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Die
Erfindung betrifft einen Personenkraftwagen der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung
einen Personenkraftwagen mit wenigstens einer Bedieneinheit und mit
wenigstens einem Sitzplatz der im Oberbegriff des Patentanspruchs
24 genannten Art. Schließlich betrifft die Erfindung ein
System zur Herstellung eines Personenkraftwagens gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 26.
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Aus
dem Kraftwagenbau von Personenkraftwagen ist allgemein die Unterteilung
der Kraftwagenkarosserie in ein vorderseitig einer Fahrgastzelle
angeordnetes Vorderwagenteil, der Fahrgastzelle selbst und ein rückseitig
der Fahrgastzelle angeordnetes Hinterwagenteil bekannt. Das Vorderwagenteil,
die Fahrgastzelle und das Hinterwagenteil sind dabei bislang fest
miteinander über jeweilige Karosseriebauteile verbunden.
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Bei
konventionellen Fahrzeugen sind darüber hinaus die Aggregate
von Antrieb, Elektrik, Elektronik, Klimaanlage, Lenkung etc. mit
der Fahrgastzelle verbunden. Dadurch wird die Fahrgastzelle bzw.
die Karosserie sehr schwer. Um die Bewegungen der Karosserie bei
einer Kurvenfahrt, beim Bremsen und Beschleunigen sowie bei Straßenanregungen
zu begrenzen, müssen die Aufbaufedern und -dämpfer
relativ steif bzw. hoch gedämpft sein. Weiterhin müssen
die Aggregate, z. B. der Motor, gegenüber der Fahrgastzelle
aufwendig gelagert werden, um zu verhindern, dass hochfrequente
Schwingungen aus den Aggregaten in die Fahrgastzelle und damit zu
den Passagieren übertragen werden.
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Aus
der
DE 102 24 065
A1 ist darüber hinaus bereits ein Personenkraftwagen
als bekannt zu entnehmen, bei welchem eine Fahrgastzelle und ein
relativ zu dieser schwingbeweglicher Grundrahmen, der die Aggregate
von Fahrwerk und Antriebsstrang trägt, vorgesehen sind.
Die Fahrgastzelle ist dabei über Koppelemente am Grundrahmen
abgestützt, so dass die Fahrgastzelle über alle
sechs Starrkörper-Freiheitsgrade mit dem Grundrahmen gekoppelt
ist, wobei jedes Koppelelement ausschließlich in seiner zugeordneten
Wirkrichtung Kräfte überträgt. Mit andern
Worten handelt es sich um ein Fahrzeugkonzept, bei dem eine Strukturtrennung
der selbsttragenden Karosserie in einen Aggregaterahmen und eine
Insassenzelle vorgesehen ist. Hierdurch zeigen sich Verbesserungen
im Schwingungskomfort und bei der passiven Sicherheit.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Personenkraftwagen der
eingangs genannten Art zu schaffen, der im Vergleich zu konventionellen
Kraftwagen verbesserte Eigenschaften in Bezug auf den Fahrkomfort,
auf unangenehme Geräusche (NHV), auf die aktive und passive
Sicherheit und nicht zuletzt auf dessen Herstellung aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Personenkraftwagen
mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 24 gelöst.
Ebenso wird diese Aufgabe durch ein System gemäß Patentanspruch
25 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils
abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Um
einen Personenkraftwagen zu schaffen, der im Hinblick auf den Fahrkomfort,
auf unangenehme Geräusche (NHV), auf die aktive und passive
Sicherheit und auf dessen Herstellung verbesserte Eigenschaften
aufweist, ist es bei dem erfindungsgemäß Personenkraftwagen
vorgesehen, dass das Vorderwagenteil und das Hinterwagenteil über
eine jeweilige elastische Koppelung mit einem die Fahrgastzelle
umfassenden Fahrgastzellenteil verbunden sind. Mit anderen Worten
ist die Karosserie des Personenkraftwagens erfindungsgemäß in
drei wesentliche Baugruppen bzw. Module unterteilt, die relativ
zueinander beweglich sind: das Vorderwagenteil, das Fahrgastzellenteil
und das Hinterwagenteil.
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Somit
können Aggregate des Antriebs, der Elektrik, der Elektronik,
der Klimaanlage, der Lenkung oder dgl. separat zu dem Fahrgastzellenteil
an dem Vorderwagenteil und/oder dem Hinterwagenteil angeordnet werden,
die ihrerseits eine Relativbewegung gegenüber dem Aufbau
in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) bis zu beispielsweise mehreren
Zentimetern und in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) im
Bereich bis zu beispielsweise mehreren Millimeter erlauben. Das
Fahrgastzellenteil wird dabei von den Straßenanregungen
und den störenden Schwingungen der Aggregate wirksam entkoppelt.
In der Summe führt dies zu deutlichen Verbesserungen bei
Fahrkomfort und NVH. Dabei kann der vorliegende Personenkraftwagen
ohne by-wire-Lenkung auskommen.
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Ein
weiterer Vorteil ist es, dass die Federung und/oder Dämpfung
der Räder gegenüber dem Vorder- bzw. Hinterwagenteil
härter bzw. höher gedämpft sein kann
als bei konventionellen Kraftfahrzeugen. Dafür kann z.
B. die Federung des Aufbaus – nämlich die Summe
von Aufbaufedern und Radfedern – entsprechend weicher ausgelegt
werden.
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Zudem
vorteilhaft ist es, dass bei den erfindungsgemäßen
Personenkraftwagen eine verbesserte Fahrdynamik und aktive Sicherheit
erreichbar ist. Durch die gewählte Konstruktion tritt beispielsweise
an der Hinterachse bei Kurvenfahrten eine sehr geringe Sturzänderung
der Räder gegenüber der Fahrbahn auf, so dass
das Seitenführungspotential der Achse höher ist
als bei konventionellen Fahrzeugen mit Einzelradaufhängung.
Dadurch wird im Grenzbereich ein Ausbrechen des Hecks hinausgezögert.
Die Wankachse, um die die Fahrgastzelle gegenüber der Vorderwagen-
und Hinterwagenstruktur dreht, liegt durch das gewählte
Konstruktionsprinzip höher als bei konventionellen Fahrzeugen.
Durch die unterschiedlichen Wankwinkel von Vorderwagen, Hinterwagen
und Fahrgastzelle verringert sich die Radlastdifferenz aufgrund
der Schwerpunktsverschiebung des Aufbaus bei Kurvenfahrt. Weiterhin
sorgt die vergleichsweise hohe Raddämpfung dafür,
dass Radlastschwankungen minimiert werden.
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Ein
weiterer Vorteil des Personenkraftwagen im Hinblick auf die passive
Sicherheit ist darin zu sehen, dass das Vorderwagen- und/oder Hinterwagenteil
im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung relativ zu dem
Fahrgastzellenteil bewegbar ist bzw. sind, ohne dass hierdurch eine übermäßige
Intrusion in die Fahrgastzelle erfolgt. Mithin sind die Fahrzeugsitzinsassen
somit besonders günstig innerhalb der Fahrgastzelle geschützt.
Die für die Relativbewegung erforderlichen Freiwege zwischen
Vorder- bzw. Hinterwagenteil und Fahrgastzellenteil werden bei der
Verunfallung des Fahrzeugs vorzugsweise als Deformationszone genutzt.
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Ein
weiterer Vorteil des gewählten Aufbaus besteht darin, dass
die drei wesentlichen Baugruppen getrennt voneinander vorkonfektioniert
werden können. Die Hochzeit der drei Baugruppen kann somit
zu einem sehr späten Zeitpunkt des Montageprozesses erfolgen.
Zudem eignet sind das vorliegende Konzept durch die Dreiteilung
der Baugruppen besonders gut für eine Modulbauweise.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, wenn das Vorderwagenteil und/oder das Hinterwagenteil über
eine jeweilige Lagerstelle, welche vorzugsweise ein Haupt- bzw. Zentrallager
umfasst, an der Fahrgastzelle gelagert sind.
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Somit
kann das jeweilige Wagenmodul – vergleichbar zu einer Starrachse – mittels
des Hauptlagers am Fahrgastzellenteil angeordnet werden.
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Im
Bereich des Vorderwagenteils übernimmt das Hauptlager dabei
insbesondere die Aufnahme von Kräften in Fahrzeuglängsrichtung
(x-Richtung) zwischen dem Vorderwagenteil und dem Fahrgastzellenteil. Darüber
hinaus übernimmt das Hauptlager vorzugsweise auch die Aufnahme
von Kräften in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) zwischen
dem Vorderwagenteil und dem Fahrgastzellenteil.
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Im
Bereich des Hinterwagenteils übernimmt das Hauptlager bevorzugt
insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) die
Kräfte zwischen dem Hinterwagenteil und dem Fahrgastzellenteil.
Die Kräfte in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) werden
bevorzugt ebenfalls zumindest teilweise vom Hauptlager übertragen.
In vertikaler Richtung (z-Richtung) übernimmt das Hauptlager
vorzugsweise auch die Aufnahme von Kräften in Fahrzeughochrichtung
(z-Richtung) zwischen dem Vorderwagenteil und dem Fahrgastzellenteil.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft
gezeigt, dass eine jeweilige Querstützanordnung vorgesehen
ist, mittels welcher das Vorderwagenteil bzw. Hinterwagenteil in
Fahrzeugquerrichtung am Fahrgastzellenteil abgestützt ist.
Diese Querstützanordnung kann beispielsweise als Querstangenanordnung
oder als Wattgestänge zwischen dem jeweiligen Wagenteil
und dem Fahrgastzellenteil ausgebildet sein.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, dass die jeweilige elastische Koppelung zugehörige
Feder- und/oder Dämpferelemente umfasst, über
welche das Vorderwagenteil bzw. das Hinterwagenteil an dem Fahrgastzellenteil
abgestützt ist. Die genaue Gestaltung der jeweiligen Koppelelemente
bzw. Feder- und/oder Dämpferelemente, insbesondere die
Wahl ihrer Steifigkeit und Dämpfung, kann je nach Fahrzeugabstimmung
unterschiedlich sein. Für ein gutes Fahrverhalten wird
die Kopplung zwischen dem Vorderwagenteil bzw. Hinterwagenteil und
dem Fahrgastzellenteil in Querrichtung sehr steif und in Längsrichtung
relativ weich sein. Die Feder- und/oder Dämpferelemente
können dabei noch um Stabilisatoren ergänzt werden.
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Zudem
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die jeweiligen Räder über
korrespondierende Feder- und/oder Dämpferelemente an dem
Vorderwagenteil bzw. dem Hinterwagenteil abgestützt sind.
Insbesondere ist dabei die Federung bzw. Dämpfung des jeweiligen
Rades gegenüber dem jeweiligen Wagenteil – dem
Vorderwagenteil bzw. Hinterwagenteil – deutlich härter
bzw. höher als die Federung bzw. Dämpfung zwischen
dem jeweiligen Wagenteil und dem Fahrgastzellenteil. Die jeweiligen
Räder sind dabei insbesondere einzeln an dem Vorderwagenteil
bzw. dem Hinterwagenteil aufgehängt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Aggregate eines Antriebs
und/oder der Elektrik und/oder der Elektronik und/oder einer Klimaanlage
und/oder einer Lenkung oder dgl. durch das Vorderwagenteil bzw. das
Hinterwagenteil getragen. Die Anordnung der Aggregate an dem Vorderwagenteil
bzw. dem Hinterwagenteil erlaubt beispielsweise eine Relativbewegung
gegenüber dem Aufbau bzw. Fahrgastzellenteil in vertikaler Richtung
(z-Richtung) bis zu mehreren Zentimetern und in Längsrichtung
(x-Richtung) im Bereich mehrerer Millimeter. Durch die Verlagerung
der Aggregate wird die Fahrgastzelle deutlich leichter, so dass
die Aufbaufedern wesentlich weicher ausgebildet werden können.
Zusätzlich werden die störenden Schwingungen der Aggregate
wirksam von der Fahrgastzelle entkoppelt. In der Summe führt
dies zu deutlichen Verbesserungen bei Fahrkomfort und NVH.
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Beispielsweise
zur Verbindung der jeweiligen Aggregate im Bereich des Vorderwagenteils
und des Hinterwagenteils ist dabei in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung wenigstens eine Versorgungsleitung zwischen dem Vorderwagenteil
und dem Hinterwagenteil angeordnet. Die Flexibilität der
Leitung erlaubt dabei die freie Bewegung des Vorderwagenteils und
des Hinterwagenteils relativ zu dem Fahrgastzellenteil.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Vorderwagenteil und/oder
dem Hinterwagenteil eine jeweilige Knautschzone des Personenkraftwagens
zugeordnet. Somit kann bei einer entsprechenden unfallbedingten
Kraftbeaufschlagung zumindest ein Teil der auf den Aufbau einwirkenden
Kräfte durch das getroffene Wagenteil – den Vorderwagen
oder den Hinterwagen – aufgenommen werden.
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Alternativ
oder gegebenenfalls auch zusätzlich kann eine jeweilige
Knautschzone des Personenkraftwagens auch in einem vorderen bzw.
hinteren Bereich des Fahrgastzellenteils vorgesehen sein. Diese Knautschzone
kann dann beispielsweise oberhalb des jeweiligen Vorderwagenteils
oder Hinterwagenteils angeordnet sein und diesen nach vorne bzw.
hinten hin überragen.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn das Fahrgastzellenteil an seiner dem Vorderwagenteil
und/oder dem Hinterwagenteil zugewandten Seite eine Abgleitstruktur
aufweise, entlang welcher das Vorderwagenteil bzw. das Hinterwagenteil
bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter das Fahrgastzellenteil
bewegbar ist.
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Dies
hat Vorteile hinsichtlich der passiven Sicherheit des Fahrzeugs
bei einem Unfall. Bei einem Frontalaufprall wird beispielsweise
zunächst eine vordere Crashbox des Vorderwagenteils aktiviert,
die sich an der Vorderwagenstruktur abstützt. Bei einem
schweren Frontalcrash kann dann das Vorderwagenteil unter die Fahrgastzelle
abtauchen, um hierdurch beispielsweise übermäßige
Intrusionen in die Fahrgastzelle zu verhindern. Zudem wird durch
die beispielsweise schräg von vorne oben nach hinten unten
verlaufende Abgleitstruktur ein Abtauchen der Fahrgastzelle nach
vorne unten vermieden. Bei einem Heckaufprall wird z. B. ebenfalls zunächst
eine hintere Crashbox des Hinterwagenteils aktiviert. Bei einer
stärkeren Kollision kann dann zusätzlich der Hinterwagen
unter die Fahrgastzelle abtauchen. Die für die Relativbewegung
erforderlichen Freiwege zwischen dem Vorder- bzw. Hinterwagenteil
und dem Fahrgastzellenteil werden dabei bei einer Kollision des Fahrzeugs
beispielsweise als Deformationszone genutzt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, wenn wenigstens ein Aggregat bei einer unfallbedingten
Kraftbeaufschlagung des Vorderwagenteils bzw. des Hinterwagenteils
relativ zu diesem entlang von Führungselementen bewegbar
angeordnet ist. Somit kann im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
des Vorderwagenteils bzw. des Hinterwagenteils eine gezielte und
definierte Relativbewegung des wenigstens einen Aggregats zugelassen
werden. Insbesondere können sich somit relativ schwere
und starre Aggregate, beispielsweise die des Antriebs wie z. B.
eines Verbrennungsmotor, eines Generators oder eines Elektromotors
relativ zur Vorderwagenstruktur nach vorne bewegen und prallen unmittelbar
auf das Hindernis auf.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn die Bewegungsenergie des wenigstens einen
Aggregats mittels der Führungselemente abbaubar ist. Hierdurch
wird zusätzlich Energie beispielsweise durch plastische
Verformung abgebaut.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Vorderwagenteil bzw.
das Hinterwagenteil als Schutzrahmen gestaltet, innerhalb welchem
wenigstens ein Aggregat geschützt aufgenommen ist. Hierdurch
sind die entsprechenden Aggregate bei einer Kollision besonders
gut geschützt, um beispielsweise den Schaden an den Aggregaten
zu minimieren. So sind bei einem Heck- und Seitencrash beispielsweise
die innerhalb des Schutzrah mens platzierten Aggregate, insbesondere
eine Batterie und der Kraftstoffbehälter, besonders gut zu
schützen.
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Ein
besonderer Vorteil bietet sich darüber hinaus, wenn das
Vorderwagenteil und/oder das Hinterwagenteil unter Vermittlung wenigstens
eines Verbindungselements mit dem Fahrgastzellenteil verbunden ist. Hierdurch
wird im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung beispielsweise
sichergestellt, dass das Vorderwagenteil bzw. das Hinterwagenteil
nicht vom Fahrgastzellenteil abreißen kann. Zudem vorteilhaft
ist es dabei, wenn mittels des wenigstens einen Verbindungselements
bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entstehende Bewegungsenergie
infolge einer Bewegung des Vorderwagenteils und/oder des Hinterwagenteils relativ
zum Fahrgastzellenteil aufnehmbar ist. Somit weist das Verbindungselement
vorzugsweise eine Doppelfunktion auf, nämlich einerseits
zur Verbindung des Vorderwagenteils bzw. des Hinterwagenteils mit
dem Fahrgastzellenteil und andererseits zur Energieabsorption von
Aufprallenergie, mit welcher das Vorderwagenteil bzw. das Hinterwagenteil
beaufschlagt wird. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das
wenigstens eine Verbindungselement das jeweilige Hauptlager zwischen
dem Vorderwagenteil bzw. dem Hinterwagenteil und dem Fahrgastzellenteil
ist. Somit kann das Hauptlager bzw. Zentrallager die oben beschriebenen
Funktionen zusätzlich übernehmen.
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Weist
der erfindungsgemäße Personenkraftwagen einen
Lenkstrang auf, bei welchem einem Lenkgetriebe wenigstens ein Gleichlaufgelenk
und ein Schiebegelenk vorgeordnet sind, so hat dies den Vorteil,
dass das Fahrgastzellenteil eine Relativbewegung gegenüber
dem Vorderwagenteil von mehreren Zentimetern durchführen
kann, ohne dass es zu negativen Auswirkungen auf den Lenkwinkel
oder das Lenkradmoment kommt.
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Ist
eine elektromechanische Servounterstützung (EPS – Electric
Power Steering) vorgesehen, so ist es zudem hilfreich, wenn der
elastische Servodrehstab zur Sensierung des Lenkmoments zwischen
dem Lenkrad und dem oberen Gleichlaufgelenk angeordnet ist. Eine
besondere Bedeutung kommt dem Spiel und der Drehsteifigkeit des
Lenkstranges zu. Daher bietet es sich an, den Servodrehstab möglichst
steif zu wählen und dadurch die Elastizitäten
der Gelenke zu kompensieren.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn ein jeweiliger Radträger eines
Rades über eine Schiebeführung am korrespondierenden
Wagenteil, insbesondere dem Hinterwagenteil, gefedert und/oder gedämpft
geführt angeordnet ist. Somit kann durch die Radaufhängung
auf besonders günstige Weise eine Vertikalbewegung eines Radträgers
gegenüber dem entsprechenden Wagenteil – dem Vorderwagenteil
oder dem Hinterwagenteil – erfolgen.
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Das
Fahrgastzellenteil weist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
wenigstens einen Querträger bzw. eine Querbrücke
auf, welcher sich innerhalb der Fahrgastzelle und zumindest über
eine überwiegende Höhe zwischen einem Wagenboden
und einer Unterseite eines Sitzkissenteils eines korrespondierenden Fahrzeugsitzes
bzw. einer korrespondierenden Sitzanlage erstreckt.
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Unterhalb
der Vordersitze kann beispielsweise eine massive Querbrücke
angeordnet sein, die die Fahrgastzelle versteift. Bei einem Seitenaufprall
können die Crashstrukturen der Türen sich an der
Querbrücke abstützen, so dass die Passagiere wirkungsvoll
geschützt sind. Analog kann unter der Rücksitzbank
eine weitere Querbrücke angeordnet sein, die bei einem
Seitenaufprall die Fondpassagiere schützt. Weiterhin können über
die Querbrücken die Kräfte aus den Haupt- bzw.
Zentrallagern großflächig in die Fahrgastzelle
eingeleitet werden. Der Einsatz solcher Querbrücken bietet
im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen Vorteile bezüglich
Crash, Steifigkeit und Gewicht. Der Raum innerhalb der Querbrücken
kann für weitere Komponenten genutzt werden.
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Schließlich
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn zwischen dem Wagenteil,
insbesondere dem Hinterwagenteil, und dem Fahrgastzellenteil ein
Luftkanal ausgebildet ist. Dieser Kanal leitet einen Teil des Fahrzeug
umströmenden Luftstromes von unterhalb des Fahrzeugbodens
zum Fahrzeugheck. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige
Aerodynamik für das Gesamtfahrzeug. Ferner kann über
den Luftkanal ein Teil der Wärme abgeleitet werden, der
durch die Aggregate im Hinterwagenteil erzeugt wird.
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Um
einen Personenkraftwagen zu schaffen, der insbesondere im Hinblick
auf den Fahrkomfort verbesserte Eigenschaften aufweist, ist bei
dem erfindungsgemäß Personenkraftwagen nach Patentanspruch
24 wenigstens eine Bedieneinheit und wenigstens ein Sitzplatz vorgesehen,
welche innerhalb der Fahrgastzelle des Personenkraftwagens angeordnet
sind und deren gegenseitiger Abstand und oder deren gegenseitige
Lage dadurch einstellbar ist, dass die Bedieneinheit zur Einstellung
des Abstandes und/oder zu Lage zum zugeordneten Sitzplatz verstellbar
ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
nicht auf konventionelle Weise den Sitzplatz – beispielsweise
den Fahrzeugsitz – relativ zu der Bedieneinheit zu bewegen,
um hierdurch den gegenseitigen Abstand einzustellen, sondern vielmehr
die Bedieneinheit. So können beispielsweise der Fahrer-
und Beifahrersitz nicht mehr in Längsrichtung des Fahrzeugs
verstellbar sein. Stattdessen kann die Bedieneinheit in Fahrzeuglängsrichtung
(x-Richtung) und/oder in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und/oder
in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) verstellt und an den Sitzinsassen,
insbesondere den Fahrer, angepasst werden. Eine Verschwenkung oder
andersartige Verstellung der Bedieneinheit ist ebenfalls denkbar.
Die Bedieneinheit kann dabei beispielsweise folgende Komponenten
umfassen: Lenkrad, Cockpit-Instrumenteneinheit, Multifunktionshebel,
Lichtschalter, Aktivierung für elektrische Feststellbremse,
Fahrstufenwählhebel, Bedienpanel für die Klimaanlage,
MMI-Anzeige und ggf. – Bedienelemente. Wenn z. B. eine MMI-Bedieneinheit
oder dgl. auf der Mittelkonsole gewählt wird (z. B. Dreh-/Drück-Steller)
bietet es sich an, diese zusammen mit der Mittelarmlehne in Längsrichtung
verstellbar zu gestalten. Durch die Fixierung der vorderen Sitze
in Längsrichtung wird es somit z. B. möglich,
unterhalb der Vordersitze eine massive Querbrücke zu installieren,
die die Fahrgastzelle versteift. Bei einem Seitenaufprall können
die Crashstrukturen der Türen sich an der Querbrücke
abstützen, so dass die Passagiere wirkungsvoll geschützt
sind. Weiterhin kann z. B. ein Brems- und Gaspedal in Längsrichtung
verschiebbar sein.
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Um
Personenkraftwagen besonders schnell, kostengünstig und
einfach herstellen zu können, umfasst das System zur Herstellung
eines Personenkraftwagens nach Anspruch 26 wenigstens eine Mehrzahl
von modularen Vorderwagenteilen und/oder Hinterwagenteilen und/oder
Fahrgastzellenteilen, welche je nach Kraftwagentyp miteinander verbindbar
sind. Bei der Produktion ergeben sich somit dadurch Vorteile, dass
die Module Vorderwagen, Hinterwagen und Fahrgastzelle getrennt voneinander
vormontiert werden können. Dabei ist es gegebenenfalls
aufgrund der Trennung im Bereich der jeweiligen elastischen Koppelungen
denkbar, die einzelnen Baugruppen vor dem Zusammenbau bereits weitestgehend
auszustatten und dann bei der Endmontage lediglich die Verbindung
der einzelnen Module bzw. letzte Vervollständigungen vorzunehmen.
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Weil
Räder, Reifen, Bremse und Radfedern auf das Gewicht und
die Leistungsfähigkeit des Antriebs ausgelegt werden können,
ergibt sich nur eine begrenzte Variantenvielfalt der Obermodule
Vorderwagen und Hinterwagen. Die Aufbaufedern wiederum können
auf das Gewicht der Fahrgastzelle ausgelegt und daher Bestandteil
des Moduls Fahrgastzelle sein. Weil Vorder- und Hinterwagen sehr
kompakte Einheiten darstellen, können sie gut transportiert
werden, so dass eine Fertigung & Vormontage
auch weit entfernt von der Fahrgastzelle erfolgen kann. Durch den
hohen Umfang der Vormontage kann die Zahl der Stationen bei der
Endmontage deutlich verkürzt werden. Alternativ ist es
denkbar die Vor- und Endmontageumfänge nicht am Fließband,
sondern in mehreren Montageinseln durchzuführen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische Seitenansicht auf einen Personenkraftwagen mit einer
Kraftwagenkarosserie mit einem vorderseitig einer Fahrgastzelle
angeordneten Vorderwagenteil und einem rückseitig der Fahrgastzelle
angeordneten Hinterwagenteil, wobei das Vorderwagenteil und das
Hinterwagenteil über eine jeweilige elastische Koppelung
mit einem die Fahrgastzelle umfassenden Fahrgastzellenteil verbunden
sind, und wobei Aggregate im Bereich des Vorderwagenteils mit Aggregaten
im Bereich des Hinterwagenteils über eine flexible Verbindungsleitung
verbunden sind;
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2 eine
schematische Seitenansicht auf einen Personenkraftwagen analog zur
Ausführungsform gemäß 1,
wobei jeweilige Sitzanlagen einer vorderen und hinteren Sitzreihe
erkennbar sind;
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3 eine
schematische Seitenansicht auf einen Personenkraftwagen analog zur
Ausführungsform gemäß den 1 und 2,
wobei die Trennung des Vorderwagenteils, des Hinterwagenteils und
des Fahrgastzellenteils durch die entsprechend separate Darstellung
der drei Baugruppen verdeutlicht ist;
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4a, 4b jeweils
eine schematische Draufsicht sowie eine schematische Seitenansicht
auf das separat dargestellt Hinterwagenteil in zwei verschiedenen
Ausführungsformen,
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5a, 5b jeweils
eine schematische Draufsicht sowie eine schematische Seitenansicht
auf das separat dargestellt Vorderwagenteil in zwei verschiedenen
Ausführungsformen,
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6a ein
Ersatzmodell der Federung und Dämpfung eines konventionellen
Personenkraftwagens;
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6b ein
Ersatzmodell der Federung und Dämpfung des erfindungsgemäßen
Personenkraftwagens;
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7 eine
Vorderansicht auf den symbolisch angedeuteten Personenkraftwagen;
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8 eine
schematische Seitenansicht auf den vorderen Teil des Personenkraftwagens
mit des Vorderwagenteil, welche im Falle einer Frontalkollision
unter die Fahrgastzelle des Fahrgastzellenteil abgleitet;
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9a, 9b jeweils
eine schematische Seitenansicht auf den hinteren Teil des Personenkraftwagens
mit des Hinterwagenteil während bzw. nach einer Heckkollision,
wobei das Hinterwagenteil unter die Fahrgastzelle des Fahrgastzellenteil
abgleitet;
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10a, 10b, 10c jeweils ein Vorderansicht, eine Draufsicht
und eine Seitenansicht auf eine Radaufhängung, über
welche eine Radträger eines zugehöriges Rades über
eine Schiebeführung und über parallel dazu angeordnete
Feder- und Dämpferelemente am korrespondierenden Vorderwagenteil
oder Hinterwagenteil gelagert ist;
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11a, 11b eine
schematische Darstellung eines Lenkstrangs, bei welchem zwischen
Lenkrad und Lenkgetrieberitzel zwei Gleichlaufgelenke und ein Schiebegelenk
vorgesehen sind, sowie eine ausschnittsweise Perspektivansicht auf
das obere Ende des Lenkstrangs gemäß 11a;
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12a, 12b eine
ausschnittsweise Seitenansicht und eine ausschnittsweise Draufsicht
auf einen Personenkraftwagen, bei welchem innerhalb der Fahrgastzelle
mehrere Bedieneinheiten und wenigstens ein Sitzplatz vorgesehen
sind, deren gegenseitiger Abstand dadurch einstellbar ist, dass
die jeweilige Bedieneinheit zur Einstellung des Abstandes zum zugeordneten
Sitzplatz verstellbar ausgebildet ist;
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13 eine
schematische Seitenansicht auf ein Maßkonzept eines fünfsitzigen
Personenkraftwagens mit einer Kraftwagenkarosserie mit einem vorderseitig
einer Fahrgastzelle angeordneten Vorderwagenteil und einem rückseitig
der Fahrgastzelle angeordneten Hinterwagenteil, wobei das Vorderwagenteil
und das Hinterwagenteil über eine jeweilige elastische
Koppelung mit einem die Fahrgastzelle umfassenden Fahrgastzellenteil
verbunden sind, und wobei am Vorderwagenteil und am Hinterwagenteil
jeweils eine Mehrzahl von Aggregaten getragen sind;
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14 eine
schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht auf
ein weiteres Maßkonzept eines fünfsitzigen Personenkraftwagens
analog zur Ausführungsform gemäß 13,
wobei der Personenkraftwagen vorliegend einen batterieelektrischen
Antrieb aufweist;
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15 eine
schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht auf
ein weiteres Maßkonzept eines fünfsitzigen Personenkraftwagens
analog zur Ausführungsform gemäß 13,
wobei der Personenkraftwagen vorliegend einen Brennstoffzellenantrieb
aufweist;
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16 eine
schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht auf
ein weiteres Maßkonzept eines fünfsitzigen Personenkraftwagens
analog zur Ausführungsform gemäß 13,
wobei der Personenkraftwagen vorliegend einen Benzin-Vollhybrid-Antrieb
aufweist; und in
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17 eine
schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht auf
ein weiteres Maßkonzept eines fünfsitzigen Personenkraftwagens
analog zur Ausführungsform gemäß 13,
wobei der Personenkraftwagen vorliegend einen Gas-Hybrid-Antrieb
(NGT/CNG) aufweist.
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In
den 1, 2 und 3 ist jeweils
in einer schematischen Seitenansicht ein Personenkraftwagen mit
einer Kraftwagenkarosserie 10 dargestellt, der vorderseitig
einer Fahrgastzelle 12 ein Vorderwagenteil 14 und
rückseitig der Fahrgastzelle 12 ein Hinterwagenteil 16 umfasst.
Das Vorderwagenteil 14 und das Hinterwagenteil 16 sind
dabei über eine jeweilige, im Weiteren noch näher
erläuterte elastische Koppelung 18 bzw. 20 mit
einem die Fahrgastzelle 12 umfassenden Fahrgastzellenteil 22 verbunden.
In 3 sind dabei das Vorderwagenteil 14 und
das Hinterwagenteil 16 separat von dem Fahrgastzellenteil 22 dargestellt.
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In
den 4a, 4b ist jeweils in einer schematischen
Draufsicht sowie einer schematischen Seitenansicht das Hinterwagenteil 16 in
zwei verschiedenen Ausführungsformen separat dargestellt.
In Zusammenschau mit den 1 bis 3 ist dabei
erkennbar, dass die Struktur des Hinterwagenteils 16 mit
einer Starrachse vergleichbar ist, welche gegenüber dem
Fahrgastzellenteil 22 über ein Haupt- bzw. Zentrallager 24 abgestützt
ist. Das Hauptlager 24 befindet sich dabei an der Unterseite
bzw. am unteren vorderen Ende des Fahrgastzellenteils 22.
Zudem ist das Hinterwagenteil 16 über zwei Querstangen 26 einer
Querstützanordnung 28 abgestützt. Die
Querstangen 26 sind als Wattgestänge ausgeführt.
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Von
der vorderen elastischen Koppelung 18 sind insbesondere
in der jeweiligen Seitenansicht der 4a und 4b jeweilige
Feder- und/oder Dämpferelemente 30 erkennbar, über
welche das korrespondierende Hinterwagenteil 16 am Fahrgastzellenteil 22 abgestützt
ist. Hierzu umfasst das Hinterwagenteil 16 jeweilige Stützarme 32,
an welchen sich die Feder- und/oder Dämpferelemente 30 nach
unten hin abstützen können.
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In
Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) übernimmt im
Wesentlichen das korrespondierende Hauptlager 24 die Kräfte
zwischen dem Hinterwagenteil 16 und dem Fahrgastzellenteil 22.
Die Kräfte in Fahrzeigquerrichtung (y-Richtung) werden
gemeinsam vom Hauptlager 24 und den beiden Querstangen 26 aufgenommen beziehungsweise
auf das Fahrgastzellenteil 22 übertragen. In Fahrzeughochrichtung
(z-Richtung) ist das Hinterwagenteil über die beiden Feder-
und/oder Dämpferelemente 30 gegenüber
dem Fahrgastzellenteil 22 elastisch gelagert. Zusätzlich übernimmt
das Hauptlager 24 auch Kräfte in dieser Richtung.
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Jeweilige
Räder 34 sind drehbar auf je einem im Weiteren
noch näher erläuterten Radträger 36 gelagert.
Der jeweilige Radträger 36 ist dabei unter Vermittlung
eines jeweiligen Feder- und/oder Dämpferelements 38 an
dem Hinterwagenteil 16 abgestützt, und zwar auf
im Weiteren noch näher erläuterte Weise oder vergleichbar
bekannten Radaufhängungen, beispielsweise McPherson-Achsen
Mehrlenker- oder Doppelquerlenkerachsen. Die beiden Radträger 36 sind
dabei mit dem Hinterwagenteil 16 so verbunden, dass der
jeweilige Radträger 36 sich vorzugsweise nur in
vertikaler Richtung (z-Richtung) bewegen kann.
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Die
genaue Ausbildung der jeweiligen Koppelelemente (Feder- und/oder
Dämpferelemente 30 beziehungsweise 38),
insbesondere die Wahl ihrer Steifigkeit und Dämpfung, kann
je nach Fahrzeugabstimmung unterschiedlich sein. Für ein
gutes Fahrverhalten wird die Kopplung 20 zwischen dem Hinterwagenteil 16 und dem
Fahrgastzellenteil 22 in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung)
bevorzugt sehr steif und in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung)
relativ weich ausgebildet. Die gezeigten Feder- und/oder Dämpferelemente 30 beziehungsweise 38 können
gegebenenfalls um Stabilisatoren ergänzt sein. Die Räder 34 können
gegenüber dem Hinterwagenteil 16 in Fahrzeuglängsrichtung
(x-Richtung) relativ steif gelagert sein, weil die Längsfederung der
Achse gegebenenfalls über das Hauptlager 24 erfolgen
kann.
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Schließlich
ist in Zusammenschau der 1 bis 4b erkennbar,
dass durch das Hinterwagenteil 16 eine Mehrzahl von Aggregaten,
welche vorliegend alle samt mit dem Bezugszeichen 40 versehen
sind, vorgesehen sein können. Diese Aggregate 40 können
beispielsweise einem Antrieb und/oder einer Elektrik und/oder einer
Elektronik und/oder einer Klimaanlage und/oder einer Lenkung oder
dergleichen des Personenkraftwagens zugeordnet sein.
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Aus
den 4a und 4b ist
zudem erkennbar, dass das Hinterwagenteil 16 als Schutzrahmen 42 gestaltet
ist beziehungsweise ein solchen umfasst, innerhalb welchem zumindest
die schätzenswerten Aggregate 40 geschützt
aufgenommen werden können. Im Fall des Hinterwagenteils 16 kann
dies beispielsweise ein Kraftstofftank, eine Batterie oder dergleichen
sein. Unter geschützter Aufnahme ist dabei insbesondere
die Anordnung des jeweiligen Aggregats 40 innerhalb des
Schutzrahmens 42 zu verstehen, so dass bei einer Kollision
mit dem Personenkraftwagen eine unmittelbare Kraftbeaufschlagung
des jeweiligen Aggregats 40 nicht möglich ist.
-
In
den 5a und 5b ist
jeweils wiederum in einer schematischen Draufsicht sowie einer schematischen
Seitenansicht im Wesentlichen das Vorderwagenteil 14 in
zwei Ausführungsformen erkennbar, welches vergleichbar
zu einer Starrachse gegenüber dem Fahrgastzellenteil 22 über
ein korrespondierendes Hauptlager 44 abgestützt
ist. Dieses Hauptlager 44 ist wiederum zentral unterseitig
beziehungsweise vorderseitig des Fahrgastzellenteils 22 abgestützt.
Neben dieser Abstützung ist eine weitere Querstützanordnung 28 nach
Art der beim Hinterwagenteil 16 verwendeten Ausführungsform
vorgesehen, welche wiederum entsprechende Querstangen 26 umfasst, über
welche das Vorderwagenteil 14 federnd beziehungsweise dämpfend am
Fahrgastzellenteil 22 abgestützt ist. Die Querstangen 26 sind
dabei wiederum als Wattgestänge ausgeführt.
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Von
der vorderen Kopplung 18 sind im Wesentlichen wiederum
zwei Feder- und/oder Dämpferelemente 30 analog
zu denjenigen des Hinterwagenteils 16 vorgesehen, über
welche das Vorderwagenteil 14 am Fahrgastzellenteil 22 angestützt
ist.
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In
Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) übernimmt im
Wesentlichen das Hauptlager 44 die Kräfte zwischen
dem Vorderwagenteil 14 und dem Fahrgastzellenteil 22.
Die Kräfte in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) werden
gemeinsam vom Hauptlager 44 und den beiden Querstangen 26 übernommen.
In Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) ist das Vorderwagenteil 14 über
die beiden Feder- und/oder Dämpferelemente 30 gegenüber
dem Fahrgastzellenteil 22 elastische gelagert. Zudem kann
auch das Hauptlager 44 Kräfte in Fahrzeughochrichtung
(z-Richtung) übernehmen.
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Analog
zu der Ausführungsform des Hinterwagenteils 16 sind
auch im vorliegenden Fall die Räder 34 des Vorderwagenteils 14 drehbar
auf je einem Radträger 36 angeordnet. Der Radträger 36 ist
gegenüber dem Vorderwagen 14 beweglich angeordnet,
vergleichbar bekannten Radaufhängungen, beispielsweise
McPherson-Achsen Mehrlenker- oder Doppelquerlenkerachsen. Dabei
sind wiederum jeweilige Feder- und/oder Dämpferelemente 38 vorgesehen,
welche in vertikaler Richtung (z-Richtung) Kräfte zwischen
dem jeweiligen Radträger 36 und dem Vorderwagenteil 14 aufnehmen. Über
die jeweiligen Spurstangen und eine Lenkung 46 kann der
Lenkwinkel der Vorderräder 34 beeinflusst werden.
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Die
genaue Gestaltung der Feder- und/oder Dämpferelemente 30 beziehungsweise 38,
insbesondere die Wahl ihrer Steifigkeit und Dämpfung, kann
je nach Fahrzeugabstimmung unterschiedlich sein. Für ein
gutes Fahrverhalten wird die Kopplung 18 zwischen dem Vorderwagenteil 14 und
dem Fahrgastzellenteil 22 in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung)
sehr steif und in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) relativ
weich ausgebildet. Die Feder- und/oder Dämpferelemente 30 können
noch um Stabilisatoren ergänzt werden.
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Die
Räder 34 können gegenüber dem
Vorderwagenteil 14 in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung)
relativ steif gelagert sein, weil die Längsfederung der
Achse gegebenenfalls über das Hauptlager 44 erfolgt.
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Auch
im vorliegenden Fall sind im Bereich des Vorderwagenteils 14 entsprechende
Aggregate 40 aufgenommen und zwar insbesondere des Antriebs,
der Elektrik, der Elektronik, der Klimaanlage, der Lenkung oder
dergleichen. Dabei ist zudem erkennbar, dass das Vorderwagenteil 14 wiederum
einen jeweiligen Schutzrahmen 48 umfasst beziehungsweise
als solcher ausgebildet ist, welcher vorliegend eine Trapezform
beziehungsweise Nagelform hat. Dementsprechend sind die Aggregate 40,
welche aufgrund ihrer Funktionsfähigkeit oder ihres Preises
besonders hochwertig sind, vorzugsweise innerhalb dieses Schutzrahmens 48 angeordnet.
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In
den 6a und 6b ist
jeweils ein Ersatzmodel der Federung und Dämpfung eines
Personenkraftwagens dargestellt, wobei die 6a einen
konventionellen Personenkraftwagen und 6b einen
Personenkraftwagen gemäß den vorliegenden Ausführungsformen
zeigt.
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Wie
aus 6a erkennbar ist, sind bei einem konventionellen
Personenkraftwagen die Aggregate von Antrieb, Elektrik, Elektronik,
Klimaanlage, Lenkung und dergleichen mit der Fahrgastzelle verbunden.
Dadurch wird die Fahrgastzelle beziehungsweise die Karosserie insgesamt
sehr schwer. Um die Bewegungen der Karosserie bei einer Kurvenfahrt,
beim Bremsen oder beim Beschleunigen sowie bei Straßenanregungen
zu begrenzen, müssen die Aufbaufedern und -dämpfer
relativ steif beziehungsweise hochgedämpft sein. Weiterhin müssen
die Aggregate – beispielsweise der Antriebsmotor – gegenüber
der Fahrgastzelle aufwendig gelagert werden, um zu verhindern, dass
hochfrequente Schwingungen aus den Aggregaten in die Fahrgastzelle
und damit zu den Passagieren übertragen werden.
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Demgegenüber
ist es bei dem Personenkraftwagen gemäß den vorstehenden
Ausführungsformen vorgesehen, dass die Aggregate von Antrieb,
Elektrik, Elektronik, Klimaanlage, Lenkung oder dergleichen auf separaten
Strukturen – dem Vorderwagenteil 14 und dem Hinterwagenteil 16 – gelagert
beziehungsweise angeordnet sind, die eine Relativbewegung gegenüber
dem Aufbau beziehungsweise dem Fahrgastzellenteil 22 in
Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) bis zu mehreren Zentimetern und
in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) im Bereich von mehreren
Millimetern vollführen können. Hierdurch wird
die Fahrgastzelle 12 des Fahrgastzellenteils 22 von
den Straßenanregungen und den störenden Schwingungen
der Aggregate 40 wirksam entkoppelt. In der Summe führt
dies zu einer deutlichen Verbesserung des Fahrkomforts und zu einer
deutlichen Reduzierung von unerwünschten Geräuschen
(NVH).
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Die
Federung- und Dämpfung der Räder 34 mittels
der jeweiligen Feder- und/oder Dämpferelemente 38 gegenüber
dem Vorder- beziehungsweise Hinterwagenteil 14, 16 kann
dabei härter beziehungsweise höher gedämpft
sein als bei konventionellen Kraftfahrzeugen. Umgekehrt kann die
Federung des Aufbaus – also die Summe von Aufbaufedern
und Radfedern beziehungsweise der Feder- und/oder Dämpferelemente 30 und 38 – weicher
ausgelegt werden.
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Die
für die Fahrsicherheit wichtige Untersteuertendenz des
Fahrzeugs bei Kurvenfahrten wird im Bereich des Vorderwagenteils 14 über
die Elastizität von Einzelradaufhängungen erreicht
und am Hinterwagenteil 16 über die Elastizität
des Hauptlagers 24.
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In 7 ist
in einer Vorderansicht ein Personenkraftwagen gemäß den
vorstehenden Ausführungsformen symbolisch angedeutet. Durch
die gewählte Konstruktion tritt an der Hinterachse beziehungsweise
dem Hinterwagenteil 16 bei Kurvenfahrten eine sehr geringe
Sturzänderung der Räder 34 gegenüber
der Fahrbahn auf, so dass das Seitenführungspotential der
Achse höher ist als bei konventionellen Fahrzeugen mit
Einzelradaufhängung. Dadurch wird im Grenzbereich ein Ausbrechen
des Fahrzeughecks hinausgezögert.
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Eine
Wankachse, die durch die Anordnung der Hauptlager und Wattgestänge
definiert wird und um die die Fahrgastzelle 12 beziehungsweise
das Fahrgastzellenteil 22 gegenüber dem Vorderwagenteil 14 beziehungsweise
dem Hinterwagenteil 16 dreht, liegt durch das gewählte
Konstruktionsprinzip höher als bei konventionellen Fahrzeugen.
Durch die unterschiedlichen Wankwinkel des Vorderwagenteils 14 beziehungsweise des Hinterwagenteils 16 und
des Fahrgastzellenteils 22 verringert sich die Radlastdifferenz
aufgrund der Schwerpunktsverschiebung des Aufbaus bei Kurvenfahrten.
Hierdurch wird eine verbesserte Fahrdynamik und aktive Sicherheit
erreicht. Weiterhin sorgt die Vergleichsweise hohe Raddämpfung
im Bereich der feder- und/oder Dämpferelemente 38 dafür,
das Radlastschwankungen minimiert werden.
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In 8 ist
in einer schematischen Seitenansicht der vordere Teil des Personenkraftwagens
mit dem Vorderwagenteil 14 und dem Fahrgastzellenteil 28 im
Falle einer Frontalkollision erkennbar. 8 zeigt
dabei eine Darstellung, bei welcher dem Vorderwagenteil 15 eine
entsprechende Knautschzone zugeordnet ist beziehungsweise der Vorderwagenteil 14 die
vordere Knautschzone bildet. Alternativ hierzu wäre es
jedoch auch denkbar, den Fahrgastzellenteil 22 soweit über
den Vorderwagenteil 14 hinweg nach vorne zu ziehen, dass dieses
die Knautschzone umfasst beziehungsweise bildet.
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Wie
insbesondere in Zusammenschau mit 2 erkennbar
ist, ist dabei am vorderen Ende des Vorderwagenteils 14 eine
Crashbox 50 vorgesehen, welche beim Aufprall auf ein Hindernis
entsprechend unter Absorption von Aufprallenergie deformiert wird.
Mit anderen Worten wird bei einem Frontalaufprall zunächst die
Crashbox 50 aktiviert, die sich and er Vorderwagenstruktur
beziehungsweise dem Vorderwagenteil 14 abstützt.
Bei einem schweren Frontalcrash taucht dann das Vorderwagenteil 14 unter
das Fahrgastzellenteil 22 ab. Hiezu kann das Fahrgastzellenteil 22 an
seinem dem Vorderwagenteil zugewandten Ende eine Abgleitstruktur
aufweisen, entlang welcher das Vorderwagenteil 14 bei einer
unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter die Fahrgastzelle 12 bewegbar
ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel rutschen die schweren
und starren Aggregate 40 des Antriebs, beispielsweise ein
Verbrennungsmotor, ein Generator oder ein Elektromotor, relativ
zum Vorderwagenteil 14 nach vorne und prallen unmittelbar
auf das Hindernis auf. Ein derartiges Rutschen kann beispielsweise
durch geeignete Führungselemente ermöglicht werden, über
welche das jeweilige Aggregat 40 an dem Vorderwagenteil 14 angeordnet
ist. Die jeweiligen Führungselemente können dabei
zudem so ausgebildet sein, dass diese die Bewegungsenergie des wenigstens
einen Aggregats 40 zumindest teilweise abbauen. Zwischen
dem Vorderwagenteil 14 und dem Fahrgastzellenteil 22 kann
wenigstens ein Verbindungselement vorgesehen sein, mittels welchem
bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung die entstehende Bewegungsenergie
in Folge einer Bewegung des Vorderwagenteils 14 relativ
zum Fahrgastzellenteil 22 aufnehmbar ist. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel kann dies auch das Hauptlager 44 sein,
welches beispielsweise eine Bewegung des Vorderwagenteils 14 relativ
zu dem Fahrgastzellenteil 22 ermöglicht, jedoch vorzugsweise
nicht vollständig abreißt, so dass das Vorderwagenteil 14 gezielt
relativ zu dem Fahrgastzellenteil 22 nach hinten geführt
werden kann. Natürlich sind auch andere Verbindungselemente
anstelle des entsprechenden Hauptlagers 44 denkbar.
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In
den 9a und 9b ist
jeweils in einer schematischen Seitenansicht ein hinterer Teil des
Personenkraftwagens mit dem Hinterwagenteil 16 während
bzw. nach einer Heckkollision dargestellt. Bei einer solchen Heckkollision
wird wiederum zunächst eine in 2 erkennbare
Crashbox 52 aktiviert, wodurch entsprechend Aufprallenergie
absorbiert wird. Bei einer stärkeren Kollision kann zusätzlich
das Hinterwagenteil 16 unter das Fahrgastzellenteil 22 abtauchen,
wie dies in 9b schematisch angedeutet ist.
Hierzu kann zwischen dem Fahrgastzellenteil 22 und dem
Hinterwagenteil 16 wiederum eine entsprechende Abgleitstruktur vorgesehen
sein. Dabei können wiederum entsprechende Verbindungselemente
zwischen dem Hinterwagenteil 16 und dem Fahrgastzellenteil 22 vorgesehen
sein, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung verhindern,
dass das Hinterwagenteil 16 vollständig von dem
Fahrgastzellenteil 22 abreißt. Als Verbindungselement
kommt dabei wiederum auch das Hauptlager 24 in Frage. Dieses
kann gegebenenfalls auch entsprechend Aufprallenergie absorbieren.
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Da
das Hinterwagenteil 16 einen entsprechenden Schutzrahmen 42 umfasst,
sind insbesondere Aggregate 40 in Form einer Batterie oder
eines Kraftstoffbehälters besonders günstig vor
einer Zerstörung geschützt.
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Die
für die Relativbewegung erforderlichen Freiwege zwischen
Vorder- bzw. Hinterwagenteil 14, 16 und Fahrgastzellenteil 22 werden
im Falle eines Unfalls als Deformationszonen genutzt.
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In
den 10a bis 10c ist
in einer jeweiligen Vorderansicht einer Draufsicht und einer Seitenansicht
eine Radaufhängung 54 in Form einer Einzelradaufhängung
des jeweiligen Rades 34 dargestellt. Als wesentliches Bauteil
ist dabei ein Radträger 36 vorgesehen, der über
eine Schiebeführung 56 am korrespondierenden Vorderwagenteil 14 oder
Hinterwagenteil 16 abgestützt ist. Die Schiebeführung 56 umfasst
dabei zwei in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) bzw. vertikal verlaufende
Führungsstangen 58, welche fest mit dem Radträger 36 verbunden
sind. Die beiden Führungsstangen 58 korrespondieren
dabei mit jeweiligen Führungsaufnahmen 60, welche
fest mit dem Vorderwagenteil 14 bzw. dem Hinterwagenteil 16 verbunden
sind. Die Führungsaufnahmen 60 sind dabei einem
Stator zugeordnet, über welchen diese gemeinsam an dem
korrespondierenden Vorderwagenteil 14 bzw. Hinterwagenteil 16 abgestützt
sind. Zwischen den Führungsaufnahmen 60 bzw. dem
korrespondierenden Stator und dem entsprechenden Radträger 36 stützen
sich die jeweiligen Feder- und/oder Dämpferelemente 38 ab.
Die Radaufhängung ist zusammen mit der Bremsanlage in einer Radschüssel 62 versenkt
angeordnet.
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In
den 11a und 11b ist
in einer schematischen Darstellung ein Lenkstrang 64 bzw.
in einer ausschnittsweisen Perspektivansicht das obere Ende dieses
Lenkstrangs 64 dargestellt. Zwischen einem Lenkrad 66 und
einem Lenkgetrieberitzel 68 sind dabei zwei Gleichlaufgelenke 70 und
ein Schiebegelenk 72 angeordnet. Ähnliche Konstruktionen
sind beispielsweise aus dem Antriebsbereich für Seitenwellen
oder Kardanwellen bekannt. Wie insbesondere in 11 erkennbar
ist, ist es in Verbindung mit einer elektromechanischen Servounterstützung
hilfreich, wenn eine elastischer Servodrehstab 74 für
Sensierung des Lenkmoments zwischen dem Lenkrad 66 und
dem oberen Gleichlaufgelenk 70 angeordnet ist. Eine besondere
Bedeutung kommt dem Spiel und der Drehsteifigkeit des Lenkstrangs 64 zu.
Daher bietet es sich an, den Servodrehstab 44 möglichst
steif zu wählen, um dadurch die Elastizitäten
der Gelenke 70, 72 zu kompensieren. Die Gleichlaufgelenke 70 und
das Schiebegelenk 72 sollten dabei bevorzugt elastisch
und selbstzentrierend ausgeführt sein.
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Insgesamt
wird durch den vorliegenden Lenkstrang 64 erreicht, dass
das Fahrgastzellenteil 22 eine Relativbewegung gegenüber
dem Vorderwagen 14 von mehreren Zentimetern durchführen
kann, wobei der Lenkstrang 64 dabei so ausgeführt
ist, dass er diese Bewegung zulässt, ohne dass es zu negativen
Auswirkungen auf den Lenkwinkel oder das Lenkraddrehmoment kommt.
-
In
den 12a und 12b ist
in einer ausschnittsweisen Seitennansicht bzw. in einer ausschnittsweisen
Draufsicht der Personenkraftwagen mit einem weiteren technischen
Aspekt dargestellt. Der Personenkraftwagen umfasst dabei innerhalb
der Fahrgastzelle 12 wenigstens eine Bedieneinheit 76 und
wenigstens einen Sitzplatz 78 eines Fahrzeugssitzes oder
einer Fondsitzanlage, wobei der Abstand zwischen Bedieneinheit 76 und
Fahrersitz 78 im vorliegenden Fall entgegen dem bisherigen
Stand der Technik nicht dabei einstellbar ist, dass der Fahrersitz 78 in
Fahrzeuglängsrichtung bewegt wird, sondern vielmehr dadurch,
dass die Bedieneinheit 76 verstellbar ist. Hierzu wird
im vorliegenden Fall die Bedieneinheit 76 in Fahrzeuglängsrichtung des
Fahrersitzes 78 bewegt. Neben der Verstellung der Bedieneinheit 76,
welche im vorliegenden Fall ein Kombiinstrument im Bereich des Längsstrangs 64 ist,
kann dieses auch gemeinsam mit der Lenksäule bzw. dem Lenkstrang 64 um
das obere Gleichlaufgelenk 70 verschwenkt werden. Mit anderen
Worten ist vorliegend nicht nur eine Verschwenkung der Bedieneinheit
in translatorischer Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung)
möglich sondern auch eine rotatorische Bewegung um den
Drehpunkt, welcher durch das Gleichlaufgelenk 70 gebildet
ist. Hierdurch ist das Kombiinstrument bzw. die Bedieneinheit 76 in
der Höhe für den Fahrer anpassbar. Als weitere
Bedieneinheit 76 ist auch eine Pedalerie in Fahrzeuglängsrichtung
anpassbar, ebenso wie eine MMI-Bedieneinheit zwischen den vorderen
Sitzplätzen 78. Dabei bietet es sich an, diese
MMI-Bedieneinheit zusammen mit einer Mittelarmlehne in Fahrzeuglängsrichtung
verstellbar zu gestalten. Als Bedieneinheit 76 sind dabei
prinzipiell alle Elemente denkbar, welche durch einen Sitzinsassen
bzw. Passagier bedienbar sein müssen. Um den Komfort dieser
Bedienung zu steigern, kann insbesondere das Lenkrad 66,
eine Cockpit-Instrumenteneinheit, ein Multifunktionshebel, ein Lichtschalter,
eine Aktivierung für eine elektrische Feststellbremse,
ein Fahrstufenwählhebel, ein Bedienpaneel für
die Klimaanlage, eine MMI-Anzeige und gegebenenfalls Bedienelemente
vorgesehen werden.
-
Durch
die Verstellmöglichkeit der jeweiligen Bedieneinheit ist
es insbesondere möglich, die jeweiligen Fahrzeugsitze 78 bzw.
Sitzanlagen in Längsrichtung fixiert zu gestalten, so dass
unterhalb der Fahrzeugsitze 78 eine massive Querbrücke 80 installiert
werden kann. Diese Querbrücke 80 ist insbesondere
vorteilhaft, um die Fahrgastzelle 12 zu versteifen und
bei einem Seitenaufprall die Crashstrukturen der Türen
abzustützen, so dass die Passagiere wirkungsvoll vor übermäßigen
Intrusionen in die Fahrgastzelle 12 geschützt
sind. Eine solche Querbrücke 78 ist prinzipiell
sowohl bei den vorderen Fahrzeugsitzen 78 wie auch bei
der hinteren Sitzanlage denkbar. Weiterhin werden über
die Querbrücke 80 die Kräfte aus den
Hauptlagern 24 bzw. 44 großflächig
in die Fahrgastzelle 12 bzw. in den Fahrgastzellenteil 22 eingeleitet.
Der Einsatz der Querbrücken 80 bietet somit im
Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen insbesondere Vorteile bezügliche
der Crasheigenschaften, der Steifigkeit und des Gewichts. Der Raum
innerhalb der Querbrücken kann für weitere Komponenten
genutzt werden, beispielsweise für Subwoover, Klimakanäle,
Steuergeräte oder dergleichen.
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Insbesondere
aus der 3 ist darüber hinaus
erkennbar, in welcher Weise das Vorderwagenteil 14, das
Hinterwagenteil 16 und die Fahrgastzelle 22 voneinander
unterteilbar sind. Weil die Räder 34, Reifen, Bremsen
und die Feder- und/oder Dämpferelemente 38 auf
das Gewicht und die Leistungsfähigkeit des Antriebs ausgelegt
werden müssen, ergibt sich nur eine begrenzte Variantenvielfalt
der Vorderwagenteile 14 und der Hinterwagenteile 16.
Die Aufbaufedern (Feder- und/oder Dämpferelemente 30),
sollten dagegen bevorzugt auf das Gewicht des Fahrgastzellenteils 22 ausgelegt
werden und daher Bestandteil des Moduls Fahrgastzelle sein. Insgesamt
ist somit erkennbar, dass sich der vorliegende Personenkraftwagen
besonders gut für ein System eignet, bei welchem die drei
Baugruppen bzw. Module in der Produktion getrennt voneinander montiert werden
können. Weil das Vorderwagenteil 14 und Hinterwagenteil 16 sehr
kompakte Einheiten darstellen, können sie gut transportiert
werden, so dass eine Fertigung und Vormontage auch weit entfernt
von dem Fahrgastzellenteil 22 erfolgen kann. Durch den
hohen Umfang der Vormontage kann die Zahl der Stationen bei der Endmontage
deutlich reduziert werden. Alternativ ist es denkbar, die Vor- und
Endmontageumfänge nicht am Fließband, sondern
an mehreren Montageinseln durchzuführen. Des Weiteren ist
in den 1 bis 3 eine flexible Verbindungsleitung 82 erkennbar, über
welche beispielsweise jeweilige Aggregate 40 oder andere Bauteile
des Vorderwagenteils 14 und des Hinterwagenteils 16 miteinander
verbunden sind. Unter „flexibel” ist dabei nicht
nur ein flexibles Material zu verstehen, sondern gegebenenfalls
auch eine Versorgungsleitung 82 mit entsprechendem Längenausgleich.
Dieser ist erforderlich, um bei einer Bewegung des Vorderwagenteils 14 und
des Hinterwagenteils 16 relativ zueinander bzw. relativ
zu dem Fahrgastzellenteil 22 eine Aufrechterhaltung des
Betriebes gewährleisten zu können. Die Versorgungsleitung
bzw. Verbindungsleitung 82 kann dabei verschiedenste Funktionen
erfüllen. Darunter kann insbesondere auch eine elektrische
Leitung verstanden werden.
-
Der
vorliegende Personenkraftwagen ist geeignet für eine Vielzahl
von Antriebsvarianten: Insbesondere ist dieser geeignet für
serielle und parallele Voll-Hybrid-Antriebe, d. h. ein elektrischer
Antrieb gekoppelt mit einem Verbrennungsmotor sowie für
Brennstoffzellenfahrzeuge mit Vorderradantrieb. Hierfür
ist die nachfolgende Aufteilung der Aggregate besonders vorteilhaft.
Zusätzlich ist es denkbar, die Hinterräder mit
Radnabenmotoren auszurüsten, um einen Antrieb aller vier
Räder zu erreichen. Weil diese Antriebsysteme im Stand kein
Abgas produzieren, kann die komplette Abgasanlage im Bereich des
Vorderwagenteils
14 untergebracht werden und die Abgase
unmittelbar hinter dem Vorderwagenteil
14 unter das Fahrgastzellenteil
22 geleitet werden,
wo der Fahrtwind für einen raschen Abtransport ohne Geruchsbelästigung
für die Insassen sorgt. Die nachfolgende Aufstellung zeigt
dabei die möglichen Antriebsvarianten und die damit einhergehende
Anordnung der Aggregate
40 im Bereich des Vorderwagenteils
14 bzw.
des Hinterwagenteils
16.
Typ | Vorderwagen | Hinterwagen | Kommentar |
Serieller
Plug-In-Hybrid-Antrieb (Vorderradantrieb) | Verbrennungsmotor, Generator,
Elektromotor, E/E, Klima, Abgasanlage, Lenkung | Kleiner
Kraftstofftank, große Batterie, Batteriemanagement und
-kühlung | Verbrennungsmotor quer
eingebaut |
Paralleler
Voll-Hybrid-Antrieb (Vorderradantrieb, optionaler Plug-In) | Verbrennungsmotor, Getriebe,
Generator, Elektromotor, E/E, Klima, | großer
Kraftstofftank, kleine bis mittlere Batterie, Batteriemanage | Verbrennungsmotor quer
eingebaut, Variante mit CNG möglich |
Brennstoffzellen-Antrieb
(Vorderradantrieb) | Abgasanlage,
Lenkung Stack, Elektromotor, E/E, Stützbatterie, Klima,
Lenkung | ment
und -kühlung Wasserstoffspeicher, Batterie | |
-
Schließlich
sind in den 13 bis 17 verschiedenen
Maßkonzepte für einen vier- bzw. fünfsitzigen
Personenkraftwagen in jeweiliger Seitenansicht bzw. Draufsicht dargestellt. 13 zeigt
dabei einen Personenkraftwagen mit Verbrennungsmotor. 14 zeigt
einen Personenkraftwagen mit einem batterieelektrischen Antrieb
und einem zusätzlichen Verbrennungsmotor zur Verlängerung
der Fahrzeugreichweite. 15 zeigt
einen Personenkraftwagen mit einem Brennstoffzellenantrieb. 16 zeigt
einen Personenkraftwagen mit einem Benzin-Vollhybrid-Antrieb. Schließlich
zeigt 17 einen Personenkraftwagen
mit einem Gas-Hybrid-Antrieb. In den einzelnen Darstellungen sind
dabei insbesondere die jeweiligen Aggregate 40 mit folgenden Abkürzungen
verwendet:
- Bx
- Batterie (inkl. Gehäuse
und Kühlleitungen)
- CNG
- Compressed Natural
Gas
- D
- Differenzial
- EM
- Elektrische Maschine
(Motor und Generatorbetrieb)
- G
- Getriebe
- GK
- Geregelter Katalysator
- GT
- Gastank
- HPV
- Hours per Vehicle
(Maß für die Produktionszeit)
- K
- Kupplung
- KÜ
- Kühlung
- L
- Lenkung (mit elektromechanischer
Lenkunterstützung)
- LE
- Leistungselektronik
- LK
- Luftkompressor
- LM
- Luftmodul (für
Brennstoffzelle)
- NA
- Nebenaggregate (Batteriemanagement,
Betankung)
- NGT
- Natural Gas Technology
- SR
- Schwungrad
- ST
- Brennstoffzellen-Strack
- T
- Tank für
flüssige Brennstoffe (Benzin o. ä.)
- ÜH
- Überhitzer
für Turbosteamer
- VM
- Verbrennungsmotor
(bsp. M123)
- WA
- Wasserstoff Aufbereitung
- xSD
- Schalldämpfer
(MSD + NSD)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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