DE102020131247A1

DE102020131247A1 - Achse eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102020131247A1
Application number: DE102020131247.4A
Authority: DE
Inventors: Ruben Goldberg; Daniel Laurijssen; Gilbert Schantl; Walter Schmidt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2022-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Achse (10) eines zweispurigen Fahrzeuges mit Einzelradaufhängung, umfassend einen Achsträger (12) an dem ein Stabilisator (34) sowie eine Lenkeinheit angeordnet sind, wobei der Stabilisator (34) und die Lenkeinheit zwei zueinander beabstandete Räder miteinander verbinden, die jeweils über wenigstens einen unteren Querlenker (26) am Achsträger (12) abgestützt sind, und wobei im eingebauten Zustand der Achse (10) der Stabilisator (34) einen sich in Fahrzeugquerrichtung (Y) erstreckenden Mittelteil (38) aufweist und die Lenkeinheit (40) eine sich in Fahrzeugquerrichtung (Y) erstreckende Lenkstange (42) aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Mittelteil (38) des Stabilisators (34) und die Lenkstange (42) der Lenkeinheit (40) im eingebauten Zustand der Achse (10) in einer gleichen vertikalen Ebene angeordnet sind, wobei sie in Fahrzeughochrichtung (Z) dem unteren Querlenker (26) angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das eine vorbeschriebene Achse (10) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Achse für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Fahrzeug mit einer vorbeschriebenen Achse gemäß dem Patentanspruch 10.
Herkömmlicherweise sind bei zweispurigen Fahrzeugen ein unterer Querlenker, eine Lenkeinheit sowie ein Stabilisator in Fahrzeuglängsrichtung meist hinter der Radmitte gruppiert, wobei die Lenkeinheit und der Stabilisator üblicherweise in der gleichen horizontalen Ebene hintereinander und in Fahrzeughochrichtung über einer vom unteren Querlenker definierten horizontalen Ebene angeordnet sind. Elektrofahrzeuge können eine ähnliche Anordnung dieser drei Bauteile aufweisen. Nachteilig ist, dass die herkömmliche Anordnung des Stabilisators und der Lenkeinheit in Fahrzeuglängsrichtung verhältnismäßig viel Bauraum beansprucht.
Die DE 10 2018 205 171 A1 offenbart eine Fahrzeug-Karosseriestruktur, die einen Achsträger einer Vorderachse umfasst. Die Vorderachse trägt eine Antriebskomponente und ist über Anbindungspunkte an der Karosseriestruktur angebunden. Ferner ist die Vorderachse mit einer Funktionseinheit, insbesondere einer Traktionsbatterie, die in Fahrzeuglängsrichtung um einen Längsversatz hinter dem Achsträger im Fahrzeug verbaut ist, verbunden. In einem Frontcrashfall sind die in den Achsträger eingeleiteten Aufprallkräfte unter Bildung eines ersten Lastpfads über die Anbindungspunkte in die Karosseriestruktur einleitbar. Die Karosseriestruktur weist zumindest ein Verbindungsteil auf, das zwischen dem Achsträger und der Funktionseinheit kraftübertragend abgestützt ist und den Längsversatz überbrückt. Das Verbindungsteil bildet einen zweiten Lastpfad, über den die Crashenergie vom Achsträger direkt in die Funktionseinheit eingeleitet wird.
Die DE 10 2016 223 668 A1 offenbart eine Vorderachs-Radaufhängung eines zweispurigen Fahrzeugs mit einem Achsträger, an welchem radführende Lenker in Form einer Spurstange sowie eines Querlenkers und eines Längslenkers abgestützt sind. Der Querlenker ist in einer Horizontalebene in Fahrzeug-Fahrtrichtung betrachtet näher zur Radmitte mit einem Radträger verbunden als die mit ihrem anderen Ende mit einem am Achsträger abgestützten Lenkgetriebe verbundene Spurstange. Ferner weist der Achsträger neben einem möglichst starr mit einem Fahrzeug-Aufbau verbundenen ersten Achsträgerteil einen Zwischenträger auf, der über elastische Lager mit dem Achsträgerteil verbunden ist, wobei am Zwischenträger ein radführender Lenker abgestützt ist. Die Querlenker der beiden Räder sind über eine steifere Lagerung am Zwischenträger abgestützt als deren in einer Horizontalebene in Fahrzeug-Fahrtrichtung betrachtet hinter der Radmitte verlaufende Spurstangen über deren Lenkgetriebe.
Die EP 3 297 891 B1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Achsträger, der wenigstens zwei annähernd in Fahrzeug-Längsrichtung orientierte Längsträger und zumindest einen diese verbindenden Querträger umfasst, die eine erste Baueinheit beschreiben. Der Achsträger dient zur gelenkigen Abstützung für radführende Lenker sowie zur Aufnahme einer elektromotorischen Antriebseinheit für das Fahrzeug. Der Achsträger weist zusätzlich zur ersten Baueinheit eine zweite Baueinheit auf, die zumindest zwei weitere Längsträger, die durch wenigstens einen Querträger verbunden sind, umfasst. Im Einbauzustand des Achsträgers liegt die zweite Baueinheit in Vertikalrichtung betrachtet unterhalb oder oberhalb der ersten Baueinheit und ist mit der ersten Baueinheit lösbar verbunden. An den jeweiligen Baueinheiten ist auf jeder Fahrzeug-Seite zumindest einer der mehreren vorgesehenen radführenden Lenker zumindest teilweise gelenkig abgestützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Achse für ein Fahrzeug derart weiterzubilden, dass eine bauraumgünstig Anordnung der Achsbauteile unter Erfüllung hoher Steifigkeitsanforderungen erzielt ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise setzt sich eine Achse eines zweispurigen Fahrzeuges, die beispielsweise Einzelradaufhängungen aufweist, wenigstens aus einem Verbund eines Achsträgers, eines Stabilisators und einer Lenkeinheit zusammen.
Am Achsträger, auch Hilfsrahmen oder Fahrschemel genannt, sind im eingebauten Zustand zwei in Fahrzeugquerrichtung zueinander beabstandete Räder seitlich angeordnet, die jeweils über wenigstens einen unteren Querlenker karosserieseitig am Achsträger und radseitig am Radträger des Rades angelenkt sind. Die Querlenker sind quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges angeordnet und verlaufen im Wesentlichen horizontal. Herkömmlicherweise sind sie in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Achse angeordnet und bilden eine horizontale, untere Lenkerebene.
Die jeweils seitlich am Achsträger angeordneten Räder sind im eingebauten Zustand über den Stabilisator miteinander verbunden. Der Stabilisator dient zur Reduzierung des Wank und/oder Nickverhaltens des Fahrzeugs. Der Stabilisator kann insbesondere einen in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Mittelteil aufweisen, an dessen Enden jeweils ein Schenkel angeordnet ist, der mittelbar oder unmittelbar mit einer Radaufhängung des jeweiligen Rades verbunden sind. Herkömmlicherweise ist der Stabilisator insbesondere im Bereich der Schenkel mit dem Achsträger verbunden.
Die am Achsträger angeordnete Lenkeinheit verbindet im eingebauten Zustand die beiden Räder der Achse des Fahrzeuges und hat die Aufgabe die Räder in die gewünschte Stellung einzuschlagen, um das Fahrzeug so in die entsprechende Richtung zu lenken. Die Lenkeinheit weist eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Lenkstange auf, an der ein Lenkgetriebe insbesondere koaxial angeordnet sein kann. An den beiden Enden der Lenkstange ist jeweils ein Spurhebel angeordnet, über den die Lenkeinheit mit der Radaufhängung des jeweiligen Rades verbunden ist.
Die Lenkstange der Lenkeinheit und der Mittelteil des Stabilisators sind herkömmlicherweise im Wesentlichen parallel zueinander am Achsträger des Fahrzeuges verbaut, wobei sie in Fahrzeuglängsrichtung meist hintereinander angeordnet sind. D.h. in Fahrzeughochrichtung sind der Stabilisator-Mittelteil und die Lenkstange der Lenkeinheit etwa auf gleicher Höhe oder ungefähr in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet. In Fahrzeuglängsrichtung betrachtet sind der sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Stabilisator-Mittelteil und die sich ebenfalls in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Lenkstange üblicherweise hinter einer Radmitte der Räder angeordnet. Diese bevorzugte Anordnung ergibt sich einerseits durch die von oben erfolgende Montage des Stabilisators und der Lenkeinheit auf dem Achsträger. Andererseits ist die Anordnung bedingt durch die hohen Steifigkeitsanforderungen der jeweiligen Anbindungen des Stabilisators und der Lenkeinheit am Achsträger, die aufgrund der meist beengten Bauraumverhältnisse in der Vorbaustruktur des Fahrzeuges schwierig zu erfüllen sind.
Erfindungsgemäß sind der Mittelteil des Stabilisators und die Lenkstange der Lenkeinheit im eingebauten Zustand der Achse in Fahrzeughochrichtung in einer vertikalen Ebene zueinander angeordnet, wobei sie in Fahrzeughochrichtung über dem unteren Querlenker angeordnet sind. Der Mittelteil des Stabilisators und die Lenkstange verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander, wobei sie in Fahrzeughochrichtung vertikal übereinander sowie vertikal über dem unteren Querlenker bzw. über einer vom Querlenker definierten, im Wesentlichen horizontalen Ebene angeordnet sind. Der Stabilisator, die Lenkung und der Querlenker bilden zusammen eine Baugruppe deren Bauteile vertikal übereinander angeordnet sind. Vorteilhaft an der vertikalen Anordnung der Bauteile der Baugruppe ist, dass die Achse in Fahrzeuglängsrichtung im Vergleich zum Stand der Technik einen geringeren Bauraum beansprucht. Dadurch ist ein kompaktes Package der Vorbaustruktur des Fahrzeuges ermöglicht.
Ferner sind durch die vertikale Anordnung der Lenkstange und des Stabilisator-Mittelteils eine Schenkellänge des Stabilisators und eine Spurhebellänge der Lenkeinheit in vorteilhafter Weise unabhängig voneinander wählbar.
Bevorzugt weist der Achsträger wenigstens zwei Längsträger auf, die über wenigstens einen Querträger miteinander verbunden sind, wobei die Längsträger und/oder Querträger Anbindungspunkte zur Anbindung an eine Karosseriestruktur aufweisen, und wobei der Achsträger eine Antriebseinheit trägt, die zur Übertragung von Antriebskräften auf die Räder der Achse dient. Im eingebauten Zustand der Achse erstrecken sich die Längsträger in Fahrzeuglängsrichtung und die Querträger in Fahrzeugquerrichtung. Der Achsträger ist über Anbindungspunkte, die insbesondere als großvolumige Gummilager ausgebildet sein können, beispielsweise an Bodenlängsträgern der Karosserie angebunden.
Der Achsträger ist ein zentraler Baustein der Vorbaustruktur des Fahrzeuges zur Erfüllung einer Crash-Funktion. Im Falle eines Frontalaufpralls bilden die Längsträger des Achsträgers eine Lastfallebene, über die Aufprallkräfte direkt in die mit dem Achsträger verbundenen Bauteile, z.B. die Bodenlängsträger der Karosserie, eingeleitet sind. Aufgrund der Befestigung des Achsträgers von unten an die Fahrzeugkarosserie, sind eine Verminderung der auftretenden Verformungen im Bodenbereich der Fahrgastzelle und somit eine Verminderung der Verletzungsgefahr im Fußraum erzielt.
Auf dem Achsträger ist eine Antriebseinheit abgestützt, die zur Übertragung von Antriebskräften auf die Räder dient. Der Achsträger dient als Träger für die Antriebseinheit, die insbesondere einen Motor und ein Getriebe aufweist, wobei der Motor Energie an das Getriebe liefert, das die beiden Räder der Achse antreibt. Die Antriebseinheit ist über Motor- und/oder Getriebelager am Achsträger abgestützt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebseinheit als eine Elektromaschine ausgebildet, die über eine Batterie mit Strom versorgt ist. Die Elektromaschine kombiniert einzelne Bauteile, insbesondere einen Synchronmotor, eine Leistungselektronik und ein Getriebe zu einer möglichst bauraumsparenden Einheit, die in die Achse integriert ist und auf dem Achsträger abgestützt ist. Die Elektrifizierung der Antriebseinheit reduziert ihre Komplexität.
Ferner ist durch die Abwesenheit einer Abgasanlage ein Bauraumgewinn erzielt, der in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass die Anordnung des Stabilisator-Mittelteils und der Lenkstange in Fahrzeuglängsrichtung sowie in Fahrzeughochrichtung hinter der Radmitte flexibel am Achsträger positionierbar ist. So ist innerhalb der vertikal angeordneten Baugruppe ein Höhenversatz zwischen dem Mittelteil des Stabilisators und der Lenkstange frei wählbar und die jeweiligen Längen der Schenkel des Stabilisators und der Spurhebel der Lenkeinheit sind unabhängig voneinander wählbar. Die kompakte Elektromaschine sowie die vertikale Anordnung des Stabilisator-Mitteilteils und der Lenkstange am Achsträger ermöglichen in vorteilhafter Weise, dass die Achse in Fahrzeuglängsrichtung einen geringen Bauraum beansprucht. Dadurch ist ein kompaktes Package der Vorbaustruktur des Fahrzeuges erzielt.
Die Elektromaschine ist über eine Batterie mit Strom versorgt. Die Batterie kann mit geringem Abstand hinter dem frontseitigen Achsträger im Fahrzeug verbaut sein, z.B. im Unterboden-Bereich des Fahrzeuges. Die Batterie kann als eine steife Bodenanlage, die ein Verstärkungsprofil aufweist, ausgebildet sein, wobei sie beispielsweise zwischen den beiden in Fahrzeugquerrichtung zueinander beabstandeten Bodenlängsträgern der Karosserie verbaut sein kann. Die Batterie umfasst insbesondere ein bauteilsteifes Batteriegehäuse, das im Inneren Profile und/oder Strukturen zur Anordnung der Batteriemodule bildet. Die Batterie bietet Vorteile bezüglich der Gewichtsverteilung im Fahrzeug sowie eines geringen Bauraumbedarfs und einer möglichen Einbindung in die Fahrzeugstruktur, beispielsweise zur Konzipierung von crashbedingten Lastpfaden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Antriebseinheit als ein Gegenkolbenmotor ausgebildet. Solche Zweitakt-Motoren weisen viele verschiedene Varianten auf, die im Aufbau einfach, robust und kostengünstig sind, da sie nur wenige bewegliche Baugruppen aufweisen, z.B. einen Kolben, eine Kurbelwelle und eine Pleuelstange. Im Gegensatz zu beispielsweise Viertakt-Motoren weisen sie ein geringeres Gewicht und ein geringeres Volumen auf. Dadurch haben sie einen geringen Bauraumbedarf, und ermöglichen in vorteilhafter Weise in Fahrzeuglängsrichtung eine flexible Positionierbarkeit des Stabilisator-Mittelteils sowie der Lenkstange am Achsträger. In Fahrzeughochrichtung kann die Lenkstange mit einem flexiblen Höhenversatz zum Stabilisator-Mittelteil angeordnet sein. Zudem beansprucht die Achse aufgrund der Kompaktheit des Gegenkolbenmotors und der vertikalen Anordnung des Stabilisator-Mitteilteils und der Lenkstange am Achsträger einen geringen Bauraum in Fahrzeuglängsrichtung. Dadurch kann der Achsträger in Fahrzeuglängsrichtung schmal gebaut sein und die Vorbaustruktur des Fahrzeuges kann eine kompakte Bauweise aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Achsträger über wenigstens ein Verbindungsteil mit einer Funktionseinheit verbunden, die zur Aufnahme und/oder Weiterleitung von crashbedingten Lasten ausgebildet ist. Das Verbindungteil kann steif ausgebildet sein, um eingeleitete Kraft aufzunehmen und weiterzuleiten. Es kann beispielsweise als eine Strebe zur Weiterleitung von Crashenergie und/oder als Deformationselement ausgebildet sein, wobei es formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Achsträger verbunden sein kann. Insbesondere kann es am Querträger des Achsträgers angeschraubt sein.
Die Funktionseinheit kann beispielsweise als die Batterie der Elektromaschine eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges ausgebildet sein. Die im Unterboden des Fahrzeuges angeordnete Batterie kann ein steifes Batteriegehäuse umfassen, das eine hohe Stabilität aufweist. Das Batteriegehäuse kann beispielsweise als ein Strangpressprofil mit einem Fachwerkmuster ausgebildet sein. Dadurch ist die Bodenstruktur des Fahrzeuges verstärkt. Das Batteriegehäuse ist über das Verbindungsteil mit dem Achsträger, insbesondere dem Querträger, verbunden. Das Verbindungsteil kann insbesondere in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Längsträger des Achsträgers angeordnet sein, wobei es eine Unterkante des Batteriegehäuses mit dem Achsträger verbindet.
Alternativ kann die Funktionseinheit als ein Aufhängungsgehäuse ausgebildet sein, das zur Abstützung eines in Fahrzeughochrichtung oberen Endes eines Stoßdämpfers dient. Das Aufhängungsgehäuse ist ein steif ausgebildetes Bauteil und kann z.B. Abschnitte erhöhter Steifigkeit aufweisen, um einer Deformation, beispielsweise aufgrund einer aufprallbedingten Lasteinwirkung, entgegen zu wirken. Das Aufhängungsgehäuse ist über das Verbindungsteil mit dem Achsträger verbunden, wobei das Verbindungsteil auch mit einem Bodenlängsträger der Karosserie verbunden sein kann. Dadurch sind crashbedingte Lasten, die in den Achsträger eingeleitet sind, über das Verbindungsteil in das Aufhängungsgehäuse sowie in die Fahrzeugkarosserie verteilbar, um beispielsweise der Fahrgastzelle einen erhöhten Schutz zu gewähren.
Vorzugsweise bildet der Achsträger über die Verbindung zur Funktionseinheit eine Lastpfadverzweigung, wobei wenigstens ein erster Lastpfad über die Längsträger und ein zweiter Lastpfad über das Verbindungsteil verläuft. Unter einem Lastpfad ist im Allgemeinen ein Pfad bzw. Weg durch ein Bauteil zu verstehen, entlang dessen eine eingeleitete Kraft das Bauteil durchwandert. Herkömmlicherweise wird im Frontcrashfall Crashenergie entlang eines über die Längsträger des Achsträgers verlaufenden Lastpfades großflächig verteilt und an der Fahrgastzelle vorbeigeführt, um die Crashenergie in bisher am Unfallgeschehen unbeteiligte Karosseriebauteile, beispielsweise über die Karosserie-Anbindungspunkte, abzuleiten.
Durch die Verbindung des Achsträgers und der Funktionseinheit über das Verbindungsteil ergibt sich eine Verzweigung des Lastpfades. So kann der Achsträger im Frontcrashfall den ersten Lastpfad entlang der beiden Längsträger des Achsträgers bilden, und ein zweiter Lastpfad ist im kraftübertragenden Verbindungsteil gebildet, das beispielsweise den Achsträger mit der Unterboden-Batterie eines Elektrofahrzeugs verbindet. Im vorliegenden Fall verlaufen der erste Lastpfad und der zweite Lastpfad zu der in Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Achsträger eingebauten Unterboden-Batterie, die z.B. mit einer Wabenstruktur aus Aluminiumguss ausgebildet ist und die Bodenstruktur des Fahrzeuges verstärkt.
Vorzugsweise verlaufen der erste Lastpfad und der zweite Lastpfad in Fahrzeughochrichtung versetzt zueinander. Der erste Lastpfad kann über die Längsträger beispielsweise zu einer Trennebene zwischen dem Achsträger und der Batterie verlaufen und der zweite Lastpfad kann in Fahrzeughochrichtung unterhalb des ersten Lastpfades beispielsweise entlang des Verbindungsteils zur Unterkante der Batterie verlaufen. Der erste Lastpfad und der zweite Lastpfad verlaufen im vorliegenden Beispiel beide in Fahrzeuglängsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander, wobei die jeweiligen Lastpfadebenen vertikal versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch ist die Crashenergie insbesondere auf zwei Ebenen in das Verstärkungsprofil der Batterie verteilt. Durch die Lastpfadverzweigung in den ersten Lastpfad und den zweiten Lastpfad ist die Crashenergie insbesondere auf zwei Ebenen in die tieferliegenden Strukturen des Fahrzeuges weitergeleitet und eine effektivere Lastverteilung der Crashenergie ist erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Stabilisator, die Lenkeinheit sowie der untere Querlenker jeweils über wenigstens ein Lager mit dem Längsträger des Achsträgers verbunden, wobei das in Fahrzeuglängsrichtung hintere Lager der Querlenkers mit dem Verbindungsteil verbunden ist. Der Stabilisator, die Lenkung und der Querlenker bilden eine Baugruppe, deren Bauteile vertikal übereinander am Längsträger angeordnet sind. Sie sind jeweils über wenigstens ein Lager mit dem Längsträger verbunden.
Der Längsträger, der zur Bildung des ersten Lastpfades konzipiert ist, d.h. zur erhöhten Energieaufnahme ausgebildet ist, weist eine besonders hohe Steifigkeit sowie eine gleichmäßige Massenverteilung auf und die vertikal übereinander angeordneten Bauteile der Baugruppe sind stabil und steif über die jeweiligen Lager an den Längsträgern montiert, wobei die Lager beispielweise in Laschen, Konsolen, Lagerkörpern oder Schellen aufgenommen sind. Durch die hohe Steifigkeit des Längsträgers sind die hohen Steifigkeitsanforderungen der jeweiligen Anbindungen des Stabilisators, der Lenkung und des Querlenkers am Achsträger bzw. am Längsträger erfüllt. Dadurch können der Stabilisator, die Lenkeinheit sowie der untere Querlenker die in den Kontaktzonen zwischen Fahrbahn und Reifen entstehenden Kräfte mit hoher Sicherheit aufnehmen und in den Fahrzeugaufbau weiterleiten.
Ferner ist der Querlenker über das in Fahrzeuglängsrichtung hintere Querlenkerlager auf dem Verbindungsteil abgestützt. Das Verbindungsteil ist derart konzipiert, dass es im Crashfall den zweiten Lastpfad bildet, um Crashenergie in die Funktionseinheit weiterzuleiten. Das hintere Querlenkerlager ist also auf zwei Bauteilen abgestützt, die jeweils eine hohe Steifigkeit und gleichmäßige Massenverteilung aufweisen, wobei die beiden Bauteile jeweils einen Lastpfad bilden. Dadurch ist die Anbindung des hinteren Querlenkerlagers signifikant versteift und ein sicheres Übertragen der Querkräfte zwischen Rad und Fahrzeugaufbau ist ermöglicht, ohne eine Verschiebung des hinteren Querlenkerlagers.
Vorzugsweise ist der untere Querlenker als ein Dreieckslenker ausgebildet. Der Dreieckslenker ist quer zur Fahrtrichtung angeordnet und in Fahrzeughochrichtung ist er in einer horizontalen Ebene unterhalb des Stabilisators und der Lenkeinheit angeordnet. Karosserieseitig ist der Dreieckslenker in Fahrzeuglängsrichtung und Fahrtrichtung hinten über ein elastisches Querlenkerlager, auch Komfortlager genannt, mit dem Achsträger verbunden und radseitig über ein Traggelenk, insbesondere ein Kugelgelenk, mit dem jeweiligen Radträger des Rades verbunden. Der Dreieckslenker ist beweglich gelagert und erlaubt die Lenkbewegungen des Rades. Er führt den Radträger annähernd in vertikaler Richtung und überträgt die Querkräfte zwischen dem Rad und dem Fahrzeugaufbau.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug umfassend eine Achse mit Einzelradaufhängungen der Räder, wobei die Achse wie sie oben beschrieben ist, ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung bedeutet:

1 eine seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Achse;
2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Achse nach 1; und
3 ein Achsträger einer erfindungsgemäße Achse.

In 1 bis 3 ist eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Achse eines Fahrzeuges dargestellt.
1 zeigt eine seitliche Ansicht einer Achse 10 eines vorliegend elektrisch betriebenen Fahrzeuges. Die Achse 10 umfasst einen Achsträger 12, der zwei zueinander beabstandete, sich in Fahrzeuglängsrichtung X erstreckende Längsträger 14 aufweist, von denen vorliegend nur einer dargestellt ist. Die Längsträger 14 sind über wenigstens einen sich in Fahrzeugquerrichtung Y erstreckenden Querträger 16, der endseitig Knotenelemente 18 aufweist, miteinander verbunden.
Vorliegend ist das den Längsträger 14 und den Querträger 16 verbindende Knotenelement 18 als ein hochgezogener Dom 20 ausgebildet, der einen Kopf mit einem Anbindungspunkt 22 bzw. einem Karosserielagerpunkt 22 aufweist, der zur Anbindung des Achsträgers 12 an den Fahrzeugaufbau dient.
Im eingebauten Zustand der Achse 10 stützt sich eine vorliegend nicht dargestellte Elektromaschine ab, die zum Antrieb der vorliegend ebenfalls nicht dargestellten Räder des Fahrzeuges dient. Die Elektromaschine ist als eine kompakte Einheit in die Achse 10 integriert und weist einen geringen Bauraumbedarf auf.
Zur Stromversorgung der Elektromaschine ist im Unterboden des Fahrzeugs eine vorliegend nicht dargestellte Batterie angeordnet, die ein bauteilsteifes Batteriegehäuse mit darin angeordneten Batterie-Modulen umfasst. Die Batterie ist in Fahrtrichtung FR hinter dem Achsträger 12 angeordnet, wobei vorliegend ein Verbindungsteil 25, das in Fahrzeughochrichtung Z unterhalb der Längsträger 14 angeordnet ist, zwischen dem Achsträger 12 und der Batterie kraftübertragend abgestützt ist. Das Verbindungsteil 25 verbindet vorliegend den Querträger 16 des Achsträgers 12 mit einer Unterkante der Batterie.
Durch die Verbindung des Achsträgers 12 mit der in Fahrzeuglängsrichtung X dahinterliegenden Batterie kann im Frontcrashfall Aufprallenergie vom Achsträger 12 in die Batterie bzw. das Batteriegehäuse geleitet werden. Im Bereich des Achsträgers 12 ergibt sich eine Lastpfadverzweigung, d.h. es bildet sich eine obere Lastpfadebene und eine untere Lastpfadebene. Einerseits bildet sich ein über den Längsträger 14 verlaufender erster Lastpfad L1, der die Aufprallenergie zu einer Trennebene zwischen der Karosserie bzw. dem Achsträger 12 und der Batterie leitet. Zusätzlich bildet sich ein zweiter Lastpfad L2, der über das Verbindungsteil 25 zu einer Unterkante der Batterie verläuft. Der erste Lastpfad L1 und der zweite Lastpfad L2 verlaufen vorliegend in Fahrzeuglängsrichtung X, wobei die jeweiligen Lastpfade L1, L2 in Fahrzeughochrichtung Z versetzt zueinander verlaufen.
Ein unterer Querlenker 24, der vorliegend als ein Dreieckslenker 24 ausgebildet ist, verbindet den Achsträger 12 mit einer hier nicht dargestellten Radaufhängung eines jeweiligen Rades. Der Querlenker 24 ist quer zur Fahrtrichtung FR am Achsträger 12 angeordnet. Er leitet zusammen mit anderen hier nicht dargestellten Radlenkern der Radaufhängung Kräfte und Momente, welche auf den Radträger wirken, in den Fahrzeugaufbau ein.
Der untere Querlenker 24 ist radseitig über ein beweglich gelagertes Traggelenk 30 mit dem Rad verbunden und karosserieseitig ist er über ein großvolumiges hinteres Querlenkerlager 26 mit dem Längsträger 14 verbunden. Das Querlenkerlager 26 dient der Längsfederung des Rades und ermöglicht kleine Drehungen um die Hochachse der Verbindung. Das Querlenkerlager 26 ist in Fahrzeuglängsrichtung X betrachtet bauraumgünstig an einem hinteren Bereich des Längsträgers 14 angeordnet, wobei das Querlenkerlager 26 in einem Lagerkörper 28 aufgenommen ist, der am Längsträger 14 sowie am Verbindungsteil 25 abgestützt ist, insbesondere angeschweißt ist. Der Lagerkörper 28 ist in Fahrzeughochrichtung Z steif zwischen dem ersten Lastpfad L1 und dem zweiten Lastpfad L2 angeordnet. Durch die hohe Steifigkeit des Längsträgers 14 und des Verbindungsteils 25 sind die hohen Steifigkeitsanforderungen der Anbindung des unteren Querlenkers 24 erfüllt.
An den jeweiligen Längsträgern 14 sind Durchtrittsöffnungen 32 ausgebildet, die einen Stabilisator 34 aufnehmen. Der Stabilisator 34 verbindet die jeweils seitlich am Achsträger 12 angeordneten Räder miteinander, um das Wank- und/oder Nickverhalten des Fahrzeuges zu reduzieren. Der Stabilisator 34 ist insbesondere über jeweils ein in der Durchtrittsöffnung 32 angeordnetes Stabilisatorlager 33 drehbar am Achsträger 12 gelagert. Das Stabilisatorlager 33 ist insbesondere als ein Gummilager 33 ausgebildet.
Der Stabilisator 34 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei zwei zueinander beabstandete, sich in Fahrzeuglängsrichtung X erstreckende Schenkel 36 über einen in Fahrzeugquerrichtung Y verlaufenden Mittelteil 38, der vorliegend nicht dargestellt ist, miteinander verbunden sind. Der Mittelteil 38 definiert eine Längsachse des Stabilisators 34. Die am Mittelteil 38 angeordneten Schenkel 36 sind über ihre jeweiligen Enden 37 mittelbar oder unmittelbar mit einer Radaufhängung des jeweiligen Rades verbunden.
Am Achsträger 12 ist eine Lenkeinheit 40 angeordnet, die eine sich in Fahrzeugquerrichtung Y erstreckende Lenkstange 42 aufweist. Die Lenkstange 42 definiert eine Längsachse der Lenkeinheit 40. An der Lenkstange 42 kann ein Lenkgetriebe insbesondere koaxial angeordnet sein. Die Lenkeinheit 40 ist über vorliegend über nicht dargestellte Spurhebel mit den jeweiligen Rädern der Achse 10 verbunden.
Die Lenkstange 42 bzw. das Lenkgetriebe ist vorliegend über jeweils ein Lager 44 mit den Längsträgern 14 des Achsträgers 12 verbunden. Im Sinne einer exakten Radführung und eines angenehmen Lenkgefühls ist die Lenkeinheit 40 möglichst steif am Achsträger 12 gelagert.
Erfindungsgemäß sind der Mittelteil 38 des Stabilisators 34 und die Lenkstatange 42 der Lenkeinheit 40 im eingebauten Zustand der Achse 10 in Fahrzeughochrichtung Z in der gleichen vertikalen Ebene angeordnet, wobei sie in Fahrzeughochrichtung Z über einer horizontalen Ebene des unteren Querlenkers 24 angeordnet sind. Durch die vorliegend kompakte Integrierung der Elektromaschine in den Achsträger 12 sowie durch die Abwesenheit einer Abgasanlage sind die Bauraumverhältnisse in der Vorbaustruktur des Fahrzeuges in Fahrzeughochrichtung Z vorteilhaft entzerrt. Dadurch können der Stabilisator 34 und die Lenkeinheit 40 in Fahrzeuglängsrichtung X betrachtet in einer gleichen vertikalen Ebene übereinander am Längsträger 14 angeordnet sein. Dadurch ist eine vertikal übereinander angeordnete Baugruppe erzielt, die den Stabilisator 34, die Lenkeinheit 40 und den unteren Querlenker 24 umfasst.
Innerhalb der vertikal angeordneten Baugruppe sind der Stabilisator 34 und die Lenkeinheit 40 in Fahrzeuglängsrichtung X frei am Längsträger 14 positionierbar, wobei sie in Fahrzeughochrichtung Z über der horizontalen Ebene des unteren Querlenkers 24 angeordnet sind. Die Längsträger 14 des Achsträgers 12 sind derart ausgebildet, dass sie im Crashfall Aufprallenergie weiterleiten, d.h. sie sind für eine erhöhte Energieaufnahme konzipiert und weisen eine besonders hohe Steifigkeit auf. Dadurch ist eine stabile und steife Anbindung des Stabilisators 34, der Lenkeinheit 40 sowie des Querlenkerlagers 26 an den Längsträgern 14 möglich.
Ferner ist innerhalb der vertikal angeordneten Baugruppe ein Höhenversatz zwischen dem Mittelteil 38 des Stabilisators 34 und der Lenkstange 42 frei wählbar. Dadurch sind die jeweiligen Längen der Schenkel 36 des Stabilisators und der Spurhebel der Lenkeinheit 40 in vorteilhafter Weise unabhängig voneinander wählbar.
In 2 ist eine Schnittansicht A-A nach 1 dargestellt, wobei nur eine Hälfte der Achse 10 gezeigt ist. Die Achse 10 umfasst den Achsträger 12, den Stabilisator 34 sowie die Lenkeinheit 40, wobei der untere Querlenker 24 den Achsträger 12 mit jeweils einem Rad verbindet.
Der sich in Fahrzeugquerrichtung Y erstreckende Querträger 16 des Achsträgers 12 verbindet die beiden in Fahrzeuglängsrichtung X verlaufenden Längsträger 14. Endseitig weist der Querträger 16 Knotenpunkte 18 auf, die vorliegend als ein Dom 20 ausgebildet sind, der stirnseitig über den Anbindungspunkt 22 mit der Karosserie des Fahrzeuges verschraubbar ist.
Der Achsträger 12 ist vorliegend über ein Verbindungsteil 25 mit der im Unterboden des Fahrzeuges angeordneten Batterie bzw. dem steifen Batteriegehäuse verbunden. Am Achsträger 12 bildet sich im Frontalcrash eine Lastpfadverzweigung in einen ersten Lastpfad L1 und einen zweiten Lastpfad L2. Der erste Lastpfad L1 verläuft in Fahrzeuglängsrichtung X in Richtung Trennebene zwischen Karosserie und Batterie und der zweite Lastpfad L2 verläuft vorliegend ebenso in Fahrzeuglängsrichtung X entlang des Verbindungsteils 25 zur Unterkante der Batterie. D.h. der erste Lastpfad L1 und der zweite Lastpfad L2 verlaufen in Fahrzeughochrichtung Z versetzt zueinander.
Der Achsträger 12 ist über den unteren Querlenker 24 bzw. Dreieckslenker 24 mit einem vorliegend nicht dargestellten Rad verbunden. Der untere Querlenker 24 ist über das Traggelenk 30 radseitig angebunden und über das vorliegend nicht dargestellte Querlenkerlager 26 mit dem Achsträger 12 sowie dem Verbindungsteil 25 verbunden. Der untere Querlenker 24 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung Y und definiert eine untere horizontale Ebene, die in Fahrzeughochrichtung Z unterhalb des Stabilisators 34 und der Lenkeinheit 40 angeordnet ist. Der untere Querlenker 24, der Stabilisator 34 und die Lenkeinheit 40 bilden eine vertikal übereinander angeordnete Baugruppe.
Der Stabilisator 34 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei der Mittelteil 38 sich in Fahrzeugquerrichtung Y erstreckt und an seinen jeweiligen Enden Schenkel 36 aufweist, die ungefähr in Fahrzeuglängsrichtung X verlaufen. Der Mittelteil 38 definiert eine Längsachse des Stabilisators 34. Der Stabilisator 34 ist über das Stabilisatorlager 33 am Achsträger 12 gelagert. Das Stabilisatorlager 33 ist in einer Durchtrittsöffnung 32 des Längsträgers 14 angeordnet.
Die Lenkeinheit 40 ist über ein Lager 44 mit dem Längsträger 14 verbunden. Sie weist eine sich in Fahrzeugquerrichtung Y erstreckende Lenkstange 42 auf, die eine Längsachse der Lenkeinheit 40 definiert. Die Lenkstange 42 ist in Fahrzeughochrichtung Z über dem Stabilisator 34 angeordnet. Die jeweiligen Längsachsen des Stabilisators 34 und der Lenkeinheit 40 verlaufen parallel zueinander. Sie sind in Fahrzeughochrichtung Z versetzt zueinander angeordnet, wobei sie in der gleichen vertikalen Ebene über einer horizontalen Ebene des unteren Querlenkers 24 am Längsträger 14 montiert sind.
In 3 ist der Achsträger 12 der erfindungsgemäßen Achse 10 dargestellt. Die Längsträger 14 sind vorliegend über einen hinteren Querträger 16 und einen vorderen Querträger 50 miteinander verbunden. Die Knotenelemente 18 des in Fahrzeuglängsrichtung X hinteren Querträgers 16 bilden jeweils einen Dom 20 aus, der stirnseitig einen Anbindungspunkt 22 zur Verbindung mit der Karosserie aufweist.
Die Längsträger 14 erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung X und bilden hinter dem hinteren Querträger 16 jeweils eine Durchtrittsöffnung 32 in welcher der vorliegend nicht dargestellte Stabilisator 34 gelagert ist. In Fahrzeughochrichtung Z vertikal über den Durchtrittsöffnungen ist die vorliegend ebenfalls nicht dargestellte Lenkstange 42 gelagert. Sie kann beispielsweise über eine Schelle mit den jeweiligen Längsträgern 14 verbunden sein.
Der Achsträger 12 ist zur Abstützung der Antriebseinheit ausgebildet. Der vorliegend nicht dargestellte Elektroantrieb ist im eingebauten Zustand zwischen den beiden Längsträgern 14 und zwischen den beiden Querträgern 16, 50 angeordnet, wobei der in Fahrzeuglängsrichtung X hintere Querträger 16 eine Lageraufnahme 48 zur Abstützung der Antriebseinheit aufweist. Die kompakt ausgebildete Antriebseinheit erzielt einen Bauraumgewinn im Vorbau des Fahrzeuges. Das ermöglicht, dass der Stabilisator-Mittelteil 38 und die Lenkstange 42 bauraumgünstig in Fahrzeuglängsrichtung X hinter der Antriebseinheit am Längsträger 14 angeordnet sind.
Die Längsträger 14 sind zur Bildung des ersten Lastpfades L1 konzipiert und weisen eine gleichmäßige Massenverteilung sowie hohe Steifigkeit auf. Dadurch ist es möglich den Stabilisator-Mittelteil 38 und die Lenkstange 42 jeweils über steife Anbindungen vertikal übereinander am Längsträger 14 anzuordnen. Das bedeutet, dass die Achse in Fahrzeuglängsrichtung X einen geringen Bauraumbedarf aufweist. In Fahrzeuglängsrichtung X sind der Stabilisator-Mittelteil 38 und die Lenkstange 42 flexibel am Längsträger 14 positionierbar. Das ermöglicht die Nutzung günstiger Bauraumverhältnisse und günstiger Anbindungsstrukturen am Achsträger 12.
Ferner stützt sich der vorliegend nicht dargestellte untere Querlenker 24 auf dem Längsträger 14 sowie auf dem in etwa parallel zum Längsträger 14 verlaufenden Verbindungsteil 25 ab, das mit dem hinteren Querträger 16 verbunden bzw. verschraubt ist. Das hintere Querlenkerlager 26 des unteren Querlenkers 24 ist in einer Lageraufnahme 46 des Lagerkörpers 28 aufgenommen, der mit dem Längsträger 14 sowie mit dem Verbindungsteil 25 fest verbunden ist. D.h. der Lagerkörper 28 ist auf zwei Bauteilen 14, 25 abgestützt, die jeweils einen Lastpfad L1, L2 ausbilden und eine hohe Steifigkeit sowie gleichmäßige Massenverteilung aufweisen. Das ermöglicht eine steife Anbindung des hinteren Querlenkerlagers 26 ohne Verschiebungen, wodurch ein sicheres Übertragen der Querkräfte zwischen Rad und Fahrzeugaufbau erzielt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018205171 A1 [0003]
DE 102016223668 A1 [0004]
EP 3297891 B1 [0005]

Claims

Achse (10) eines zweispurigen Fahrzeuges mit Einzelradaufhängung, umfassend einen Achsträger (12) an dem ein Stabilisator (34) sowie eine Lenkeinheit angeordnet sind, wobei der Stabilisator (34) und die Lenkeinheit zwei zueinander beabstandete Räder miteinander verbinden, die jeweils über wenigstens einen unteren Querlenker (24) am Achsträger (12) abgestützt sind, und wobei im eingebauten Zustand der Achse (10) der Stabilisator (34) einen sich in Fahrzeugquerrichtung (Y) erstreckenden Mittelteil (38) aufweist und die Lenkeinheit (40) eine sich in Fahrzeugquerrichtung (Y) erstreckende Lenkstange (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (38) des Stabilisators (34) und die Lenkstange (42) der Lenkeinheit (40) im eingebauten Zustand der Achse (10) in einer gleichen vertikalen Ebene angeordnet sind, wobei sie in Fahrzeughochrichtung (Z) über dem unteren Querlenker (24) angeordnet sind.
Achse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsträger (12) wenigstens zwei Längsträger (14) aufweist, die über wenigstens einen Querträger (16) miteinander verbunden sind, wobei der Längsträger (14) und/oder der Querträger (16) Anbindungspunkte (22) zur Anbindung an eine Karosseriestruktur aufweisen, und wobei der Achsträger (12) eine Antriebseinheit trägt, die zur Übertragung von Antriebskräften auf die Räder der Achse (10) dient.
Achse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit als eine Elektromaschine ausgebildet ist, die über eine Batterie mit Strom versorgt ist.
Achse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit als ein Gegenkolbenmotor ausgebildet ist.
Achse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsträger (12) über wenigstens ein Verbindungsteil (25) mit einer Funktionseinheit verbunden ist, die zur Aufnahme und/oder Weiterleitung von crashbedingten Lasten ausgebildet ist.
Achse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsträger (12) in einem Crashfall durch das Verbindungsteil (25) eine Lastpfadverzweigung bildet, wobei wenigstens ein erster Lastpfad (L1) über die Längsträger (14) und ein zweiter Lastpfad (L2) über das Verbindungsteil (25) verläuft.
Achse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lastpfad (L1) und der zweite Lastpfad (L2) in Fahrzeughochrichtung (Z) versetzt zueinander verlaufen.
Achse nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator (34), die Lenkeinheit (40) sowie der untere Querlenker (24) jeweils über wenigstens ein Lager (26, 33) mit dem Längsträger (14) des Achsträgers (12) verbunden sind, wobei das in Fahrzeuglängsrichtung (X) hintere Querlenkerlager (26) des Querlenkers (24) mit dem Verbindungsteil (25) verbunden ist.
Achse nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Querlenker (24) als ein Dreieckslenker (24) ausgebildet ist.
Fahrzeug, umfassend eine Einzelradaufhängung für die Räder einer Achse, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.