DE102011005621A1 - Drive device for driving a wheel of a suspension strut axle for an electrically driven vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird Antriebsvorrichtung (1) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine (3) und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine (3) geschaltetes Getriebe (4, 5), bei der dass das Gehäuse (10) der elektrischen Maschine (12) oder das Gehäuse (11) des Getriebes (4, 5) direkt mit dem Radträger (8) der Fahrzeugachse verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger (8) integriert oder mit dem Radträger (8) einstückig ausgeführt sind.The invention relates to a drive device (1) for driving a wheel (2) of a suspension strut axle for an electrically drivable vehicle, comprising an electrical machine (3) and a transmission (4, 5) connected on the output side of the electrical machine (3) when viewed in the direction of the flow of force during train operation. , in which the housing (10) of the electrical machine (12) or the housing (11) of the transmission (4, 5) is screwed directly to the wheel carrier (8) of the vehicle axle, integrated as a multi-part welding component in the wheel carrier (8) or are made in one piece with the wheel carrier (8).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a drive device for driving a wheel of a suspension strut axle for an electrically driven vehicle according to the preamble of
In der Regel entspricht die Anordnung des Antriebsstrangs bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen der Anordnung des Antriebsstrangs bei Fahrzeugen, welche einen Zentralantrieb, umfassend einen Verbrennungsmotor, aufweisen. Hierbei wird eine Antriebsvorrichtung, umfassend eine elektrische Maschine, ein Getriebe und ein Differenzial karosseriefest in der Fahrzeugmitte zwischen den Vorder- oder Hinterrädern angeordnet; das Abtriebsmoment wird wie bei konventionellen Zentralantrieben über Seitenwellen auf die angetriebenen Räder übertragen. Bei einer derartigen Anordnung des Antriebsstrangs bleibt das Fahrwerkkonzept weitestgehend erhalten, wobei lediglich Modifikationen der Aggregatelagerung und des Hilfsrahmens erforderlich sind.In general, the arrangement of the drive train in electrically driven vehicles corresponds to the arrangement of the drive train in vehicles having a central drive, comprising an internal combustion engine. Here, a drive device comprising an electric machine, a transmission and a differential is fixed to the body in the center of the vehicle between the front or rear wheels arranged; The output torque is transmitted via side shafts to the driven wheels as in conventional central drives. In such an arrangement of the drive train, the suspension concept remains largely intact, with only modifications of the unit mounting and the subframe are required.
Bei elektrisch angetriebenen bzw. antreibbaren Fahrzeugen, umfassend einen Zentralantrieb stellt die Batterieunterbringung einen erheblichen Eingriff in die Fahrzeugstruktur dar. Hierbei ist bekannt, die Batterie in den Unterboden, beispielsweise unter der Rücksitzbank oder im Bereich, der bei Zentralantrieben mit einem Verbrennungsmotor vom Getriebetunnel eingenommen wurde, zu integrieren.In electrically driven or driven vehicles, comprising a central drive, the battery housing represents a significant intervention in the vehicle structure. It is known, the battery in the subsoil, for example, under the rear seat or in the area was taken in central drives with an internal combustion engine from the transmission tunnel , to integrate.
Auch sind im Stand der Technik radnahe elektrische Antriebe bekannt, wobei unter radnahen elektrischen Antrieben im Weiteren Antriebe verstanden werden, welche pro Antriebsrad des Fahrzeugs ein oder mehrere Elektromotoren vorsehen. So sind Fahrzeuge mit zwei oder mehreren Antriebsrädern bekannt, die eine entsprechende Anzahl an Antrieben, also zwei oder mehrere aufweisen. Dabei kann jeweils ein Elektromotor auf genau ein Antriebsrad wirken.Radnahe electrical drives are also known in the prior art, being understood by near-wheel electrical drives hereinafter drives, which provide one or more electric motors per drive wheel of the vehicle. Thus, vehicles with two or more drive wheels are known, which have a corresponding number of drives, so two or more. In each case, an electric motor can act on exactly one drive wheel.
Unter radnahen Antrieben können aber auch Antriebe verstanden werden, die einen lenkerfesten oder einen radfesten Antrieb aufweisen.Under close to the wheel drives but also drives can be understood that have a handlebar fixed or a wheel-fixed drive.
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik radnahe elektrische Antriebe zum Antreiben eines Rades einer angetriebenen Achse für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die in das Fahrwerk des Fahrzeugs integriert sind, wobei in Anhängigkeit von der Anzahl der angetriebenen Fahrzeugachsen beispielsweise zwei oder vier elektrische Antriebe vorgesehen sind.Furthermore, known from the prior art radnahe electric drives for driving a wheel of a driven axle for electrically driven vehicles, which are integrated into the chassis of the vehicle, wherein, depending on the number of driven vehicle axles, for example, two or four electric drives are provided ,
Hierbei können die elektrischen Antriebe radträgerfest angeordnet sein; in diesem Fall federt der elektrische Antrieb unmittelbar mit dem jeweiligen Rad mit und die ungefederte Masse wird durch den Antrieb direkt beeinflusst.Here, the electric drives can be arranged Radträgerfest; In this case, the electric drive springs directly with the respective wheel and the unsprung mass is directly influenced by the drive.
Eine weitere Möglichkeit der Anordnung der radnahen elektrischen Antriebe besteht darin, diese aufbaufest anzuordnen. Hierbei rücken die elektrischen Antriebe aus der Fahrzeugmitte heraus hin zu den Rädern. Dabei können die Antriebe am Aufbau befestigt sein, womit eine Beeinflussung der ungefederten Masse verhindert wird.Another way of arranging the near-wheel electrical drives is to arrange this construction test. Here, the electric drives move out of the vehicle center out towards the wheels. In this case, the drives can be attached to the structure, whereby an influence on the unsprung mass is prevented.
Ferner können die elektrischen Antriebe lenkerfest angeordnet sein, wobei sie in diesem Fall an den Fahrwerkslenkern, beispielsweise am Verbundlenker befestigt sind. Durch diese Konzeption wird die ungefederte Masse reduziert, indem die elektrischen Antriebe nahe am aufbaufesten Lenkeranbindungspunkt angeordnet werden.Further, the electric drives can be arranged handlebar fixed, in which case they are attached to the suspension arms, for example, the composite beam. This design reduces the unsprung mass by locating the electric drives close to the most advanced linkage point.
Aus der
Radnahe Antriebe können bei Fahrzeugen mit Allrad-, Front-, oder Heckantrieb vorgesehen sein, wobei die Achstypen der angetriebenen Fahrzeugachsen konventionelle Achstypen, wie z. B. Federbein- oder Doppel querlenkerachstypen sein können. Ferner können radnahe Antriebe in radintegrierte Fahrwerke integriert sein.Radnahe drives may be provided in vehicles with all-wheel, front or rear wheel drive, the axle types of the driven vehicle axles conventional axle types, such. B. strut or double wishbone axles can be. Furthermore, wheel-near drives can be integrated into wheel-integrated running gears.
Des Weiteren können die radnahen elektrischen Antriebe zum Antreiben eines Rades einer Achse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug ein Getriebe aufweisen.Furthermore, the wheel-near electric drives for driving a wheel of an axle for an electrically driven vehicle may have a transmission.
Aus der
In vorteilhafter Weise resultiert die Verwendung von radnahen elektrischen Antrieben zum Antreiben eines Rades einer angetriebenen Achse beim Fahrzeugaufbau in einer hohen Flexibilität, da sich durch den Entfall des zentralen Antriebs in der Fahrzeugmitte neue Freiheitsgrade bei der Fahrzeuggestaltung, insbesondere bei der Gestaltung des Fahrzeuginnenraums, der Batterieunterbringung und der Crash-Sicherheit ergeben.Advantageously, the use of radnahen electrical drives for driving a wheel of a driven axle results in the vehicle body in a high flexibility, since the elimination of the central drive in the vehicle center new degrees of freedom in the vehicle design, especially in the design of the vehicle interior, the battery housing and crash safety.
Zudem können durch radnahe elektrische Antriebe radindividuelle Antriebsmomente erzeugt werden, wodurch Funktionen wie Torque Vectoring, ESP, ABS, ASR etc. auf einfache Weise realisiert werden können. Durch die schnelle und genauere Regelbarkeit von elektrischen Antrieben können diese Funktionen im Vergleich zu herkömmlichen bremsenbasierten Regelsystemen optimiert werden.In addition, wheel-specific electric drives can generate wheel-specific drive torques, as a result of which functions such as torque vectoring, ESP, ABS, ASR, etc. can be easily implemented. The fast and more accurate controllability of electric drives enables these functions to be optimized compared to conventional brake-based control systems.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug anzugeben.The present invention has for its object to provide a drive device for driving a wheel of a strut axis for an electrically driven vehicle.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is solved by the features of
Demnach wird eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltetes Getriebe, wobei das Gehäuse der elektrischen Maschine oder das Gehäuse des Getriebes direkt mit dem Radträger der Federbeinachse verbunden, vorzugsweise verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger integriert oder mit dem Radträger einstückig ausgeführt sind. Im Rahmen einer Weiterbildung können die elektrische Maschine und das Getriebe ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.Accordingly, a drive device for driving a wheel of a shock absorber axle for an electrically driven vehicle is proposed, comprising an electric machine and a viewed in the direction of force flow in the train operation on the output side of the electric machine switched gear, the housing of the electric machine or the housing of the transmission directly to the wheel connected to the strut axis, preferably screwed, integrated as a multi-part welding component in the wheel or executed in one piece with the wheel. As part of a development, the electric machine and the transmission may have a common housing.
Die Antriebsvorrichtung kann koaxial zur Radachse angeordnet sein. Zudem kann das Gehäuse der elektrischen Maschine oder das Gehäuse des Getriebes als vorgefertigte Einheit axial in den Radträger eingefügt werden, der in diesem Fall als Gesamtgehäuse dient. Dazu können zwei Lagerschilde der elektrischen Maschine gemeinsam mit einem axial verpressten Statorblechpaket als Hilfsgehäuse dienen.The drive device can be arranged coaxially to the wheel axle. In addition, the housing of the electric machine or the housing of the transmission can be inserted as a prefabricated unit axially in the wheel carrier, which serves in this case as an overall housing. For this purpose, two end shields of the electric machine together with an axially compressed laminated stator core can serve as an auxiliary housing.
Auch kann ein Drehzahl- und/oder Winkelsensor an der Motorwelle der elektrischen Maschine angeordnet sein, um die Drehzahl und/oder den Winkel der Motorwelle zu erfassen.Also, a speed and / or angle sensor may be disposed on the motor shaft of the electric machine to detect the rotational speed and / or the angle of the motor shaft.
Vorzugsweise ist die Anordnung der elektrischen Maschine und des Getriebes derart, dass in der überwiegenden Betriebslage des Fahrzeugs der Schmierstoff selbsttätig unter Einwirkung der Schwerkraft aus der elektrischen Maschine in den Ölsumpf im Getrieberaum zurückfließt, wobei zu diesem Zweck das Gehäuse der elektrischen Maschine derart ausgestaltet ist, dass eine ausreichende Schmierung der Lager der Rotorwelle gewährleistet ist. Dies resultiert in dem Vorteil, dass die Notwendigkeit des Vorsehens berührender oder nicht berührender Dichtungen, insbesondere bei schnelldrehenden Wellen der Antriebsvorrichtung entfällt, wodurch Wärmeentwicklung und Verlustleistungen reduziert werden.Preferably, the arrangement of the electric machine and the transmission is such that in the predominant operating position of the vehicle, the lubricant automatically flows back under the action of gravity from the electric machine in the oil sump in the gear compartment, for which purpose the housing of the electric machine is designed such that a sufficient lubrication of the bearings of the rotor shaft is ensured. This results in the advantage of eliminating the need to provide contacting or non-contacting seals, particularly with high speed shafts of the drive device, thereby reducing heat buildup and power losses.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung sind die Anbindung des dem Rad zugeordneten Bremssattels und/oder Dämpfers und/oder der Feder der Federbeinachse in ein Gehäuse der Antriebsvorrichtung integriert, wobei die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung am Radträger darstellen können.In a further development of the invention, the connection of the wheel associated caliper and / or damper and / or spring of the strut axis are integrated into a housing of the drive device, wherein the connecting screws for fixing the caliper can simultaneously represent housing screws for mounting the drive device on the wheel ,
Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erzielt und es entfällt die Notwendigkeit separater Bauteile, was in einer Reduzierung der Kosten resultiert.In this way, a compact design is achieved and eliminates the need for separate components, resulting in a reduction in costs.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine hochdrehend ausgeführt, wobei das Getriebe eine hohe Übersetzung aufweist, so dass sich ein hohes Leistungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg) der Antriebsvorrichtung und eine kleine Dimensionierung der elektrischen Maschine ergeben.Preferably, the electric machine is high-revving, wherein the transmission has a high gear ratio, resulting in a high power / weight ratio (kW / kg) of the drive device and a small size of the electric machine.
Unter einer Übersetzung wird hier das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle des Getriebes zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes verstanden. Unter einer hohen Übersetzung wird dabei ein Verhältnis größer 1:10, bevorzugt 1:10 bis 1:20, besonders bevorzugt 1:14 bis 1:18, insbesondere 1:16 verstanden.A translation is understood here as the ratio of the rotational speed of the output shaft of the transmission to the rotational speed of the drive shaft of the transmission. A high ratio is understood to mean a ratio greater than 1:10, preferably 1:10 to 1:20, particularly preferably 1:14 to 1:18, in particular 1:16.
Unter einer hochdrehenden Maschine wird eine Maschine verstanden, die eine maximale Rotorgeschwindigkeit von mehr als 15000 Umdrehungen/Minute bevorzugt zwischen 19000 und 25000 Umdrehungen pro Minute aufweist.A high-speed machine is understood to mean a machine which has a maximum rotor speed of more than 15,000 revolutions / minute, preferably between 19,000 and 25,000 revolutions per minute.
Vorzugsweise umfasst das abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltete Getriebe zwei in Reihe geschaltete Planetengetriebe.The gearbox connected on the output side of the electric machine preferably comprises two planetary gearboxes connected in series.
Durch die zwei Planetengetriebe wird eine große Übersetzung ermöglicht, wobei dadurch die Abmessungen sowie das Gewicht der elektrischen Maschine gering gehalten werden können; beispielsweise kann die durch die zwei Planetengetriebe erzielbare Übersetzung, also das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes zur Abtriebswelle des Getriebes, einen Wert annehmen, der zwischen 10 und 30 ist, wobei die Aufteilung der erzielbaren Übersetzung auf die Planetengetriebe symmetrisch oder asymmetrisch erfolgt.Due to the two planetary gear a large translation is possible, thereby the dimensions and the weight of the electric machine can be kept low; For example, the achievable by the two planetary gear ratio, so the ratio of the rotational speed of the drive shaft of the transmission to the output shaft of the transmission, assume a value which is between 10 and 30, wherein the division of the achievable gear ratio is symmetrical or asymmetrical on the planetary gear.
In vorteilhafter Weise ergibt die Kombination eines niedrigen Antriebsmomentes mit einer hohen Drehzahlausnutzung in Summe in Verbindung mit den zwei Planetengetrieben der Antriebsvorrichtung ein hohes Leistungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg). Die elektrische Maschine kann dadurch klein dimensioniert sein, was die Integration der elektrischen Maschine in den Radträger ermöglicht bzw. vereinfacht.Advantageously, the combination of a low drive torque with a high speed utilization in combination with the two planetary gears of the drive device results in a high power / weight ratio (kW / kg). The electrical machine can thereby be dimensioned small, which allows or simplifies the integration of the electric machine in the wheel carrier.
Auch kann die Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels der Scheibenbremse gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung am Radträger (
Das in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltete Getriebe kann ferner auch als Planetengetriebe, Stirnradgetriebe oder als Kombination eines Planetengetriebes mit einem Stirnradgetriebe oder mit einem Kegelradgetriebe ausgeführt sein.The considered in the power flow direction in the train operation on the drive side of the electric machine connected transmission can also be designed as a planetary gear, spur gear or as a combination of a planetary gear with a spur gear or with a bevel gear.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert, wobei für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures, wherein the same reference numerals are used for the same components. Show it:
Bezugnehmend auf
Wie aus
Hierbei ist der Rotor der vorzugsweise als Innenläufer ausgeführten elektrischen Maschine
Des Weiteren sind das Hohlrad
Durch die Ausgestaltung eines Hohlrades als in ein zylindrisches Gehäuse einpressbarer Hohlradring kann in Abhängigkeit der Belastung der Werkstoff gewählt werden, wobei dies in einer Reduzierung des Gewichts resultieren kann.Due to the configuration of a ring gear as einpressbarer in a cylindrical housing Hohlradring can be selected depending on the load of the material, and this can result in a reduction in weight.
Im Rahmen einer Weiterbildung kann der Rotor der elektrischen Maschine
Die Verzahnungen der Planetengetriebe
Hierbei ist der Schrägungswinkel des Sonnenrades
Die Lagerung der Welle
Ferner wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mindestens eine Lagerseite der mit dem Steg
Die Verbindung der mit dem Steg
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine
Das Gehäuse
Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erzielt und es entfällt die Notwendigkeit separater Bauteile, was in einer Reduzierung der Kosten resultiert.In this way, a compact design is achieved and eliminates the need for separate components, resulting in a reduction in costs.
Im Rahmen einer nichtdargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Maschine
Hierbei ist an dem der elektrischen Maschine abgewandten Ende der Antriebsvorrichtung
Durch die Vertauschung der Anordnung der elektrischen Maschine
Die elektrische Maschine der Antriebsvorrichtung kann als Asynchronmaschine, als fremderregt- oder permanentmagnet-erregte Synchronmaschine oder als Querfeldmaschine ausgeführt werden, was eine hohe Flexibilität bietet.The electric machine of the drive device can be designed as an asynchronous machine, as a third-excited or permanent magnet-excited synchronous machine or as a cross-field machine, which offers a high degree of flexibility.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann bei einer geringen ungefederten Masse und hohem Leistungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg) eine sehr kompakte Bauweise der Antriebsvorrichtung realisiert werden. Due to the design according to the invention, a very compact design of the drive device can be realized with a low unsprung mass and high power / weight ratio (kW / kg).
Des Weiteren weist die Antriebsvorrichtung eine geringe Lageranzahl und eine gute Zugänglichkeit auf, wobei sie mit geringer Modifikation einer bestehenden Fahrzeugachse in die Achse integriert werden kann.Furthermore, the drive device has a low number of bearings and good accessibility, and it can be integrated into the axle with little modification of an existing vehicle axle.
Ferner kann die Bremsvorrichtung der Räder als Scheibenbremse oder Trommelbremse ausgeführt sein; die Antriebsvorrichtung kann luftgekühlt oder fluidgekühlt ausgeführt sein, wobei die elektrische Maschine, das Getriebe und die Leistungselektronik eine gemeinsame Kühlung aufweisen können. Die Leistungselektronik kann zudem radträgerfest angeordnet sein.Further, the braking device of the wheels may be designed as a disc brake or drum brake; The drive device may be air-cooled or fluid-cooled, wherein the electric machine, the transmission and the power electronics may have a common cooling. The power electronics can also be arranged Radträgerfest.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 22
- Radwheel
- 33
- elektrische Maschineelectric machine
- 44
- erstes Planetengetriebefirst planetary gear
- 55
- zweites Planetengetriebesecond planetary gear
- 66
- Dämpferdamper
- 77
- Radträgerwheel carrier
- 88th
- Radachsewheel axle
- 99
-
Gehäuse der elektrischen Maschine
3 Housing of theelectric machine 3 - 1010
-
Gehäuse der Planetengetriebe
4 ,5 Housing of theplanetary gear 4 .5 - 1111
- Wellewave
- 1212
-
Sonnenrad des ersten Planetengetriebes
4 Sun gear of the firstplanetary gear 4 - 1313
-
Steg des ersten Planetengetriebes
4 Bridge of the firstplanetary gear 4 - 1414
- Wellewave
- 1515
-
Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes
5 Sun gear of the secondplanetary gear 5 - 1616
-
Steg des zweiten Planetengetriebes
5 Bridge of the secondplanetary gear 5 - 1717
- Wellewave
- 1818
-
Hohlrad des ersten Planetengetriebes
4 Ring gear of the firstplanetary gear 4 - 1919
-
Hohlrad des zweiten Planetengetriebes
5 Ring gear of the secondplanetary gear 5 - 2020
-
Rotor der elektrischen Maschine
3 Rotor of theelectric machine 3 - 2121
-
Stator der elektrischen Maschine
3 Stator of theelectric machine 3 - 2222
- Querlenkerwishbone
- 2323
- Stabilisatorstabilizer
- 2424
- Spurstangetie rod
- 2525
- Scheibenbremsedisc brake
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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