DE3806837A1 - Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrschemel nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Fahrschemel dieser Art sind seit langem bekannt, wie beispielsweise aus der DE-AS 11 16 073, der DE-AS 11 77 016 oder der DE-OS 31 46 554 hervorgeht. Sie sind vielfach im Vorderbau des Kraftfahrzeugs untergebracht, stützen die im wesentlichen aus dem Motor und dem Getriebe bestehende Baueinheit ab und lagern außerdem Radführungsglieder der Vorderachse, wie beispielsweise Querlenker oder ähnliches. Der Vorteil solcher Fahr­ schemel besteht in der guten Vormontierbarkeit der erwähnten Aggregate und der Achsteile und in einer verbesserten Geräuschisolierung der vom Motor, dem Getriebe, ggf. den Antriebswellen, sowie der über das Fahrwerk übertragenen Geräusche gegenüber der Fahrgast­ zelle. Die vom Motor erzeugten Schwingungen entstehen insbesondere durch Gaskräfte. Ferner verursachen das Getriebe durch den Zahneingriff und die Antriebswellen durch Unwuchten Schwingungen. Weiterhin kann das Fahr­ werk sowohl durch die eben erwähnten Aggregate als auch durch Fahrbahnunebenheiten zu Schwingungen angeregt werden.

Die bekannten Fahrschemel bzw. Hilfsrahmen haben noch wesentliche Nachteile. Sie beanspruchen zum einen viel Bauraum und können beim Crash hinsichtlich des Verfor­ mungsverhaltens Nachteile mit sich bringen. Sie sind häufig, zumindest teilweise, um den Motor und das Getriebe herumgezogen und müssen innerhalb der Vor­ baustruktur des Fahrzeugs untergebracht werden, wo die Raumverhältnisse ohnehin beengt sind. Die vorbekannten Hilfsrahmen genügen zwar den an sie gestellten Festig­ keitserfordernissen, sie haben jedoch im Hinblick auf eine möglichst gute Schwingungs- und Geräuschisolation noch eine viel zu kleine Masse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahr­ zeug der vorausgesetzten Gattung zu schaffen, bei dem die Isolationswirkung in der Fahrgastzelle gegenüber den Antriebs- und Fahrwerksgeräuschen und -schwingungen möglichst hoch ist. Dies soll außerdem durch möglichst wenig zusätzlichen Bauraum und durch möglichst wenig Mehrgewicht erreichbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gesamte Vorderbau und/oder der Hinterbau des Kraft­ fahrzeugs als Fahrschemel ausgebildet ist. Der gesamte Vorderbau eines Kraftfahrzeugs hat auch dann ganz wesentlich mehr Masse als der bisher verwendete Fahr­ schemel oder Hilfsrahmen, wenn für das Fahrzeug ins­ gesamt ein konsequenter Leichtbau angestrebt wird. Der gesamte Vorderbau, der die im wesentlichen aus Motor und Getriebe bestehende Antriebsweinheit elastisch abstützt und auch das Fahrwerk elastisch lagert, ist bei der erfindungsgemäßen Lösung elastisch mit dem dahinterge­ legenen Fahrzeugkörper etwa im Bereich der Stirnwand der Fahrgastzelle verbunden. Die ganz erheblich höhere Masse des als Fahrschemel ausgebildeten Vorderbaus bzw. Hinterbaus kann wesentlich wirkungsvoller dazu verwendet werden, die Isolationsfrequenz herabzusetzen, als dies mit den bisher bekannten Fahrschemeln möglich ist.

Die Erfindung bietet den weiteren Vorteil einer noch besseren Vormontage, da der abgetrennte Vorderbau bzw. Hinterbau des Fahrzeugs noch bessere Möglichkeiten im Hinblick auf die Zugänglichkeit zu Einzelaggregaten eröffnet. Motor, Getriebe, Fahrwerk und Vorderbau können beispielsweise nahezu komplett vormontiert werden. Weiterhin sind Reparaturen bzw. der Austausch des gesamten Vorder- oder Hinterbaus mit einem geringeren Zeitaufwand möglich.

Die Erfindung und weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung, die Gegenstand von Unteransprüchen sind, sind im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematisierte Perspektivdarstellung eines Personenkraftwagens;

Fig. 2 einen schematisierten Längsschnitt durch den Vorderbau des neuen Fahrzeugs;

Fig. 3 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2 und

Fig. 4 Resonanzkurven für einfachelastisch und doppelelastisch aufgehängte Aggregate eines Kraftfahrzeugs.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug umfaßt einen den Fahrzeuginnenraum mit einer Fahrgast­ zelle umschließenden Fahrzeugkörper 1, einen Vorderbau 2 und einen Hinterbau 3. Weitgehend im Vorderbau 2 ist der Motor-Getriebe-Block 4 untergebracht, der über eine Kardanwelle 5 mit dem Hinterachsaggregat 6 in Verbindung steht. Die Kardanwelle 5 könnte auch von einem Rohr umgeben sein, das den Motor-Getriebe-Block 4 drehsteif mit dem Hinterachsaggregat 6 verbindet. Das Hinterachs­ aggregat 6 ist im wesentlichen im Hinterbau 3 unterge­ bracht.

Der gesamte Vorderbau 2 ist mit dem Fahrzeugkörper 1 über die angedeuteten Gummilager 7, 8, 9 und 10 ela­ stisch verbunden. Mit dem Vorderbau 2 ist wiederum der Motor-Getriebe-Block 4 über weitere schematisch dar­ gestellte Gunmilager 11, 12, 13 und (in Fig. 1 nicht ersichtlich) 14 elastisch verbunden. Der gesamte, in Fig. 1 mit weggebrochenen seitlichen Wänden schematisch dargestellte Vorderbau 2 dient auf diese Weise als Fahrschemel, der wegen seiner - auch in Leichtbauweise - erheblich größeren Masse gegenüber den bisher ver­ wendeten Fahrschemeln deutlich wirksamer zur Schwin­ gungs- und Geräuschisolation beitragen kann. Der an den vier Gummilagern 7, 8, 9 und 10 leicht mit dem Fahr­ zeugkörper 1 zu verbindende und von diesem zu trennende Vorderbau 3 bietet, wie bereits erwähnt, noch mehr Möglichkeiten im Hinblick auf eine umfassendere Vor­ montage, im Hinblick auf Reparaturen oder auch im Hinblick auf den Austausch des gesamten Vorder- bzw. Hinterbaus.

Die schematisch angedeuteten Räder 15 der Vorderachse, bzw. deren Radführungsglieder, stützen sich über die schematisierten Tragfedern 16 am Vorderbau 2 ab und stehen mit der Fahrbahn über die schematisiert als Federn 17 dargestellten Reifen in Verbindung.

Man erkennt, daß der als Fahrschemel dienende Vorderbau 2 über Gummilager mit dem Fahrzeugkörper 1 verbunden ist, die einen großen Lagerabstand haben, so daß trotz der für die Schwingungsisolierung erforderlichen ge­ wissen Weichheit dieser Gummilager eine ausreichende Lagestabilität des Vorderbaus 2 gegenüber dem Fahrzeug­ körper 1 erreichbar ist. Bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel sind zwei obere Gummilager 7 und 8 und zwei untere Gummilager 9 und 10 für die elastische Verbindung des Vorderbaus 2 mit dem Fahrzeugkörper 1 vorgesehen. Die Gummilager sind in den Eckbereichen etwa der Ebene des Fahrzeugkörpers angeordnet, in der auch die Stirnwand verläuft. Weiterhin sind diese Gummilager so ausgebildet und angeordnet, daß unter Seitenkraft­ einfluß kein Verdrehen des Vorderbaus 2 relativ zum Fahrzeugkörper 1 um eine Hochachse erfolgt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die den Vorderbau 2 mit dem Fahrzeugkörper 1 verbindenden Gummilager 7, 8, 9 und 10 in horizontaler Richtung unterschiedlich hart sind. Die Verlängerungen 18 der "harten" Richtung 20 der oberen Gummilager 7 und 8 schließen in Draufsicht mit der Achsmitte 19 den Winkel β ein. Die Verlängerungen 18 der "harten" Richtung 20 der unteren Gummilager 9 und 10 schließen in Draufsicht mit der Achsmitte 19 den Winkel α ein. Die Winkel α und β sind dabei so ausgerichtet, daß sich ein gemeinsamer Federschwerpunkt S ergibt, der entsprechend dem ge­ wünschten Fahrverhalten (untersteuernd, neutral, über­ steuernd) für den Vorderbau 2 entweder vor der Achsmitte 19, ungefähr im Bereich der Achsmitte 19 oder hinter der Achsmitte 19 liegt. Bekanntlich ist der Federschwerpunkt S so definiert, daß Kräfte, deren Wirkungslinien durch den Federschwerpunkt S gehen, kein Drehmoment zur Folge haben und demnach keine Verdrehung des entsprechenden Bauteils (hier: des Vorderbaus 2 um eine Hochachse) hervorrufen.

Gemäß Fig. 3 kann die unterschiedlich harte Kennung der genannten Gummilager in bekannter Weise so erhalten werden, daß beiderseits der harten Richtung 20 in den Gummikörpern Ausnehmungen 21 vorgesehen sind. Die Gummi­ lager sind dann in der Richtung 22 weicher als in der Richtung 20. Bei der Darstellung nach Fig. 3 liegt der Federschwerpunkt S vor der Achsmitte 19. Eine beispiels­ weise bei Kurvenfahrt über die Räder 15 auf den Vorder­ bau 2 einwirkende Seitenkraft wird daher hinter dem Federschwerpunkt S wirksam, so daß der Vorderbau 2 geringfügig entgegen dem Einschlagwinkel der Vorderräder um eine Hochachse verdreht wird. Dies führt zu einem untersteuernden Fahrverhalten.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß auch der gesamte Hinterbau 3 die Funktion eines Fahrschemels übernehmen kann, wenn er beispielsweise über die Gummilager 23, 24, 25 und 26 mit dem Fahrzeugkörper 1 elastisch verbunden wird und das Hinterachsaggregat ebenfalls über Gummilager 27 mit dem Hinterbau 3 in Verbindung steht. Gegenüber dem Hinterbau 3 sind die hinteren Räder 15 wiederum über Tragfedern 16 abgestützt. Das Hinterachsaggregat kann dabei allein das Hinterachsgetriebe umfassen oder auch zusätzlich noch die Radführungsglieder bzw. einen diese Radführungs­ glieder lagernden Achskörper. Da auch der Hinterbau 3 im Vergleich zu den sonst an Hinterachsen verwendeten Fahrschemeln oder Hilfsträgern eine ganz erheblich größere Masse aufweist, läßt sich die Schwingungs- und Geräuschisolation auf diese Weise auch im Hinblick auf die von den Aggregaten und Fahrwerksteilen der Hinter­ achse erzeugten Schwingungen und Geräusche wesentlich erhöhen.

Fig. 4 zeigt das Verhältnis F _a /F _e über der Frequenz Ω. F _e ist die Amplitude einer periodischen Anregungs­ funktion F _e ×sin Ω t, die vom Motor durch Gaskräfte oder vom Getriebe durch den Zahneingriff herrühren kann. Die über die Aggregatelager bzw. die Fahrschemellager in die Karosserie übertragene Kraft hat die Amplitute F _a und die gleiche Frequenz Ω mit einer Phasenverschiebung ϕ.

Die in Fig. 4 strichliert dargestellte Kurve zeigt eine Resonanzüberhöhung bei ν, die sich einstellt, wenn der Motor-Getriebe-Block direkt an einem starren Fahr­ zeugkörper (also ohne Fahrschemel) elastisch gelagert ist. Die ausgezogene Linie gibt die Situation wieder, wenn der Motor-Getriebe-Block elastisch auf einem Fahrschemel gelagert ist, der seinerseits wieder ela­ stisch mit dem übrigen Fahrzeugkörper verbunden ist (doppelelastische Aufhängung). Es stellen sich zwei Resonanzüberhöhungen ν ₁ und ν ₂ ein, wobei bei der Verwendung gleicher Aggregatlager stets ν ₁<ν<ν ₂ ist.

Es zeigt sich, daß mit einem Hilfsrahmen bzw. Fahr­ schemel (doppelelastische Aufhängung) die Isolations­ frequenz f _d kleiner ist als die Isolationsfrequenz f _e der einfachelastischen Aufhängung. Der Isolationsgewinn ist durch die schraffierte Fläche veranschaulicht. Gelingt es, wie mit der vorliegenden Erfindung, die Masse des Fahrschemels deutlich zu erhöhen, so läßt sich die Isolationsfrequenz f _d markant im Sinne des Pfeiles 28 nach links verlagern und der Isolationsgewinn deut­ lich steigern.

Claims (6)

1. Kraftfahrzeug mit einem wenigstens den Fahrzeug­ innenraum umfassenden Fahrzeugkörper, an dessen vorderem und/oder hinterem Endbereich über elasti­ sche Verbindungselemente ein Fahrschemel angeordnet ist, der über weitere Verbindungselemente An­ triebsaggregate und Radführungsglieder lagert, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorderbau (2) und/oder der Hinterbau (3) des Kraftfahrzeugs als Fahrschemel ausgebildet ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorderbau (2) bzw. der Hinterbau (3) über wenigstens drei Gummilager (7, 8, 9, 10; 23, 24, 25, 26) mit großem Lagerabstand mit dem Fahrzeugkörper (1) verbunden ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorderbau (2) bzw. der Hinterbau (3) über zwei obere (7, 8; 23, 24) und zwei untere Gummilager (9, 10; 25, 26) mit dem Fahrzeugkörper (1) verbunden ist.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummilager (7, 8, 9, 10; 23, 24, 25, 26) so ausgebildet und/oder angeordnet sind, daß unter Seitenkrafteinfluß kein Verdrehen des Vorderbaus (2) bzw. des Hinterbaus (3) relativ zum Fahrzeugkörper (1) um eine Hochachse erfolgt.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummilager (7, 8, 9, 10; 23, 24, 25, 26) so ausgebildet und/oder angeordnet sind, daß je nach gewünschtem Fahrverhalten (Unter­ steuern, Übersteuern) eine gezielte begrenzte Verdrehung des Vorderbaus (2) bzw. des Hinterbaus (3) um eine Hochachse erfolgt.

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen (20) der Haupt­ steifigkeit der Gummilager (7, 8, 9, 10; 23, 24, 25, 26) in Draufsicht so ausgerichtet sind (Winkel α, β), daß sich ein gemeinsamer Federschwerpunkt (S) ergibt, der entsprechend dem gewünschten Fahrverhalten vor, auf oder hinter der Achsmitte (19) liegt (Fig. 3).