DE102010017991A1

DE102010017991A1 - Autonomes Achsmodul für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010017991A1
Application number: DE102010017991A
Authority: DE
Inventors: Nicolai Malert; Andreas Kurz; Andreas Ludwig; Christoph Heinrich Albert-Schwarte; Fabian Eling; Dr. Schürmann Erich
Original assignee: Fachhochschule Suedwestfalen
Current assignee: Fachhochschule Suedwestfalen
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Achsmodul (14) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend je eine elektrische Antriebs-Radaufhängungseinheit (15) zum Antrieb eines linken bzw. eines rechten Rades (2), wobei die beiden Antriebs-Radaufhängungseinheiten (15) des Achsmoduls (14) mittels einer Verbindungsbaugruppe (1, 13) mechanisch miteinander verbunden sind. Hierbei wird die komplette Fahrwerkstechnik jeder Antriebs-Radaufhängungseinheit (15), insbesondere Radaufhängung (10), Feder-/Dämpfer-Element (4), Stabilisator (16), Elektromotoren (3), Getriebe, Bremsen (9) oder Lenkung (7), an der Verbindungsbaugruppe (1, 13) des Achsmoduls (14) in sich im wesentlichen funktionsfähig bleibend von dem Rest des Kraftfahrzeugs trennbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Achsmodul für ein Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Fahrzeugtechnik sieht sich heutzutage großen Herausforderungen gegenüber, die sich aufgrund des zunehmenden Einsatzes alternativer Antriebskonzepte immer drängender stellen. War in den letzten Jahrzehnten der Fokus der Fahrzeugentwicklung vornehmlich auf die Detailverbesserung und Verbesserung der Wirtschaftlichkeit herkömmlicher Antriebskonzepte mit Verbrennungsmotoren gerichtet, so muss die Fahrzeugtechnik heute ganz neue Konzepte entwickeln, um hybride Antriebe aus Elektromotoren und Verbrennungsmotoren in einem Fahrzeug oder auch reine Elektromotorkonzepte konstruktiv zuverlässig umzusetzen.
Die derzeitigen Fahrzeugkonzepte mit kombinierten Antrieben (Hybridantrieben) bestehend aus Verbrennungsmotor und Elektromotor entsprechen immer noch weitestgehend dem traditionellen Konzept des Aufbaus von Fahrzeugen mit reinen Verbrennungsmotoren. Die Funktion des Elektroantriebes wird lediglich zusätzlich vorgesehen, wodurch die Antriebstechnik derartiger Hybridfahrzeuge zudem verkompliziert wird.
Reine Elektroantriebe für Kraftfahrzeuge gibt es in zwei grundsätzlich verschiedenen Aufbaustrukturen, nämlich als Antrieb mit einem zentral angeordneten elektrischen Antriebsmotor oder als Antrieb mit Radnabenmotoren, die in jedem oder zumindest einer Anzahl von Rädern meist einer Achse vorgesehen werden können. Die Verwendung von Antrieben mit Radnabenmotoren hat dabei Vorteile gegenüber zentralen elektrischen Antrieben. Wenn nicht jedes Rad mit einem eigenen Antriebsmotor ausgerüstet wird, ist z. B. nur eine geringe Rückgewinnung der Bremsenergie möglich. So ist z. B. beim Fahrzeug mit Hinterradantrieb nur eine geringe Bremskraft entsprechend den reduzierten dynamischen Radlasten an der Hinterachse möglich. Eine Lösung mit vier Radnabenmotoren hätte diesen Nachteil prinzipbedingt nicht, jedoch erhöhen sich bei diesem Konzept die ungefederten Massen unvorteilhaft.
Sogenannte Achsmodule sind auch bei konventionellen Fahrzeugen gehobener Klasse bekannt. Unter einem Achsmodul versteht man dabei eine räumlich von dem restlichen Fahrzeug getrennte Zusammenfassung einzelner Funktionsbaugruppen der Fahrwerkstechnik in eine eigenständige Baueinheit, die als komplette Baugruppe vormontiert und als Ganzes in das Fahrzeug eingebaut werden kann. Achsmodule dienen z. B. dazu, durch enge Fertigungstoleranzen und steife Achsanlenkpunkte eine präzise Radführung zu realisieren. Die Anbindung des Achsmoduls an den Fahrzeugaufbau erfolgt dabei in der Regel mit weichen Befestigungspunkten zur Erhöhung des Fahrkomforts. Diese Achsmodule sind auch bekannt als sogenannte Fahrschemel. Auch bei Verwendung derartiger Fahrschemel für konventionelle Fahrzeuge ist eine vielfältige Verbindung der Antriebselemente des Fahrschemels mit den sonstigen Komponenten des Fahrzeuges notwendig. So wird in der Regel die Federung jedes Rades am Chassis des Fahrzeuges abgestützt, die Lenkung mechanisch mit dem Lenkrad verbunden und so weiter. Hierdurch ist eine strikte funktionelle Trennung der Bauteile des Fahrschemels von dem restlichen Fahrzeug und dessen Chassis nur sehr begrenzt umzusetzen. Dies bedeutet, dass bei Reparaturen an den Fahrwerkskomponenten viel Demontageaufwand zu leisten ist, zudem sind die Fahrwerkskomponenten nicht einfach zugänglich, da vielfach Teile des Chassis oder Verkleidungsbauteile vorher demontiert werden müssen. Ein Ausbau des gesamten Fahrschemels z. B. zur Reparatur von Komponenten der Fahrwerkstechnik erfolgt daher so gut wie nie.
Bei der Neukonzeption von Fahrzeugen mit Elektroantrieb fallen viele bisher bei den Verbrennungsmotoren notwendige Baukomponenten wie etwa Lichtmaschine, Anlasser, Kupplung, Schaltgetriebe, Kardanwelle, Differential, Abgasreinigungssystem, Schwingungsdämpfung (Motorschwingung), Geräuschdämpfung, Ansaugluftführung oder Abgasanlage weg und ein großer Teil der Funktionsbaugruppen eines konsequent aufgebauten Elektrofahrzeugs besteht aus dem Antrieb und der Fahrwerkstechnik. Zudem ist eine geringere Kühlleistung nötig, wodurch kleinere Kühler benötigt werden. Hierdurch lässt sich der technische Aufbau eines Elektrofahrzeugs gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren wesentlich vereinfachen.
Aus der DE 10 2006 014 514 A1 ist ein Antriebsstrang für ein derartiges Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb bekannt, bei dem wenigstens eine der angetriebenen Achsen zwei unabhängig voneinander ansteuerbare elektrische Antriebseinheiten zum Antrieb eines linken und eines rechten Rades aufweist. Diese beiden Antriebseinheiten werden über einen Rahmen miteinander verbunden und bilden mit diesem eine Baugruppe, die anstelle einer herkömmlichen Achsbaugruppe in ein Kraftfahrzeug einbaubar ist. Hierbei wird allerdings der gesamte Bereich der Fahrwerkstechnik nicht verändert.
Aus der DE 44 21 425 C1 ist ein Antrieb für ein Straßenfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsaggregat für jedes Rad bekannt, wobei die Antriebsaggregate jedes Rades über einen Hilfsrahmen miteinander und der Hilfsrahmen wiederum mit dem Fahrschemel der Antriebsachsanordnung verbunden ist. Hierdurch ist eine gewisse Baugruppenbildung in Form eines Achsmoduls möglich, doch wird die Antriebsachsanordnung selbst etwa wieder an der Federung, der Lenkung usw. an dem Fahrschemel bzw. anderen Teilen des Chassis des Fahrzeuges festgelegt. Damit kann eine derart gebildete Antriebsachsanordnung wiederum nicht funktionell einfach von dem Rest des Fahrzeuges getrennt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine weitgehende Trennung der Antriebsachsanordnung eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges von den restlichen Komponenten des Fahrzeug zu realisieren.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Achsmodul für ein Kraftfahrzeug, aufweisend je eine elektrische Antriebs-Radaufhängungseinheit zum Antrieb eines linken bzw. eines rechten Rades, wobei die Antriebs-Radaufhängungseinheiten des Achsmoduls mittels einer Verbindungsbaugruppe mechanisch miteinander verbunden sind. Ein derartiger Achsmodul wird dadurch erfindungsgemäß weiter entwickelt, dass die komplette Fahrwerkstechnik jeder Antriebs-Radaufhängungseinheit, insbesondere Radaufhängung, Feder-/Dämpfer-Element, Stabilisator, Elektromotoren, Getriebe, Bremsen oder Lenkung, an der Verbindungsbaugruppe des Achsmoduls selbst derart festgelegt oder innerhalb der Verbindungsbaugruppe derart angeordnet sind, dass das Achsmodul in sich im wesentlichen funktionsfähig bleibend von dem Rest des Kraftfahrzeugs trennbar ist. Besonders an der vorliegenden Erfindung ist die vorteilhafte Kombination der Einzelkomponenten der Fahrwerkstechnik zu einer gemeinsam handhabbaren und vom Rest des Kraftfahrzeuges zumindest mechanisch weitgehend getrennten Montage- und Funktionseinheit. Hierdurch kann zum einen im Wege der Vormontage der gesamte Achsmodul getrennt von dem eigentlichen Fahrzeug vormontiert und erst im komplettierten Zustand mit dem Rest des Fahrzeugs zusammen geführt werden. Weiterhin ist dadurch auch ein Austausch der gesamten Achsmoduls einfach möglich, ebenfalls können Reparaturen an Komponenten des Achsmoduls einfach nach einem schnell durchführbaren, kompletten Ausbau des Achsmoduls durchgeführt werden. Da die mechanische Ankopplung der einzelnen Komponenten des Achsmoduls an angrenzende Bereiche des Fahrzeuges aufgrund der Anordnung komplett an der Verbindungsbaugruppe vollständig oder nahezu vollständig entfällt und Funktionen wie etwa die Lenkung z. B. durch drive-by-wire (elektrische Ausführung von Lenkungsbewegungen) ebenfalls mechanisch nicht mehr z. B. an ein Lenkrad angekoppelt werden müssen, ist eine Demontage schnell und einfach möglich. Gleichzeitig bleibt der derart gebildete Achsmodul zumindest hinsichtlich seiner Grundfunktionen auch im aus dem Fahrzeug ausgebauten Zustand weitgehend funktionstüchtig und kann daher auch im ausgebauten Zustand einfach geprüft und ggf. repariert werden, wobei die Funktionskontrolle auch weitgehend im ausgebauten Zustand vorgenommen werden kann.
Dieses Achsmodul ist zudem für eine Vielzahl von Fahrzeugkonzepten beliebig anwendbar und ermöglicht völlig neue Automobil-Designs, da weitere erforderliche Komponenten für den Betrieb eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wie etwa eine Steuerung, Energiespeicher wie Akkus oder eine Heizung oder Kühlung nicht im geometrischen Zusammenhang mit dem Achsmodul stehen oder stehen müssen und deshalb im Kraftfahrzeug weitgehend beliebig verteilt werden können. Damit ist die Flexibilität des Aufbaus eines derart konstruierten Kraftfahrzeugs sehr weitgehend möglich.
Weitere Vorteile der Erfindung sind ein hohes fahrdynamisches Potenzial, eine kostengünstige Konstruktion und Herstellung, ein geringerer Platzbedarf, steigende Wirtschaftlichkeit, eine günstige Gewichtsverteilung innerhalb des Kraftfahrzeugs mit einem Ziel 50% des Gewichts auf die Vorderachse und 50% des Gewichts auf die Hinterachse zu bringen, ein tiefer Schwerpunkt sowie eine gute Ansteuerungsmöglichkeiten der elektrischen Antriebe.
Wenn vorzugsweise bürstenlose Gleichstrommotoren verwendet und die mechanischen Bremsen mit deutlich weniger Bremsleistung ausgerüstet werden können und unkritische Getriebe sowie Lagerungen ohne die Gefahr von Ölverunreinigung verwendet werden können, ist es vorstellbar, dass erfindungsgemäße Achsmodule lebenslang wartungsfrei bleiben können. Aus diesem Grunde kann auch die Notwendigkeit für einen schnellen Wartungszugriff und die entsprechenden Wartungsöffnungen und Motorhauben entfallen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn alle fahrwerkstechnischen Komponenten jeder Antriebs-Radaufhängungseinheit des Achsmoduls von dem Rest des Kraftfahrzeugs, insbesondere von dem Chassis entkoppelt sind, etwa indem die Verbindungsbaugruppe des Achsmoduls an definierten Punkten des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise über Dämpfungselemente entkoppelt, festgelegt wird. Hierdurch ist zum einen eine eindeutige Schnittstelle zwischen jedem Achsmodul und dem Rest des Fahrzeugs definiert, die ggf. über entsprechende Normung auch den Austausch des jeweiligen Achsmoduls gegen andere, auch funktionsverschiedene Achsmodule ermöglicht. Zum anderen ist über eine mittels Dämpfungselementen erfolgende Entkopplung auch der Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs positiv beeinflussbar, da sich Erschütterungen oder Schwingungen aus dem Achsmodul nicht oder weniger auf den Rest des Kraftfahrzeugs übertragen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Radaufhängung des Achsmoduls das Rad gegenüber der Verbindungsbaugruppe beweglich lagert und führt. Damit sind alle geführten Bewegungen des Rades ausschließlich gegenüber der Verbindungsbaugruppe abgestützt und geführt, so dass die sonst notwendigen Festlegungspunkte des Achsmoduls gegenüber dem Chassis des Kraftfahrzeuges entfallen.
Weiterhin ist es denkbar, dass zwischen elektrischem Antrieb und Rad eine Gelenkwelle angeordnet ist, die die Antriebsmomente und/oder Bremsmomente von dem ortsfest an der Verbindungsbaugruppe angeordneten elektrischen Antrieb auf das Rad überträgt. Eine derartige Gelenkwelle entkoppelt den elektrischen Antrieb von der bewegten Masse des Rades, wodurch die dynamischen Eigenschaften des Achsmoduls positiv beeinflusst werden. Der elektrische Antrieb ist weitgehend ortsfest an der Verbindungsbaugruppe befestigt und überträgt sein Drehmoment auf die dadurch wesentlich leichter bauende Radaufhängung und das Rad.
Von wesentlichem Vorteil ist es, wenn das Feder-Dämpfer-Element jeder Antriebseinheit innenliegend innerhalb der Verbindungsbaugruppe angeordnet ist und sich an der Verbindungsbaugruppe abstützt. Zum einen kann das Feder-Dämpfer-Element dadurch platzsparend innerhalb der Verbindungsbaugruppe angeordnet werden und benötigt keinen zusätzlichen Bauraum außerhalb des Achsmoduls. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung das Feder-Dämpfer-Element im wesentlichen parallel oder nur wenig geneigt zu der Achsrichtung der Antriebsachse des zugehörigen elektrischen Antriebs angeordnet sein, wodurch das in der Regel deutlich längserstreckte Feder-Dämpfer-Element im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges angeordnet werden kann. Auch muss das Feder-Dämpfer-Element bei einer derartigen Anordnung nicht an benachbart zu dem Achsmodul angeordneten Teilen des Kraftfahrzeugs, wie sonst etwa üblich, befestigt werden und bildet dadurch eine Einheit mit dem Achsmodul. In weiterer Ausgestaltung kann hierfür zwischen Rad und Feder-Dämpfer-Element ein Umlenkhebel derart angeordnet werden, dass er die abzufedernden Bewegungen des Rades umlenkt in die Wirkrichtung des Feder-Dämpfer-Elementes und das Feder-Dämpfer-Element damit beaufschlagt. Federt ein Rad während der Abrollbewegung etwa aufgrund von Bodenunebenheiten im wesentlichen senkrecht von unten nach oben und umgekehrt, so wird bei konventionellen Kraftfahrzeugen das Feder-Dämpfer-Element auch im wesentlichen senkrecht angeordnet. Durch den beschriebenen Umlenkhebel können die Ausschläge des Rades so umgelenkt werden, dass das Feder-Dämpfer-Element im wesentlichen horizontal angeordnet werden kann, ohne dass die Feder-/Dämpfungswirkung beeinträchtigt würde.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine Bremsscheibe, vorzugsweise innenliegend, auf der Antriebswelle des Elektromotors eines Achsmoduls angeordnet ist. Damit kein unterschiedlicher Nickpol bei motorischer und mechanischer Bremsung auftritt, ist es denkbar, dass der elektrische Antriebsmotor eine innenliegende Bremsscheibe auf der Motorwelle erhält. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung der Bremssattel derart an der Verbindungsbaugruppe angeordnet werden, dass das Bremsmoment an der Verbindungsbaugruppe abgestützt wird. Das Bremsmoment bei der Betätigung der Bremse stützt sich somit an der Verbindungsbaugruppe selbst ab und die Bremse benötigt ebenfalls keine mechanische Verbindung zu dem Fahrzeug außerhalb der Verbindungsbaugruppe.
Weiterhin ist es denkbar, dass die für den Fahrbetrieb üblichen fahrdynamischen Einflussgrößen und/oder Bremsvorgänge allein durch die Steuerung der Antriebsmotoren steuerbar sind. Hierdurch ist eine weitgehende Beeinflussung der jeweiligen Antriebs-Radaufhängungseinheiten denkbar, die sich allein durch vorzugsweise elektrische Beeinflussung der Eigenschaften der elektrischen Antriebe erreichen lassen. Z. B. kann durch die Steuerung der Antriebsmotoren bei den für den Fahrbetrieb üblichen Bremsvorgängen die Bremsenergie für die Ladung der elektrischen Energiespeicher weitgehend zurück gewonnen werden. Hierdurch kann die Wirtschaftlichkeit der Ausnutzung der Energiereserve und insbesondere die Reichweite des Kraftfahrzeuges unter Nutzung der erfindungsgemäßen Achsmodule weitgehend optimiert werden. Hierzu trägt weiterhin bei, wenn die an dem Elektromotor angeordnete Bremse nur bei einer Vollbremsung oder im Stillstand des Kraftfahrzeugs zum Eingriff kommt. Dabei wird nur für den Notfall eine Umwandlung kinetischer Energie in Wärmeenergie durch eine konventionelle Bremse vorgenommen und ansonsten eine weitgehend Nutzung der Bremsenergie zum Laden der Energiespeicher ermöglicht.
Weiterhin ist es denkbar, dass zur Erzeugung der für den Fahrbetrieb üblichen fahrdynamischen Einflussgrößen die Antriebsmomente der einzelnen elektrischen Antriebe jeweils einzeln, vorzugsweise auch unterschiedlich steuerbar sind. Für fahrdynamische Effekte, wie z. B. die Erzeugung von Giermomenten erhalten die elektrischen Motoren durch gezielte Ansteuerung unterschiedliche Antriebsmomente. Sonstige fahrdynamische Eingriffe in die Fahrzeugbewegung, wie ABS, ASR, ESP werden ebenfalls vorzugsweise über die Motorsteuerung umgesetzt. Damit lässt sich ein Fahrverhalten simulieren, das demjenigen konventionell angetriebener Kraftfahrzeuge weitestgehend entspricht.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Verbindungsbaugruppe als räumlich versteiftes Rahmentragwerk, vorzugsweise als kastenförmiger Rahmenträger, ausgebildet ist. Hierdurch ist zum einen das Gewicht der Verbindungsbaugruppe entsprechend gering bei gleichzeitig hoher Stabilität und Verwindungssteifigkeit, zum anderen bildet eine derartige Verbindungsbaugruppe eine genaue Basis für die Anbringung der Komponenten des Achsmoduls, die dadurch in ihrer räumlichen Zuordnung und auch hinsichtlich ihrer Funktion genau und reproduzierbar angeordnet werden können. Denkbar ist es aber auch, dass die Verbindungsbaugruppe als Blechkonstruktion ausgebildet wird, wodurch in der Serienfertigung entsprechende Kostenvorteile entstehen können.
Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung eine in Leichtbauweise ausgebildete Verbindungsbaugruppe Aufnahmebereiche für fahrwerkstechnische Komponenten und/oder Energiespeicher- und/oder Energieerzeugungseinrichtungen aufweisen, in die die Komponenten des Achsmoduls platzsparend integriert werden können.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, aufweisend mindestens einen Achsmodul gemäß Anspruch 1.
Bei einem derartigen Fahrzeug ist es möglich, dass der Achsmodul gegen andere gleichartige Achsmodule ohne wesentliche Umbaumaßnahmen an dem Fahrzeug ausgetauscht werden kann. Ebenfalls ist die Zugänglichkeit der Komponenten des Achsmoduls im Reparaturfall besonders einfach herstellbar, etwa indem der gesamte Achsmodul komplett ausgebaut wird.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Verbindungsbaugruppe einen integralen Bestandteil der Tragstruktur des Kraftfahrzeuges bildet. So kann die Tragstruktur des Chassis eines derartigen Kraftfahrzeuges etwa dadurch versteift werden, dass die Verbindungsbaugruppe eingebaut wird und zur Versteifung beiträgt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Achsmoduls zeigt die Zeichnung.
Es zeigen:
1 – eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Achsmoduls in einer räumlichen Darstellung,
2 – den Achsmodul gemäß 1 in einer Draufsicht von oben,
3 – den Achsmodul gemäß 1 in einer Vorderansicht von vorne,
4 – den Achsmodul gemäß 1 in einer Seitenansicht von rechts.
In der 1 ist eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Achsmoduls 14 in einer räumlichen Darstellung abgebildet, in der alle wesentlichen Baukomponenten des Achsmoduls 14 zumindest grundsätzlich zu erkennen und in einer beispielhaften Zuordnung zueinander zu erkennen sind. Hierbei ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Achsmoduls 14 nur beispielhaft abgebildet, weitere Gestalten sind im Rahmen der Offenbarung dieser Erfindung mit umfasst.
Den Kern des Achsmoduls 14 bildet eine Verbindungsbaugruppe 1, 13, bestehend aus einem im Wesentlichen kastenförmigen Rahmen 1 aus Profilrohren, die durch Versteifungsrohre 13 räumlich versteift sind. Es können auch andere Profile als dargestellt verwendet werden, auch sind hier z. B. räumliche Blechstrukturen zur Bildung der Verbindungsbaugruppe 1, 13 möglich. Eine derartige Verbindungsbaugruppe 1, 13 bildet eine stabile und genau zu fertigende Aufnahme für alle weiteren Komponenten des Achsmoduls 14, die im weiteren noch erläutert werden. Die Verbindungsbaugruppe 1, 13 wird in nicht weiter dargestellter Weise an einem Chassis eines Kraftfahrzeuges festgelegt, etwa über Dämpfungselemente mechanisch entkoppelt mit dem Chassis verbunden.
An den Stirnseiten der Verbindungsbaugruppe 1, 13 sind für jedes der beiden Räder 2 jeweils ein nur schematisch angedeuteter Elektromotor 3 an der Verbindungsbaugruppe 1, 13 drehfest angeflanscht. Ein derartiger Elektromotor 3, z. B. eine Gleichstrommotor oder auch eine sonstige Motor-Getriebe-Kombination, ist abtriebsseitig mit einer Gelenkwelle 5 verbunden, die sich bis zu einem Radflansch 6 erstreckt und die Drehbewegung auf den Radflansch 6 und über den Radflansch 6 auf das Rad 2 überträgt.
Zwischen Elektromotor 3 und Gelenkwelle 5 ist eine Bremsscheibe 9 geschaltet, die bei Vollbremsungen und im Stillstand auf die Drehung der Gelenkwelle 5 und damit des Rades 2 wirkt. Im normalen Fahrbetrieb wird diese Bremsscheibe 9 und der an der Verbindungsbaugruppe 1, 13 befestigte zugehörige Bremssattel 17 nicht betätigt, sondern eine Bremsung über die Bestromung des Elektromotors 3 realisiert, wodurch sich ein hoher Grad an Rückgewinnung der kinetischen Energie des Kraftfahrzeuges aus der Bremsenergie bewirken lässt.
Das über den Radflansch 6 und eine Montagekonsole 12 gelagerte Rad 2 wird in seiner grundsätzlich bekannten Beweglichkeit über die Radaufhängung 10 geführt und gegenüber der Verbindungsbaugruppe 1, 13 abgestützt, so dass das Rad 2 die grundsätzlich bekannten Bewegungen des Fahrbetriebes ausführen kann. Eine Lenkung erfolgt hierbei über eine Lenkstange 7, die innerhalb der Verbindungsbaugruppe 1, 13 zwischen den beiden Rädern 2 verläuft und ihre Längsverschiebung etwa durch einen nicht weiter dargestellten Elektroantrieb auf jedes der beiden Räder 2 überträgt. Stabilisiert wird das Rad 2 zusätzlich durch einen Stabilisator 16.
Die Federung und Dämpfung der Bewegung der Räder 2 im Fahrbetrieb wird ebenfalls über je ein an der Verbindungsbaugruppe 1, 13 festgelegtes Feder-/Dämpfer-Element 4 realisiert. Diese Feder-/Dämpfer-Elemente 4 sind dabei innerhalb des von dem Rahmen der Verbindungsbaugruppe 1, 13 umgrenzten Raumes derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung der Verbindungsbaugruppe 1, 13 ausgerichtet sind. Hierdurch können die Feder-/Dämpfer-Elemente 4 platzsparend innerhalb der Verbindungsbaugruppe 1, 13 untergebracht werden, zudem ist eine Befestigung ausschließlich an der Verbindungsbaugruppe 1, 13 möglich. Zur Übertragung der Bewegung des Rades 2 auf das zugehörige Feder-/Dämpfer-Element 4 ist an einer der Streben der Radaufhängung 10 ein abgekröpfter Hebel 8 angeordnet und mit einer Versteifung 11 festgelegt, der die Bewegungen des Rades 2 um etwa 90° und damit genau in Wirkrichtung des zugehörigen Feder-/Dämpfer-Elementes 4 umlenkt.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Achsmoduls 14 ist es möglich, alle Baugruppen und Funktionen des Achsmoduls 14 allein mit Hilfe der Verbindungsbaugruppe 1, 13 zu realisieren, so dass keinerlei mechanische Verbindungen des Achsmoduls 14 mit dem restlichen Kraftfahrzeug erforderlich sind. Die Ankopplung der elektrischen Versorgung des Achsmoduls 14 sowie der Steuerverbindungen etwa zur Lenkung und anderen Baugruppen erfolgt rein elektrisch, so dass lediglich entsprechende Kabelverbindungen erforderlich sind.
Hierdurch kann der gesamte Achsmodul 14 einfach ein- und ausgebaut werden, ebenfalls ist eine kompletter Austausch ohne wesentliche Eingriffe in die sonstige mechanische Struktur des Kraftfahrzeugs möglich. Der Achsmodul 14 kann dadurch einfach vormontiert und auch bei Reparaturen einfach zugänglich gemacht werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungsbaugruppe
2: Rad
3: Elektromotor
4: Feder-/Dämpfer-Element
5: Gelenkwelle
6: Radflansch
7: Lenkungsstange
8: Umlenkhebel
9: Bremsscheibe
10: Radaufhängung
11: Versteifung
12: Montagekonsole
13: Verstrebungen
14: Achsmodul
15: Antriebs-Radaufhängungseinheit
16: Stabilisator
17: Bremssattel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006014514 A1 [0007]
DE 4421425 C1 [0008]

Claims

Achsmodul (14) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend je eine elektrische Antriebs-Radaufhängungseinheit (15) zum Antrieb eines linken bzw. eines rechten Rades (2), wobei die Antriebs-Radaufhängungseinheiten (15) des Achsmoduls (14) mittels einer Verbindungsbaugruppe (1, 13) mechanisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die komplette Fahrwerkstechnik jeder Antriebs-Radaufhängungseinheit (15), insbesondere Radaufhängung (10), Feder-/Dämpferelement (4), Stabilisator (16), Elektromotoren (3), Getriebe, Bremse (9) oder Lenkung (7), an der Verbindungsbaugruppe (1, 13) des Achsmoduls (14) derart festgelegt oder innerhalb der Verbindungsbaugruppe (1, 13) derart angeordnet sind, dass das Achsmodul (14) in sich im Wesentlichen funktionsfähig bleibend von dem Rest des Kraftfahrzeugs trennbar ist.
Achsmodul (14) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle fahrwerkstechnischen Komponenten jeder Antriebs-Radaufhängungseinheit (15) des Achsmoduls (14) von dem Rest des Kraftfahrzeugs, insbesondere von dem Chassis entkoppelt sind.
Achsmodul (14) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbaugruppe (1, 13) des Achsmoduls (14) an definierten Punkten des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise über Dämpfungselemente entkoppelt, festgelegt ist.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung (10) des Achsmoduls (14) das Rad (2) gegenüber der Verbindungsbaugruppe (1, 13) beweglich lagert und führt.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen elektrischem Antrieb (3) und Rad (2) eine Gelenkwelle (5) angeordnet ist, die die Antriebsmomente und/oder Bremsmomente von dem ortsfest an der Verbindungsbaugruppe (1, 13) angeordneten elektrischen Antrieb (3) auf das Rad (2) überträgt.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feder-/Dämpfer-Element (4) jeder Antriebs-Radaufhängungseinheit (15) innenliegend innerhalb der Verbindungsbaugruppe (1, 13) angeordnet ist und sich an der Verbindungsbaugruppe (1, 13) abstützt.
Achsmodul (14) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feder-Dämpfer-Element (4) im wesentlichen parallel oder nur wenig geneigt zu der Achsrichtung der Antriebsachse des zugehörigen elektrischen Antriebs (3) angeordnet ist.
Achsmodul (14) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rad (2) und Feder-Dämpfer-Element (4) ein Umlenkhebel (8) derart angeordnet ist, dass er die abzufedernden Bewegungen des Rades (2) umlenkt in die Wirkrichtung des Feder-Dämpfer-Elementes (4) und das Feder-Dämpfer-Element (4) damit beaufschlagt.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Bremsscheibe (9), vorzugsweise innenliegend, auf der Antriebswelle jedes Elektromotors (3) eines Achsmoduls (14) angeordnet ist.
Achsmodul (14) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Bremsscheiben (9) gehörigen Bremssättel (17) derart an der Verbindungsbaugruppe (1, 13) angeordnet sind, dass das Bremsmoment an der Verbindungsbaugruppe (1, 13) abgestützt wird.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Fahrbetrieb üblichen fahrdynamischen Einflussgrößen und/oder Bremsvorgänge allein durch die Steuerung der Antriebsmotoren (3) steuerbar sind.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerung der Antriebsmotoren (3) bei den für den Fahrbetrieb üblichen Bremsvorgängen die Bremsenergie für die Ladung der elektrischen Energiespeicher weitgehend zurück gewinnbar ist.
Achsmodul (14) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Elektromotor (3) angeordnete Bremse (9) nur bei einer Vollbremsung oder im Stillstand des Kraftfahrzeugs zum Eingriff kommt.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der für den Fahrbetrieb üblichen fahrdynamischen Einflussgrößen die Antriebsmomente der einzelnen elektrischen Antriebe (3) jeweils einzeln, vorzugsweise auch unterschiedlich steuerbar sind.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbaugruppe (1, 13) als räumlich versteiftes Rahmentragwerk, vorzugsweise als kastenförmiger Rahmenträger, ausgebildet ist.
Achsmodul (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbaugruppe (1, 13) Aufnahmebereiche für fahrwerkstechnische Komponenten und/oder Energiespeicher- und/oder Energieerzeugungseinrichtungen aufweist.
Kraftfahrzeug, aufweisend mindestens einen Achsmodul (14) gemäß Anspruch 1.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsmodul (14) gegen andere gleichartige Achsmodule (14) ohne wesentliche Umbaumaßnahmen an dem Fahrzeug austauschbar ist.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbaugruppe (1, 13) einen integralen Bestandteil der Tragstruktur des Kraftfahrzeuges bildet.