DE102022123381A1

DE102022123381A1 - Fahrzeugtragstruktur für Kraftfahrzeuge, insbesondere Leichtfahrzeuge im urbanen Verkehr

Info

Publication number: DE102022123381A1
Application number: DE102022123381.2A
Authority: DE
Inventors: Johann Tomforde
Original assignee: Teamobility GmbH
Current assignee: Teamobility GmbH
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugtragstruktur für Kraftfahrzeuge (11), insbesondere Leichtfahrzeuge im urbanen Verkehr, mit einem Fahrzeugrahmen (14) aus zumindest zwei Längsträgern (16), die sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und mit wenigstens einem, die Längsträger (16) miteinander verbindenden Querträger (17), wobei die Längsträger (16) spiegelbildlich zu der Fahrzeuglängsrichtung des Fahrzeugrahmens (14) verlaufen und in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei die Längsträger (16), ausgehend von dem Frontbereich, in Richtung auf den Heckbereich eine Krümmung mit einem vorderen Krümmungsbereich aufweisen, der sich zur Fahrzeugmitte aufweitet und daran anschließend ein hinterer Krümmungsbereich aufweist, durch welchen sich der Heckbereich verjüngt, und wobei in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vor dem Fahrzeugrahmen (14) ein Rammschutz (33) vorgesehen ist und der Rammschutz (33) durch zumindest ein Absorptionselement (32) mit dem Fahrzeugrahmen (14) verbunden ist, wobei die vorderen Enden des Längsträgers (16) in einem stumpfen Bug (21) übergehen, und dass der Rammschutz (33) gekrümmt ausgebildet ist und sich seitlich über den stumpfen Bug (21) hinaus erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugtragstruktur für Kraftfahrzeuge, insbesondere Leichtfahrzeuge in einem urbanen Verkehr, sowie solche Kraftfahrzeuge.
Aus der EP 2 128 000 B1 ist eine Fahrzeugtragstruktur für einen Personenkraftwagen oder ein Nutzkraftfahrzeug bekannt. Diese Fahrzeugtragstruktur umfasst einen Fahrzeugrahmen aus zumindest zwei Längsträgern, die sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und wenigstens einen Querträger, der die Längsträger miteinander verbindet. Die Längsträger sind spiegelbildlich zur Fahrzeuglängsrichtung des Fahrzeugrahmens ausgebildet und liegen in einer gemeinsamen Ebene. Im Frontbereich der Fahrzeugstruktur weisen die Längsträger eine Krümmung auf. Die durch die Krümmung aufeinander zulaufenden Längsträger bilden in der Fahrzeuglängsachse eine Bugspitze. Vor der Bugspitze in Fahrtrichtung gesehen, ist ein Rammschutz vorgesehen, der mit Absorptionselementen an den Fahrzeugrahmen angebunden ist. Oberhalb des Fahrzeugrahmens und getrennt zum Rammschutz ist ein weiterer Versteifungsrahmen vorgesehen, der über vertikale Verbindungselemente mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist.
Aus der EP 3 429 887 B1 ist des Weiteren ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugtragstruktur bekannt. Diese Fahrzeugtragstruktur umfasst eine Fahrerkabine, welche durch Karosserieaufbauten zumindest teilweise umgeben ist. Innerhalb der Fahrerkabine ist ein Schwenksitz vorgesehen, so dass der Fahrer beidseitig zum Fahrzeug in einfacher Weise ein- und aussteigen kann. In der Bugspitze ist ein Fußbereich für den Fahrer positioniert. Vor der Bugspitze in Fahrtrichtung gesehen liegt die Fahrzeugachse und der Antrieb. Wiederum vor der Achse und den Rädern in Fahrzeugrichtung gesehen ist ein Rammschutz vorgesehen. Der durch einen separaten Tragrahmen sowohl vor der Bugspitze als auch vor den Reifen in Fahrtrichtung gesehen positioniert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugstruktur für Kraftfahrzeuge sowie ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, wodurch eine erhöhte Crash-Sicherheit bei einem verkürzten Vorbau ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugtragstruktur für Kraftfahrzeuge, insbesondere Leichtfahrzeuge, im urbanen Verkehr gelöst, bei dem in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vor dem Fahrzeugrahmen ein Rammschutz vorgesehen ist und der Rammschutz mit dem Fahrzeug durch zumindest ein Absorptionselement verbunden ist, wobei die vorderen Enden der Längsträger in einen stumpfen Bug übergehen und der Rammschutz gekrümmt ausgebildet ist und sich seitlich über den stumpfen Bug hinaus in Richtung Heckbereich erstreckt. Durch diese Anordnung umgibt der Rammschutz den stumpfen Bug und teilweise die daran angrenzenden Längsträger. Dadurch kann ein Vorbau geschaffen sein, der verkürzt ausgebildet ist und eine erhöhte Crash-Sicherheit ermöglicht. Durch die gekrümmte Ausgestaltung des Rammschutzes, der sich seitlich über den stumpfen Bug hinaus erstreckt und mit dessen jeweiligen stirnseitigen Enden die vorderen Enden der Längsträger, die zum stumpfen Bug führen, umgreift, wird eine verbesserte Abweisung bei einem Offset-Crash ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die vorderen Enden des Längsträgers und der stumpfe Bug innerhalb einer fiktiven Fläche liegen, welche durch den gekrümmten Rammschutz und einer Verbindungsgeraden zwischen den stirnseitigen Enden des Rammschutzes gebildet ist. Dadurch kann ein vorderer Bereich des Fahrzeugrahmens innerhalb der fiktiven Fläche liegen, welche durch den Rammschutz gebildet und geschützt wird. Dies ermöglicht eine Verkürzung des Vorbaus bzw. der Vorbaustruktur bei einer erhöhten Sicherheit, insbesondere bei schweren Unfallgegnern.
Der stumpfe Bug am Fahrzeugrahmen der Fahrzeugstruktur ist bevorzugt durch einen quer zur Längsmittelachse ausgerichteten Querträger oder durch einen gekrümmten Querträger gebildet. Durch diesen stumpfen Bug wird eine Bugspitze gemäß dem Stand der Technik vermieden, wodurch auch eine Verkürzung der Vorbaustruktur erzielt werden kann.
Der zum Fahrzeugrahmen ausgerichtete Rammschutz ist bevorzugt parabelförmig oder hyperbelförmig ausgebildet. Auch kann eine kreisrunde Krümmung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist die Krümmung des Rammschutzes in Richtung auf dessen stirnseitigen Enden an die Krümmung der vorderen Enden der Längsträger angepasst, die in den stumpfen Bug übergehen. Das weist den Vorteil auf, dass bei einem Offset-Crash der Rammschutz nach einer Deformation des zumindest einen Absorptionselementes, insbesondere einer Crash-Box, auf Block mit den vorderen Enden des Längsträgers anliegt, so dass für die Abweisfunktion sowohl der Rammschutz als auch der Fahrzeugrahmen wirken und eine Abweiskraft aufbauen können.
An dem Fahrzeugrahmen ist bevorzugt symmetrisch zur Längsmittelachse jeweils zumindest ein Absorptionselement vorgesehen, welche den Rammschutz tragen, wobei vorzugsweise jedes der Absorptionselemente in einem Winkel zwischen 10 bis 45°, insbesondere 30°, gegenüber der Längsachse des Fahrzeugrahmens zur Außenseite des Fahrzeugrahmens geneigt ist. Diese Ausrichtung der Absorptionselemente zur Längsachse des Fahrzeugrahmens weist den Vorteil einer erhöhten Abweiswirkung auf.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die seitlichen Endabschnitte des Rammschutzes einen Abstand aufweisen, der kleiner als ein Achsabstand der Räder an der Vorderachse ist und vorzugsweise die Endabschnitte des Rammschutzes zwischen den Rädern der Vorderachse und dem Fahrzeugrahmen positioniert sind. Dadurch kann einerseits eine Verkürzung des Vorbaus und dennoch ein erhöhter Wendekreis ermöglicht sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rammschutz und der Fahrzeugrahmen in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Rammschutz erhöht gegenüber dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist. Insbesondere kann der Rammschutz und der Fahrzeugrahmen einen Überlappungsbereich aufweisen. Dadurch können sowohl durch den Fahrzeugrahmen als auch durch den Rammschutz verschiedene Crash-Ebenen abgesichert werden, wobei durch den Überlappungsbereich eine erhöhte Crash-Sicherheit bei einem Frontal-Crash als auch bei einem Offset-Crash ermöglicht ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Rammschutz 33 eine erste Crash-Ebene bildet. Der Rammschutz steht gegenüber dem stumpfen Bug in Fahrtrichtung gesehen zumindest bereichsweise hervor. Der Fahrzeugrahmen, der unterhalb des Rammschutzes vorgesehen ist, kann eine weitere Crashebene bilden. Vorteilhafterweise ist der Rammschutz auf der Höhe der Stoßstange vorgesehen, so dass bei einem Unfall ein Erstkontakt mit dem Unfallgegner in der ersten Crash-Ebene erfolgt und durch den Rammschutz aufgenommen wird.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem Rammschutz und dem Fahrzeugrahmen eine zweite Crash-Ebene vorgesehen ist, welche durch das zumindest eine Absorptionselement gebildet ist. Dieses zumindest eine Absorptionselement ist zwischen dem Rammschutz und dem Fahrzeugrahmen vorgesehen. Dadurch ist eine direkte Verbindung zwischen dem Rammschutz und dem Fahrzeugrahmen gegeben. Dieses Absorptionselement ist als eine sogenannte Crash-Box ausgebildet.
Vorteilhafterweise sind der Rammschutz, Absorptionselemente und/oder eine Vorderachse und/oder Achslenker als Modul auswechselbar an dem Fahrzeugrahmen vorgesehen. Dies weist den Vorteil auf, dass nach einem Crash die Vorderachsstruktur und der Rammschutz auswechselbar ist, wobei der Fahrzeugrahmen als eine Hauptzelle erhalten bleibt. Dadurch ist eine Ressourcenschonung möglich.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorderachse an dem stumpfen Bug des Fahrzeugrahmens lösbar befestigt ist. Dadurch kann wiederum eine Verkürzung des Vorbaus der Fahrzeugstruktur erzielt werden, ohne dass die Crash-Sicherheit beeinträchtigt ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorderachse zumindest einen Vorderachs-Integralträger aufweist, der rohrförmig, insbesondere aus einem Aluminiumrohr oder verstärkten Aluminiumrohr, ausgebildet ist. Außerhalb des stumpfen Buges oder im Übergangsbereich zwischen dem stumpfen Bug und den Längsträgern kann zumindest eine Sollbruchstelle vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Seitenabweisung bei einem Offset-Crash, da ein Teil des Querträgers, des Achslenkers und das Rad gezielt und gewollt abreißen, um einen Weg für das Abgleiten des gegnerischen Fahrzeuges oder einer Testbarriere an dem Fahrzeugrahmen zu ermöglichen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Fahrzeugstruktur ist vorgesehen, dass im Bereich der vorderen Enden der Längsträger und dem stumpfen Bug eine Bodenwanne vorgesehen ist, welche sich innerhalb den Längsträgern und vorzugsweise sich in der Höhe zumindest teilweise darüber hinaus erstreckt. Bevorzugt erstreckt sich ein vorderer Randbereich der Bodenwanne in der Höhe bis zu einer Oberkante des Rammschutzes und/oder zumindest im Bereich der fiktiven Fläche. Dies ermöglicht einen erhöhten Schutz des Fußraumes für den Fahrer.
Vorzugsweise ist diese Bodenwanne durch ein faserverstärktes Material, insbesondere in einer Monocoque-Bauweise, ausgestaltet. Zusätzlich kann in einem zum stumpfen Bug entfernten Bereich an der Bodenwanne ein Sitz oder ein Schwenksitz bzw. ein Rotationssitz für den Fahrer vorgesehen sein.
Die Bodenwanne weist bevorzugt auf dem stumpfen Bug und an den vorderen Enden der Längsträger, die in den stumpfen Bug übergehen, aufliegend Versteifungsprofile auf. Diese ermöglichen bei einem Offset-Crash eine zusätzliche Abweisung einerseits und Abstützung des Rammschutzes andererseits.
Die Bodenwanne erstreckt sich vorteilhafterweise vom stumpfen Bug bis in einen mittleren Bereich des Fahrzeugrahmens, in welchem ein Querträger und/oder ein Überrollbügel vorgesehen ist. Dadurch kann eine Fahrerkabine versteift und mit einer erhöhten Sicherheit ausgebildet sein.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass im mittleren Bereich des Fahrzeugrahmens zumindest ein Querträger vorgesehen ist, der an seinen jeweiligen Enden zumindest ein Absorptionselement aufnimmt, welches wiederum mit dem gegenüberliegenden Längsträger verbunden ist. Durch diese Ausgestaltung wird eine erhöhte Sicherheit bei einem Seiten-Crash ermöglicht. Zwischen dem Querträger und dem Heckbereich ist zumindest teilweise innerhalb des Fahrzeugrahmens ein Raum zur Aufnahme von Akkumulatoren vorgesehen, ein sogenannter Batteriebunker. Dieser Raum zur Aufnahme der Akkumulatoren ist zu den Längsträgern in einem Abstand versehen, so dass bei einem Seitenaufprall durch die Absorptionselemente zwischen dem Querträger und dem Längsträger eine Beschädigung der Batterien im Batteriebunker verhindert wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Fahrzeugstruktur ist vorgesehen, dass im Heckbereich des Fahrzeugrahmens ein Heckmodul auswechselbar vorgesehen ist, welches vorzugsweise durch eine Verschraubung befestigbar ist. Ein solches auswechselbare Heckmodul weist den Vorteil auf, dass in einfacher Weise spezifische Anpassungen an den Aufbau und den Einsatz einer solchen Fahrzeugstruktur möglich ist. Die Hauptzelle bleibt erhalten. Durch ein solches Heckmodul kann beispielsweise eine Erweiterung der Batteriekapazität erfolgen oder es können zusätzlich Batterien für eine Sekundärenergie, wie beispielsweise zum Kühlen eines Laderaumes, vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Fahrzeugrahmen, der Rammschutz, der Querträger, der Überrollbügel und/oder die Längsträger für das Heckmodul aus einem rechteckförmigen Profil, insbesondere Doppel-Kammer-Profil, aufgebaut sind, wobei das rechteckförmige Profil einen Quersteg umfasst, der sich innerhalb von zwei vertikalen Wandabschnitten erstreckt und jeweils seitlich außerhalb der Wandabschnitte des Profils als Flansch ausgebildet ist. Dieses rechteckförmige Profil, insbesondere Doppel-Kammer-Profil, kann als ein Aluminiumstrangpressprofil ausgebildet sein. Alternativ kann dieses rechteckförmige Profil auch aus einem faserverstärkten Verbundmaterial vorteilhafterweise in einem Pultrusionsverfahren herstellbar sein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens drei Rädern gelöst, bei welchem eine Fahrzeugstruktur nach einem der vorbeschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist. Bevorzugt handelt es sich bei solchen Kraftfahrzeugen um umweltfreundliche Leichtfahrzeuge, welche vorteilhafterweise im urbanen Verkehr eingesetzt werden. Solche Leichtfahrzeuge sind insbesondere für die Klassen L6e und L7e vorgesehen. Diese Fahrzeuge sind für den Stadtbereich ausgelegt und in der Klasse L6e auf eine Höchstgeschwindigkeit von 45 km/h und in der Klasse L7e auf eine Höchstgeschwindigkeit von 90 km/h beschränkt. Das Leergewicht ohne Batteriesystem darf gesetzlich 425 kg bzw. 450 kg nicht übersteigen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der an dem Fahrzeugrahmen angebundene Rammschutz in einer ersten Crash-Ebene auf einer Höhe von 350 mm bis 500 mm über dem befahrenen Grund liegt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der von den Rädern getragene Fahrzeugrahmen in einer weiteren oder dritten Crash-Ebene vorgesehen ist, welche vorzugsweise auf einer Höhe von 150 mm bis 300 mm über dem befahrenen Grund liegt. Dies ermöglicht auch, dass der Fahrer beim Aussteigen aus dem Fahrzeug unmittelbar mit seinen Füßen auf dem befahrenen Grund auftreten kann.
Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass an zumindest einem Rad des Kraftfahrzeuges ein integrierter Radnaben-Elektroantrieb vorgesehen ist.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht von vorne auf eine Fahrzeugtragstruktur,
2 eine perspektivische Ansicht von oben auf die Fahrzeugtragstruktur gemäß 1,
3 eine schematische Seitenansicht eines Vorbaus aus der Fahrzeugtragstruktur,
4 eine schematische Ansicht auf den Vorbau der Fahrzeugstruktur,
5 eine schematische Ansicht von oben auf die im Vorbau gemäß 4 nach einem leichten Offset-Crash,
6 eine schematische Ansicht von oben auf den Vorbau gemäß 4 nach einem extremen Offset-Crash.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 11 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei einzelne Karosserieaufbauten, wie beispielsweise eine Fahrerkabine oder ein Laderaum, zur Wahrung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Dieses Fahrzeug 11 ist bevorzugt ein Elektrofahrzeug.
Dieses Fahrzeug 11 umfasst eine Fahrzeugtragstruktur 12. Diese Fahrzeugtragstruktur 12 umfasst einen Fahrzeugrahmen 14, der zwei Längsträger 16 und zumindest einen Querträger 17 umfasst, die miteinander verbunden sind. Die beiden Längsträger 16 erstrecken sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung und sind vorzugsweise spiegelbildlich zu einer Längsmittelachse 18 des Fahrzeugrahmens 14 spiegelbildlich ausgebildet. Die Längsträger 16 umfassen ausgehend von einem Frontbereich in Richtung auf den Heckbereich eine Krümmung mit einem vorderen Krümmungsbereich, der sich zur Fahrzeugmitte aufweitet und daran anschließend in einen hinteren Krümmungsbereich übergeht, durch welchen der Heckbereich sich wieder verjüngt. Der Fahrzeugrahmen 14 umfasst einen stumpfen Bug 21, in welchen vordere Enden der Längsträger 16 übergehen. Im Heckbereich können die Längsträger 16 durch einen Querträger miteinander verbunden sein. Zwischen dem stumpfen Bug 21 und dem Querträger 17 im Bereich der Fahrzeugmitte ist eine Fahrerkabine 22 gebildet. Zwischen dem Quersteg 17 in der Fahrzeugmitte und dem Heckbereich ist bevorzugt ein Ladeboden 24 ausgebildet.
Der Fahrzeugrahmen 14 ist bevorzugt in einer Monocoque-Bauweise, bevorzugt in faserverstärkter Composite-Bauweise ausgebildet.
Im Bereich des Querträgers 17 in der Fahrzeugmitte kann des Weiteren ein Überrollbügel 25 vorgesehen sein. Dieser Überrollbügel 25 kann eine Trennwand 26, insbesondere bionische Trennwand aufnehmen, durch welche die Fahrerkabine 22 zum Heckbereich, insbesondere zum Ladeboden 24, getrennt ist. Der Überrollbügel 25 weist vertikal ausgerichtete Längsträger und einen horizontal ausgerichteten Querträger auf, die durch Eckverbindungselemente miteinander verbunden sind. Diese können konturenspezifisch an den Anbau der Fahrerkabine und/oder des Laderaumaufbaus anpassbar sein. An dem Überrollbügel 25 kann auch eine Sitzlehnenaufnahme und/oder Gurtaufnahme angebracht oder integriert sein.
Im hinteren Bereich des Fahrzeugrahmens 14 ist ein Heckmodul 28 vorgesehen. Dieses Heckmodul 28 kann auswechselbar zum Fahrzeugrahmen 14 beispielsweise durch eine Verschraubung befestigt sein. An dem Fahrzeugrahmen 14 ist ein hinterer Querträger mit einer Anschraubebene vorgesehen. Das Heckmodul 28 umfasst einen Rahmen 29, welcher vorzugsweise aus denselben Profilen wie die Längsträger 18 und/oder Querträger 17 ausgebildet sind. Die Größe des Rahmens 29 des Heckmoduls 28 ist an die verschiedenen Anwendungsfälle angepasst. Beispielsweise können in dem Rahmen 29 weitere Batterien vorgesehen sein, um entweder das Kraftfahrzeug 11 eine längere Reichweite zu verleihen oder um eine Sekundärenergiequelle für beispielsweise eine Kühlung oder sonstige Aufbauten bereitzustellen. Das Heckmodul 28 ist bezüglich des Radstandes und/oder deren Länge variabel gestaltbar.
In Fahrzeuglängsrichtung gesehen ist dem Heckmodul 28 gegenüberliegend eine Vorbaustruktur 31 vorgesehen. Diese Vorbaustruktur 31 umfasst bevorzugt den stumpfen Bug 21 des Fahrzeugrahmens 14 sowie im Bugbereich des Fahrzeugrahmens 14 angeordnete Absorptionselemente 32 bzw. Dämpfungselemente sowie einen Rammschutz 33. Diese Vorbaustruktur 31 ist kompakt aufbauend und weist eine hohe Crash-Sicherheit auf, welche nachfolgend in den 4 bis 6 näher beschrieben ist.
In 2 ist eine weitere perspektivische Ansicht von oben auf die Fahrzeugtragstruktur 12 gemäß 1 dargestellt. Der Querträger 17 in der Fahrzeugmitte ist jeweils zu den Längsträgern 16 über jeweils ein Absorptionselement 34 verbunden. Dadurch ist eine verbesserte Sicherheit bei einem Seitenaufprall gegeben. Insbesondere ist dies für den Ladeboden 24 der Fall. Aus der strichlinierten Umrandung geht der Einbaubereich 36 eines Batterieraumes, einem sogenannten Batteriebunker, hervor. Durch das Absorptionselement 34 kann der Längsträger 16 bei einem Seitenaufprall bedingt nachgeben, jedoch bleibt trotz einer Nachgiebigkeit der Längsträger 16 der Einbaubereich 36 für die Batterie unverletzt.
Im Bereich der Fahrerkabine 22 ist eine Bodenwanne 38 vorgesehen. Diese Bodenwanne 38 erstreckt sich zwischen dem Querträger 17 und dem stumpfen Bug 21 einerseits und zwischen den zwei Längsträgern 16 andererseits. Ein Fußraum 39 ist im vorderen Bereich der Längsträger 16 und an dem stumpfen Bug 21 angrenzend gebildet. In Richtung auf den Querträger 17 in der Fahrzeugmitte kann ein Schwenksitz oder ein Rotationssitz eingebaut sein, wie dieser beispielsweise aus der WO 2017/157838 A1 bekannt ist. Die Bodenwanne 38 besteht aus einem faserverstärkten Verbundmaterial und ist vorzugsweise als eine Monocoque-Bodenwanne 38 ausgebildet. Diese Bodenwanne 38 weist im Bereich des Angriffspunktes der Absorptionselemente 32 an dem Längsträger 16 ein Versteifungsprofil 41 auf, welches sich parallel und oberhalb den Längsträgern 16 und entlang des stumpfen Buges 21 erstreckt. Dadurch wird eine Abstützfläche für den Rammschutz 33 im Crashfall erhöht, da zum einen zumindest ein Teil der Höhe des Längsträgers 16 und zum anderen die Höhe des Versteifungsprofils 41 als gemeinsame Abstützung dienen.
Die Absorptionselemente 32 können an den Längsträgern 16 nahe dem stumpfen Bug 21 befestigt. Diese sind in einem Winkel zur Längsmittelachse 18 von 10 bis 40, vorzugsweise 30° zur Längsmittelachse 18, nach außen geneigt. Die Absorptionselemente 32 greifen an einer Innenseite des Rammschutzes 33 an und positionieren diesen zum stumpfen Bug 21 des Fahrzeugrahmens 14.
Für die Ausgestaltung der Längsträger 16, der Querträger 17, des Überrollbügels 25 und/oder des Rammschutzes 33 wird vorteilhafterweise dasselbe rechteckförmige Profil, vorzugsweise ein rechteckförmiges Doppel-Kammer-Profil, eingesetzt. Dieses rechteckförmige Profil weist an dessen langen Seitenwänden zumindest eine, vorzugsweise drei Vertiefungssicken auf, welche vorzugsweise gegen Beulung dienen und eine Versteifung bewirken. Das Profil weist einen Quersteg auf, durch welchen die Höhe des Profils vorzugsweise in ein Drittel und zwei Drittel unterteilt werden. Dieser Quersteg verbindet die Seitenwände. Darüber hinaus erstreckt sich der Quersteg rechtwinklig über die Seitenwände hinaus und bildet einen Halteflansch. An diesem Halteflansch können weitere Bauteile sowie beispielsweise Karosseriebauten oder ein Ladeboden befestigt sein. Dieses Profil ist bevorzugt als ein Aluminium-Strangpressprofil mit einer hohen Biege- und/oder Torsionssteifigkeit ausgebildet. Alternativ kann dieses Profil auch aus einem Faserverbundwerkstoff durch ein Pultrusionsverfahren herstellbar sein.
Der Rammschutz 33 ist bevorzugt gekrümmt ausgebildet. Beispielsweise kann eine parabelförmige oder eine hyperbelförmige oder kreisrunde Krümmung vorgesehen sein. Der Rammschutz 33 erstreckt sich über einen Bereich außerhalb der vorderen Enden des Längsträgers 16 und des stumpfen Buges 21. Die stirnseitigen Endabschnitte des Rammschutzes 33 sind zwischen den vorderen Enden der Längsträger 16 und den Rädern 43 positioniert. Der gekrümmte Rammschutz 33 bildet durch das Profil einerseits sowie durch eine fiktive Verbindungsgerade von den jeweiligen Enden des Rammschutzes 33 eine fiktive Fläche 45 bzw. eine Bogensegmentfläche. Innerhalb dieser Bogensegmentfläche ist der stumpfe Bug 21 sowie ein vorderer Bereich der Längsträger 16 angeordnet. Der stumpfe Bug 21 kann durch einen Querträger zwischen den vorderen Enden der Längsträger 16 ausgebildet sein. Der stumpfe Bug 21 kann auch durch einen gekrümmten Quersteg 17 gebildet sein. Jedenfalls ist der Fahrzeugrahmen 14 frei von einer Bugspitze ausgestaltet.
In 3 ist eine schematische Seitenansicht der Vorbaustruktur 31 dargestellt. An dem stumpfen Bug 21 des Fahrzeugrahmens 14 ist eine Anbindungsebene, insbesondere eine Anschraubebene für die Vorderachse 47 vorgesehen. Die Vorderachse 47 besteht aus zumindest einem Vorderachs-Integralträger 48, der jeweils einen Vorderachslenker 46 mit einer Spurstange 49 aufnimmt. In dem Vorderachs-Integralträger 48 sind bevorzugt Drehstabfedern zur Aufnahme des Vorderachslenkers 46 vorgesehen.
Der Rammschutz 33 ist in einer ersten Crash-Ebene 50 positioniert. Diese erste Crash-Ebene 50 ist beispielsweise in einer Höhe zwischen 200 mm bis 600 mm, insbesondere zwischen 350 mm bis 500 mm über dem befahrenen Grund vorgesehen. Diese erste Crash-Ebene 50 bildet bei einem Unfall eine Erstkontaktzone mit dem Unfallgegner. Darüber hinaus ermöglicht der Rammschutz 33 eine Fremdfahrzeug-Abweiser-Funktion.
Unterhalb der ersten Crash-Ebene 50 ist eine zweite Crash-Ebene 51 vorgesehen. Diese zweite Crash-Ebene 51 kann auch teilweise überlappend zur ersten Crash-Ebene 50 vorgesehen sein. Diese zweite Crash-Ebene ist bevorzugt durch die Absorptionselemente 32 gebildet. Zwischen dem Rammschutz 33 und dem stumpfen Bug 21 wirken bevorzugt ausschließlich die Absorptionselemente 32.
Unterhalb der zweiten Crash-Ebene 51 ist eine dritte Crash-Ebene 53 vorgesehen. Diese zweite und dritte Crash-Ebene 52, 53 können aneinander angrenzen oder auch zumindest teilweise überlappend ausgebildet sein. Die dritte Crash-Ebene 53 befindet sich beispielsweise auf einer Höhe zwischen 150 mm bis 300 mm über dem befahrenen Grund.
Diese dritte Crash-Ebene 53 bildet eine Deformationszone, das heißt, dass der Fahrzeugrahmen 14 durch eine Verformung Energie eines Unfallgegners abbauen kann. Zusätzlich ermöglicht die dritte Crash-Ebene 53 aufgrund des stumpfen Buges 21 und der daran angrenzenden Längsträger 16 eine seitliche Abweisfunktion bei einem Unfallgegner. Darüber hinaus kann der Vorderachs-Integralträger 48 aufgrund von integrierten Sollbruchstellen 54 abreißen ebenso wie der Vorderachslenker 46 mit der Spurstange 49, so dass das Vorderrad 43 zur Unterstützung der seitlichen Abweisung vollständig von dem Fahrzeugrahmen 14 getrennt werden kann.
Unabhängig der Höhe des Rammschutzes 33 ist der Rammschutz 33 vorzugsweise zum Fahrzeugrahmen 14 unter Bildung eines Überlappungsbereichs 52 angeordnet.
Durch die Positionierung des Rammschutzes 33 zum Fahrzeugrahmen 14 entsteht unterhalb des Rammschutzes 33 ein Freiraum zur Aufnahme von unterschiedlichen Vorderachs-Systemen.
Der zumindest eine Vorderachs-Integralträger 48 der Vorderachse 47 ist vorteilhafterweise an der Stirnseite des stumpfen Buges 21 lösbar befestigt. Im Übergangsbereich vom stumpfen Bug 21 zu den Längsträgern 16 weist der Vorderachs-Integralträger 48 zumindest eine Sollbruchstelle 54 in dem Achsträgerrohr auf. Bei einem Offset-Crash kann die Vorderachse 47 brechen, so dass der über den stumpfen Bug 21 hinausstehende Teil der Vorderachse 47 sowie das Rad 43 als auch die Vorderachslenker 46 abgerissen werden können, um eine Abweisung für das aufprallende Fahrzeug zu ermöglichen.
Bevorzugt ist die Vorderachse 47 als ein Austauschmodul ausgebildet. Analoges kann für den Rammschutz 33 mit den Absorptionselementen 32 gelten.
In 4 ist eine schematische Ansicht von oben auf eine Normalposition der Vorbaustruktur 31 des Kraftfahrzeuges 11 dargestellt. In dieser Draufsicht ist beispielsweise eine Sitzposition eines Fahrers dargestellt. Bei dieser Darstellung des Fahrers kann es sich um eine sogenannte 95%-Person handeln, die also sehr groß ist. Die Füße können dabei vorne im Fußraum 39 der Bodenwanne 38 auf einer bevorzugt ausgebildeten Fahrer-Fußablage positioniert werden. An einer Stirnwand der Bodenwanne 38 und/oder der Fußablage kann eine Pedalerie vorgesehen sein. Die Füße sind durch den stumpfen Bug 21 einerseits als auch durch den Rammschutz 33 andererseits geschützt. Aus der dargestellten Sitzposition des Fahrers wird auch deutlich, dass dieser einfach und schnell sowohl zur linken als auch zur rechten Fahrerseite aussteigen kann.
In 5 ist eine Ausweichbewegung des Rammschutzes 33 bei einem Offset-Crash mit einer leichten Wirkung, beispielsweise von 40 % dargestellt. Das entspricht beispielsweise einem Unfallgegner mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h, das entspricht einer Reparatur-Crash-Kasko-Einstufung. Alternativ kann diese Ansicht auch für eine 25-%-Off-Crash-Situation gelten, bei dem ein Unfallgegner mit ca. 30 km/h auftrifft. In beiden Fällen bleiben der Fahrzeugrahmen 14 und/oder die Bodenwanne 38 unversehrt, d.h., die Hauptzelle bleibt erhalten. Durch die Anordnung des Rammschutzes 33 als auch die Positionierung der Absorptionselemente 32 wird bei dem Offset-Crash der Rammschutz 33 um einen theoretischen Drehpunkt 56, der in der Anbindung zwischen dem Absorptionselement 32 und dem Rammschutz 33 liegt, auf den stumpfen Bug 21 und dem Fahrzeugrahmen 14 zugeschwenkt. Dabei kann der Rammschutz 33 an dem stumpfen Bug 21 auf Block anliegen. Die Ausweichbewegung des Rammschutzes 33 kann zusätzlich noch durch das Versteifungsprofil 41 der Bodenwanne 38 reduziert werden. Das Absorptionselement 32 wird entsprechend verkürzt.
Bei einem solchen Offset-Crash kann es zusätzlich noch zu einer Beschädigung der Vorderachse 42 oder der Vorderachslenker 46 kommen. Dadurch wird bei einer Reparatur der Austausch der Absorptionselemente 32 und gegebenenfalls eines Moduls, welches beispielsweise die Vorderachse 47 und den Vorderachslenker 46 umfasst, erforderlich.
In 6 ist eine Ausweichbewegung des Rammschutzes 33 bei einem extremen Offset-Crash beispielsweise mit 50 km/h dargestellt.
Das Absorptionselement 32, in welchem der theoretische Drehpunkt 56 liegt, wird bei diesem extremen Aufprall ebenfalls deformiert und/oder zusammengedrückt. Zusätzlich wird der Rammschutz 33 auf Block im Bereich des stumpfen Buges 21 und im Bereich daran angrenzenden Längsträgers 16 übergeführt. Beispielsweise kann der Flansch des Profils des Rammschutzes 33 oberhalb des Versteifungsprofils 41 positioniert werden, so dass der darunterliegende Überlappungsbereich des Rammschutzes 33 sowohl an der Außenseite des Längsträgers 16 als auch an der Außenseite des Versteifungsprofils 41 anliegen. Gleichzeitig wird an der Sollbruchstelle 54 des Rads 43, die Vorderachse 47 und der Vorderachslenker 46 abgerissen. Trotz dieses extremen Crash verbleibt der Fahrzeugrahmen 14 und die Bodenwanne 38 ohne Beschädigung. Dadurch ist auch ein Fußraum des Fahrers geschützt.
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

EP 2128000 B1 [0002]
EP 3429887 B1 [0003]
WO 2017157838 A1 [0036]

Claims

Fahrzeugtragstruktur für Kraftfahrzeuge (11), insbesondere Leichtfahrzeuge im urbanen Verkehr, - mit einem Fahrzeugrahmen (14) aus zumindest zwei Längsträgern (16), die sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und mit wenigstens einem, die Längsträger (16) miteinander verbindenden Querträger (17), - wobei die Längsträger (16) spiegelbildlich zu der Fahrzeuglängsrichtung des Fahrzeugrahmens (14) verlaufen und in einer gemeinsamen Ebene liegen, - wobei die Längsträger (16), ausgehend von dem Frontbereich, in Richtung auf den Heckbereich eine Krümmung mit einem vorderen Krümmungsbereich aufweisen, der sich zur Fahrzeugmitte aufweitet und daran anschließend ein hinterer Krümmungsbereich aufweist, durch welchen sich der Heckbereich verjüngt, und - wobei in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vor dem Fahrzeugrahmen (14) ein Rammschutz (33) vorgesehen ist und der Rammschutz (33) durch zumindest ein Absorptionselement (32) mit dem Fahrzeugrahmen (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die vorderen Enden des Längsträgers (16) in einem stumpfen Bug (21) übergehen, und - dass der Rammschutz (33) gekrümmt ausgebildet ist und sich seitlich über den stumpfen Bug (21) hinaus erstreckt.
Fahrzeugtragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Enden der Längsträger (16) und der stumpfe Bug (21) innerhalb einer fiktiven Fläche (45) liegen, welche durch den gekrümmten Rammschutz (33) und eine Verbindungsgerade (44) zwischen den stirnseitigen Enden des Rammschutzes (33) gebildet ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stumpfe Bug (21) durch eine quer zur Längsmittelachse (18) ausgerichteten Querträger (17) oder durch einen gekrümmten Querträger (17) gebildet ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammschutz (33) eine parabolförmige, eine hyperbelförmige oder eine kreisrunde Krümmung aufweist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammschutz (33) einen Verlauf ausgehend von einer Längsmittelachse (18) zu den jeweiligen stirnseitigen Endabschnitten (35) aufweist, so dass bei einem Offset-Crash der Endabschnitt (35) des Rammschutzes (33) und der Fahrzeugrahmen (14) auf Block aneinander liegen.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (35) des Rammschutzes (33) einen Abstand zueinander aufweisen, der kleiner als ein Achsabstand der Räder (43) an der Vorderachse (47) ist, und vorzugsweise der Endabschnitt (35) des Rammschutzes (33) zwischen dem Rad (43) und dem Längsträger (16) des Fahrzeugrahmens (14) positioniert ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch zur Längsmittelachse (18) jeweils das zumindest eine Absorptionselement (32) vorgesehen ist, und dass die Längsachse des Absorptionselementes (32) in einem Winkel zwischen 10° bis 45°, vorzugsweise 30°, gegenüber der Längsmittelachse (18) zur Außenseite des Fahrzeugrahmens (14) geneigt ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammschutz (33) und der Fahrzeugrahmen (14) in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Rammschutz (33) höher als der Fahrzeugrahmen (14) positioniert ist, und vorzugsweise dass zwischen dem Rammschutz (33) und dem Fahrzeugrahmen (14) ein Überlappungsbereich (25) gebildet ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammschutz (33) eine erste Crash-Ebene (50) bildet, der gegenüber dem stumpfen Bug (21) in Fahrtrichtung gesehen, zumindest bereichsweise hervorsteht und der Fahrzeugrahmen (14), insbesondere der stumpfe Bug (21) des Fahrzeugrahmens (14) eine weitere Crash-Ebene (52) bildet, unterhalb der ersten Crash-Ebene (50) liegt.
Fahrzeugtragstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rammschutz (33), der eine erste Crash-Ebene bildet und dem Fahrzeugrahmen (14), der eine weitere oder dritte Crash-Ebene (53) bildet, eine zweite Crash-Ebene (51) durch das zumindest eine Absorptionselement (32) gebildet ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammschutz (33), die Absorptionselemente (32) und/oder eine Vorderachse (47) und/oder die Achslenker als Modul auswechselbar an dem Fahrzeugrahmen (14) vorgesehen sind.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachse (47) in einer Anbauebene an dem stumpfen Bug (21) lösbar befestigt ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachse (47) zumindest einen Vorderachs-Integralträger (48) umfasst, der vorzugsweise rohrförmig, insbesondere aus einem Aluminiumrohr oder verstärkten Aluminiumrohr, ausgebildet ist und vorzugsweise seitlich außerhalb des stumpfen Bugs (21) oder in einem Überlappungsbereich zwischen dem stumpfen Bug (21) und den Längsträgern (16) zumindest eine Sollbruchstelle (54) aufweist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich des stumpfen Buges (21) und der daran angrenzenden Längsträger (16), vorzugsweise vom stumpfen Bug (21) bis zur Fahrzeugmitte, eine Bodenwanne (38) vorgesehen ist, welche sich innerhalb der Höhe der Längsträger (16) und zumindest teilweise in der Höhe über den Längsträger (16) hinaus erstreckt.
Fahrzeugtragstruktur nach Anspruch (14), dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich der Bodenwanne (38) auf dem stumpfen Bug (21) aufliegt und sich zumindest bis zum Anbindungspunkt der Absorptionselemente (32) an den Längsträgern (16) erstreckt und vorzugsweise der Randbereich der Bodenwanne (38) als ein Versteifungsprofil (41) vorgesehen ist.
Fahrzeugtragstruktur nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwanne (38) aus einem faserverstärkten Verbundmaterial, insbesondere in einer Monocoque-Bauweise, ausgebildet ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fahrzeugmitte des Fahrzeugrahmens (14) zumindest ein Querträger (17) vorgesehen ist, der an seinen jeweiligen Enden zumindest ein Absorptionselement (34) aufweist, welches mit dem gegenüberliegenden Längsträger (16) verbunden ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Querträger (17) und dem Heck des Fahrzeugrahmens (16) eine Batterieaufnahme vorgesehen ist, wobei eine Einbaubreite bei der Batterieaufnahme gleich oder kleiner als die Länge des Querträgers (17) in der Fahrzeugmitte ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Heckbereich des Fahrzeugrahmens (14) ein Heckmodul (28) auswechselbar vorgesehen ist, welches vorzugsweise mit dem Fahrzeugrahmen (14) verschraubt ist.
Fahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (16), die Querträger (17), ein Überrollbügel (25) und/oder die das Heckmodul (28) bildenden Längsträger aus einem rechteckförmigen Profil, insbesondere Doppel-Kammer-Profil, aufgebaut sind, welches vorzugsweise einen Quersteg zur Aussteifung der Seitenwände des rechteckförmigen Profils und zur Bildung von Flanschabschnitten außerhalb der Seitenwand vorgesehen ist.
Fahrzeugtragstruktur nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das rechteckförmige Profil, insbesondere Doppel-Kammer-Profil, als ein Aluminium-Strangpress-Profil oder ein verstärktes Aluminium-Strangpress-Profil oder aus einem faserverstärkten Verbundstoff in einem Pultrusionsverfahren ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit wenigstens drei Rädern (43), dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrzeugtragstruktur (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammschutz (33) in einer ersten Crash-Ebene (49, 50), vorzugsweise auf einer Höhe zwischen 350 mm bis 500 mm, über dem befahrenden Grund liegt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Rädern (43) angebundene Fahrzeugrahmen (14) in einer weiteren Crash-Ebene (53) vorgesehen ist, welche vorzugsweise auf einer Höhe zwischen 150 mm bis 300 mm über dem befahrenen Grund liegt.