DE102019201375B4

DE102019201375B4 - Vordere Rahmenstruktur mit Aufprallstruktur für ein Chassis eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102019201375B4
Application number: DE102019201375.9A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Schantl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: DE102019201375A1

Abstract

Vordere Rahmenstruktur (10) für ein Chassis (11) eines Elektrofahrzeugs mit
wenigstens zwei Längsträgern (12a, 12b),
wenigstens einem Querträger (26), der die beiden Längsträger (12a, 12b) miteinander verbindet, und
einer Aufprallstruktur (18),
wobei die Aufprallstruktur (18) aufweist:
wenigstens eine vor dem Querträger (26) angeordnete Querstrebe (20) und
wenigstens zwei Seitenstreben (24a, 24b), wobei die Seitenstreben (24a, 24b) derart zwischen der Querstrebe (20) und den Längsträgern (12a, 12b) angeordnet sind, dass auf die Querstrebe (20) wirkende Kräfte direkt auf die Längsträger (12a, 12b) übertragen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrebe (20) mit einem Abstand (AB) vor jeweiligen vorderen Enden (22a, 22b) der Längsträger (12a, 12b) angeordnet ist und dass die Querstrebe (20) und die beiden Seitenstreben (24a, 24b) bezogen auf eine Fahrzeughöhenrichtung auf gleicher Höhe wie die Längsträger (12a. 12b) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine vordere Rahmenstruktur für ein Chassis eines Elekt-rofahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit einer solchen vorderen Rahmenstruktur.
Bei Elektrofahrzeugen sind aufgrund des Wegfalls des Verbrennungsmotors im Vorderwagenbereich des Fahrzeugs veränderte Fahrzeugrahmenkonstruktionen bzw. Chassiskonstruktionen möglich. Auch solche veränderten Rahmenkonstruktionen müssen so ausgelegt sein, dass im Falle von seitlichen oder frontalen Kollisionen eine optimale Verformung der Rahmenkonstruktion ermöglicht ist, so dass Verformungen an oder Einschläge in die Fahrgastzelle möglichst verhindert werden können. Die Rahmenkonstruktionen werden insbesondere unter Berücksichtigung von Anforderungen ausgelegt, die für den Testfall des schrägen Anpralles mit verminderter Überdeckung, dem sogenannten Small Overlap-Fall, gelten.
Aus dem Stand der Technik sind vordere Hilfsrahmen bekannt, die in einer unteren Lenkerebene Fortsätze aufweisen, die in Breitenrichtung des Fahrzeugs seitlich über den jeweiligen Längsträger hinausragen, so dass eine Aufprallstruktur vor einem jeweiligen Vorderrad gebildet wird. Im Falle eines schrägen Anpralls mit verminderter Überdeckung (Small Overlap-Fall) wird lediglich ein Teil der Last über den Hilfsrahmen in das Fahrzeug geleitet, so dass das Risiko des Einschlags des betreffenden Vorderrades in den Fahrgastraum bestehen bleibt. Ferner besteht bei der in Breitenrichtung ausladende Aufprallstruktur das Problem, dass sie einem Lager des Fahrwerks, insbesondere dem sogenannten U1-Lager, in die Quere kommt. Weiter sind Achskonzepte bekannt, die den Bauraum der Fortsätze auf Höhe des Hilfsrahmens in Anspruch nehmen, sogenannte Zugstrebenachsen, die in der unteren Lenkerebene einen in zwei Stablenker aufgelösten Dreieckslenker aufweisen. Einer dieser Stablenker ist üblicherweise genau dort an der Karosserie gelagert (U1-Lager), wo sich eine auf Hilfsrahmenhöhe befindliche SOL-Struktur befinden sollte.
Aus der DE 697 19 744 T2 ist ein modularer Fahrzeugrahmen bekannt, der eine Aufprallstruktur zeigt, bei der sich Seitenstreben von einer Fahrzeugmitte nach oben und zur Seite hin erstrecken, so dass sie zusammen mit einem Querträger ein geneigtes Dreieck bilden. Der Querträger und eine vor dem Querträger angeordnete Querstrebe, an der die beiden Seitenstreben befestigt sind, liegen auf unterschiedlichen Höhen.
Die DE 42 27 668 A1 zeigt einen Fahrzeugvorderbau eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Längsträger nach vorne hin geneigt aufeinander zulaufen und in der Fahrzeugmitte miteinander verbunden sind. Eine Querstrebe, die vor einem Motorquerträger angeordnet ist, ist in der Fahrzeugmitte an den verbundenen Längsträgern abgestützt, so dass die Querstrebe bei einem seitlich versetzten Aufprall abknicken kann.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine vordere Rahmenstruktur anzugeben, bei der die obigen Nachteile vermieden werden können, die Krafteinleitung im Anprallfall verbessert werden kann und die Achsauswahl nicht einschränkt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine vordere Rahmenstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird somit eine vordere Rahmenstruktur für ein Chassis eines Elektrofahrzeugs mit wenigstens zwei Längsträgern, wenigstens einem Querträger, der die beiden Längsträger miteinander verbindet, und einer Aufprallstruktur. Dabei ist vorgesehen, dass die Aufprallstruktur aufweist: wenigstens eine vor dem Querträger angeordnete Querstrebe und wenigstens zwei Seitenstreben, wobei die Seitenstreben derart zwischen der Querstrebe und den Längsträgern angeordnet ist, dass auf die Querstrebe wirkende Kräfte direkt auf die Längsträger übertragen werden.
Die vorgeschlagenen Aufprallstruktur ist somit nicht mit einem Hilfsrahmen verbunden, sondern direkt mit den Längsträgern der Rahmenstruktur bzw. des Chassis des Elektrofahrzeugs. Dies ermöglicht eine verbesserte Krafteinleitung im Falle eines Anpralls mit verminderter Überdeckung. Insbesondere wird einer Kraftübertragung auf das Fahrwerk bzw. auf ein betreffendes Vorderrad verringert oder gar vermieden. Entsprechend können auch unterschiedliche Achskonstruktionen mit einer solchen Aufprallstruktur kombiniert werden, weil die Aufprallstruktur nicht mit der Achsstruktur in unmittelbarer Verbindung steht bzw. an dieser gelagert ist.
Die Seitenstreben können relativ zur Querstrebe geneigt angeordnet sein und sich von einem jeweiligen seitlichen Außenabschnitt der Querstrebe zum jeweiligen Längsträger erstrecken. Die geneigte Anordnung ermöglicht die direkte Krafteileitung von stärker seitlich auf die Aufprallstruktur wirkenden Lasten in die Längsträger.
Die Seitenstreben können derart mit den Längsträgern verbunden sein, dass durch den Querträger, die Seitenstreben und die Querstrebe eine trapezförmige Aufprallstruktur gebildet ist. Hierdurch kann mittels des Querträgers einem Knicken der Längsträger entgegen gewirkt werden, auch wenn über die Seitenstreben Lasten auf die Längsträger übertragen werden.
Die Querstrebe der Aufprallstruktur kann oberhalb oder/und vor einer Kühlereinrichtung angeordnet sein, die mit den Längsträgern oder/und dem Querträger verbunden ist. Eine solche Anordnung der Querstrebe ist insbesondere durch eine veränderte Ausgestaltung der Kühlereinrichtung möglich, weil die Kühlereinrichtung für ein Elektrofahrzeug bzw. für einen auf die Vorderräder wirkenden Elektromotor anders ausgestaltet werden kann, als eine Kühlereinrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Die Seitenstreben können in einem vorderen Endabschnitt ein mit einem seitlichen Endabschnitt der Querstrebe verbundenes Abschlusselement aufweisen. Das Abschlusselement kann dabei mit der betreffenden Seitenstrebe eine Art T-Form bilden, wobei das Abschlusselement dem Querbalken des „T“ entspricht. Das Abschlusselement kann auch eine andere für einen Aufprall günstige Form aufweisen. Beispielsweise kann das Aufprallelement auch gebogen bzw. gekrümmt ausgebildet sein und eine Art Schild bilden. Durch solche Maßnahmen wird beim Anprall verhindert, dass die Seitenstrebe in das Hindernis, bspw. ein anderes Fahrzeug, einschlägt bzw. einbohrt.
Der Querträger kann mit den Längsträgern verschweißt sein. Dies bietet insbesondere strukturelle Vorteile hinsichtlich der Stabilität der Rahmenstruktur.
Alternativ kann der Querträger mit den Längsträgern verschraubt sein, wobei der Querträger Teil eines mit der Rahmenstruktur verbundenen Fahrwerks ist. Eine solche Ausgestaltung bietet ebenfalls die erforderliche Stabilität und hat weitere Vorteile bei der Produktion des Fahrzeugs bzw. bei Servicearbeiten am Fahrzeug.
Zur Lösung der oben erwähnte Aufgabe wird auch ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen mit einer vorderen Rahmenstruktur, wie sie oben beschrieben worden ist.
Das Elektrofahrzeug kann einen im Bereich der vorderen Rahmenstruktur angeordneten Elektromotor und eine im Bereich der vorderen Rahmenstruktur angeordnete Kühlereinrichtung aufweisen, wobei der Querträger in Längsrichtung des Elektrofahrzeugs zwischen der Kühlereinrichtung und dem Elektromotor angeordnet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer vorderen Rahmenstruktur;
2 die gleiche Darstellung wie 1 mit einem strichpunktiert eingezeichneten Stütztrapez;
3 eine vereinfachte perspektivische Ansicht auf die vordere Rahmenstruktur;
4 die gleiche Darstellung wie 3 mit einem strichpunktiert eingezeichneten Stütztrapez.

Die vordere Rahmenstruktur wird nachfolgend unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
In 1 ist eine vereinfachte und schematische Draufsicht und in 2 eine perspektivische Ansicht von schräg vorne auf eine vordere Rahmenstruktur 10 eines Chassis 11 eines Elektrofahrzeugs gezeigt. Die Rahmenstruktur 10 umfasst zwei Längsträger 12a, 12b. Bezogen auf eine Fahrzeuglängsrichtung X ist der Längsträger 12a rechts und der Längsträger 12b links angeordnet. In einem hinteren Bereich sind die beiden Längsträger 12a. 12b mit einer Bodengruppe 14 des Fahrzeugchassis 11 verbunden.
Die Rahmenstruktur 10 umfasst weiter eine Aufprallstruktur 18. Die Aufprallstruktur umfasst eine Querstrebe 20. Die Querstrebe 20 ist bezogen auf eine Höhenrichtung Z des Fahrzeugs etwa auf dem Niveau der Längsträger 12a, 12b angeordnet. Ferner ist die Querstrebe 20 mit einem Abstand AB vor jeweiligen vorderen Enden 22a, 22b der Längsträger 12a, 12b angeordnet.
Die Querstrebe 20 ist durch Seitenstreben 24a, 24b mit den Längsträgern 12a, 12b verbunden. Die Seitenstreben 24a, 24b sind zu den Längsträgern 12a, 12b geneigt angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Seitenstreben 24a, 24b als diagonale Verbindungen ausgebildet zwischen einem jeweiligen Längsträger 12a, 12b und der hierzu im Wesentlichen orthogonal angeordneten Querstrebe 20.
Zwischen den Längsträgern 12a, 12b ist ein Querträger 26 vorgesehen, der die beiden Längsträger 12a, 12b miteinander verbindet. Der Querträger 26 ist insbesondere in einem Bereich vorgesehen, in dem die Seitenstreben 24a, 24b mit ihren jeweiligen hinteren Strebenenden 28a, 28b mit dem Längsträger 12a, 12b verbunden sind. Der Querträger 26 und die Querstrebe 20 können im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein. Durch die Verbindung mittels der geneigt angeordneten Seitenstreben 24a, 24b wird ein Last aufnehmendes Trapez TZ (Stütztrapez) gebildet, das in 2 und 4 strichpunktiert dargestellt ist und zur besseren Sichtbarkeit gekreuzt schraffiert ist.
Die Querstrebe 20 ist im gezeigten Beispiel im Wesentlichen geradlinig ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Querstrebe 20 auch eine zumindest abschnittsweise gebogene Form aufweisen kann. Insbesondere kann die Querstrebe von vorne aus gesehen zumindest abschnittsweise konvex gebogen ausgebildet sein.
An einem jeweiligen vorderen Ende 30a, 30b weisen die Seitenstreben 24a, 24b ein Abschlusselement 32, 32b auf. Das Abschlusselement 32a, 32b und die betreffende Seitenstrebe 24a, 24b bilden eine Art T-Form, können aber auch eine andere für den Crash günstige Form aufweisen. Die Abschlusselemente 32a, 32b weisen eine nach vorne und zur Seite hin geneigte Anprallfläche 34a, 34b auf. Die Anprallfläche 34a, 34b dient einer verbesserten Lastaufnahme und wirkt einem Eindringen der Seitenstreben 24a, 24b in ein Hindernis entgegen. Die Anprallfläche 34a, 34b ist hier im Wesentlichen eben ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass die Anprallfläche gebogen bzw. gekrümmt, insbesondere konvex ausgebildet ist.
Die Querstrebe 20 ist in dem gezeigten Beispiel oberhalb einer Kühleinrichtung 36, insbesondere eines Kühllufteinlasses 36a, des Elektrofahrzeugs angeordnet. Optional kann die Querstrebe 20 auch vor der Kühleinrichtung 36 angeordnet sein. Die Kühleinrichtung 36 ist dabei zwischen den beiden Längsträgern 12a, 12b aufgenommen und an diesen befestigt.
Die Aufprallstruktur 18 mit der Querstrebe 20 und den beiden Seitenstreben 24a, 24b ist bezogen auf eine Fahrzeughöhenrichtung auf im Wesentlichen gleicher Höhe wie die Längsträger 12a. 12b angeordnet. Hierdurch ist die Krafteinleitung im Falle eines Aufpralls mit verminderter Überdeckung (Small Overlap-Fall) verbessert und die wirkenden Lasten können von den Längsträgern 12a, 12b aufgenommen werden.
Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass in den 1 und 3 ein Elektromotor 38 dargestellt ist. Ferner sind einer Lenkung zugeordnete Gelenkverbindungen 40a, 40b ersichtlich. In 3 sind schließlich noch zum Chassis 11 zuordenbare Stützstrukturen 42a, 42b ersichtlich, an denen Federbeine eines zugehörigen Vorderrades abstützbar sind.

Claims

Vordere Rahmenstruktur (10) für ein Chassis (11) eines Elektrofahrzeugs mit wenigstens zwei Längsträgern (12a, 12b), wenigstens einem Querträger (26), der die beiden Längsträger (12a, 12b) miteinander verbindet, und einer Aufprallstruktur (18), wobei die Aufprallstruktur (18) aufweist: wenigstens eine vor dem Querträger (26) angeordnete Querstrebe (20) und wenigstens zwei Seitenstreben (24a, 24b), wobei die Seitenstreben (24a, 24b) derart zwischen der Querstrebe (20) und den Längsträgern (12a, 12b) angeordnet sind, dass auf die Querstrebe (20) wirkende Kräfte direkt auf die Längsträger (12a, 12b) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrebe (20) mit einem Abstand (AB) vor jeweiligen vorderen Enden (22a, 22b) der Längsträger (12a, 12b) angeordnet ist und dass die Querstrebe (20) und die beiden Seitenstreben (24a, 24b) bezogen auf eine Fahrzeughöhenrichtung auf gleicher Höhe wie die Längsträger (12a. 12b) angeordnet sind.
Vordere Rahmenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenstreben (12a, 12b) relativ zur Querstrebe (20) geneigt angeordnet sind und sich von einem jeweiligen seitlichen Außenabschnitt der Querstrebe (20) zum jeweiligen Längsträger (12a, 12b) erstrecken.
Vordere Rahmenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenstreben (24a, 24b) derart mit den Längsträgern (12a, 12b) verbunden sind, dass durch den Querträger (26), die Seitenstreben (24a, 24b) und die Querstrebe (20) eine trapezförmige Aufprallstruktur (18, TZ) gebildet ist.
Vordere Rahmenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrebe (20) oberhalb oder/und vor einer Kühlereinrichtung (36, 36a) angeordnet ist, die mit den Längsträgern (12a, 12b) oder/und dem Querträger (26) verbunden ist.
Vordere Rahmenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenstreben (24, 24b) in einem vorderen Endabschnitt (30a, 30b) ein mit einem seitlichen Endabschnitt der Querstrebe (20) verbundenes Abschlusselement (32a, 32b) aufweisen.
Vordere Rahmenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (26) mit den Längsträgern (12a, 12b) verschweißt ist.
Vordere Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (26) mit den Längsträgern (12a, 12b) verschraubt ist, wobei der Querträger (26) Teil eines mit der Rahmenstruktur verbundenen Fahrwerks ist.
Elektrofahrzeug mit einer vorderen Rahmenstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 8 mit einem im Bereich der vorderen Rahmenstruktur (10) angeordneten Elektromotor (38); einer im Bereich der vorderen Rahmenstruktur angeordnete Kühlereinrichtung (36, 36a), wobei der Querträger (26) in Längsrichtung des Elektrofahrzeugs zwischen der Kühlereinrichtung (36, 36a) und dem Elektromotor (38) angeordnet ist.