DE19746238A1 - Karosserieaufbau eines Personenkraftwagens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Karosserieaufbau eines Personenkraftwagens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Karosserieaufbauten von Personenkraftwagen haben eine Vielzahl von Anforderungen zu erfüllen. Insbesondere muß die für Einbauten und den Fahrbetrieb erforderliche Steifigkeit bei einem ausreichenden und möglichst komfortablen Platzangebot für Fahrzeuginsassen zur Verfügung gestellt werden. Zudem sollen vorzugsweise frontseitig und heckseitig der Fahrgastzelle Energieabsorptionsbereiche und Elemente vorgesehen sein, die bei einem Fahrzeugaufprall bei geeigneter Krafteinleitung Aufprallenergie absorbieren. Die Karos­ seriesteifigkeit und die Aufprallenergieabsorption werden wesentlich durch den Aufbau des Karosseriebodens bestimmt. Weiter soll eine Karosserie einfach und kostengünstig her­ stellbar sein und für einen insgesamt geringen Kraftstoffverbrauch möglichst leicht aufgebaut sein.

Herkömmliche Fahrzeugkarosserien weisen in der Bodengruppe einen Trägerverbund auf, der zwei Frontlängsträger und zwei Hecklängsträger umfaßt. Die Frontlängsträger und Hecklängsträger sind dabei jeweils etwa parallel ausgerichtet und liegen zwischen und angrenzend an vorderen bzw. hinteren Radhäusern. An den zur Insassenzelle hin ge­ richteten Trägerenden erfolgt jeweils eine Verzweigung, wobei ein Trägerzweig jeweils zu einem Mitteltunnel hin und der andere Trägerzweig zu einem zugeordneten, seitlichen Schweller führt. Die Trägerstruktur im Bodenbereich der Insassenzelle besteht somit aus zwei Trägerringstrukturen, die als gemeinsamen Träger den Mitteltunnel aufweisen, seitlich den zugeordneten Schweller und als Verbindungsträgerteile die vorgenannten Trägerver­ zweigungen umfassen. An diesen Ringstrukturen ist dann jeweils front- und heckseitig der zugeordnete Frontlängsträger und Hecklängsträger angeschlossen. Der Grund für diese Trägergeometrie besteht darin, daß in einer Draufsicht Fahrzeugkarosserien etwa rechteckig ausgeführt sind, die Radhäuser innerhalb dieser Rechteckform liegen und die Bodenträger um diese Radhäuser herum zu den seitlichen Schwellern geführt sind.

Karosserieaufbauten moderner Personenkraftwagen bestehen besonders bei Großserien üblicherweise aus Stahlblech. Dabei ist der vorstehend beschriebene Trägerverbund mit Blechen verbunden, die zusätzlich zu den Trägern Trag- und Versteifungsfunktionen über­ nehmen können. Zudem sind Karosserieaufbauten bekannt mit einem Tragrahmen, der aus Leichtmetallstrangprofilen und Leichtmetall-Gußknotenelementen besteht und mit flächigen Beplankungen versehen ist. Beide unterschiedliche Aufbauarten haben jedoch prinzipiell den vorbeschriebenen Bodenträgeraufbau. An diesen Bodenaufbau schließen sich in an sich bekannter Weise die Seitenwandbereiche mit vertikalen Säulen und Tür- und Fensteraus­ schnitten sowie der Dachaufbau, der Motorraumaufbau und Laderaumaufbau an.

Die vorbeschriebenen Bodenträgerverzweigungen sind hinsichtlich der Crashstabilität immer kritisch, da an Verzweigungspunkten eine Knickgefahr besteht und bei einem Ausknicken schlagartig die erforderliche Stabilität erheblich reduziert ist. Um dem entgegenzuwirken, sind aufwendige, stabile und damit relativ schwere Trägerausführungen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gewichtsgünstigen Karosserieaufbau mit guter Crashstabilität zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 sind zwei etwa parallel und gerade vom Frontbereich bis zum Heckbereich durchlaufende Bodenlängsträger vorgesehen. Ein linker Bodenlängsträger ist dabei in einem Bereich zur Fahrzeuglängsmitte hin neben den linken Radhäusern und ein rechter Bodenlängsträger neben den rechten Radhäusern angeordnet. Bei einem solchen Aufbau wird ein gerade durchgehender Kraftfluß an den Bodenlängsträgern erreicht. Dies führt bei einem einfachen Aufbau insbesondere in Verbindung mit Querträgern zu einer hochfesten Bodenkonstruktion mit gewichtsgünstig dimensionierbaren Trägern. Zudem wird insbesondere bei Front- und Heckkollisionen ein hoher Sicherheitsstandard erreicht, da Aufprallkräfte über die geraden Bodenlängsträger gerade durchgehend in den Karosserieverbund eingeleitet und abgestützt werden.

Damit steht hier ein Aufbaukonzept für eine Karosserie eines Ultraleichtfahrzeugs zur Verfügung mit dem in Verbindung mit Leichtbaumaterialien und Energiesparantrieben extrem niedere Verbrauchswerte realisiert werden können.

Diese Bodenlängsträger können als gerade durchgehende Balken ausgeführt sein, die dann in einer Höhe etwa über den Achsbereichen durch die Insassenzelle verlaufen. An der Unterseite dieser Längsträger sind Bodenplattenteile befestigt. An der Oberseite sind bevor­ zugt in Sitzführungen für eine Längsverstellung die Fahrzeugsitze angebracht. Dadurch ergibt sich eine Sitzposition, bei der der jeweilige Bodenlängsträger zwischen den Beinen eines Insassen verläuft und dessen Füße beidseitig des Bodenlängsträgers auf die tiefer liegende Bodenplatte aufgesetzt wird. Die Sitzposition ist dabei durch einen relativ schmal ausführbaren Bodenlängsträger nicht eingeengt und komfortabel.

Beim Ein- und Aussteigen muß allerdings ein Bein über den entsprechenden Bodenlängsträger bewegt werden. Um hier eine Komfortverbesserung zu erhalten, werden in einer bevorzugten Ausführungsform die Bodenlängsträger in einer Seitenansicht im Bereich der Insassenzelle tiefer gelegt und gehen jeweils durch eine S-Biegung in höher liegende, frontseitige und heckseitige horizontale Abschnitte über, die dann über dem Achsniveau liegen. In einer Draufsicht laufen jedoch auch hier die Bodenlängsträger von der Frontseite bis zur Heckseite geradlinig durch. Die S-Biegungen zur Niveauabsenkung der Boden­ längsträger in der Insassenzelle können flach ausgeführt sein und beeinflussen den gerade durchgehenden Kraftfluß nur wenig, so daß auch hier eine hohe Steifigkeit mit hoher Crashstabilität vorliegt.

In an sich bekannter Weise können die Frontträgerabschnitte und Heckträgerabschnitte für eine verbesserte Aufprallenergieabsorption als Faltenbeulrohre ausgebildet sein.

Die Bodenlängsträger sind bevorzugt hohl mit durchgehenden Längskammern, insbeson­ dere als Leichtmetall-Strangprofile ausgeführt. Damit sind sie ggf. mit Ausnehmungen besonders geeignet zur Aufnahme von Funktionselementen wie von Heiz-/Kühlkanälen, von Bordnetzleitungen und von Betätigungselementen.

Zum Aufbau der gesamten Bodenplatte sind wenigstens im Bereich der Insassenzelle an die Bodenlängsträger seitlich Beplankungen angeschlossen, die als Schweller und/oder Türbrüstungen ausgeführt sein können und über angeschlossene, vertikale Säulen in den oberen Karosserieaufbau übergehen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Bodenplatte in Verbindung mit den Bodenlängsträgern als Wabenprofil-Sandwich ausgebildet und wird bei einem Fahr­ zeugaufprall in eine Aufprallenergieabsorption einbezogen. Für einen Seitenaufprallschutz sind bevorzugt bei einer solchen Sandwich-Bodenstruktur dort und an die Bodenlängsträger keilförmige Seitenabstützteile angeschlossen. Für einen Front- und Heckaufprallschutz werden ein geschlossener Frontquerträger und geschlossener Heckquerträger vorge­ schlagen, die jeweils mit den Bodenlängsträgerenden verbunden sind.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein in einer vertikalen Fahr­ zeugquerebene angeordneter Ringrahmen vorgesehen, der mit Vertikalbereichen die B- Säulen bildet. Mit einem unteren, horizontalen Querträgerbereich ist der Ringrahmen mit den Bodenlängsträgern verbunden und bildet mit einem oberen, horizontalen Querträgerbereich ein Dachrahmenteil. Dieser Ringrahmen trägt zu einem insgesamt einfachen und kosten­ günstigen Aufbau mit hoher Karosseriesteifigkeit und gutem Seitenaufprallschutz bei.

Die vorstehend angegebenen Strukturen und Ausführungsformen können sowohl in Stahl­ blechkonstruktionen als auch in Leichtmetall-Rahmenkonstruktionen mit Strangprofilen und Gußknotenelementen realisiert werden.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Karosserieaufbaus,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Karosserieaufbau nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine konkrete erste Ausführungsform eines Karosserieauf­ baus mit einer perspektivischen Ansicht in den vorderen Teil einer Insassenzelle,

Fig. 4 einen teilweisen Schnitt einer zweiten Ausführungsform eines Karosserieaufbaus mit einem Blick in die Insassenzelle, und

Fig. 5 einen teilweisen Schnitt einer dritten Ausführungsform eines Karosserieaufbaus,

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform,

Fig. 7 eine Querschnittansicht für die vierte Ausführungsform.

In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Karosserieaufbau 1 eines Personenkraftwagens dargestellt mit einer Insassenzelle 2, einem frontseitigen Motorraum 3 und einem heck­ seitigen Laderaum 4. Im Bodenbereich sind zwei parallel und in der Draufsicht nach der Fig. 2 gerade vom Frontbereich 5 bis zum Heckbereich 6 durchlaufende Bodenlängsträger 7, 8 vorgesehen.

Der Karosserieaufbau 1 umfaßt weiter vier Räder 9, 10, 11, 12, die in (nicht explizit darge­ stellten) Radhäusern enthalten sind. Die Bodenlängsträger 7, 8 sind jeweils zwischen der Fahrzeuglängsmitte (Mittellinie 13) und den linksseitigen bzw. rechtsseitigen Radhäusern der Räder 9 bis 12 angeordnet.

Auf den Bodenlängsträger 7, 8 sind hintereinander jeweils längsverschiebbar zwei Sitzteile von Fahrzeugsitzen 14, 15, 16, 17 angebracht, wobei die hinteren Fahrzeugsitze 15, 17 auch als durchgehende Sitzbank ausgebildet sein können. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ver­ laufen die Bodenlängsträger 7, 8 zwischen den Beinen 18, 19 von strichliert eingezeichneten Insassen 20.

Aus der Seitenansicht der Fig. 1 ist ersichtlich, daß jeder Bodenlängsträger 7, 8 einen tiefer liegenden horizontalen Trägermittenabschnitt 21 im Bereich der Insassenzelle 2 aufweist, der jeweils durch eine S-Biegung 22, 23 in einen horizontalen Frontlängsträger 24 und Hecklängsträger 25 übergeht.

In der konkreten ersten Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht der Verlauf der Boden­ längsträger 7, 8 der schematischen Darstellung nach den Fig. 1 und 2. Die Boden­ längsträger 7, 8 sind hier als hochkant stehende, schmale Hohlprofile, insbesondere als Leichtmetallstrangpreßprofile ausgebildet. Ein oberer Kammerbereich 26 ist jeweils im Quer­ schnitt kreisrund ausgebildet, an den sich beidseitig nach unten Seitenwände 27, 28 an­ schließen, die zu horizontal verlaufenden Flanschen 29, 30 abgewinkelt sind. Zwischen den Seitenwänden 27, 28 verläuft zur weiteren Aussteifung eine Querwand 31. Durch diesen Aufbau ergeben sich längsverlaufende Kammern, die als Heiz-/Kühlkanäle oder Kabel­ schächte genutzt werden können.

Die Bodenlängsträger 7, 8 ragen mit ihrem gesamten Querschnitt in die Insassenzelle und sind über die Flansche 29, 30 mit einer Bodenplatte 32 verbunden. Die Verbindung ist durch Klebung und/oder über Nieten 33 hergestellt.

Die Bodenplatte 32 ist als Wabenprofil-Sandwich ausgeführt und mit in eine Energieab­ sorption bei einem Fahrzeugaufprall einbezogen. In den Seitenbereichen der Bodenplatte 32 sind dazu für eine Schwellerausbildung weitere Strangpreßprofile 34 angeordnet, deren Profil auch eine untere Türbrüstung mit Halterungen für Gummidichtungen bildet.

Auch der Türrahmen 35 ist hier aus Strangpreßprofilen 36 gebildet und mit einer Waben­ profil-Sandwichplatte beplankt. Als Seitenaufprallschutz ist zwischen einer Außenhaut 38 und dieser Platte 37 noch ein horizontal durchgehendes Strangprofil 39 eingesetzt.

Der Fahrzeugsitz 14 ist hier schematisch strichliert eingezeichnet und auf dem Boden­ längsträger 7 mittels (nicht dargestellten) Längsführungen verschiebbar gehalten. Aus dieser Anordnung ist deutlich die Sitzposition für den Fahrzeuglenker erkennbar, wobei der Boden­ längsträger 7 zwischen den Beinen des Fahrzeuglenkers verläuft und dessen Füße beidseits des Bodenlängsträgers 7 auf der Bodenplatte 32 bzw. einem Gaspedal 40, einem Brems­ pedal 41 oder einem Kupplungspedal 42 aufgesetzt werden.

In Fig. 4 ist eine zweite konkrete Ausführungsform dargestellt, die im wesentlichen hinsicht­ lich des Verlaufs der Bodenlängsträger 7, 8, der Sitzanordnung, der Türrahmen 35 und der Bodenplatte 32 der Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht. Der Querschnitt der Boden­ längsträger 7, 8 ist jedoch hier insgesamt rechteckig gewählt mit ebenfalls drei Längskam­ mern. Zudem ist zwischen den Bodenlängsträgern 7, 8 im Bereich der Frontsitze ein Boden­ querträger 43 angeordnet, der die Bodenlängsträger 7, 8 verbindet und der zur Seite hin jeweils mit einem Keil 44 bis zum Schweller geführt ist.

Die Darstellung nach Fig. 4 zeigt unter anderem auch den Bereich um die B-Säule. Hier ist ein vertikal in einer Fahrzeugquerebene stehender Ringrahmen 45 angebracht, der sich ausgehend von einem Bodenquerträger 46 zwischen den Längsbodenträgern 7, 8 zur Fahrzeugaußenseite hin mit unteren Seitenbereichen 47, 48 erstreckt und in Vertikalab­ schnitte als B-Säulen 49, 50 übergeht, die durch ein Dachrahmenteil 51 verbunden sind. Die Trägerelemente, z. B. 52, sind hier als Leichtmetallstrangprofile hergestellt, die über Leichtmetall-Gußknotenelemente, z. B. 53, zu einer tragenden Rahmenstruktur verbunden sind.

In Fig. 5 ist eine der Fig. 4 prinzipiell ähnliche dritte Ausführungsform eines Karosserieauf­ baus dargestellt. Der Karosserieaufbau ist hier unter Verwendung der dargestellten Anord­ nung der Bodenlängsträger 7 in herkömmlicher Weise mit Stahlblechen hergestellt. Auch hier ist eine Bodenplatte 32 mit einer Sandwich-Wabenstruktur verwendet. Für einen Seiten­ aufprallschutz sind keilförmige Seitenabstützteile 44 an die Bodenlängsträger 7, 8 und an die Bodenplatte 32 angeschlossen, wodurch auch die Bodenplatte 32 für eine Aufprallenergieabsorption herangezogen wird. Auch in dieser Ausführungsform kann ein Ringrahmen 45 (strichliert eingezeichnet) verwendet werden.

Die Frontlängsträger 24 und Hecklängsträger 25 sind zur Verbesserung der Energieab­ sorption bei einem Aufprall in an sich bekannter Weise als Faltenbeulrohre ausgeführt und endseitig jeweils mit einem geschlossenen Frontquerträger 54 und Heckquerträger 55 ver­ bunden. Die hier verwendeten Faltenbeulrohre und geschlossenen Frontquerträger und Heckquerträger können auch bei den anderen vorbeschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind die durchlaufenden Bodenlängsträ­ ger 7, 8 weitestgehend geradlinig konturiert, weisen also weder Knickungen noch Kröpfun­ gen auf. Durch diese Gestaltung kann gegenüber herkömmlichen Konzepten bei gleichem Materialeinsatz eine deutlich höhere Crash-Stabilität erreicht werden. Zugleich sind die nach oben gerichteten Wandungen als Gleitführungselemente für Sitzschalen 56, 57 nutzbar (siehe Fig. 7). Die Bodenlängsträger 7, 8 sind bevorzugt aus einem Aluminium-Strangprofil gebildet, in das endseitig beispielsweise Dampfelement oder Pralltöpfer 58, 59 einsteckbar sind.

Claims (16)

1. Karosserieaufbau eines Personenkraftwagens, mit einem Trägerverbund, der Längsträger umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, etwa parallel und gerade von einem Frontbereich (5) bis zu einem Heckbereich (6) des Karosserieaufbaus (1) durchlaufende Bodenlängsträger (7, 8) vorgesehen sind, wobei wenigstens ein linker Bodenlängsträger (7) in einem Bereich zur Fahrzeuglängsmitte (13) hin neben linken Radhäusern und wenigstens ein rechter Bodenlängsträger (8) entsprechend neben rechten Radhäusern angeordnet sind.

2. Karosserieaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im Fußraumbereich einer Insassenzelle (2) die Bodenlängsträger (7, 8) auf einer Bodenplatte (32) angebracht sind und sich mit ihrem Querschnitt in die Insassenzelle (2) erstrecken.

3. Karosserieaufbau nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bodenlängsträger (7, 8) einen schmalen, etwa rechteckigen Querschnitt aufweist und mit einer Schmalseite nach oben gerichtet im Karosserieaufbau (1) angeordnet ist.

4. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf einem Bodenlängsträger (7, 8) eine Sitzbefestigung und Sitzführung angebracht ist, mit einer Sitzanordnung dergestalt, daß der jeweilige Längsträger (7, 8) zwischen den Beinen eines Insassen verläuft.

5. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Längskammern und/oder Ausnehmungen der Längsbodenträger (7, 8) Funktions­ elemente, insbesondere Heiz-/Kühlkanäle, Kabelschächte für Bordnetzleitungen und Betätigungselemente integriert sind.

6. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Bodenlängsträger (7, 8) wenigstens seitlich im Bereich der Insassenzelle (2) Beplankungen angeschlossen sind.

7. Karosserieaufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beplankungen als Schweller (34) und/oder Türbrüstungen und/oder vertikale Säulen (49, 50) aus­ gebildet sind.

8. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einer vertikalen Fahrzeugquerebene stehender Ringrahmen (45) vorgesehen ist, der sich mit unteren Seitenbereichen (47, 48) ausgehend von einem Bodenquerträger (46) zwischen den Längsbodenträgem (7, 8) zur Fahrzeugaußenseite hin und anschließend mit Vertikalbereichen, insbesondere als B-Säulen (49, 50) zum Dachbereich hin erstreckt, wo die Vertikalbereiche durch ein Dachrahmenteil (51) verbunden sind.

9. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (32) als Wabenprofil-Sandwich ausgebildet ist und mit in eine Energieab­ sorption bei einem Fahrzeugaufprall einbezogen ist.

10. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß frontseitig ein geschlossener Frontquerträger (54) mit den Enden der Boden­ längsträger (7, 8) und/oder heckseitig ein geschlossener Heckquerträger (55) mit den Enden der Bodenlängsträger (7, 8) verbunden ist.

11. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenlängsträger (7, 8) in einer Seitenansicht je von einem tieferliegenden, hori­ zontalen Trägermittenabschnitt (21) im Bereich der Insassenzelle (2) jeweils durch eine S-Biegung (22, 23) in höherliegende, horizontale Frontlängsträger (24) und Hecklängsträger (25) übergehen.

12. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß frontseitige und/oder heckseitige Abschnitte (24, 25) der Bodenlängsträger (7, 8) als Faltenbeulrohre ausgebildet sind.

13. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenlängsträger (7, 8) und/oder weitere Träger (52) des Trägerverbunds als Profilteile ausgebildet sind, insbesondere als Strangpreßprofile aus Leichtmetall die durch Gußknotenelemente (53) verbunden sind.

14. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Seitenaufprallschutz keilförmige Seitenabstütztteile (44) an die Bodenlängsträger (7, 8) und ggf. eine Sandwich-Bodenstruktur (32) angeschlossen sind, dergestalt daß die Keilbreitseiten mit den Bodenlängsträgern (7, 8) verbunden sind.

15. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenlängsträger (7, 8) geradlinig verlaufend ausgebildet sind.

16. Karosserieaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Wandungsabschnitte der Bodenlängsträger (7, 8) als Sitzführungselemente ausge­ bildet oder zur Aufnahme von Sitzführungselementen hergerichtet sind.