CN104245379B - 用于机动车的能转向的车桥的电动式动力总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车的受驱动的能转向的车桥的动力总成。为了减小车辆的转弯半径，动力总成包括与能转向的左车轮(1)驱动稳定式地连接的左驱动轴(2)、与能转向的右车轮(3)驱动稳定式地连接的右驱动轴(4)和布置在驱动轴(2、4)之间的用于驱动这些驱动轴(2、4)的驱动单元(5)，其中，驱动轴(2、4)构造为分别具有靠近车轮的铰链(6)和远离车轮的铰链(7)的万向轴，并且其中，所述铰链(6、7)分别具有至少一个在所有铰链(6、7)中取向相同的转动轴线，其特征在于，驱动单元(5)构造用于将电动机产生的扭矩传递到驱动轴(2、4)上，并且该动力总成具有车身悬挂装置，车身悬挂装置允许驱动单元(5)相对于车身绕与该取向相同的转动轴线平行的枢转轴线转动。

Description

用于机动车的能转向的车桥的电动式动力总成
技术领域
本发明涉及用于机动车的、具有根据权利要求1的前序部分的特征的动力总成。这种动力总成使用在具有前驱动装置或全驱动装置的车辆中，其中，能转向的车桥也将用于驱动车辆的扭矩传递到与该车桥连接的车轮上。
背景技术
例如，由DE 3507435 A1公知一种具有权利要求1的前序部分的特征的动力总成，其使得在车轮系统内部的外同步铰链与在差速器壳体内部的内同步铰链连接。需要两个铰链，以便能够实现与驱动轴连接的车轮的偏转。在转向时，轴在其两个铰链上弯折。驱动轴在此形成的长度改变通过具有滑动配合件的铰链轴承来平衡。
万向轴的偏转角通过车轮侧铰链的最大转折角以及在传动装置侧的铰链与车轮侧的铰链之间的万向轴杆的长度来界定。这引起，在具有前驱动装置的车辆中的最大转向角通常小于在具有后驱动装置的车辆中的最大转向角，在具有后驱装置的车辆中不驱动能转向的车桥。
随着化石燃料日益匮乏电动和混合动力驱动构思被广泛关注，其中，机动车的至少一个车桥通过电动机来驱动。因此由DE 10 2010 024 191 A1公知一种用于机动车的驱动系统，驱动系统具有包括传动装置的电动动力总成，传动装置与第一和第二车桥处于有效关联(Wirkzusammenhang)。电动动力总成包括多个可单独控制的电动机，其将扭矩通过传动装置并且通过前桥差速器和后桥差速器传递到车辆的车桥上。
发明内容
本发明所基于的任务是减小具有被驱动的能转向的车桥的车辆的转弯半径。
该任务通过具有权利要求1的特征所述的动力总成来解决。该动力总成包括
·与能转向的左车轮驱动稳定式地(antriebsfest)连接的左驱动轴，
·与能转向的右车轮驱动稳定式地连接的右驱动轴，和
·布置在驱动轴之间的用于驱动这些驱动轴的驱动单元，
其中，驱动轴构造为分别具有靠近车轮的铰链和远离车轮的铰链的万向轴，并且其中，所述铰链分别具有至少一个在所有铰链中取向相同的转动轴线，其中，驱动单元构造用于将电动机产生的扭矩传递到驱动轴上，并且该驱动单元具有车身悬挂装置，车身悬挂装置允许驱动单元相对车身绕与该取向相同的转动轴线平行的枢转轴线转动。
本发明有利的实施形式由从属权利要求给出。
本发明涉及如下知识：如果实现远离车轮的转折点(其由远离车轮的铰链形成)沿着圆轨迹移动，那么在靠近车轮的铰链绕转动轴线(其大致正交于车辆纵向方向和车辆横向方向地取向)成预定的最大转折角的情况下，可以得到更大的车轮偏转角。在此，当车轮沿顺时针转动时有利的是，远离车轮的左铰链和右铰链的各自的转折点逆着顺时针方向移动。
现在，本发明涉及如下其它的知识：通过在车辆车身上可枢转地支承驱动单元(其与万向轴的相应背离车轮的端部传动式地连接)来实现上述转折点的所述移动。在此，枢转轴线必须具有与相应的四个铰链的所述转动轴线相同的取向。
最后，本发明涉及如下附加的知识：只有当放弃以内燃机为基础的用于驱动能转向的车桥的传统驱动构思时，才能以大的枢转角来实现对驱动单元的所述能枢转的支承。由于其他安装件(例如尤其是排气设备)所要求的精确度，内燃机在运行期间必须与车辆车身固定地连接。对于减振所需的运动仅通过橡胶支承以非常小的程度释放。由于振动优化的马达悬挂装置和提到的限制，内燃机因此不可以在其悬挂装置中明显地枢转。
与之相反，对电动机的可转动的支承是毫无问题的。对此，仅需要将电气接口设计成能够实现枢转运动。此外，把在冷却回路上的接合管路设计成是足够灵活的。
因此，通过借助扭转驱动单元将转折角增大能够在不使驱动轴结构改变的情况下实现更大的车轮偏转。在此，在转向期间对驱动单元的激励可以以机电方式来支持，或者借助适当的运动学以纯机械的方式实现。左驱动轴的以及右驱动轴的由驱动单元的摆转所产生的长度改变可以通过布置在相应驱动轴中的、尤其是在远离车轮的铰链中的滑动配合件来平衡。
能选择车轮(radselektiv)的驱动装置可在本发明的有利设计方案中实施，为此，驱动单元包括用于驱动左驱动轴的第一电机和用于驱动右驱动轴的第二电机。由于两个驱动轮可以被分开且彼此独立地受驱动，所以可以明显提升行驶安全性和行驶动力。尤其是可实现扭矩定向(torquevectoring)，其中，在特定的行驶状况下，通过在驱动轮上的不同的扭矩分配来产生附加的偏角加速。
由于电动机的可在大的转速范围内提供的高扭矩，驱动单元可以构造为直接驱动装置。也就是说，可完全放弃传动装置。此外，通过上面实施形式所述的能选择车轮的驱动装置，车桥差速器并不是必需的。
此外，本发明的节省结构空间的构造的特征在于，第一和第二电机具有转子轴，转子轴在车辆直线行驶的情况下以与驱动轴同轴的方式定向。在上下文中直线行驶是指，因为在该运行状态下铰链的转折角是0°，所以可以刚好是驱动轴的一个旋转轴线。
根据本发明的驱动单元的这种设计方案可实施为直接驱动装置，或者也以齿轮传动装置来实施。例如，对于其中每个电机来说都有利的是，可以尤其是借助行星传动装置将减速装置整合到驱动单元中，以便能够使用快速转动的且进而节省结构空间的电机。
在本发明的有利改进方案中，另一变型方案的特征在于，驱动单元具有：
·用于将第一电机的第一转子轴与左驱动轴传动式连接的第一连接传动装置和
·用于将第二电机的第二转子轴与右驱动轴传动式连接的第二连接传动装置，
其中，第一和第二连接传动装置布置在共同的壳体中，并且第一电机安置在壳体的朝向左车轮的侧上，并且第二电机安置在壳体的朝向右车轮的侧上。
在此，尤其是构造为正齿轮传动装置的两个连接传动装置的共同的壳体位于两个电动机之间的中心处。两个电动机的转子轴可以在车辆直线行驶的情况下与两个驱动轴平行地取向，但在行驶方向上看是相对这些驱动轴向前或向后错开地布置。以该方式，与单纯同轴的布置相比较地，所需的结构空间可更灵活地分布到车架上。
但在其他的有利设计方案中，根据本发明的动力总成也可以仅以一个驱动电机来实现，其中，驱动单元包括带有转子轴的用于驱动两个驱动轴的中央电机和差速器。通过差速器能够在曲线行驶时实现在左侧和右侧上的不同的车轮转速。概念“中央”在上下文中应仅理解为，两个驱动轮被一个电机共同驱动，因此不存在能选择车轮的驱动装置。中央电机的位置可根据车辆在设计上的预定参数来选择，动力总成整合到其中。
因此，本发明的有利改进方案是可想到的，在其中，中央电机的转子轴在车辆直线行驶的情况下以与驱动轴同轴的方式定向。
但替选地，也可以在仅使用一个牵引机的情况下实现在车辆纵向方向上定向的动力总成，其中，转子轴在直线行驶的情况下沿行驶方向取向，并且在行驶方向上看，中央电机布置在差速器前面或后面，差速器布置在左驱动轴与右驱动轴之间。在转弯行驶时，转子轴与驱动单元一起绕枢转轴线枢转。
有利的是，在具有中央电机的设计形式中除了差速器以外也还可设置用于使转速减速的传动装置。在此有利的是，也像在具有能选择车轮的驱动装置的实施形式中那样，将可换挡的多级传动装置也可整合到动力总成中。
具有根据上述实施形式中任一个所述的驱动单元的机动车，其特征在于不同于单纯以内燃机为基础的构思的机动车的电动驱动构思，其不仅具有更高的生态学潜力的特点而且具有更小的转弯半径的特点。更小的转弯半径当然仅适用在与如下车辆相比较的情况下，该车辆的能转向的车桥也是受驱动的车桥。
当内燃机用于驱动不转向的车桥时，更小的转弯半径对于混合动力驱动构思也可以是有利的，也就是说对于根据上述设计方案具有附加的内燃机的机动车也可以是有利的。以该方式得到全轮驱动车辆，其由于附加的内燃机具有更高的作用范围，并且相比于包括前驱动装置或全驱动装置的传统车辆具有更小的转弯半径。在这种混合动力的构思中也可想到并且被本发明所包括的是，驱动单元设有可换挡的离合器，并且因此将驱动单元设计成使得电动驱动装置可接通且可断开。
附图说明
下面，借助图中所示的实施例来详细说明和描述本发明。其中：
图1以与根据现有技术的实施方案相比较的方式示出在本发明的实施形式中最大可能的车轮偏转的示意图；
图2示出根据本发明第一实施形式的具有能选择车轮的驱动装置的动力总成；
图3示出根据本发明第二实施形式的具有中央驱动装置的动力总成；
图4示出根据本发明第三实施形式的具有中央驱动装置的动力总成；
图5示出根据本发明第四实施形式的具有能选择车轮的驱动装置的动力总成。
对于本发明的相同或作用相同的元件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1以与根据现有技术的实施方案相比较的方式示出在本发明的实施形式中最大可能的车轮偏转的示意图。动力总成的驱动单元5、右驱动轴4和能转向的右车轮3被示出。为了简明起见，在图1中省略了左驱动侧的示图，其具有在后面的图中才示出的左驱动轴2和由该左驱动轴驱动的左车轮1。
右驱动轴4(和左驱动轴一样)具有靠近车轮的铰链6和远离车轮的铰链7。两个铰链6、7可以实现相邻的部分轴(Teilwelle)绕z轴线的至少一个基于转折角界定的转动运动。其它可能的旋转自由度对于理解本发明是不重要的，因此在这里不再深入说明。
然而在车轮3转向时，驱动轴4也有长度变化，从而设置有滑动配合件。该滑动配合件例如能够以远离车轮的铰链7的形式实现。
图1形象地说明了基于本发明的构思：车轮3的最大可能的偏转角通过反向于车轮3的偏转方向地移动转折点(其由远离车轮的铰链7形成)而增大。为了实现上述情况，驱动单元绕枢转轴线可转动地被支承，枢转轴线同样在z方向上取向，并且因此与铰链6、7的转动轴线平行。
为了更好的理解，除了本发明的以实线示出的实施形式以外，还以虚线示出了具有相同部件然而驱动单元5不具有根据本发明的可枢转性的实施方案。
驱动轴4朝向驱动单元5的部分轴与驱动单元始终形成有直角17。这同样适用于驱动轴4朝向车轮3的部分轴与车轮3的纵轴线的关系。
因为在示出的两个实施形式中使用相同的铰链6、7，所以对于两种布置来说，也认为靠近车轮的铰链6的转折角18、19是相同的。即，α1＝α2。
然而，对于车辆的转弯半径来说起决定性的是车轮3相对于车辆纵轴线的最大偏转角。在此，产生用于具有可枢转的驱动单元5的系统的第一偏转角20，其大于第二偏转角21，在驱动单元5像在现有技术中那样相对于车辆的纵轴线被固定地支承时，产生该第二偏转角21。也就是说，β2＞β1。
所示出的相互关系并不依赖于驱动单元5的具体实际情况。然而，以电动机式的驱动装置来实现枢转运动才是有意义的，这是因为在以内燃机为基础的传统驱动构思下所寻求的振动优化的悬挂装置几乎不能被设计成能以大的程度枢转。在后面的图2至图5中描述电动驱动构思，其可以结合本发明来使用。
因此，图2根据本发明的第一实施形式示出具有能选择车轮的驱动装置的动力总成。与图1不同的是，在此不仅示出了左驱动轴2而且还示出了右驱动轴4以及与其传动式连接的车轮1、3。
驱动单元5包括第一和第二电机8、9。第一电机8包括与左驱动轴2传动式地联接的第一转子轴14。第二电机9包括与右驱动轴4传动式地联接的第二转子轴15。在两个电机8、9之间不存在机械联接。两个电机仅布置在共同的壳体中，壳体位于左驱动轴2与右驱动轴4之间。涉及到同轴系统。这意味着：在车辆直线行驶的情况下(在其中，驱动轴2、4不在其铰链6、7处转折)，两个转子轴14、15与驱动轴2、4一起位于共同的轴线上。
利用在这里示出的系统，能选择车轮的驱动装置是可行的。左驱动侧的转速和扭矩在理论上可以不依赖于右驱动侧上的转速和扭矩地被调节。根据当前的行驶状况和由驾驶员给出的控制命令、例如油门踏板状态(Gaspedalstellung)和方向盘偏转，上级调节装置选用适合于左电机8和右电机9的扭矩额定值的预订参数。然后在下级的调节循环中，由扭矩额定值预订参数推导出针对两个电机8、9中的每一个的电流矢量的相应额定值，电流矢量借助逆变器在电机绕组中产生。
此外，所示的动力总成是直接驱动装置。也就是说，省去了用于使转速加速或减速的传动装置，因此没有传动损耗。在此有利的是，作为电机类型也可以像下述的实施方式那样使用永久磁铁励磁式或他励式的同步电机、异步电机或者是转换磁阻电机。然而，由于永久磁铁励磁式同步电机的高扭矩密度，所以在无传动装置的配置方案下尤其提供使用永久磁铁励磁式同步电机。外转子电机和内转子电机同样是可行的。原则上，径向磁通电机以及轴向磁通电机以相同的方式适用。
图3根据本发明的第二实施形式示出具有中央驱动装置的动力总成。在此，中央电机10在驱动单元5内部与差速器11传动式联接。通过差速器11尤其是可以在转弯行驶时允许在左车轮1和右车轮3中的不同的转速。
中央电机10的转子轴16与驱动轴2、4的靠近传动装置的部分轴正交地定向。因此，驱动单元5是一种纵向系统。这又涉及到车轮在底盘上可相对于直线定向方向枢转的最大可能的偏转角的增大。可枢转性像铰链6、7的旋转自由度一样绕z轴线摆动地定向。
除了差速器11以外，也可以沿纵向方向例如在中央电机10与差速器11之间附加地布置图中未示出的减速器。由此可使用高转速的电机，在相同功率的情况下，该高转速电机的径向尺寸小于低转速电机的径向尺寸。
图4根据本发明的第三实施形式示出具有中央驱动装置的动力总成。在此，中央电机10也是与差速器在驱动单元5内部传动式联接，并且可绕沿图形平面方向取向的z轴线枢转地支承。然而，与图2的系统类似地，中央电机10和差速器11的轴线以与驱动轴2、4的朝向驱动单元5的端部同轴的方式延伸。
图5根据本发明的第四实施形式示出具有能选择车轮的驱动装置的动力总成。如在图2中一样，这里也设置两个电机8、9，它们分别传动式地配属给车轮1、3。然而在此设置有从电机8、9的转子轴14、15到驱动轴2、4的转速减速装置。针对该目的，在两个电机8、9之间中央地布置具有第一和第二连接传动装置12、13的传动装置壳体。这两个连接传动装置12、13构造为正齿轮传动装置。第一连接传动装置12将第一电机8与左驱动轴2传动式地联接，而第二连接传动装置13将第二电机9与右驱动轴4传动式连接。因为电机8、9可以以这种方式设计成用于较高的转速范围，所以电机8、9能够以相对小的车桥高度来实施。
附图标记列表
1 左车轮
2 左驱动轴
3 右车轮
4 右驱动轴
5 驱动单元
6 靠近车轮的铰链
7 远离车轮的铰链
8 第一电机
9 第二电机
10 中央电机
11 差速器
12 第一连接传动装置
13 第二连接传动装置
14 第一转子轴
15 第二转子轴
16 中央电机的转子轴
17 右角
18 靠近车轮的铰链的转折角α2
19 靠近车轮的铰链的转折角α1
20 第一偏转角β2
21 第二偏转角β1

Claims (9)

1.用于车辆的动力总成，其中，所述动力总成具有
·与能转向的左车轮(1)驱动稳定式地连接的左驱动轴(2)，
·与能转向的右车轮(3)驱动稳定式地连接的右驱动轴(4)，和
·布置在所述左驱动轴(2)和所述右驱动轴(4)之间的用于驱动所述左驱动轴(2)和所述右驱动轴(4)的驱动单元(5)，
其中，所述左驱动轴(2)和所述右驱动轴(4)构造为分别具有靠近车轮的铰链(6)和远离车轮的铰链(7)的万向轴，并且其中，所述铰链(6、7)分别具有至少一个在所有铰链(6、7)中取向相同的转动轴线，其特征在于，所述驱动单元(5)构造用于将电机产生的扭矩传递到所述左驱动轴(2)和所述右驱动轴(4)上，并且所述驱动单元(5)具有车身悬挂装置，所述车身悬挂装置允许所述驱动单元(5)相对于车身绕与所述取向相同的转动轴线平行的枢转轴线转动。
2.根据权利要求1所述的动力总成，其中，所述驱动单元(5)包括用于驱动所述左驱动轴(2)的第一电机(8)和用于驱动所述右驱动轴(4)的第二电机(9)。
3.根据权利要求2所述的动力总成，其中，所述第一和所述第二电机(8、9)具有转子轴(14、15)，所述转子轴在车辆直线行驶的情况下以与所述左驱动轴(2)和所述右驱动轴(4)同轴的方式定向。
4.根据权利要求2所述的动力总成，其中，所述驱动单元(5)具有
·用于将所述第一电机(8)的第一转子轴(14)与所述左驱动轴(2)传动式连接的第一连接传动装置(12)和
·用于将所述第二电机(9)的第二转子轴(15)与所述右驱动轴(4)传动式连接的第二连接传动装置(13)，
其中，所述第一和所述第二连接传动装置(12、13)布置在共同的壳体中，并且所述第一电机(8)安置在壳体的朝向所述左车轮(1)的侧上，并且所述第二电机(9)安置在壳体的朝向所述右车轮(3)的侧上。
5.根据权利要求1所述的动力总成，其中，所述驱动单元(5)包括带有转子轴的用于驱动两个驱动轴(2、4)的中央电机(10)和差速器(11)。
6.根据权利要求5所述的动力总成，其中，所述中央电机(10)的所述转子轴在车辆直线行驶的情况下以与所述左驱动轴(2)和所述右驱动轴(4)同轴的方式定向。
7.根据权利要求5所述的动力总成，其中，所述转子轴在直线行驶的情况下沿行驶方向取向，并且在行驶方向上看，所述中央电机(10)布置在所述差速器(11)前面或后面，所述差速器布置在所述左驱动轴与所述右驱动轴(2、4)之间。
8.具有根据权利要求1至7中任一项所述的动力总成的机动车。
9.根据权利要求8所述的机动车，其具有用于驱动不转向的车桥的内燃机。
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