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Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau, wenigstens einer am Fahrzeugaufbau gelagerten und zumindest ein Fahrzeugrad aufweisenden Fahrzeugachse, wenigstens einem Elektromotor, mittels welchem das zumindest eine Fahrzeugrad antreibbar ist, und wenigstens einer mechanischen Radbremse, mittels welcher das zumindest eine Fahrzeugrad abbremsbar ist.
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Aus der
DE 10 2006 019 494 A1 ist ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit Elektromotor mit einer betätigbaren Bremsbetätigungseinrichtung bekannt, wobei das Bremssystem eine mechanische Bremse aufweist. Zusätzlich weist das Bremssystem eine elektrische Bremse auf, wobei in Abhängigkeit von einer Betätigung der Bremsbetätigungseinrichtung zunächst nur die elektrische Bremse und anschließend die mechanische Bremse aktivierbar ist.
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Die
DE 10 2007 055 935 A1 offenbart ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einem Motorgenerator, mittels welchem eine Rotationskraft von einem/auf ein Rad aufgenommen/übertragen werden kann, einer Leistungsumwandlungseinheit, mittels welcher eine bidirektionale elektrische Leistungsumwandlung zwischen einer aufladbaren Leistungsversorgung und dem Motorgenerator derart ausgeführt werden kann, dass der Motorgenerator ein Drehmoment entsprechend einem Drehmomentbefehlswert ausgibt, einem Neigungserfassungsabschnitt zur Erfassung einer Neigung einer Straße, und einem Generatorsteuerungsabschnitt, mittels welchem der Drehmomentbefehlswert des Motorgenerators in einem generatorischen Bremsbetrieb zumindest entsprechend einer Bremsbetätigung durch einen Fahrer erzeugt werden kann, wobei der Generatorsteuerungsabschnitt für den Drehmomentbefehlswert in dem generatorischen Bremsbetrieb während einer Gefällefahrt und während einer Fahrt auf einer ebenen Straße entsprechend derselben Bremsbetätigung auf der Grundlage einer Straßenneigung, die durch den Neigungserfassungsabschnitt erfasst wird, kontinuierlich eine Begrenzung derart auferlegt, dass ein absoluter Wert des Drehmomentbefehlswerts während der Gefällefahrt kleiner als während der Fahrt auf einer ebenen Straße ist.
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Zur Reduzierung der Kohlendioxid-Emission und zur Schonung von fossilen Energiereserven werden in jüngster Zeit verstärkt Fahrzeuge mit Elektroantrieb entwickelt, wobei die ersten Serienfahrzeuge in Kürze auf dem Markt erscheinen dürften. Abgesehen von einigen, mit dem Elektroantrieb im Zusammenhang stehenden Komponenten, wie z. B. einem Elektromotor, einer Elektromotor-Steuerung und einer Batterie zur Speisung des Elektromotors, werden bei diesen Fahrzeugen aber keine größeren Änderungen im Vergleich zu konventionellen Serienfahrzeugen zu erwarten sein, insbesondere in Bezug auf die Fahrwerke. Somit wird das Fahrwerk eines Elektrofahrzeugs neben einem Rad, einem Radmodul, einer Radführung und einer Federung/Dämpfung auch eine herkömmliche Radbremse aufweisen, obwohl durch die Möglichkeit der elektrischen Energierückführung (Rekuperation) die erforderliche hydraulische Bremsunterstützung deutlich geringer ausfallen könnte als bei nicht elektrisch betriebenen Fahrzeugen. Durch das Beibehalten der heutigen Bremssystemkomponenten sind bezüglich des Bremssystems somit keine Kosten-, Gewichts- und Bauraumeinsparungen zu erwarten.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektrofahrzeug der eingangs genannten Art das Bremssystem vereinfachen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
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Das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug umfasst einen Fahrzeugaufbau, wenigstens eine am Fahrzeugaufbau gelagerte und zumindest ein Fahrzeugrad aufweisende Fahrzeugachse, wenigstens einen Elektromotor, mittels welchem das zumindest eine Fahrzeugrad antreibbar ist, und wenigstens eine mechanische Radbremse, mittels welcher das zumindest eine Fahrzeugrad abbremsbar ist, wobei die mechanische Radbremse mit dem Elektromotor zu einer baulichen Einheit zusammengefasst ist.
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Die mechanische Radbremse und der Elektromotor bilden erfindungsgemäß eine insbesondere kompakte bauliche Einheit. Zwar kann die bauliche Einheit größer als ein reiner Elektromotor ausfallen, durch die Loslösung vom konventionellen Bremskonzept ist die mechanische Radbremse aber kleiner und einfacher als eine herkömmliche Radbremse ausbildbar, insbesondere wenn die Möglichkeit zur schwächeren Auslegung der Radbremse aufgrund der Rekuperation berücksichtigt wird. Insgesamt sind somit eine Vereinfachung der Radbremse und ein Bauraumvorteil erzielbar. Ferner werden durch den Einbau der baulichen Einheit in das Fahrzeug die Radbremse und der Elektromotor insbesondere gleichzeitig montiert, sodass gegenüber einem separaten Einbau von Radbremse und Elektromotor die Montagekosten reduzierbar sind. Vorzugsweise ist die mechanische Radbremse in den Elektromotor integriert.
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Die Fahrzeugachse kann wenigstens eine oder mehrere, vorzugsweise zwei Einzelradaufhängungen umfassen oder durch diese gebildet sein. Alternativ ist die Fahrzeugachse aber auch als Verbundlenkerachse oder als eine andere Achse ausbildbar. Der Elektromotor bildet vorzugsweise die oder einen Teil der Fahrzeugachse, sodass diese bevorzugt den Elektromotor umfasst.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die mechanische Radbremse elektrisch betätigbar. Dies bietet den Vorteil, dass auf eine aufwendige und kostenintensive Bremshydraulik verzichtet werden kann. Alternativ kann die mechanische Radbremse aber auch mechanisch betätigt werden, z. B. durch einen Seilzug und/oder ein Gestänge.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrische Motorsteuerung vorgesehen, mittels welcher der Elektromotor steuerbar ist. Ist die mechanische Radbremse elektrisch betätigbar, so ist diese bevorzugt mittels der elektrischen Motorsteuerung betätigbar. Vorzugsweise ist ein elektromechanischer Aktor vorgesehen, der elektronisch ansteuerbar ist und mittels welchem die mechanische Radbremse mechanisch betätigt werden kann. Insbesondere ist der Aktor elektrisch mit der Motorsteuerung verbunden.
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Der Elektromotor weist bevorzugt ein Motorgehäuse und eine relativ zu diesem um eine Motorachse drehbare Motorwelle auf. Insbesondere ist die Motorwelle um die Motorachse drehbar an dem Motorgehäuse gelagert. Vorzugsweise umfasst der Elektromotor einen starr mit dem Motorgehäuse verbundenen Stator und einen Läufer, der die Motorwelle umfasst und/oder drehstarr mit dieser verbunden ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die mechanische Radbremse eine Lamellenkupplung oder ist als solche ausgebildet. Beispielsweise können die Innenlamellen der Lamellenkupplung drehstarr oder starr mit der Motorwelle und die Außenlamellen der Lamellenkupplung starr oder drehstarr mit dem Motorgehäuse verbunden sein. Selbstverständlich ist eine umgekehrte Anordnung möglich, wonach die Innenlamellen drehstarr oder starr mit dem Motorgehäuse und die Außenlamellen starr oder drehstarr mit der Motorwelle verbunden sind.
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Bevorzugt ist das Fahrzeugrad zusätzlich mittels des Elektromotors abbremsbar, vorzugsweise in einem generatorischen Betrieb des Elektromotors. Insbesondere ist der Elektromotor im generatorischen Bremsbetrieb als Generator betreibbar und mit einer elektrischen Last belastbar. Die Last ist bevorzugt durch einen mittels des Elektromotors aufladbaren elektrischen Energiespeicher oder durch einen elektrischen Widerstand gebildet, sodass der Elektromotor vorzugsweise mit dem elektrischen Energiespeicher oder mit dem elektrischen Widerstand elektrisch verbindbar ist. Der elektrische Energiespeicher umfasst z. B. wenigstens einen Akkumulator und/oder wenigstens einen Kondensator. Vorzugsweise dient der elektrische Energiespeicher auch zum Speisen des Elektromotors, wenn dieser im Motorbetrieb betrieben wird. Der elektrische Energiespeicher und der Elektromotor sind vorteilhafterweise unter Zwischenschaltung einer elektrischen Stromrichteranordnung miteinander verbunden. Der elektrische Widerstand ist insbesondere dafür vorgesehen, dass eine Bremswirkung durch den Elektromotor auch dann erzielt werden kann, wenn der elektrische Energiespeicher nicht geladen wird oder werden soll. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Elektromotor gleichzeitig mit dem elektrischen Energiespeicher und mit dem elektrischen Widerstand zu belasten. Hierdurch kann die Bremswirkung selbst dann verstärkt werden, wenn der dem elektrischen Energiespeicher zugeführte Ladestrom begrenzt werden muss.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Motorgehäuse am Fahrzeugaufbau gelagert und die Motorwelle drehstarr mit dem Fahrzeugrad verbunden. Vorzugsweise ist das Fahrzeugrad konzentrisch mit der Motorwelle angeordnet, sodass eine besonders raumsparende Anordnung von Fahrzeugrad, Elektromotor und mechanischer Radbremse möglich ist. Bevorzugt bildet das Motorgehäuse des Elektromotors einen Radträger für das Fahrzeugrad, sodass das Fahrzeugrad vorzugsweise drehbar an dem Motorgehäuse gelagert ist. Die mechanische Radbremse ist insbesondere an einem dem Fahrzeugrad abgewandten Ende der Motorwelle angeordnet und/oder angebracht.
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Das Fahrzeugrad umfasst bevorzugt eine Felge, auf der vorzugsweise ein Reifen sitzt. Insbesondere ist die Felge mit der Motorwelle drehstarr verbunden, vorzugsweise an diese angeflanscht. Die Felge umfasst bevorzugt einen Innenraum, in den der Elektromotor eingebracht ist. Vorzugsweise ist der Elektromotor bis oder bis nahe an eine Innenwand der Felge herangerückt.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, die konventionellen Komponenten einer hydraulischen Radbremse wegzulassen. Diese Komponenten umfassen insbesondere die Bremsscheibe, den Bremssattel und die Bremsleitungen. Hierdurch sind nicht nur Kosten und Gewicht, sondern auch Einbauraum in der Felge einsparbar. Dies ist möglich, da die mechanische Radbremse bevorzugt in den Elektromotor integriert und mittels der Motorsteuerung betätigbar ist. Da der Elektromotor Bremsenergie in den elektrischen Energiespeicher zurückführen kann, übernimmt die mechanische Radbremse vorzugsweise nur denjenigen Anteil der erforderlichen Bremsarbeit, die der Elektromotor nicht durch Rekuperation übernehmen kann. Ferner dient die mechanische Radbremse als Parkbremse, als Hilfsbremse und/oder als zusätzliche Bremse bei einer Vollbremsung. Die mechanische Radbremse ist somit Teil eines zweiten Bremskreises oder bildet diesen, der zusätzlich zu dem Elektromotor vorgesehen ist, der im Generatorbetrieb das Fahrzeugrad abbremsen kann und somit bevorzugt Teil eines ersten Bremskreises ist oder diesen bildet. Da die Anforderungen an die mechanische Radbremse gegenüber einer Bremse eines herkömmlichen Fahrzeugs ohne Elektroantrieb deutlich reduziert sind, kann die mechanische Radbremse kleiner ausgelegt werden. Beispielsweise wird die Bremswirkung über eine elektrisch betätigbare Lamellenkupplung erzeugt, sodass es sich bei der mechanischen Radbremse vorzugsweise um eine trockene Bremse (ohne Öl) handelt, für deren Betätigung keine Hydraulik erforderlich ist. Durch die elektrische Betätigung der mechanischen Radbremse (brake-by-wire) ist es ferner möglich, aktive Eingriffe zuzulassen, worunter vorzugsweise zu verstehen ist, dass eine Fahrzeugsteuerung die Radbremse betätigen kann, ohne dass ein Bremseingriff des Fahrers erforderlich ist. Der Elektromotor wird bevorzugt derart gestaltet, dass die Lagerung der Rotorwelle und/oder des Läufers die Radlagerung bildet, sodass eine herkömmliche Radlagerung nicht erforderlich ist. Insbesondere wird die Felge direkt an die Motorwelle angeflanscht. Da die herkömmlich vorgesehene Bremsscheibe vorzugsweise nicht vorhanden ist, kann der Elektromotor bis zur Felgeninnenwand hingerückt werden. Bevorzugt ist die mechanische Radbremse an dem anderen Ende der Motorwelle angebracht.
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Die Erfindung weist insbesondere die folgenden Vorteile auf:
- – Hydraulische Bremsen sind nicht zwingend erforderlich, sodass Kosten, Gewicht und Bauraum am Rad eingespart werden können.
- – Zusätzlich zu der elektrischen Ansteuerung des Elektromotors sind separate Bremsleitungen nicht zwingend erforderlich.
- – Ein brake-by-wire-System kann mit allen bekannten Vorteilen realisiert werden.
- – Die mechanische Radbremse ist elektrisch (trocken) betätigbar und kann in den Elektromotor integriert werden.
- – Der Elektromotor, die Bremse und die Radlagerung bilden bevorzugt eine integrierte bzw. bauliche Einheit, die modular aufgebaut und leicht skalierbar ist.
- – Das Motorgehäuse des Elektromotors kann gleichzeitig als Radträger verwendet werden.
- – Die mechanische Radbremse kann zur Fahrzeugmitte hin versetzt werden, sodass eine bessere Luftkühlung und bessere Kräfteverteilung möglich sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf ein Elektrofahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung eines der Fahrzeugräder mit Elektromotor gemäß 1 und
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3 eine schematische Darstellung der mechanischen Radbremse gemäß 1.
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Aus 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Elektrofahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, welches einen Fahrzeugaufbau 2 umfasst, an dem eine Vorderachse 3 und eine angetriebene Hinterachse 4 gelagert sind (die Fahrzeugachsen 3 und 4 sind lediglich schematisch angedeutet). Die Vorderachse 3 umfasst zwei lenkbare Fahrzeugräder 5 und 6, und die Hinterachse 4 umfasst zwei angetriebene Fahrzeugräder 7 und 8. Die Fahrzeugräder 7 und 8 sind jeweils mit einem Elektromotor 9 bzw. 10 verbunden, wobei die Elektromotoren 9 und 10 jeweils am Fahrzeugaufbau 2 gelagert sind und insbesondere einen Teil der Hinterachse 4 bilden. Ferner ist am Fahrzeugaufbau 2 ein elektrischer Energiespeicher 11 vorgesehen, mittels welchem die Elektromotoren 9 und 10 mit elektrischer Energie versorgt werden können. Der elektrische Energiespeicher 11 ist mit den Elektromotoren 9 und 10 unter Zwischenschaltung einer Stromrichteranordnung 12 elektrisch verbunden, die mittels einer Steuereinrichtung 13 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung 13 ist mit einem Bremspedalsensor 14 gekoppelt, mittels welchem die Betätigung eines Bremspedals 15 erfassbar ist. Ferner ist die Steuereinrichtung 13 mit einem Gaspedalsensor 16 verbunden, mittels welchem die Betätigung eines Gaspedals 17 erfassbar ist.
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Wird das Gaspedal 17 betätigt, so steuert die Steuereinrichtung 13 die Stromrichteranordnung 12 derart an, dass den Elektromotoren 9 und 10 von dem elektrischen Energiespeicher 11 ein elektrischer Strom zugeführt wird. Die Elektromotoren 9 und 10 treiben somit das Fahrzeug 1 in Fahrtrichtung 18 an. Wird hingegen von der Steuereinrichtung 13 eine Betätigung des Bremspedals 15 erfasst, so steuert die Steuereinrichtung 13 die Stromrichteranordnung 12 derart an, dass elektrische Energie von den Elektromotoren 9 und 10 in den elektrischen Energiespeicher 11 eingespeist wird. Die Elektromotoren 9 und 10 arbeiten somit im Generatorbetrieb und bremsen das Fahrzeug 1 ab. Ferner weist jeder der Elektromotoren 9 und 10 eine mechanische Radbremse 19 bzw. 20 auf, wobei die Radbremsen 19 und 20 mittels der Steuereinrichtung 13 elektrisch betätigt werden können.
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Aus 2 ist eine Darstellung des Fahrzeugrads 7 mit dem Elektromotor 9 ersichtlich, wobei das Fahrzeugrad 7 teilweise geschnitten dargestellt ist. Das Fahrzeugrad 7 umfasst eine Felge 21, auf der ein Reifen 22 sitzt. Der Elektromotor 9 greift in eine Ausnehmung 23 in der Felge 21 ein, die mittels eines Lagers 24 um eine Raddrehachse 25 drehbar an einem Motorgehäuse 26 des Elektromotors 9 gelagert ist. Der Elektromotor 9 umfasst eine drehbar an dem Motorgehäuse 26 gelagerte Motorwelle 27, die mittels des Elektromotors 9 um eine Motorachse 28 drehbar ist, die mit der Raddrehachse 25 zusammenfällt. Die Motorwelle 27 ist drehstarr mit der Felge 21 verbunden, wobei der Elektromotor 9 in dem Innenraum 23 bis nah an eine Innenwand 29 der Felge 21 herangerückt ist.
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Die Radbremse 19 und ein elektromechanischer Aktor 30 sind in den Elektromotor 9 integriert, wobei die Radbremse 19 mittels des Aktors 30 insbesondere mechanisch betätigbar ist. Der Elektromotor 9 ist über Energieversorgungsleitungen 31 mit der Stromrichteranordnung 12 und über Steuerleitungen 32 mit der Steuereinrichtung 13 verbunden. Somit ist es möglich, mittels der Steuereinrichtung 13 den Aktor 30 elektrisch zu steuern, sodass die Radbremse 19 mittels der Steuereinrichtung 13 betätigt werden kann.
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Aus 3 ist eine schematische Schnittansicht der Radbremse 19 entlang der Motorachse 28 ersichtlich, wobei Innenlamellen 33 starr mit der Motorwelle 27 und Außenlamellen 34 starr mit einem Träger 35 verbunden sind. Der rohrförmige Träger 35 ist drehstarr mit dem Motorgehäuse 26 verbunden, in Richtung der Motorachse 28 aber gegenüber diesem mittels des Aktors 30 verschiebbar. Durch Betätigen des Aktors 30 wird der Träger 35 zusammen mit den Außenlamellen 34 in Richtung des Pfeils 36 verschoben, sodass diese mit den Innenlamellen 33 in Kontakt treten. Die Motorwelle 27 und somit auch das Fahrzeugrad 7 können abgebremst werden, indem die Außenlamellen 34 an den Innenlamellen 33 reiben. Die Radbremse 19 ist somit in Form einer Lamellenkupplung ausgebildet. Der Elektromotor 10 ist analog zum Elektromotor 9 aufgebaut.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrofahrzeug
- 2
- Fahrzeugaufbau
- 3
- Vorderachse
- 4
- Hinterachse
- 5
- Fahrzeugrad
- 6
- Fahrzeugrad
- 7
- Fahrzeugrad
- 8
- Fahrzeugrad
- 9
- Elektromotor
- 10
- Elektromotor
- 11
- elektrischer Energiespeicher
- 12
- Stromrichteranordnung
- 13
- Steuereinrichtung
- 14
- Bremspedalsensor
- 15
- Bremspedal
- 16
- Gaspedalsensor
- 17
- Gaspedal
- 18
- Fahrtrichtung
- 19
- mechanische Radbremse
- 20
- mechanische Radbremse
- 21
- Felge
- 22
- Reifen
- 23
- Innenraum in Felge
- 24
- Lager
- 25
- Raddrehachse
- 26
- Motorgehäuse
- 27
- Motorwelle
- 28
- Motorachse
- 29
- Innenwand der Felge
- 30
- Aktor
- 31
- Energieversorgungsleitungen
- 32
- Steuerleitungen
- 33
- Innenlamellen der Radbremse
- 34
- Außenlamellen der Radbremse
- 35
- Außenlamellenträger der Radbremse
- 36
- Betätigungsrichtung des Aktors
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006019494 A1 [0002]
- DE 102007055935 A1 [0003]
