DE102013205127B4 - Motor vehicle axle with electric motor close to the wheel - Google Patents

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Abstract

Kraftfahrzeugachse (1) umfassend einen Verbundlenker (7), mindestens eine Fahrwerkfeder (4) und mindestens eine Antriebseinheit zum Antrieb mindestens eines Antriebsrades (2), wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) an mindestens zwei Lagerpunkten gelagert ist, wobei ein erster Lagerpunkte zwischen zwei Federabschnitten (4a, 4b) der Fahrwerkfeder (4) angeordnet ist und ein zweiter Lagerpunkt an dem Verbundlenker (7) drehbar gelagert angeordnet ist, wobei dort ein Stützarm (5b) abgestützt ist, welcher eine gelenkige Stützarmverbindung (8) aufweist, die fest mit dem Gehäuse des Elektromotors (5) verbunden ist.Motor vehicle axle (1) comprising a torsion arm (7), at least one chassis spring (4) and at least one drive unit for driving at least one drive wheel (2), the drive unit comprising an electric motor (5), characterized in that the electric motor (5) at least two bearing points are mounted, with a first bearing point being arranged between two spring sections (4a, 4b) of the chassis spring (4) and a second bearing point being arranged rotatably mounted on the twist link (7), with a support arm (5b) being supported there, which has an articulated support arm connection (8) which is firmly connected to the housing of the electric motor (5).

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugachse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit einem radnah angeordneten und teilweise gefederten Elektromotor.The present invention relates to a motor vehicle axle according to the preamble of patent claim 1 with a partially spring-loaded electric motor arranged near the wheel.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Aus der DE 10 2009 002 440 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, dessen Hinterräder jeweils einem Elektromotor zugeordnet sind, der mit dem zugehörigen Antriebsrad jeweils über eine Gelenkwelle verbunden ist. Beide Elektromotoren sind dabei jeweils derart gelagert, dass diese im Rahmen des Ein- und Ausfederns des jeweiligen Rades um eine in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Kippachse kippbar sind.From the DE 10 2009 002 440 A1 a motor vehicle is known, the rear wheels of which are each assigned to an electric motor which is connected to the associated drive wheel via a cardan shaft. Both electric motors are each mounted in such a way that they can be tilted about a tilting axis aligned in the longitudinal direction of the vehicle as part of the compression and rebound of the respective wheel.

Die DE 10 2010 023 985 A1 zeigt eine Radaufhängung für ein mit einem Elektromotor betriebenes Rad, wobei der der Elektromotor bevorzugt in den Querlenker eingebaut ist.the DE 10 2010 023 985 A1 shows a wheel suspension for a wheel operated with an electric motor, the electric motor preferably being installed in the wishbone.

Die DE 10 2010 049 615 A1 offenbart ein ähnliches Konzept. Hier ist eine Einzelradantriebsvorrichtung so ausgeführt, dass der für den Antrieb benötigte Elektromotor mittelbar über ein Wellengelenk mit einem Rad koppelbar ist. Dabei liegt der Elektromotor außerhalb des Rades.the DE 10 2010 049 615 A1 reveals a similar concept. Here, a single-wheel drive device is designed in such a way that the electric motor required for the drive can be coupled indirectly to a wheel via a universal joint. The electric motor is outside the wheel.

Aus der DE 10 2007 039 058 A1 ist eine Fahrzeugachse mit Quer- oder Mehrlenker-Radaufhängung bekannt, welche einen Elektromotor als Teil der Radaufhängung vorsieht.From the DE 10 2007 039 058 A1 a vehicle axle with wishbone or multi-link wheel suspension is known, which provides an electric motor as part of the wheel suspension.

Die WO 2004/101304 A1 offenbart ebenfalls einen elektromechanischen Einzelradantrieb, bei dem der Elektromotor außerhalb des Rades platziert ist.the WO 2004/101304 A1 also discloses an electromechanical independent wheel drive in which the electric motor is placed outside the wheel.

Aus der DE 11 2005 001 204 T5 ist eine am Rad angeordnete Radstützvorrichtung bekannt, welche die Vibration des Rades und des Motors ausgleicht.From the DE 11 2005 001 204 T5 there is known an on-wheel wheel support device which balances the vibration of the wheel and the engine.

Aus der US 2009/0133944 A1 , US 7 712 561 B2 und US 2005/0056471 A1 sind weitere Einzelradantriebseinrichtungen bekannt, welche eine Kompilation aus Elektromotor und Getriebe aufweisen.From the U.S. 2009/0133944 A1 , U.S. 7,712,561 B2 and US 2005/0056471 A1 other single-wheel drive devices are known which have a compilation of an electric motor and a transmission.

Aus der DE 10 2012 213 864 A1 ist ein Verbundlenker mit elektromechanischer Einzelradantriebseinrichtung bekannt. Dabei lagert der Elektromotor zwischen einem Federpaket und einem Motoraufhängungsgelenk im Rad.From the DE 10 2012 213 864 A1 a torsion beam with an electromechanical single-wheel drive device is known. The electric motor is mounted between a set of springs and an engine mounting joint in the wheel.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugachse mit einer elektromechanischen Einzelradantriebseinrichtung zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau und eine vorteilhafte Radführungscharakteristik auszeichnet. Dabei soll die ungefederte Masse möglichst gering gehalten werden.The object of the invention is to create a motor vehicle axle with an electromechanical single-wheel drive device that is characterized by a compact structure and advantageous wheel-guidance characteristics. The unsprung mass should be kept as low as possible.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.The object is achieved according to the invention by the independent claim. The dependent claims are directed to advantageous developments.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, einen elektromechanischen Einzelradantrieb für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem ein Teil des Gewichtes einer Antriebseinheit, nämlich das eines Elektromotors, in einer Radfederung, vorzugsweise in deren Mitte, abgestützt wird. Dadurch ergibt sich bei einem Einzelradantrieb gegenüber herkömmlichen Konzepten eine Verringerung der ungefederten Masse. Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich insbesondere dafür, einen fahrdynamisch vorteilhaften elektrischen Einzelradantrieb für ein Kraftfahrzeug in Verbindung mit einer darin verbauten Verbundlenker-Hinterachse zu schaffen.This advantageously makes it possible to create an electromechanical single-wheel drive for a motor vehicle, in which part of the weight of a drive unit, namely that of an electric motor, is supported in a wheel suspension, preferably in the middle thereof. This results in a reduction in the unsprung mass in a single-wheel drive compared to conventional concepts. The concept according to the invention is particularly suitable for creating an electric single-wheel drive that is advantageous in terms of driving dynamics for a motor vehicle in conjunction with a twist-beam rear axle installed therein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einzelradantriebseinrichtung derart gestaltet, dass der Elektromotor an zwei Lagerpunkten abgestützt wird. Ein Lagerpunkt liegt dabei zwischen den beiden Abschnitten einer zweigeteilten Fahrwerkfeder, die die Karosserie gegenüber dem Verbundlenker abfedert. Dort wird zwischen den beiden Federabschnitten eine Stützpfanne angeordnet, die fest mit dem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist. Ein zweiter Lagerpunkt befindet sich in Gestalt einer drehbaren Lagerung auf der Verbundlenkerachse. Dort wird ein Stützarm abgestützt, der fest mit dem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist.According to a preferred embodiment of the invention, the single-wheel drive device is designed in such a way that the electric motor is supported at two bearing points. One bearing point lies between the two sections of a two-part chassis spring that cushions the body in relation to the torsion beam. There, a support socket is arranged between the two spring sections, which is firmly connected to the housing of the electric motor. A second bearing point is in the form of a rotatable bearing on the torsion beam axle. There, a support arm is supported, which is firmly connected to the housing of the electric motor.

Beim Einfedern bewegt sich daher die mit dem Elektromotor verbundene Stützpfanne relativ zum übrigen Fahrzeug in der Achsrichtung der Fahrwerkfeder. Der Elektromotor selbst bewegt sich somit auf einer Kreisbahn, deren Radius durch die Länge des Stützarms bestimmt wird. Es kann vorteilhaft sein, den Radius der Kreisbahn möglichst groß zu wählen. Das Einfedern der Stützpfanne und damit die Länge der Kreisbahn hängt dabei von dem Verhältnis der Steifigkeiten der beiden Fahrwerkfederabschnitte abhängt. Falls diese Federabschnitte identische Geometrie und Steifigkeit aufweisen, bewegt sich dementsprechend die mit der Fahrwerksfeder verbundene Stützpfanne des Elektromotors um den halben Federweg im Vergleich zum zugeordneten Antriebsrad. Vorzugsweise weisen beide Federabschnitte im wesentlichen gleiche Federkonstanten auf.During compression, the support socket connected to the electric motor therefore moves relative to the rest of the vehicle in the axial direction of the chassis spring. The electric motor itself thus moves on a circular path whose radius is determined by the length of the support arm. It can be advantageous to choose the radius of the circular path as large as possible. The deflection of the support socket and thus the length of the circular path depends on the ratio of the rigidities of the two chassis spring sections. If these spring sections have identical geometry and stiffness, the electromobile's support pan, which is connected to the chassis spring, moves accordingly tors by half the spring deflection compared to the assigned drive wheel. Both spring sections preferably have essentially the same spring constants.

Damit umfasst die ungefederte Masse die Masse des Rades, gegebenenfalls samt der Masse des darin integrierten Getriebes, sowie einen Anteil der Masse des Elektromotors. Dieser Anteil hängt von der Federbewegung des Motors relativ zum Rad und von der Länge des Stützarms ab und bewegt sich zwischen 0 und 100 Prozent.The unsprung mass thus includes the mass of the wheel, possibly together with the mass of the gearbox integrated therein, and a portion of the mass of the electric motor. This proportion depends on the spring movement of the motor relative to the wheel and the length of the support arm and ranges from 0 to 100 percent.

Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Elektromotor so zu führen, dass dessen vertikale Verlagerung im wesentlichen weniger als dem halben vertikalen Radverlagerungsweg entspricht.This advantageously makes it possible to guide the electric motor in such a way that its vertical displacement essentially corresponds to less than half the vertical wheel displacement path.

Der Verbundlenker selbst kann herkömmliche Bauart mit geringfügigen Modifikationen aufweisen. Insbesondere die Anbindungspunkte des Verbundlenkers zum Fahrzeug-Chassis werden durch die erfindungsgemäße Bauart nicht verändert.The torsion beam itself may be of conventional design with minor modifications. In particular, the connection points of the torsion beam to the vehicle chassis are not changed by the design according to the invention.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit ein dem Elektromotor zugeordnetes Getriebe. Dieses ist vorzugsweise im Antriebsrad angeordnet. Die Radlagerung ist vorzugsweise im Getriebe angeordnet.In a further embodiment, the drive unit comprises a gear mechanism assigned to the electric motor. This is preferably arranged in the drive wheel. The wheel bearing is preferably arranged in the transmission.

Zwischen dem Elektromotor und dem im Antriebsrad integrierten Getriebe ist eine Gelenkwelle angebracht. Diese überträgt die Leistung des Elektromotors auf das Getriebe und gleicht den Achsversatz zwischen der Antriebsradachse und der Motorachse aus. Dabei dreht die Gelenkwelle mit hoher Drehzahl, so dass eine hohe Drehzahl des Elektromotors von beispielsweise mindestens 14000 1/min verwendet werden. Somit kann in der erfindungsgemäßen Anordnung - verglichen mit einem langsamer drehenden Elektromotor - ein Elektromotor verwendet werden, der bei gleicher Leistung deutlich leichter ausgebildet ist.A cardan shaft is fitted between the electric motor and the gearbox integrated in the drive wheel. This transmits the power of the electric motor to the transmission and compensates for the axial offset between the drive wheel axle and the motor axle. The articulated shaft rotates at high speed, so that a high speed of the electric motor, for example at least 14000 rpm, can be used. Thus, in the arrangement according to the invention--compared to a slower-rotating electric motor--an electric motor can be used that is designed to be significantly lighter for the same power.

Das Getriebegehäuse ist unabhängig von Fahrwerkteilen ausgebildet und lediglich angeflanscht. Daher kommt es bei den möglicherweise beim Einfedervorgang minimal auftretenden Verformungen des Verbundlenkers nicht zu einer Verformung des Getriebes und einer damit verbundenen Geräuschentwicklung.The gearbox housing is designed independently of chassis parts and is only flanged on. Therefore, the minimal deformation of the torsion beam that may occur during the compression process does not result in a deformation of the transmission and the associated noise.

Die zur schwenkbaren Anbindung des Elektromotors an den Verbundlenker vorgesehenen Gelenkeinrichtungen sind vorzugsweise als Elastomergelenke ausgeführt, die während einer Schwenkbewegung eine gewisse Veränderung der Ausrichtung der jeweiligen Schwenkachse erlauben und statische Überbestimmungen kompensieren. Die Motorschwenkachse und die Verbundlenkerachse verlaufen vorzugsweise im wesentlichen parallel, d.h. zumindest derart parallel, dass entsprechende Fluchtungsabweichungen über die Gelenkbuchsen kompensiert werden können.The joint devices provided for the pivotable connection of the electric motor to the torsion beam are preferably designed as elastomer joints, which allow a certain change in the orientation of the respective pivot axis during a pivoting movement and compensate for static overdeterminations. The engine pivot axis and the twist-beam axis preferably run essentially parallel, i.e. at least parallel in such a way that corresponding misalignments can be compensated for via the joint bushings.

Als Motorkühlung ist eine Luftkühlung vorteilhaft. Dies reduziert den Aufwand des Kühlsystems, so dass die notwendige Größe des Fahrzeugkühlers klein gehalten werden kann.Air cooling is advantageous as engine cooling. This reduces the complexity of the cooling system so that the required size of the vehicle cooler can be kept small.

Figurenlistecharacter list

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung der Anordnung des Elektromotors und dessen Abstützung an der Fahrwerksfeder und an dem Verbundlenker in einer Seitenansicht des Rades in Richtung der Radachse,
  • 2 eine schematische Darstellung der Anordnung aus 1a in einer Draufsicht ,
  • 3 eine schematische Darstellung der Anordnung des Elektromotors und dessen Abstützung an der Fahrwerksfeder und an dem Verbundlenker in einer Seitenansicht des Rades in Fahrtrichtung
Further details and features of the invention result from the following description in conjunction with the drawing, the invention not being limited to these exemplary embodiments. Show it
  • 1 a schematic representation of the arrangement of the electric motor and its support on the chassis spring and on the torsion beam in a side view of the wheel in the direction of the wheel axle,
  • 2 a schematic representation of the arrangement 1a in a top view,
  • 3 a schematic representation of the arrangement of the electric motor and its support on the chassis spring and on the torsion beam in a side view of the wheel in the direction of travel

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In 1 ist schematisch die Anordnung des Elektromotors 5 in Bezug auf die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugachse 1 gezeigt. Dargestellt ist eine Seitenansicht des Antriebsrades 2 sowie der radseitige Abschnitt des Verbundlenkers 7, die Fahrwerkfeder 4 und der Elektromotor 5. Die Fahrwerkfeder ist in zwei Federabschnitte 4a und 4b unterteilt, zwischen denen sich ein erster Lagerpunkt 4c befindet, in dem eine mit dem Elektromotor 5 verbundene Stützpfanne 5a gelagert ist. Die beiden Federabschnitte 4a und 4b haben identische Geometrie. Weiter erkennbar ist ein mit dem Elektromotor verbundener Stützarm 5b, der an einem zweiten Lagerpunkt 7a des Verbundlenkers 7 drehbar gelagert ist und dort über die Stützarmverbindung 8 mit dem Verbundlenker 7 verbunden ist.In 1 the arrangement of the electric motor 5 in relation to the motor vehicle axle 1 according to the invention is shown schematically. Shown is a side view of the drive wheel 2 and the wheel-side section of the torsion link 7, the chassis spring 4 and the electric motor 5. The chassis spring is divided into two spring sections 4a and 4b, between which there is a first bearing point 4c, in which one with the electric motor 5 connected support pan 5a is mounted. The two spring sections 4a and 4b have identical geometry. Also visible is a support arm 5b connected to the electric motor, which is rotatably mounted at a second bearing point 7a of the torsion beam 7 and is connected there to the torsion beam 7 via the support arm connection 8 .

2 zeigt die Anordnung aus 1 in einer Draufsicht in der Längsachse der Fahrwerkfeder 4. Zusätzlich zu 1 erkennbar ist ein im Antriebsrad 2 fest integriertes Getriebe 3. Dieses Getriebe 3 ist über die Gelenkwelle 6 mit dem Elektromotor 5 verbunden und besteht aus zwei (hier nicht detailliert dargestellten) hintereinander geschalteten Planetengetrieben, wobei jeweils der Eingang durch das Sonnenrad und der Ausgang durch den Planetenträger ausgebildet wird. 2 shows the arrangement 1 in a plan view in the longitudinal axis of the suspension spring 4. In addition to 1 recognizable is a gear 3 that is firmly integrated in the drive wheel 2. This gear 3 is connected to the electric motor 5 via the cardan shaft 6 and consists of two planetary gears (not shown in detail here) connected in series, the input in each case being through the Son nenrad and the output is formed by the planet carrier.

3 zeigt die Anordnung aus 2 in einer Seitenansicht des Rades in Fahrtrichtung. 3 shows the arrangement 2 in a side view of the wheel in the direction of travel.

Erkennbar ist, dass die erfindungsgemäße Anordnung des Elektromotors 5 die Bodenfreiheit der Gesamtanordnung nicht verringert. Ebenfalls erkennbar ist, dass sich die räumliche Erstreckung des erfindungsgemäßen Antriebssystems nahezu bauraumneutral gegenüber der bekannten Achsanordnung verhält. Erkennbar ist ebenfalls, dass die Anordnung ausreichend Raum belässt, um eine konventionelle Scheibenbremse zu integrieren.It can be seen that the arrangement of the electric motor 5 according to the invention does not reduce the ground clearance of the overall arrangement. It can also be seen that the spatial extent of the drive system according to the invention is almost neutral in terms of installation space compared to the known axle arrangement. It can also be seen that the arrangement leaves enough space to integrate a conventional disc brake.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kraftfahrzeugachsemotor vehicle axle
22
Antriebsraddrive wheel
33
Getriebetransmission
44
Fahrwerkfedersuspension spring
4a, 4b4a, 4b
Federabschnittspring section
4c4c
erster Lagerpunktfirst bearing point
55
Elektromotorelectric motor
5a5a
Stützpfannesupport pan
5b5b
Stützarmsupport arm
66
Gelenkwellecardan shaft
77
Verbundlenkertorsion beam
7a7a
zweiter Lagerpunktsecond bearing point
88th
Stützarmverbindungsupport arm connection

Claims (9)

Kraftfahrzeugachse (1) umfassend einen Verbundlenker (7), mindestens eine Fahrwerkfeder (4) und mindestens eine Antriebseinheit zum Antrieb mindestens eines Antriebsrades (2), wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) an mindestens zwei Lagerpunkten gelagert ist, wobei ein erster Lagerpunkte zwischen zwei Federabschnitten (4a, 4b) der Fahrwerkfeder (4) angeordnet ist und ein zweiter Lagerpunkt an dem Verbundlenker (7) drehbar gelagert angeordnet ist, wobei dort ein Stützarm (5b) abgestützt ist, welcher eine gelenkige Stützarmverbindung (8) aufweist, die fest mit dem Gehäuse des Elektromotors (5) verbunden ist.Motor vehicle axle (1) comprising a torsion arm (7), at least one chassis spring (4) and at least one drive unit for driving at least one drive wheel (2), the drive unit comprising an electric motor (5), characterized in that the electric motor (5) on at least two bearing points are mounted, with a first bearing point being arranged between two spring sections (4a, 4b) of the chassis spring (4) and a second bearing point being arranged rotatably mounted on the twist link (7), with a support arm (5b) being supported there, which has an articulated support arm connection (8) which is firmly connected to the housing of the electric motor (5). Kraftfahrzeugachse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit ein Getriebe (3) umfasst.Motor vehicle axle (1) after claim 1 , characterized in that the drive unit comprises a gear (3). Kraftfahrzeugachse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) im Antriebsrad (2) integriert ist.Motor vehicle axle (1) after claim 2 , characterized in that the gear (3) is integrated in the drive wheel (2). Kraftfahrzeugachse (1) nach Anspruch 3, umfassend eine Gelenkwelle (6), die den Elektromotor (5) mit dem Getriebe (3) verbindet.Motor vehicle axle (1) after claim 3 , comprising a cardan shaft (6) which connects the electric motor (5) to the transmission (3). Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) eine Stützpfanne (5a) aufweist, die für eine Einbringung in den ersten Lagerpunkt ausgebildet ist.Motor vehicle axle (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the electric motor (5) has a support socket (5a) which is designed for insertion into the first bearing point. Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federabschnitte (4a, 4b) identische Geometrie und Steifigkeit aufweisen.Motor vehicle axle (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the two spring sections (4a, 4b) have identical geometry and rigidity. Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe zwei hintereinander geschaltete Planetengetriebe umfasst.Motor vehicle axle (1) according to one of claims 2 until 6 , characterized in that the transmission comprises two planetary gears connected in series. Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) eine Radlagerung für das Antriebsrad (2) umfasst.Motor vehicle axle (1) according to one of claims 2 until 7 , characterized in that the transmission (3) comprises a wheel bearing for the drive wheel (2). Kraftfahrzeugachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Reibbremseinrichtung.Motor vehicle axle (1) according to one of Claims 1 until 8th , comprising a friction brake device.
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