CH715516B1 - motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Motorfahrzeug für Kleinlastfahrzeuge, die auch zum Ausführen von Reinigungs-, Schneeräumungs- und ähnlichen Spezialarbeiten einsetzbar sind. Eine Antriebseinrichtung setzt sich aus zwei in einer Radachsen-Einheit (1) des Fahrzeugs integrierten Elektromotoren (7 und 8) zusammen, welche die Achswellen (3, 4) der Radachsen-Einheit unabhängig voneinander antreiben und in den Kurven ihre Drehzahl in Abhängigkeit vom Lenkwinkel des Lenkeinschlags im Verhältnis zueinander regulieren. Die Antriebseinrichtung kann somit auch die Funktion eines Differentialgetriebes voll übernehmen, so dass das sonst übliche mechanische Differentialgetriebe mit Kegelrädern ganz entfällt.The invention relates to a motor vehicle for light commercial vehicles, which can also be used for carrying out cleaning, snow removal and similar special work. A drive device consists of two electric motors (7 and 8) integrated in a wheel axle unit (1) of the vehicle, which drive the axle shafts (3, 4) of the wheel axle unit independently of one another and their speed in curves depending on the steering angle of the steering angle in relation to each other. The drive device can thus also fully take over the function of a differential gear, so that the otherwise usual mechanical differential gear with bevel gears is completely eliminated.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft ein Motorfahrzeug, insbesondere ein Kleinlastfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a motor vehicle, in particular a small truck according to the preamble of claim 1.
[0002] Fahrzeuge dieser Art werden hauptsächlich im kommunalen Bereich innerorts eingesetzt, wo sie in der Regel kürzere Distanzen mit Fahrgeschwindigkeiten von maximal 45 bis 60 km/h zurücklegen. Sie sind primär als Kleinlastfahrzeuge konstruiert. Zum Ausführen von Spezialarbeiten sind sie aber auch mit wegnehmbaren Spezialgeräten ausrüstbar. Deshalb ist eine möglichst kompakte Dimensionierung des Fahrzeugs zwecks grösserer Manövrierfähigkeit desselben beim Ausführen der zu verrichtenden Aufgaben erforderlich. [0002] Vehicles of this type are mainly used in municipal areas in urban areas, where they usually travel shorter distances at speeds of up to 45 to 60 km/h. They are primarily designed as small trucks. However, they can also be equipped with removable special equipment to carry out special work. It is therefore necessary to dimension the vehicle as compactly as possible for the purpose of greater maneuverability of the same when carrying out the tasks to be performed.
[0003] Die damit einhergehende Lenkung des Fahrzeugs hat bekanntlich zur Folge, dass in den Kurven die Aussenräder sich schneller als die Innenräder drehen müssen, damit sie ohne zu gleiten abrollen können. Das wird in der Praxis mit einem mechanischen Differentialgetriebe bewerkstelligt, das dafür sorgt, dass der Antrieb des Fahrzeugs in den Kurven die Räder mit gleichem Drehmoment aber unterschiedlichen Drehzahlen antreiben kann. Auch bei entsprechenden Bodenverhältnissen und der damit verbundenen schlechten Adhäsion der Räder können diese mit der gleichen Drehzahl betrieben werden, bei dem das Differential gesperrt wird. The associated steering of the vehicle is known to result in the outer wheels having to turn faster than the inner wheels in curves, so that they can roll without slipping. In practice, this is done with a mechanical differential gear, which ensures that the vehicle's drive system can drive the wheels with the same torque but at different speeds when cornering. Even with appropriate ground conditions and the associated poor adhesion of the wheels, they can be operated at the same speed at which the differential is locked.
[0004] Derartige Differentialgetriebe sind konstruktiv verhältnismässig aufwendig und sperrig. Nachteilig sind auch die regelmässig erforderlichen Wartungsarbeiten mitunter des Getriebes, das im Betrieb wegen der besonderen Einsatzbedingungen des Fahrzeugs mehr als bei anderen Fahrzeugtypen beansprucht wird. Such differential gears are structurally relatively complex and bulky. Another disadvantage is the regularly required maintenance work, sometimes on the transmission, which is subjected to more stress during operation than in other vehicle types due to the special operating conditions of the vehicle.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und ein Motorfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen konstruktiv einfachen Aufbau auszeichnet und platzsparend mit möglichst wenig Aufwand einbaubar ist. The invention has for its object to avoid these disadvantages and to create a motor vehicle of the type mentioned, which is characterized by a structurally simple structure and can be installed in a space-saving manner with as little effort as possible.
[0006] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwei in oder bei einer Radachsen-Einheit des Fahrzeugs integrierte Elektromotoren vorgesehen sind, durch welche die Achswellen der Radachsen-Einheit je einzein antreibbar und mittels wenigstens einer elektronischen Steuerung in den Kurven ihre Drehzahl in Abhängigkeit vom Lenkwinkel des Lenkeinschlags im Verhältnis zueinander steuern können. This object is achieved according to the invention in that two electric motors are provided which are integrated in or near a wheel axle unit of the vehicle, by means of which the axle shafts of the wheel axle unit can each be driven individually and by means of at least one electronic control in the curves their speed as a function can control the steering angle of the steering lock in relation to each other.
[0007] Auf diese Weise kann das sonst erforderliche mechanische Differentialgetriebe ganz entfallen, weil die beiden Elektromotoren seine Funktion voll übernehmen. In this way, the otherwise required mechanical differential gear can be omitted entirely, because the two electric motors take over its full function.
[0008] Darüberhinaus bieten die Elektromotoren gegenüber Verbrennungsmotoren die bekannten Vorteile, nämlich nebst eines umweltfreundlichen Betriebs einen direkten Antrieb der Achswellen der Räder via ein Untersetzungsgetriebe mit einer einfachen und feinfühligen Steuerung und damit eine kompakte Konstruktion der Einheit. In addition, the electric motors offer the well-known advantages compared to internal combustion engines, namely, in addition to environmentally friendly operation, a direct drive of the axle shafts of the wheels via a reduction gear with a simple and sensitive control and thus a compact design of the unit.
[0009] Im Sinne dieser möglichst kompakten Anordnung des Antriebs ist es vorteilhaft, wenn die beiden Elektromotoren symmetrisch zueinander mittig in die Achsenwellen der Räder des Fahrzeugs eingebaut sind. Es ist auch konstruktiv und einbautechnisch vorteilhaft, wenn die beiden Elektromotoren in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, an dem beidseitig koaxial ausgerichtete Achsrohre mit den Achswellen angebracht sind. In terms of this most compact possible arrangement of the drive, it is advantageous if the two electric motors are installed symmetrically to each other in the middle of the axle shafts of the wheels of the vehicle. It is also advantageous in terms of design and installation if the two electric motors are accommodated in a common housing, to which axle tubes aligned coaxially on both sides with the axle shafts are attached.
[0010] Zweckmässigerweise sind beide Elektromotoren identisch ausgebildet. Dies bietet Vorteile sowohl beim Zusammenbau der Antriebseinrichtung als auch bei der Vorratshaltung von Ersatzteilen im Hinblick auf etwaige Überholungs- oder Reparaturarbeiten an der Einheit. Both electric motors are expediently of identical design. This offers advantages both when assembling the drive device and when storing spare parts with regard to any overhaul or repair work on the unit.
[0011] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Radachsen-Einheit eines Kleinlastfahrzeugs mit einer erfindungsgemässen Antriebseinrichtung im Grundriss schematisch dargestellt; Fig. 2 einen schematischen Aufriss der Radachsen-Einheit nach Fig. 1; Fig. 3 einen Längsschnitt der einen Lenkachshälfte mit einer erfindungsgemässen Antriebseinrichtung; und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Lenkachshälfte nach Fig. 3 in teilweisem Schnitt.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing. The figures show: FIG. 1 a wheel axle unit of a small truck with a drive device according to the invention in a schematic plan view; Figure 2 is a schematic elevation of the wheel axle assembly of Figure 1; 3 shows a longitudinal section of one steering axle half with a drive device according to the invention; and FIG. 4 shows a perspective view of the steering axle half according to FIG. 3 in partial section.
[0012] Die in Fig. 1 dargestellte Radachsen-Einheit 1 mit einer Antriebseinrichtung 2 ist bei der vorderen Lenkachse eines nicht näher gezeigten Kleinlastfahrzeugs integriert, das sowohl als Kleinlaster als auch als Spezialfahrzeug zum Ausführen von Reinigungs-, Schneeräumungs- und ähnlichen Spezialarbeiten einsetzbar ist. Es ist dabei wie bereits erwähnt primär für Maximalgeschwindigkeiten von 45 bis 60 km/h ausgelegt. The wheel axle unit 1 shown in Fig. 1 with a drive device 2 is integrated in the front steering axle of a light truck, not shown in detail, which can be used both as a light truck and as a special vehicle for carrying out cleaning, snow removal and similar special work . As already mentioned, it is primarily designed for maximum speeds of 45 to 60 km/h.
[0013] Die Radachsen-Einheit 1 enthält eine darin integrierte Antriebseinrichtung 2 und beidseitig zu dieser koaxial zueinander verlaufende Achswellen 3, 4 und mit letzteren gekoppelte Gelenkwellen 5, 6, an welchen aussen je eine Radnabe 15 für je wenigstens ein daran montierbares Rad befestigt ist. The wheel axle unit 1 contains an integrated drive device 2 and axle shafts 3, 4 running coaxially to one another on both sides and cardan shafts 5, 6 coupled to the latter, on each of which a wheel hub 15 is fastened on the outside for at least one wheel that can be mounted on it .
[0014] Zum Lenken des Fahrzeugs ist eine Lenkungseinrichtung 21 vorgesehen, von welcher der Lenkzylinder 22 mit Kolbenstangen 23, Spurstangen 24 und Lenkhebeln 25, welche die Achsschenkel 13, 14 im Bereich ihrer Gelenkstellen 18 angreifen, sichtbar sind. Beim Betätigen der Lenkungseinrichtung 21 vom Lenkrad in der Fahrzeugkabine werden die Achsschenkel 13, 14 durch die Lenkhebel 25 und damit die Fahrzeugräder um einen entsprechenden Lenkwinkel ein- oder ausgeschwenkt. To steer the vehicle, a steering device 21 is provided, from which the steering cylinder 22 with piston rods 23, tie rods 24 and steering levers 25, which attack the steering knuckles 13, 14 in the region of their articulation points 18, are visible. When the steering device 21 is actuated from the steering wheel in the vehicle cabin, the steering knuckles 13, 14 are pivoted in or out by the steering lever 25 and thus the vehicle wheels by a corresponding steering angle.
[0015] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Antriebseinrichtung 2 erfindungsgemäss mit zwei Elektromotoren 7, 8 versehen, welche mit je einer Achswelle 3, 4 über je ein Getriebe 9 drehverbunden und unabhängig voneinander antreibbar und steuerbar sind. As can be seen from Fig. 2, the drive device 2 according to the invention is provided with two electric motors 7, 8, which are rotatably connected to an axle shaft 3, 4 via a gear 9 and can be driven and controlled independently of one another.
[0016] Vorteilhaft sind die beiden Elektromotoren 7, 8 symmetrisch zueinander annähernd mittig in der Radachsen-Einheit 1 des Fahrzeuges angeordnet und in einem gemeinsamen mehrteiligen Gehäuse 10 mit ihren jeweiligen Getrieben 9 untergebracht. Die Drehachsen der Elektromotoren 7, 8 verlaufen dabei koaxial zu den Achswellen 3, 4. The two electric motors 7, 8 are advantageously arranged symmetrically to each other approximately centrally in the wheel axle unit 1 of the vehicle and housed in a common multi-part housing 10 with their respective gears 9. The axes of rotation of the electric motors 7, 8 run coaxially with the axle shafts 3, 4.
[0017] Beidseitig des Gehäuses 10 sind an diesem koaxial ausgerichtete Achsrohre 11, 12 befestigt, wie dies auch aus Fig. 3 hervorgeht, durch welche die beim Gehäuse 10 einerseits und bei den Gelenkwellen 5, 6 anderseits gelagerten Achswellen 3, 4 hindurchgeführt sind. Das Gehäuse 10 mit den Achsrohren 11, 12 ist als Baueinheit beispielsweise mittels an letzteren befestigten Flanschen 26, 27 und Stossdämpfern an der Karosserie des Fahrzeugs fixierbar. Am äusseren Ende der Achsrohre 11, 12 befinden sich je ein mit ihnen gelenkig verbundener Achsschenkel 13, 14 mit je einer Gelenkwelle 5, 6 und je einer Nabe 15. Coaxially aligned axle tubes 11, 12 are attached to both sides of the housing 10, as can also be seen in FIG. The housing 10 with the axle tubes 11, 12 can be fixed as a unit on the body of the vehicle, for example by means of flanges 26, 27 and shock absorbers attached to the latter. At the outer end of the axle tubes 11, 12 there is an articulated steering knuckle 13, 14, each with a cardan shaft 5, 6 and a hub 15.
[0018] Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Lenkachshälfte mit dem angedeuteten Gehäuse 10, dem Achsrohr 12 und der Lenkungseinrichtung 21 mit dem Lenkzylinder 22, der Kolbenstange 23, der Spurstange 24 und dem Lenkhebel 25 auf der einen Seite. Gegenüberliegend ist das Achsrohr 12 mit einem erweiternden Flansch 12' versehen, an welche die Achsschenkel 13, 14 mit der Gelenkwelle 6 via die Gelenkstelle 18 gelenkig gelagert sind. Die Gelenkstelle 18 ist dabei mit einer unteren Lagerung 19 und einer oberen Lagerung 20 versehen Die Gelenkwelle 6 ihrerseits ist mit der Achswelle 4 im Achsrohr 12 in bekannter Weise gelenkig drehverbunden und es ist auf ihr ein Rollenlager 28 angeordnet, das die Radnabe 15 und eine von einem Bremssattel 16 umgebenden Bremsscheibe 17 lagert. Fig. 3 and Fig. 4 show a steering axle half with the indicated housing 10, the axle tube 12 and the steering device 21 with the steering cylinder 22, the piston rod 23, the tie rod 24 and the steering arm 25 on one side. On the opposite side, the axle tube 12 is provided with an expanding flange 12 ′, on which the steering knuckles 13 , 14 are articulated with the cardan shaft 6 via the articulation point 18 . The articulation point 18 is provided with a lower bearing 19 and an upper bearing 20. The cardan shaft 6 in turn is pivotally connected to the axle shaft 4 in the axle tube 12 in a known manner and a roller bearing 28 is arranged on it, which supports the wheel hub 15 and one of a brake caliper 16 surrounding the brake disc 17 is superimposed.
[0019] Die Achswellen 3, 4 werden unabhängig voneinander von den Elektromotoren 7, 8 in Abhängigkeit vom jeweiligen Lenkwinkel so angetrieben, dass sie bei Kurvenfahrten die Drehzahlen des äusseren und des inneren Rades zum Verhindern eines Gleitens der Räder relativ zueinander gesteuert werden. The axle shafts 3, 4 are driven independently of each other by the electric motors 7, 8 depending on the respective steering angle so that the speeds of the outer and inner wheels are controlled relative to one another when cornering to prevent the wheels from sliding.
[0020] Somit entfällt das sonst üblicherweise vorhandene mechanische Differentialgetriebe, weil die Antriebseinrichtung seine Funktion gleichermassen übernimmt. Dadurch kann der dafür benötigte Raumbedarf reduziert werden. Die Antriebseinrichtung kann sehr kompakt gebaut werden und sie ist trotzdem bedienungs- und wartungsfreundlich. Zudem kann sie als Bestandteil der Radachsen-Einheit 1 leicht in das Fahrzeug eingebaut werden. [0020] This eliminates the mechanical differential gear that is otherwise usually present, because the drive device takes over its function to the same extent. As a result, the space required for this can be reduced. The drive device can be built very compact and it is still easy to operate and maintain. In addition, as part of the wheel axle unit 1, it can be easily installed in the vehicle.
[0021] Die Elektromotoren werden von herkömmlichen aufladbaren Batterien gespeist, weiche im Fahrzeug an geeigneter Stelle platziert sind und eine von aussen zugängliche Steckdose für das Aufladen derselben vorhanden ist, was nicht näher gezeigt ist. Diesen Elektromotoren 7, 8 ist wenigstens eine elektronische Steuerung zugeordnet, durch welche die Drehgeschwindigkeiten der Elektromotoren 7, 8 einzeln eingestellt werden. The electric motors are powered by conventional rechargeable batteries, which are placed in the vehicle at a suitable location and an externally accessible socket for charging the same is available, which is not shown in detail. At least one electronic controller is assigned to these electric motors 7, 8, by means of which the rotational speeds of the electric motors 7, 8 are set individually.
[0022] Zu diesem Zwecke werden von Messmitteln die jeweiligen Lenkwinkel des Lenkeinschlags bei den Rädern ermittelt, dessen Aufnahme vorzugsweise über Winkelsensoren an einem oder beiden Achsschenkeln 13, 14 oder indirekt über einen Linearsensor am Lenkzylinder 22 als Messmittel erfolgt. For this purpose, the respective steering angles of the steering angle at the wheels are determined by measuring means, which is preferably recorded via angle sensors on one or both steering knuckles 13, 14 or indirectly via a linear sensor on the steering cylinder 22 as measuring means.
[0023] Diese von den Messmitteln zu den Lenkwinkeln des Lenkeinschlags ermittelten Grössen werden von der elektronischen Steuerung als Messsignale ausgewertet. Das oder die Verhältnisse der Drehzahlen der beiden benachbarten Räder steht in Abhängigkeit des Lenkwinkels des Lenkeinschlags, wobei die Räder bzw. die Elektromotoren einzig beim Geradeausfahren des Fahrzeugs gleich schnell drehen. Das oder diese Verhältnisse der Drehzahlen der beiden Elektromotoren bzw. der benachbarten Räder sind in der elektronischen Steuerung gespeichert und können unmittelbar und entsprechend des aktuell gemessenen Lenkeinschlags abgerufen werden. [0023]These variables determined by the measuring means for the steering angles of the steering lock are evaluated by the electronic controller as measuring signals. The ratio or ratios of the speeds of the two adjacent wheels depends on the steering angle of the steering lock, with the wheels or the electric motors turning at the same speed only when the vehicle is driving straight ahead. The ratio or ratios of the speeds of the two electric motors or the adjacent wheels are stored in the electronic control and can be called up immediately and according to the currently measured steering angle.
[0024] Es kann ferner eine Umschalteinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher die elektronische Steuerung eine gleiche Drehzahl der beiden Räder wie bei einer Differential-Sperre bewirkt. Dies ist bekanntlich vorteilhaft, wenn ungünstige Bodenverhältnisse herrschen, wie zum Beispiel wenn über Schnee oder eisige Stellen gefahren werden muss. It can also be provided a switching device, by means of which the electronic control causes the same speed of the two wheels as in a differential lock. This is known to be advantageous when the ground conditions are unfavorable, for example when driving over snow or icy areas.
[0025] Zudem werden die Signale für die Fahrgeschwindigkeit durch die manuelle Betätigung eines Pedals oder dergleichen durch den Fahrer in der Fahrzeugkabine an die elektronische Steuerung geleitet. In Abhängigkeit dieser vom Fahrer gewählten Fahrgeschwindigkeit und des Lenkwinkels des Lenkeinschlags werden die effektiven Drehzahlen der Elektromotoren einzeln bestimmt und dieselben entsprechend angesteuert. [0025] In addition, the signals for the driving speed are sent to the electronic control system by the driver manually operating a pedal or the like in the vehicle cabin. Depending on the driving speed selected by the driver and the steering angle of the steering lock, the effective speeds of the electric motors are individually determined and the same are controlled accordingly.
[0026] Die Antriebseinrichtung eignet sich sowohl für Fahrzeuge mit Vorderrad- als auch mit Hinterradantrieb oder mit Allradantrieb, da je nach Fahrzeugtyp je eine solche Antriebseinrichtung in die eine oder andere oder in beide oder in mehrere Radachsen des Fahrzeugs einbaubar ist. The drive device is suitable for vehicles with front-wheel and rear-wheel drive or all-wheel drive, since depending on the type of vehicle such a drive device can be installed in one or the other or in both or in several wheel axles of the vehicle.
[0027] Bei einem Hinterradantrieb ohne Lenkeinschlag erfolgt die Steuerung der beiden koaxial zueinander drehenden Räder ebenso in Abhängigkeit des jeweiligen Lenkwinkels der vorderen Räder mit Lenkeinschlag, damit beim Kurvenfahren das langsamer drehende Rad auf der Innenseite der Kurve entsprechend via den diesem zugeordneten Elektromotor weniger schnell dreht als der andere mit dem äusseren Rad. In a rear-wheel drive without a steering angle, the two wheels rotating coaxially to one another are also controlled as a function of the respective steering angle of the front wheels with a steering angle, so that when cornering, the wheel rotating more slowly on the inside of the curve rotates less quickly via the electric motor assigned to it than the other with the outside wheel.
[0028] Im Prinzip könnten die Elektromotoren 7, 8 neben der Radachsen-Einheit 1 des Fahrzeuges angeordnet und entsprechend über ein Umlenkgetriebe mit der jeweiligen Achswelle drehverbunden sein. In principle, the electric motors 7, 8 could be arranged next to the wheel axle unit 1 of the vehicle and correspondingly be rotationally connected via a deflection gear to the respective axle shaft.
[0029] Als Elektromotoren eignen sich beispielsweise Synchronmotoren, Axial-Scheibenmotoren oder dergleichen, die speziell für diese Anwendung ausgelegt sind. As electric motors are, for example, synchronous motors, axial disc motors or the like, which are specially designed for this application.
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