche 6.10 anliegender Gelenkwelle 5.1 ein Lastpfad über den Längsträger 7.1 in die Karosseriestruktur der Fahrzeugkarosserie 10.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorderwagenstruktur der Fahrzeugkarosserie 10
- 2
- Motorraum des Vorderwagens 1
- 3
- Antriebsaggregat
- 3.1
- Motorraum-Package
- 4.1
- linkes Vorderrad
- 4.2
- rechtes Vorderrad
- 5
- antriebsmomentübertragende Welle
- 5.1
- linke Gelenkwelle als antriebsmomentübertragende Welle 5
- 5.2
- rechte Gelenkwelle als antriebsmomentübertragende Welle 5
- 6.1
- linkes Abstützelement
- 6.10
- Abstützfläche des linken Abstützelementes 6.1
- 6.2
- rechtes Abstützelement
- 6.20
- Abstützfläche des rechten Abstützelementes 6.2
- 7
- längskraftübertragendes Bauteil des Vorderwagens 1 oder der Fahrzeugkarosserie 10
- 7.1
- linker Längsträger des Vorderwagens 1
- 7.2
- rechter Längsträger des Vorderwagens 1
- 8
- Stirnwand der Fahrzeugkarosserie 10
- 9
- Stirnwandquerträger
- 10
- Fahrzeugkarosserie
- A
- Abstand
- a
- Abstand
- D
- Deformationsfront
- F
- Fahrtrichtung
- R
- Richtungspfeil
- L
- Lastpfad
