DE102013205127B4

DE102013205127B4 - Kraftfahrzeugachse mit radnahem Elektromotor

Info

Publication number: DE102013205127B4
Application number: DE102013205127.1A
Authority: DE
Inventors: Oswald Friedmann; Claude Holtz; Markus Jost
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2033-03-23
Also published as: DE102013205127A1; WO2014146652A1

Abstract

Kraftfahrzeugachse (1) umfassend einen Verbundlenker (7), mindestens eine Fahrwerkfeder (4) und mindestens eine Antriebseinheit zum Antrieb mindestens eines Antriebsrades (2), wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) an mindestens zwei Lagerpunkten gelagert ist, wobei ein erster Lagerpunkte zwischen zwei Federabschnitten (4a, 4b) der Fahrwerkfeder (4) angeordnet ist und ein zweiter Lagerpunkt an dem Verbundlenker (7) drehbar gelagert angeordnet ist, wobei dort ein Stützarm (5b) abgestützt ist, welcher eine gelenkige Stützarmverbindung (8) aufweist, die fest mit dem Gehäuse des Elektromotors (5) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugachse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit einem radnah angeordneten und teilweise gefederten Elektromotor.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 10 2009 002 440 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, dessen Hinterräder jeweils einem Elektromotor zugeordnet sind, der mit dem zugehörigen Antriebsrad jeweils über eine Gelenkwelle verbunden ist. Beide Elektromotoren sind dabei jeweils derart gelagert, dass diese im Rahmen des Ein- und Ausfederns des jeweiligen Rades um eine in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Kippachse kippbar sind.
Die DE 10 2010 023 985 A1 zeigt eine Radaufhängung für ein mit einem Elektromotor betriebenes Rad, wobei der der Elektromotor bevorzugt in den Querlenker eingebaut ist.
Die DE 10 2010 049 615 A1 offenbart ein ähnliches Konzept. Hier ist eine Einzelradantriebsvorrichtung so ausgeführt, dass der für den Antrieb benötigte Elektromotor mittelbar über ein Wellengelenk mit einem Rad koppelbar ist. Dabei liegt der Elektromotor außerhalb des Rades.
Aus der DE 10 2007 039 058 A1 ist eine Fahrzeugachse mit Quer- oder Mehrlenker-Radaufhängung bekannt, welche einen Elektromotor als Teil der Radaufhängung vorsieht.
Die WO 2004/101304 A1 offenbart ebenfalls einen elektromechanischen Einzelradantrieb, bei dem der Elektromotor außerhalb des Rades platziert ist.
Aus der DE 11 2005 001 204 T5 ist eine am Rad angeordnete Radstützvorrichtung bekannt, welche die Vibration des Rades und des Motors ausgleicht.
Aus der US 2009/0133944 A1 , US 7 712 561 B2 und US 2005/0056471 A1 sind weitere Einzelradantriebseinrichtungen bekannt, welche eine Kompilation aus Elektromotor und Getriebe aufweisen.
Aus der DE 10 2012 213 864 A1 ist ein Verbundlenker mit elektromechanischer Einzelradantriebseinrichtung bekannt. Dabei lagert der Elektromotor zwischen einem Federpaket und einem Motoraufhängungsgelenk im Rad.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugachse mit einer elektromechanischen Einzelradantriebseinrichtung zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau und eine vorteilhafte Radführungscharakteristik auszeichnet. Dabei soll die ungefederte Masse möglichst gering gehalten werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, einen elektromechanischen Einzelradantrieb für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem ein Teil des Gewichtes einer Antriebseinheit, nämlich das eines Elektromotors, in einer Radfederung, vorzugsweise in deren Mitte, abgestützt wird. Dadurch ergibt sich bei einem Einzelradantrieb gegenüber herkömmlichen Konzepten eine Verringerung der ungefederten Masse. Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich insbesondere dafür, einen fahrdynamisch vorteilhaften elektrischen Einzelradantrieb für ein Kraftfahrzeug in Verbindung mit einer darin verbauten Verbundlenker-Hinterachse zu schaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einzelradantriebseinrichtung derart gestaltet, dass der Elektromotor an zwei Lagerpunkten abgestützt wird. Ein Lagerpunkt liegt dabei zwischen den beiden Abschnitten einer zweigeteilten Fahrwerkfeder, die die Karosserie gegenüber dem Verbundlenker abfedert. Dort wird zwischen den beiden Federabschnitten eine Stützpfanne angeordnet, die fest mit dem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist. Ein zweiter Lagerpunkt befindet sich in Gestalt einer drehbaren Lagerung auf der Verbundlenkerachse. Dort wird ein Stützarm abgestützt, der fest mit dem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist.
Beim Einfedern bewegt sich daher die mit dem Elektromotor verbundene Stützpfanne relativ zum übrigen Fahrzeug in der Achsrichtung der Fahrwerkfeder. Der Elektromotor selbst bewegt sich somit auf einer Kreisbahn, deren Radius durch die Länge des Stützarms bestimmt wird. Es kann vorteilhaft sein, den Radius der Kreisbahn möglichst groß zu wählen. Das Einfedern der Stützpfanne und damit die Länge der Kreisbahn hängt dabei von dem Verhältnis der Steifigkeiten der beiden Fahrwerkfederabschnitte abhängt. Falls diese Federabschnitte identische Geometrie und Steifigkeit aufweisen, bewegt sich dementsprechend die mit der Fahrwerksfeder verbundene Stützpfanne des Elektromotors um den halben Federweg im Vergleich zum zugeordneten Antriebsrad. Vorzugsweise weisen beide Federabschnitte im wesentlichen gleiche Federkonstanten auf.
Damit umfasst die ungefederte Masse die Masse des Rades, gegebenenfalls samt der Masse des darin integrierten Getriebes, sowie einen Anteil der Masse des Elektromotors. Dieser Anteil hängt von der Federbewegung des Motors relativ zum Rad und von der Länge des Stützarms ab und bewegt sich zwischen 0 und 100 Prozent.
Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Elektromotor so zu führen, dass dessen vertikale Verlagerung im wesentlichen weniger als dem halben vertikalen Radverlagerungsweg entspricht.
Der Verbundlenker selbst kann herkömmliche Bauart mit geringfügigen Modifikationen aufweisen. Insbesondere die Anbindungspunkte des Verbundlenkers zum Fahrzeug-Chassis werden durch die erfindungsgemäße Bauart nicht verändert.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit ein dem Elektromotor zugeordnetes Getriebe. Dieses ist vorzugsweise im Antriebsrad angeordnet. Die Radlagerung ist vorzugsweise im Getriebe angeordnet.
Zwischen dem Elektromotor und dem im Antriebsrad integrierten Getriebe ist eine Gelenkwelle angebracht. Diese überträgt die Leistung des Elektromotors auf das Getriebe und gleicht den Achsversatz zwischen der Antriebsradachse und der Motorachse aus. Dabei dreht die Gelenkwelle mit hoher Drehzahl, so dass eine hohe Drehzahl des Elektromotors von beispielsweise mindestens 14000 1/min verwendet werden. Somit kann in der erfindungsgemäßen Anordnung - verglichen mit einem langsamer drehenden Elektromotor - ein Elektromotor verwendet werden, der bei gleicher Leistung deutlich leichter ausgebildet ist.
Das Getriebegehäuse ist unabhängig von Fahrwerkteilen ausgebildet und lediglich angeflanscht. Daher kommt es bei den möglicherweise beim Einfedervorgang minimal auftretenden Verformungen des Verbundlenkers nicht zu einer Verformung des Getriebes und einer damit verbundenen Geräuschentwicklung.
Die zur schwenkbaren Anbindung des Elektromotors an den Verbundlenker vorgesehenen Gelenkeinrichtungen sind vorzugsweise als Elastomergelenke ausgeführt, die während einer Schwenkbewegung eine gewisse Veränderung der Ausrichtung der jeweiligen Schwenkachse erlauben und statische Überbestimmungen kompensieren. Die Motorschwenkachse und die Verbundlenkerachse verlaufen vorzugsweise im wesentlichen parallel, d.h. zumindest derart parallel, dass entsprechende Fluchtungsabweichungen über die Gelenkbuchsen kompensiert werden können.
Als Motorkühlung ist eine Luftkühlung vorteilhaft. Dies reduziert den Aufwand des Kühlsystems, so dass die notwendige Größe des Fahrzeugkühlers klein gehalten werden kann.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung der Anordnung des Elektromotors und dessen Abstützung an der Fahrwerksfeder und an dem Verbundlenker in einer Seitenansicht des Rades in Richtung der Radachse,
2 eine schematische Darstellung der Anordnung aus 1a in einer Draufsicht ,
3 eine schematische Darstellung der Anordnung des Elektromotors und dessen Abstützung an der Fahrwerksfeder und an dem Verbundlenker in einer Seitenansicht des Rades in Fahrtrichtung

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist schematisch die Anordnung des Elektromotors 5 in Bezug auf die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugachse 1 gezeigt. Dargestellt ist eine Seitenansicht des Antriebsrades 2 sowie der radseitige Abschnitt des Verbundlenkers 7, die Fahrwerkfeder 4 und der Elektromotor 5. Die Fahrwerkfeder ist in zwei Federabschnitte 4a und 4b unterteilt, zwischen denen sich ein erster Lagerpunkt 4c befindet, in dem eine mit dem Elektromotor 5 verbundene Stützpfanne 5a gelagert ist. Die beiden Federabschnitte 4a und 4b haben identische Geometrie. Weiter erkennbar ist ein mit dem Elektromotor verbundener Stützarm 5b, der an einem zweiten Lagerpunkt 7a des Verbundlenkers 7 drehbar gelagert ist und dort über die Stützarmverbindung 8 mit dem Verbundlenker 7 verbunden ist.
2 zeigt die Anordnung aus 1 in einer Draufsicht in der Längsachse der Fahrwerkfeder 4. Zusätzlich zu 1 erkennbar ist ein im Antriebsrad 2 fest integriertes Getriebe 3. Dieses Getriebe 3 ist über die Gelenkwelle 6 mit dem Elektromotor 5 verbunden und besteht aus zwei (hier nicht detailliert dargestellten) hintereinander geschalteten Planetengetrieben, wobei jeweils der Eingang durch das Sonnenrad und der Ausgang durch den Planetenträger ausgebildet wird.
3 zeigt die Anordnung aus 2 in einer Seitenansicht des Rades in Fahrtrichtung.
Erkennbar ist, dass die erfindungsgemäße Anordnung des Elektromotors 5 die Bodenfreiheit der Gesamtanordnung nicht verringert. Ebenfalls erkennbar ist, dass sich die räumliche Erstreckung des erfindungsgemäßen Antriebssystems nahezu bauraumneutral gegenüber der bekannten Achsanordnung verhält. Erkennbar ist ebenfalls, dass die Anordnung ausreichend Raum belässt, um eine konventionelle Scheibenbremse zu integrieren.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeugachse
2: Antriebsrad
3: Getriebe
4: Fahrwerkfeder
4a, 4b: Federabschnitt
4c: erster Lagerpunkt
5: Elektromotor
5a: Stützpfanne
5b: Stützarm
6: Gelenkwelle
7: Verbundlenker
7a: zweiter Lagerpunkt
8: Stützarmverbindung

Claims

Kraftfahrzeugachse (1) umfassend einen Verbundlenker (7), mindestens eine Fahrwerkfeder (4) und mindestens eine Antriebseinheit zum Antrieb mindestens eines Antriebsrades (2), wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) an mindestens zwei Lagerpunkten gelagert ist, wobei ein erster Lagerpunkte zwischen zwei Federabschnitten (4a, 4b) der Fahrwerkfeder (4) angeordnet ist und ein zweiter Lagerpunkt an dem Verbundlenker (7) drehbar gelagert angeordnet ist, wobei dort ein Stützarm (5b) abgestützt ist, welcher eine gelenkige Stützarmverbindung (8) aufweist, die fest mit dem Gehäuse des Elektromotors (5) verbunden ist.
Kraftfahrzeugachse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit ein Getriebe (3) umfasst.
Kraftfahrzeugachse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) im Antriebsrad (2) integriert ist.
Kraftfahrzeugachse (1) nach Anspruch 3, umfassend eine Gelenkwelle (6), die den Elektromotor (5) mit dem Getriebe (3) verbindet.
Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) eine Stützpfanne (5a) aufweist, die für eine Einbringung in den ersten Lagerpunkt ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federabschnitte (4a, 4b) identische Geometrie und Steifigkeit aufweisen.
Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe zwei hintereinander geschaltete Planetengetriebe umfasst.
Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) eine Radlagerung für das Antriebsrad (2) umfasst.
Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Reibbremseinrichtung.