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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE US-PATENTANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. § 119(e) für die vorläufige US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 62/741,136, eingereicht am 4. Oktober 2018, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird.
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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Achsanordnungen für Fahrzeuge, und insbesondere auf eine elektrische Achsanordnung für ein Niederflurfahrzeug.
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HINTERGRUND
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Um den Ein- und Ausstieg zu erleichtern, ist es oft ideal, wenn ein Fahrzeug einen möglichst niedrigen Boden hat. Busse und Personentransporter, gemeinhin als Niederflurfahrzeuge bezeichnet, sind Beispiele für Fahrzeuge, die von einer niedrigen Bodenhöhe profitieren. Durch die Minimierung der Bodenhöhe kann eine Stufe an einer Tür des Fahrzeugs entfallen, was wiederum den Fahrgästen einen leichteren Ein- und Ausstieg ermöglicht. Darüber hinaus ist die Eliminierung von Stufen besonders vorteilhaft für behinderte Fahrgäste und Fahrgäste mit Kinderwagen. In zunehmendem Maße setzen die Hersteller auf Elektro- und Hybridantriebe für Niederflurfahrzeuge, um die Leistung und Effizienz zu steigern. Um den Boden des Fahrzeugs so niedrig wie möglich zu halten, werden die Komponenten des Antriebsstrangs so verlagert, dass sie weniger in den Fahrzeugboden eindringen.
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Dementsprechend besteht die Notwendigkeit, eine elektrische Achsanordnung bereitzustellen, die diese Probleme adressiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine elektrische Achsanordnung einen Aufhängungsrahmen, eine mit dem Aufhängungsrahmen gekoppelte Antriebsanordnung und ein mit dem Aufhängungsrahmen gekoppeltes Antriebsmodul aufweisen. Die Antriebsanordnung kann eine elektrische Antriebseinheit und einen Antriebsstrang, die in einem Gehäuse aufgenommen sind, aufweisen. Die elektrische Antriebseinheit kann sich mit dem Antriebsstrang in Eingriff befinden und so ausgestaltet sein, dass sie dem Antriebsstrang eine Antriebskraft bereitstellt. Das Antriebsmodul kann ausgestaltet sein, um einen Betrieb der Antriebsanordnung zu steuern. Eine oder mehrere Zwischenverbindungen können zwischen dem Antriebsmodul und der Antriebsanordnung gekoppelt sein. Das Antriebsmodul kann eine Antriebsschaltung und eine Einfassung bzw. ein Gehäuse aufweisen. Die Antriebsschaltung kann in der Einfassung aufgenommen sein und die Einfassung kann um die Antriebsschaltung herum abgedichtet sein.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen weist die Antriebsschaltung einen Wechselrichter und eine Steuerung auf. Die Steuerung kann so ausgestaltet sein, dass sie den Wechselrichter für den Betrieb der elektrischen Antriebseinheit selektiv mit Strom versorgt.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Antriebsschaltung eine Kühlschaltung aufweisen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Einfassung eine Seitenwand, die einen Rand definiert, einen Boden und einen Deckel aufweisen. Der Deckel kann so ausgestaltet sein, dass er sich mit einem an dem Rand angeordneten Dichtungselement in Eingriff befindet, um die Antriebsschaltung in der Einfassung zu verschließen und die Einfassung um die Antriebsschaltung herum abzudichten.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Einfassung abgedichtete Verbinder bzw. Anschlüsse aufweisen, um eine abgedichtete Verbindung der Zwischenverbindungen mit dem Antriebsmodul zur Kommunikation mit der Antriebsschaltung zu ermöglichen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Zwischenverbindungen für eine Leistungszufuhr und/oder für eine Steuersignalzufuhr angeordnet sein.
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Bei darstellenden Ausführungsformen kann mindestens eine der Zwischenverbindungen für die Zufuhr eines Kühlfluids angeordnet sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen können eine oder mehrere Zwischenverbindungen mit dem Antriebsmodul und einer Batterie und/oder einer Fahrzeugsteuerung gekoppelt sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann der Aufhängungsrahmen so ausgebildet sein, dass er eine Aussparung aufweist, und das Antriebsmodul kann in der Aussparung aufgenommen sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann mindestens eine Isolationshalterung angeordnet sein, um das Antriebsmodul relativ zu dem Aufhängungsrahmen zu halten. Die Isolationshalterung kann ausgestaltet sein, um Kräfte zu dämpfen, die von dem Aufhängungsrahmen auf das Antriebsmodul übertragen werden.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Isolationshalterung eine mit dem Antriebsmodul gekoppelte Haltelasche, eine mit dem Aufhängungsrahmen gekoppelte Haltelasche, einen Stift, der so angeordnet ist, dass er die Haltelaschen ausrichtet, und ein Vorspannelement aufweisen, das zwischen den Haltelaschen angeordnet und so gestaltet ist, dass es die Haltelaschen voneinander weg vorspannt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Fahrzeug einen Fahrzeugrahmen und eine elektrische Achsanordnung aufweisen, die mit dem Fahrzeugrahmen gekoppelt ist. Die elektrische Achsanordnung kann ausgestaltet sein, um eine Antriebskraft für Räder des Fahrzeugs bereitzustellen. Die elektrische Achsanordnung kann aufweisen einen Aufhängungsrahmen, der mit dem Fahrzeugrahmen gekoppelt ist, ein Paar von Antriebsanordnungen, die mit gegenüberliegenden Seiten des Aufhängungsrahmens gekoppelt sind, und ein Antriebsmodul, das mit dem Aufhängungsrahmen gekoppelt ist. Jede Antriebsanordnung kann eine elektrische Antriebseinheit und einen Antriebsstrang aufweisen, die in einem Gehäuse aufgenommen sind. Die elektrische Antriebseinheit kann sich mit dem Antriebsstrang in Eingriff befinden und so ausgestaltet sein, dass sie dem Antriebsstrang eine Antriebskraft bereitstellt. Das Antriebsmodul kann ausgestaltet sein, um den Betrieb der Antriebsanordnungen zu steuern. Eine oder mehrere Zwischenverbindungen können zwischen dem Antriebsmodul und jeder Anordnung gekoppelt sein. Das Antriebsmodul kann eine Antriebsschaltung und eine Einfassung bzw. ein Gehäuse aufweisen. Die Antriebsschaltung kann in der Einfassung aufgenommen sein und die Einfassung kann um die Antriebsschaltung herum abgedichtet sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Antriebsschaltung einen ersten Wechselrichter, einen zweiten Wechselrichter und mindestens eine Steuerung aufweisen. Die mindestens eine Steuerung kann so ausgestaltet sein, dass sie den ersten und den zweiten Wechselrichter selektiv mit Strom versorgt, um die elektrischen Antriebseinheiten der Antriebsanordnungen zu betreiben.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Antriebsschaltung eine Kühlschaltung aufweisen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Einfassung eine Seitenwand, die einen Rand definiert, einen Boden und einen Deckel aufweisen. Der Deckel kann so ausgestaltet sein, dass er sich mit einem an dem Rand angeordneten Dichtungselement in Eingriff befindet, um die Antriebsschaltung in der Einfassung zu verschließen und um die Einfassung um die Antriebsschaltung herum abzudichten.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Einfassung abgedichtete Verbinder aufweisen, um eine abgedichtete Verbindung der Zwischenverbindungen mit dem Antriebsmodul zur Kommunikation mit der Antriebsschaltung zu ermöglichen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Zwischenverbindungen für eine Leistungszufuhr und/oder für eine Steuersignalzufuhr angeordnet sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann mindestens eine der Zwischenverbindungen für die Zufuhr eines Kühlfluids angeordnet sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen können eine oder mehrere Zwischenverbindungen mit dem Antriebsmodul und einer Batterie und/oder einer Fahrzeugsteuerung gekoppelt sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann der Aufhängungsrahmen so ausgebildet sein, dass er eine Aussparung zwischen dem Paar von Antriebsanordnungen aufweist, und das Antriebsmodul kann in der Aussparung aufgenommen sein.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann mindestens eine Isolationshalterung angeordnet sein, um das Antriebsmodul relativ zu dem Aufhängungsrahmen zu halten. Die Isolationshalterung kann ausgestaltet sein, um Kräfte zu dämpfen, die von dem Aufhängungsrahmen auf das Antriebsmodul übertragen werden.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Isolationshalterung eine mit dem Antriebsmodul gekoppelte Haltelasche, eine mit dem Aufhängungsrahmen gekoppelte Haltelasche, einen Stift, der zum Ausrichten der Haltelaschen angeordnet ist, und ein Vorspannelement, das zwischen den Haltelaschen angeordnet und so konfiguriert ist, dass es die Haltelaschen voneinander weg vorspannt, aufweisen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Antriebsmodul zur Verwendung mit einer elektrischen Achsanordnung eine Antriebsschaltung und eine Einfassung bzw. ein Gehäuse aufweisen. Die Antriebsschaltung kann einen ersten Wechselrichter, einen zweiten Wechselrichter und mindestens eine Steuerung aufweisen. Die Einfassung kann eine Seitenwand, die einen Rand definiert, einen Boden und einen Deckel aufweisen. Der Deckel kann so ausgestaltet sein, dass er sich mit einem an dem Rand angeordneten Dichtungselement in Eingriff befindet, um die Antriebsschaltung in der Einfassung zu verschließen und die Einfassung um die Antriebsschaltung herum abzudichten. Die Steuerung kann so ausgestaltet sein, dass sie den ersten und den zweiten Wechselrichter selektiv mit Strom versorgt. Der Antriebsschaltkreis kann ausgestaltet sein, um mit einer oder mehreren Antriebsanordnungen der elektrischen Achsanordnung über eine oder mehrere Zwischenverbindungen zu kommunizieren, um den Antriebsanordnungen Energie und/oder Steuersignale zuzuführen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Antriebsschaltung einen Kühlkreislauf aufweisen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die Einfassung abgedichtete Verbinder aufweisen, um eine abgedichtete Verbindung der Zwischenverbindungen mit dem Antriebsmodul zur Kommunikation mit der Antriebsschaltung zu ermöglichen.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind in den begleitenden Figuren (hier mit „Fig.“ oder „Figuren“ abgekürzt) beispielhaft und ohne Einschränkung dargestellt. Der Einfachheit und Klarheit halber sind die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. So können z. B. die Abmessungen einiger Elemente zur Verdeutlichung relativ zu anderen Elementen übertrieben dargestellt sein. Darüber hinaus wurden in den Figuren, wo dies sinnvoll erschien, Bezugszeichen wiederholt, um auf entsprechende oder analoge Elemente hinzuweisen.
- 1 ist eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Achsanordnung für ein Niederflurfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine ähnliche Darstellung wie 1 und stellt ein Antriebsmodul, das von einem Aufhängungsrahmen versetzt ist, dar.
- 3 ist eine perspektivische Darstellung des Antriebsmoduls aus 2.
- 4 ist eine ähnliche Darstellung wie 3.
- 5 ist eine Draufsicht auf die elektrische Achsanordnung der 1.
- 6 ist eine Darstellung ähnlich wie 5, die das von dem Aufhängungsrahmen versetzte Antriebsmodul darstellt.
- 7 ist eine Draufsicht auf das Antriebsmodul von 5.
- 8 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Isolationshalterung gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Halten des Antriebsmoduls an dem Aufhängungsrahmen.
- 9 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Isolationshalterung gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Halten des Antriebsmoduls an dem Aufhängungsrahmen.
- 10 ist eine Darstellung ähnlich wie 5, die eine obere Abdeckplatte darstellt, die an dem Aufhängungsrahmen angebracht ist.
- 11 ist eine Darstellung der elektrischen Achsanordnung aus 5 von oben, die eine an dem Aufhängungsrahmen angebrachte untere Abdeckplatte darstellt.
- 12 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 13 ist eine Frontansicht des Fahrzeugs.
- 14-16 sind perspektivische Darstellungen einer Antriebseinheit und eines Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Während die Konzepte der vorliegenden Offenbarung von verschiedenen Modifikationen und alternativen Ausführungsformen beeinflussbar sind, sind spezifische beispielhafte Ausführungsformen davon in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden hier im Detail beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass es nicht die Absicht ist, die Konzepte der vorliegenden Offenbarung auf die besonderen Formen zu beschränken, die offenbart sind, sondern im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die unter den Geist und den Umfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
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Verweise in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“ usw. zeigen an, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft aufweisen kann, aber nicht jede Ausführungsform muss notwendigerweise das bestimmte Merkmal, die bestimmte Struktur oder die bestimmte Eigenschaft aufweisen. Darüber hinaus beziehen sich solche Ausdrücke nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform. Des Weiteren wird, wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, angenommen, dass es zum Wissen eines Fachmanns gehört, ein solches Merkmal, eine solche Struktur oder eine solche Eigenschaft bei anderen Ausführungsformen zu verwirklichen, unabhängig davon, ob sie explizit beschrieben sind oder nicht.
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Eine veranschaulichende elektrische Achsanordnung 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in 1 und 2 dargestellt. Die elektrische Achsanordnung 100 kann beispielsweise in einem Niederflurfahrzeug 200 (13), wie z.B. einem Bus, verwendet werden, um das Fahrzeug 200 für die Fahrt über den Boden zu halten und das Fahrzeug 200 anzutreiben. Die elektrische Achsanordnung 100 weist einen Aufhängungsrahmen 102 und ein Paar von Antriebsanordnungen 104, 106 auf, die mit gegenüberliegenden Seiten des Aufhängungsrahmens 102 gekoppelt sind, wie es in 1 dargestellt ist. Der Aufhängungsrahmen 102 ist an einem Fahrzeugrahmen 206 (13) angebracht, um die Antriebsanordnungen 104, 106 relativ zu dem Fahrzeugrahmen 206 zu halten.
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Jede der Antriebsanordnungen
104,
106 weist eine Antriebseinheit
103, beispielsweise einen Elektromotor, und einen Antriebsstrang
105 auf, wie es in
1 dargestellt ist. Die Antriebseinheiten
103 und Antriebsstränge
105 sind in Gehäusen
101 der Antriebsanordnungen
104,
106 aufgenommen. Radnaben
107 ermöglichen ein Anbringen von Rädern
208 an den Antriebsanordnungen
104,
106 zur Drehung um eine Achse A bei gleichzeitiger Drehung der Antriebsstränge
105, wie es in
13 angedeutet ist. Die Antriebseinheiten
103 stellen den Rädern
208 über die Antriebsstränge
105 eine Antriebskraft bereit, um das Fahrzeug
200 entlang des Bodens anzutreiben. Eine beispielhafte Antriebseinheit
103 und ein Antriebsstrang
105 sind in den
14-16 dargestellt. Beispiele für Achsanordnungen für Niederflurfahrzeuge sind in der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr.
WO2019/014479 und der internationalen Patentanmeldung
PCT/US2019/031786 dargestellt, deren Offenbarungen beide durch Bezugnahme hierin in vollem Umfang aufgenommen sind.
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Ein Antriebsmodul 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung steuert den Betrieb der elektrischen Achsanordnung 100, wie es in den 1-4 dargestellt ist. In der dargestellten Ausführungsform weist das Antriebsmodul 10 eine Antriebsschaltung 12 auf, die in einer Einfassung 18 aufgenommen ist. Eine oder mehrere Zwischenverbindungen 14, 16 sind mit jeder der Antriebsanordnungen 104, 106 entsprechend gekoppelt. Das Antriebsmodul 10 ist in einer Aussparung 109 des Aufhängungsrahmens 102 aufgenommen.
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Die Antriebsschaltung 12 weist eine oder mehrere Steuerungen 22 und Wechselrichter 24, 26 auf, wie es in 3 dargestellt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist für jeden Wechselrichter 24, 26 eine Steuerung 22 vorhanden. Bei der dargestellten Ausführungsform versorgt der Wechselrichter 24 selektiv die Antriebseinheit 103 in der Antriebsanordnung 104 über die Zwischenverbindungen 14, und der Wechselrichter 26 versorgt selektiv die Antriebseinheit 103 in der Antriebsanordnung 106 über die Zwischenverbindungen 16. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Kühlschaltung bzw. ein Kühlkreislauf 28 in der Einfassung 18 angeordnet und zur Kühlung der Antriebsschaltung 12 ausgestaltet. Andere Zwischenverbindungen 14, 16 werden in der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen, wie z. B. Zwischenverbindungen für Steuersignale, ein Kühlfluid, Sensoren und andere Rückkopplungsmechanismen und andere vorteilhafte Zwischenverbindungen.
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Die Einfassung 18 weist eine Seitenwand 32, die einen Rand 34 definiert, einen Boden 36 und einen Deckel 38 auf, wie es in den 3 und 4 dargestellt ist. Der Deckel 38 befindet sich mit einem Dichtungselement 39, wie z.B. einer Dichtung, im Eingriff, das auf dem Rand 34 angeordnet ist, um die Einfassung 18 um die Antriebsschaltung 12 herum zu verschließen und abzudichten. Die Einfassung 18 verhindert, dass unerwünschte Stoffe, wie Wasser, Salz, Staub und andere Verunreinigungen, die auf den Straßen zu finden sind, während des Betriebs der elektrischen Achsanordnung 100 mit der Antriebsschaltung 12 in Berührung kommen, oder schränkt dies anderweitig ein. Eine obere und eine untere Abdeckplatte 92, 94 können auch mit dem Aufhängungsrahmen 102 um das Antriebsmodul 10 herum gekoppelt sein, wie es in 10 und 11 dargestellt ist.
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Stecker oder Anschlüsse bzw. Verbinder 40 sind mit der Einfassung 18 gekoppelt und ermöglichen die Kommunikation der Zwischenverbindungen 14, 16 mit der Antriebsschaltung 12, wie es in 2 und 3 dargestellt ist. Zusätzliche Zwischenverbindungen 90, die mit Steckern oder Anschlüssen bzw.Verbindern 42 verbunden sind, können mit der Antriebsschaltung 12 kommunizieren. Beispielsweise können die Zwischenverbindungen 90 für eine Zufuhr von Batteriestrom, Treibereingaben und/oder Steuersignalen und/oder einem Kühlfluid für die Kühlschaltung 28 sorgen, neben anderen Zwischenverbindungen. Bei einigen Ausführungsformen können die Zwischenverbindungen 90 einen Eingang und einen Ausgang für eine Zirkulation von einem Kühlfluid durch den Kühlkreislauf 28, z. B. durch eine Pumpe, und zu einem Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus dem Kühlfluid aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen wird Kühlfluid durch das Antriebsmodul 10 und die Zwischenverbindungen 14, 16 zu den Antriebsanordnungen 104, 106 zur Kühlung der Antriebseinheiten 103 und anderer Komponenten geleitet. Bei einigen Ausführungsformen wird ein verwendetes Kühlfluid über die Zwischenverbindungen 14, 16 zurück zum Antriebsmodul 10 geleitet. Bei einigen Ausführungsformen wird ein verwendetes Kühlfluid aus den Antriebsanordnungen 104, 106 durch separate Verbindungen zu einem Kühlsystem des Fahrzeugs abgeführt. Die Verbinder 40, 42 ermöglichen abgedichtete Verbindungen der Zwischenverbindungen 14, 16, 90 mit der Antriebsschaltung 12 durch die Einfassung 18. Bei einer dargestellten Ausführungsform weist das Fahrzeug 200 eine Batterie 202 und eine Fahrzeugsteuerung 204 auf, wie es in 12 dargestellt ist. Die Fahrzeugsteuerung 204 kann Fahrereingaben empfangen, wie z. B. Anforderungen zum Bremsen/Beschleunigen, Abbiegen und andere Fahreranforderungen, und Signale an das Antriebsmodul 10 bereitstellen, die die Fahrereingaben anzeigen. Die Steuerungen 22 versorgen die Wechselrichter 24, 26 selektiv mit Strom aus der Batterie 202, um die Antriebsanordnungen 104, 106 in Abhängigkeit von den Fahrereingaben zu betreiben. Die Zwischenverbindungen 14, 16, 90 können als ein oder mehrere Kabel, Leitungen, Drähte oder andere Strukturen zur Übertragung von elektrischer Leistung, Signalen, Fluid, mechanischen Kräften oder anderen Übermittlungen zum Betrieb des Antriebsmoduls 10 und der Antriebsanordnungen 104, 106 der elektrischen Achsanordnung 100 ausgeführt sein.
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Bei der dargestellten Ausführungsform hält eine Vielzahl von Isolationshalterungen 50 das Antriebsmodul 10 relativ zu dem Aufhängungsrahmen 102, wie es in den 5-8 dargestellt ist. Die Isolationshalterungen 50 weisen jeweils eine erste Haltelasche 52, die mit der Einfassung 18 gekoppelt ist, und eine oder mehrere zweite Haltelaschen 54, die mit dem Aufhängungsrahmen 102 gekoppelt sind, auf, wie es in 8 dargestellt ist. Ein Stift 58 richtet die Haltelaschen 52, 54 aus, und ein oder mehrere Vorspannelemente 56, wie z. B. Spiralfedern, erstrecken sich zwischen den Haltelaschen 52, 54, um die von dem Aufhängungsrahmen 102 auf das Antriebsmodul 10 übertragenen Kräfte zu dämpfen. Die Vorspannelemente 56 können beispielsweise so ausgestaltet sein, dass sie die Haltelaschen 52, 54 voneinander weg vorspannen und einen Abstand zwischen den Haltelaschen 52, 54 schaffen, um eine relative Bewegung zu ermöglichen. Die Isolationshalterungen 50 können Straßenbelastungen abdämpfen, die der Aufhängungsrahmen 102 erfährt, wenn sich das Fahrzeug 200 auf einer Fahrbahn bewegt. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Isolationshalterungen 150 den Isolationshalterungen 50 ähnlich, mit dem Unterschied, dass anstelle der Vorspannelemente 56 nachgiebige Manschetten 156 verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die nachgiebigen Manschetten 156 aus elastischen Materialien, wie z. B. Gummi, ausgebildet. Andere Anordnungen von Isolationshalterungen zur Dämpfung von Kräften zwischen dem Aufhängungsrahmen 102 und dem Antriebsmodul 10 werden in der vorliegenden Offenbarung in Erwägung gezogen. Die Zwischenverbindungen 14, 16, 90 können auch mit einem gewissen Spiel angeordnet sein, wenn das Antriebsmodul 10 in der Aussparung 109 aufgenommen ist, um eine Bewegung des Antriebsmoduls 10 relativ zu dem Aufhängungsrahmen 102 bei den Isolationshalterungen 50, 150 zu ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen sind zur Verbindung der Antriebsschaltung 12 mit der Einfassung 18 zusätzliche Isolationshalterungen vorgesehen, um darüber hinaus eine Dämpfung zu erreichen.
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Die Anordnung der Antriebsschaltung 12 in der Einfassung 18 minimiert ein Profil der elektrischen Achsanordnung 100 und ermöglicht eine einfache Reparatur oder einen Austausch des Antriebsmoduls 10 und/oder darin befindlicher Komponenten, wie z. B. der Wechselrichter 24, 26 der Antriebsschaltung 12. Das Antriebsmodul 10 ist außerdem gegenüber den Kräften, die während des Betriebs der elektrischen Achsanordnung 100 auf den Aufhängungsrahmen 102 wirken, gedämpft. Das Antriebsmodul 10 kann auch für den Einsatz mit unterschiedlichen Konfigurationen von elektrischen Achsanordnungen angeordnet und ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die integrierte Antriebsschaltung 12 so ausgestaltet sein, dass sie den Betrieb von Antriebseinheiten in unterschiedlichen elektrischen Achsanordnungen steuert. Das Antriebsmodul 10 kann mit den Antriebseinheiten verbunden und an dem Rahmen des Fahrzeugs montiert werden, um den Betrieb zu ermöglichen.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen weist die elektrische Achsanordnung ein integriertes Steuersystem für den Betrieb der ersten und zweiten Antriebseinheit auf. Das integrierte Steuersystem ist in einem tragbaren Gehäuse oder einer Einfassung angeordnet. Das tragbare Gehäuse weist eine Vielzahl von Seitenwänden und eine Innenfläche auf, die einen Anlagenraum bzw. Ausrüstungsraum definiert. Der Anlagenraum ist so ausgelegt und geformt, dass er Komponenten des integrierten Steuersystems aufnehmen kann, was unter anderem die Wechselrichteranordnung, die Steuerung, die Fahrzeugsteuerung oder VMU, Fluidpumpen, Kühler, eine Stromverkabelung, eine Kommunikationsverkabelung, elektrische Verbindungen und Steuerverbindungen, ECU und/oder Klemmenleisten einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist. Der Anlagenraum ist auch so ausgestaltet, dass er eine abgedichtete und geschützte Umgebung für die Komponenten des integrierten Steuersystems bereitstellt. Darüber hinaus kann das integrierte Steuersystem eine Vielzahl von Zwischenverbindungen aufweisen, die sich von dem tragbaren Gehäuse aus erstrecken. Die Zwischenverbindungen können z. B. ein Stromkabel, eine Kühlleitung und ein Fahrzeugsteuerkabel aufweisen, um das integrierte Steuersystem mit der ersten Antriebseinheit und/oder der zweiten Antriebseinheit zu verbinden. Bei einer Ausführungsform werden nur die drei Zwischenverbindungen, welche das Stromkabel, die Kühlleitung und das Fahrzeugsteuerkabel einschließen, als Eingang verwendet, um Strom von den Batterien zu den Antriebseinheiten zu übertragen. Bei einer Ausführungsform weist das tragbare Gehäuse einen oberen Deckel oder eine Abdeckung auf, um einer Bedienperson einen Zugang zu den darin befindlichen Komponenten des integrierten Steuersystems zu ermöglichen, um eine Wartung, eine Reparatur und/oder einen Austausch der Komponenten des integrierten Steuersystems zu ermöglichen. Der Deckel kann mit einer Scharnieranordnung an die Seitenwände gekoppelt sein, damit der Deckel von den Seitenwänden abgehoben werden kann, um einer Bedienperson einen Zugang zu dem Anlagenraum zu ermöglichen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen ist das integrierte Steuersystem abnehmbar und kann an beliebiger Stelle an dem Fahrzeugfahrgestell angebracht oder als separate Einheit verkauft werden. Indem alle Integrationskomponenten in einem abgedichteten, geschützten Koffergehäuse aufgenommen sind, erleichtert das integrierte Steuersystem die Konstruktionsarbeit der Fahrzeug-OEMs und bietet eine wirtschaftliche Skalierung der Systembeschaffung. Wechselrichter, eine Pumpe, Kühler, Verkabelung, Zwischenverbindungen, ECU, Klemmenleisten usw. sind alle im Koffergehäuse vorhanden. Bei einigen Ausführungsformen werden nur drei Leitungen als Eingang verwendet, um den Strom von den Batterien zu den Rädern zu übertragen: 1) Stromkabel; 2) Kühlleitung; und 3) Fahrzeugsteuerungskabel.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen kann die elektrische Achsanordnung eine Wechselrichtereinrichtung, die mit jeder der ersten und zweiten Antriebseinheiten gekoppelt ist, sowie eine Steuerung zum Betrieb der elektrischen Wechselrichtereinrichtung und der Antriebseinheiten aufweisen. Jede Wechselrichtereinrichtung ist mit einer oder mehreren Batterien gekoppelt, um den elektrischen Wechselrichter mit elektrischer Energie zu versorgen. Jede Steuerung ist mit einer VMU-Einheit gekoppelt.
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Bei dargestellten Ausführungsformen können elektrische Achsanordnungen der vorliegenden Offenbarung für ein Niederflur- oder Ultra-Niederflur-Fahrzeug (ohne Stufe) verwendet werden. Bei dem Fahrzeug handelt es sich im Allgemeinen um ein Fahrzeug mit hoher Auslastung oder ein Schwerlastfahrzeug mit elektrischem Antrieb (rein batteriebetrieben oder möglicherweise ein Hybrid). Die elektrischen Achsanordnungen ermöglichen eine kompakte Unterbringung von zwei 2-Gang-Getriebeeinheiten, zwei Elektromotoren und zwei Radnaben-Untersetzungsgetrieben für ein Niederflurfahrzeug. Dass die Getriebeeinheit zwei Gänge aufweist, ermöglicht eine Verbesserung der Fahrzeugleistung in Bezug auf Höchstgeschwindigkeit und Motoreffizienz. Die Integration des Elektromotors an der Seite der Getriebeeinheit (z. B. parallel und nebeneinander) hilft, das System kompakt anzuordnen. Die Verwendung eines Satzes von Parallelwellengetrieben zur Untersetzung ermöglicht einen Versatz zur Unterbringung des Motors. Die Getriebeeinheit mit zwei Gängen wird in das Achsgehäuse integriert.
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Bei dargestellten Ausführungsformen kann die elektrische Antriebsachse zwei Motoren, zwei 2-Gang-Getriebeeinheiten, zwei Nabenuntersetzungsgetriebe und ein externes Achsgehäuse aufweisen, wobei die Motoren für die Bereitstellung von Energie zum Antrieb jedes Rades verwendet werden. Die elektrische Antriebsachse kann einen Elektromotor mit einer Rotorwelle aufweisen, die eine versetzte Getriebeuntersetzung antreibt. Der Ausgang der versetzten Getriebeuntersetzung überträgt die Leistung auf eine Welle mit mehreren Lagern, einer wählbaren Synchronisiereinrichtung/Kupplung und zwei Zahnrädern bzw. Getrieben, die mit jeweils zwei Zahnrädern auf der Ausgangswelle des Getriebes gekoppelt sind. Die Synchronisiereinrichtung wählt die Gänge für zwei Übersetzungsverhältnisse, die mit den beiden Zahnradpaaren in dem Getriebe die Leistung auf die Ausgangswelle übertragen. Die Ausgangswelle des Getriebes ist mit dem Eingang des Sonnenrades des Radnaben-Planetengetriebes gekoppelt. In dem Radnaben-Planetengetriebe wird das Hohlrad still gehalten, während der Planetenträger die Leistung wie bei herkömmlichen Radnabenantrieben an die Räder abgibt. Zwei Elektromotoren, zwei 2-Gang-Getriebeeinheiten und zwei Radnaben-Planetenantriebe befinden sich auf einer Achse. Das Achsgehäuse integriert jeden Elektromotor und jedes Getriebe kompakt und überträgt Fahrzeuglasten auf die Aufhängungskomponenten.
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Bei dargestellten Ausführungsformen weisen die elektrischen Achsanordnungen darüber hinaus Aufhängungsarme auf, die eingesetzt werden, um die elektrische Achsanordnung an dem Fahrzeug anzubringen. Das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsgenerator/-motor sein. Vorteilhafterweise können die Aufhängungsarme so ausgestaltet sein, dass die elektrische Achsanordnung nachträglich in ein Fahrzeug eingebaut werden kann. Zum Beispiel kann bei einem Niederflurbus, der ursprünglich mit einer herkömmlichen Achsanordnung ausgestattet war, die elektrische Achsanordnung anstelle der herkömmlichen Achsanordnung eingesetzt werden.
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Bei dargestellten Ausführungsformen ist an jedem Ende der elektrischen Achsanordnung ein Rad angekoppelt, um das Fahrzeug zu tragen und die Antriebskraft auf eine Straßenoberfläche zu übertragen. Bei einigen Ausführungsformen ist die elektrische Achsanordnung eine Doppelradkonfiguration mit einem Radpaar, das an jedes Ende der elektrischen Achsanordnung gekoppelt ist. Jedes Rad definiert eine Drehachse. Die Drehachsen jedes Rades sind im Allgemeinen in einer Linie ausgerichtet.
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Bei dargestellten Ausführungsformen weist die elektrische Achsanordnung darüber hinaus eine Rad-Antriebsanordnung auf, die so ausgestaltet ist, dass sie eines der Räder oder einen Satz von Rädern auf jeder Seite der elektrischen Achsanordnung unabhängig antreibt. Jede Antriebsanordnung kann das/die jeweilige(n) Rad/Räder während eines Abbiegemanövers des Fahrzeugs oder als Reaktion auf eine verfügbare Traktion an jedem Rad beispielsweise mit einer anderen Geschwindigkeit antreiben. Jede Rad-Antriebsanordnung weist eine elektrische Antriebseinheit, eine Getriebeeinheit und eine Radendanordnung auf. In den Achsgehäusen sind die elektrischen Einheiten und die Getriebeeinheiten kompakt integriert und übertragen Fahrzeuglasten auf die Radaufhängungen. Die Getriebeeinheit ermöglicht dem Fahrzeug eine erhöhte Höchstgeschwindigkeit bei gleichzeitig effizienterem Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten. Der Aufhängungsrahmen ist so angeordnet, dass die Höhe eines Niederflurs so niedrig wie möglich und die Breite so breit wie möglich ist, um die Kapazität des Fahrzeugs zu maximieren. Der Aufhängungsrahmen kann von der Drehachse der Räder versetzt sein, um die Höhe des Niederflurs des Fahrzeugs zu verringern. Die elektrische Achsanordnung kann darüber hinaus ein Bremssystem für das Fahrzeug aufweisen. Das Bremssystem kann einen Luftzylinder, Bremsschläuche, Bremstrommeln, Bremsscheiben, Bremssättel und dergleichen aufweisen.
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Bei dargestellten Ausführungsformen erzeugt die elektrische Antriebseinheit ein Drehmoment zum Antrieb der Räder. Die elektrische Antriebseinheit weist eine Rotorwelle und ein an der Rotorwelle befestigtes Antriebsritzel auf. Bei der elektrischen Antriebseinheit kann es sich um einen Gleichstrom- oder Wechselstrommotor, einen bürstenbehafteten oder bürstenlosen Motor und andere in der Technik allgemein bekannte Typen handeln. Die Antriebseinheiten befinden sich mit den Antriebssträngen in Eingriff, um die Antriebskraft von den Antriebseinheiten auf die Räder zu übertragen. Die Antriebsstränge können mehrere, auswählbare Untersetzungsgetriebe aufweisen, um der Antriebseinheit einen Vorteil beim Drehen der Räder bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht ein Schaltmechanismus, dass sich selektiv Getriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen in dem Antriebsstrang in Eingriff befinden. Der Schaltmechanismus kann manuell oder automatisch gesteuert sein. Der Schaltmechanismus kann auf hydraulischen Druck, pneumatischen Druck oder elektronische Signale reagieren, die von einem Getriebesteuermodul erzeugt werden. Alternativ kann der Schaltmechanismus ein mechanisches Gestänge aufweisen, das durch den Fahrzeugführer gesteuert wird.
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Eine Steuerung, Recheneinrichtung, ein Server oder Computer, wie es hier beschrieben ist, weist mindestens einen oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten und einen Systemspeicher auf. Die Steuerung weist typischerweise auch mindestens eine Form von computerlesbaren Medien auf. Als Beispiel und ohne Einschränkung können computerlesbare Medien Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien aufweisen. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien aufweisen, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie implementiert sind, die die Speicherung von Informationen, wie z. B. computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder andere Daten, ermöglicht. Kommunikationsmedien sind typischerweise als computerlesbare Befehle, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal, wie z. B. einer Trägerwelle oder einem anderen Transportmechanismus, ausgestaltet und weisen beliebige Informationsübertragungsmedien auf. Fachleute sollten mit dem modulierten Datensignal vertraut sein, bei dem eine oder mehrere seiner Eigenschaften so eingestellt oder verändert werden, dass Informationen in dem Signal kodiert werden. Kombinationen von dem oben genannten sind ebenfalls im Umfang der computerlesbaren Medien vorhanden.
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Während die Offenbarung in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung detailliert dargestellt und beschrieben wurde, ist eine solche Darstellung und Beschreibung als beispielhaft und nicht einschränkend zu betrachten, wobei davon ausgegangen wird, dass nur verdeutlichende Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden und dass alle Änderungen und Modifikationen, die dem Geist der Offenbarung entsprechen, geschützt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019/014479 [0034]
- US 2019031786 PCT [0034]