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Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine und einem Radträger zur Lagerung eines Rads des Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.
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Das Antriebsmodul dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Das Antriebsmodul verfügt über die elektrische Maschine und den Radträger, an oder in welchem das Rad des Kraftfahrzeugs gelagert ist. Das Rad ist mit der elektrischen Maschine wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar, sodass mithilfe der elektrischen Maschine ein Drehmoment, welches auch als Antriebsdrehmoment bezeichnet werden kann, auf das Rad aufprägbar ist. Das Antriebsmodul soll einen Einzelradantrieb des Rads des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Mithilfe der elektrischen Maschine wird insoweit vorzugsweise ausschließlich das eine Rad des Kraftfahrzeugs angetrieben. Eine direkte Wirkverbindung zu einem anderen Rad des Kraftfahrzeugs, beispielsweise über eine Übertragungswelle oder dergleichen, ist nicht vorgesehen.
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Das Antriebsmodul könnte beispielsweise nach Art eines Radnabenantriebs ausgestaltet sein. In diesem Fall ist die elektrische Maschine dem Rad unmittelbar zugeordnet und beispielsweise an dem Radträger befestigt. Der Radträger dient insoweit nicht nur der Lagerung des Rads, sondern zusätzlich dem Halten der elektrischen Maschine. Entsprechend liegt eine große ungefederte Masse vor, welche das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beeinträchtigen kann.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Antriebsmodulen Vorteile aufweist, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer geringen ungefederten Masse und einem entsprechend guten Fahrverhalten ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Antriebsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Radträger mittels wenigstens eines Querlenkers an einem Maschinengehäuse der elektrischen Maschine gelagert ist, wobei der Querlenker einerseits an dem Radträger angreift und andererseits an dem Maschinengehäuse angelenkt ist.
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Das bedeutet, dass die elektrische Maschine nicht, wie dies im Rahmen des Radnabenantriebs der Fall wäre, zum Antreiben des Rads an dem Radträger angeordnet beziehungsweise an ihm befestigt ist. Vielmehr ist der Radträger bezüglich der elektrischen Maschine beziehungsweise dem Maschinengehäuse der elektrischen Maschine verlagerbar. Hierzu ist er über den wenigstens einen Querlenker an dem Maschinengehäuse befestigt. Der Querlenker greift zum einen an dem Radträger an. Hierbei ist er vorzugsweise an dem Radträger angelenkt, also drehbar beziehungsweise schwenkbar an diesem gelagert. Zum anderen greift der Querlenker an dem Maschinengehäuse an und ist auch an diesem drehbar beziehungsweise schwenkbar angelenkt. Der Querlenker und/oder ein weiterer Querlenker können jeweils über ein Lager, insbesondere ein Domlager oder ein Uniball-Lager an dem Radträger schwenkbar angelenkt sein.
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Das Maschinengehäuse der elektrischen Maschine nimmt einen Rotor und/oder einen Stator der elektrischen Maschine zumindest teilweise, insbesondere vollständig, auf. Eine Ausgangswelle der elektrischen Maschine ist mit dem Rotor gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Beispielsweise ist der Rotor mithilfe der Ausgangswelle in dem Maschinengehäuse drehbar gelagert. Bevorzugt verfügt das Maschinengehäuse über zwei in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Ausgangswelle gegenüberliegende Lagerschilde, an beziehungsweise in welchen die Ausgangswelle jeweils mittels eines Lagers gelagert ist. Das Lager liegt bevorzugt in Form eines Wälzlagers vor.
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Die beiden Lagerschilde des Maschinengehäuses sind beispielsweise jeweils an einem Statorgehäuse befestigt, insbesondere über das Statorgehäuse aneinander befestigt. Der Stator der elektrischen Maschine ist vorzugsweise in dem Statorgehäuse angeordnet und starr an diesem befestigt. Der wenigstens eine Querlenker greift nun bevorzugt an dem Statorgehäuse des Maschinengehäuses an. Auch ein Angreifen des Querlenkers an einem der Lagerschilde kann jedoch vorgesehen sein.
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Die Lagerung des Querlenkers an dem Maschinengehäuse kann beispielsweise über einen Lagerzapfen vorgesehen sein, der eine Lagerausnehmung des Querlenkers durchgreift und an dem Maschinengehäuse befestigt ist. Beispielsweise verfügt das Maschinengehäuse über eine Aussparung, in welche der Querlenker bereichsweise eingreift und in welcher er mittels des Lagerzapfens schwenkbar gelagert ist.
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Das Maschinengehäuse ist vorzugsweise über ein Lager, insbesondere ein Elastomerlager, elastisch entkoppelt an einer Karosserie und/oder einem Aggregatträger des Kraftfahrzeugs befestigt. Auch eine starre Befestigung kann alternativ vorgesehen sein. Der Aggregatträger ist wiederum mit der Karosserie verbunden, vorzugsweise starr. An dem Aggregatträger kann wenigstens ein Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs befestigt sein, beispielsweise über wenigstens einen Schwingungsdämpfer, welcher auch als Aggregatlager bezeichnet werden kann.
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Der hier beschriebene Aufbau des Antriebsmoduls hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine nicht dem Radträger, sondern vielmehr der Karosserie beziehungsweise dem Aggregatträger zugeordnet ist und insoweit als gefederte Masse vorliegen kann. Die ungefederte Masse beschränkt sich im Umfang des beschriebenen Antriebsmoduls im Wesentlichen auf den Radträger, das Rad und den wenigstens einen Querlenker, sodass diese im Vergleich zu dem Radnabenantrieb deutlich verringert ist und ein entsprechend gutes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs erzielt wird.
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Zudem wird der an dem Radträger zur Verfügung stehende Bauraum nicht von der elektrischen Maschine eingenommen, sondern steht für andere Einrichtungen, beispielsweise für eine Betriebsbremseinrichtung, zur Verfügung. Auch ist die Leistung der elektrischen Maschine nicht durch den zur Verfügung stehenden Bauraum beschränkt. Vielmehr kann die elektrische Maschine im Wesentlichen allein durch die Größe des Kraftfahrzeugs begrenzte Abmessungen aufweisen, sodass zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen eine große Antriebsleistung erzielt werden kann.
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Die elektrische Maschine kann ein Übersetzungsgetriebe aufweisen, über welches der Rotor der elektrischen Maschine mit dem Rad des Kraftfahrzeugs wirkverbunden beziehungsweise wirkverbindbar ist. Alternativ kann selbstverständlich eine getriebelose Ausgestaltung realisiert sein, bei welcher der Rotor beziehungsweise die Ausgangswelle der elektrischen Maschine unmittelbar mit dem Rad wirkverbunden beziehungsweise wirkverbindbar ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Radträger mittels wenigstens eines weiteren Querlenkers an dem Maschinengehäuse gelagert ist, der einerseits an dem Radträger angreift und andererseits an dem Maschinengehäuse angelenkt ist. Der weitere Querlenker ist vorzugsweise analog zu dem Querlenker ausgestaltet, sodass alle Ausführungen zu dem Querlenker teilweise oder in Gänze auf den weiteren Querlenker übertragbar sind. Auf relevante Unterschiede zwischen dem Querlenker und dem weiteren Querlenker wird im Rahmen dieser Beschreibung – sofern vorhanden – explizit hingewiesen. Ein solcher Unterschied kann beispielsweise in den Abmessungen des Querlenkers und des weiteren Querlenkers liegen. Beispielsweise weist der weitere Querlenker in axialer Richtung bezüglich der Drehachse der Ausgangswelle der elektrischen Maschine geringere Abmessungen auf als der Querlenker.
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Bevorzugt sind der Querlenker und der weitere Querlenker in unterschiedlichen Vertikalebenen angeordnet, die in vertikaler Richtung bezüglich einer Einbaulage des Antriebsmoduls in dem Kraftfahrzeug beabstandet voneinander vorliegen, insbesondere parallel beabstandet voneinander. Beispielsweise ist der Querlenker auf einer ersten Seite einer die Drehachse der Ausgangswelle der elektrischen Maschine aufnehmenden gedachten Ebene angeordnet, während der weitere Querlenker auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Ebene vorliegt. Selbstverständlich können anstelle des auf der ersten Seite der Ebene vorliegenden Querlenkers mehrere auf dieser Seite vorliegende Querlenker vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ können auch anstelle des weiteren Querlenkers mehrere weitere Querlenker auf der zweiten Seite der Ebene vorliegen.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Querlenker und/oder der weitere Querlenker als Einzelquerlenker oder als Dreiecksquerlenker vorliegen/vorliegt. Der Querlenker beziehungsweise der weitere Querlenker kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Bevorzugt liegen beide Querlenker als Dreiecksquerlenker vor. Jeder der Dreiecksquerlenker kann jedoch selbstredend durch einen oder mehrere Einzelquerlenker ersetzt werden, sodass beispielsweise mehrere als Einzelquerlenker ausgestaltete Querlenker und/oder mehrere als Einzelquerlenker ausgestaltete weitere Querlenker zur Lagerung des Radträgers an dem Maschinengehäuse vorgesehen sind.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Querlenker und der weitere Querlenker beabstandet voneinander an dem Maschinengehäuse und/oder dem Radträger angreifen. Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, dass der Querlenker und der weitere Querlenker auf unterschiedlichen Seiten der die Drehachse der Ausgangswelle aufnehmenden gedachten Ebene vorliegen können. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Querlenker auch auf unterschiedlichen Seiten dieser Ebene an dem Maschinengehäuse angreifen. Zusätzlich oder alternativ kann dies für das Angreifen an dem Radträger gelten. Beispielsweise greifen der Querlenker und der weitere Querlenker auf gegenüberliegenden Seiten des Radträgers an diesem an, beispielsweise der Querlenker in Einbaulage des Antriebsmoduls von unten und der weitere Querlenker von oben, also von in vertikaler Richtung gegenüberliegenden Seiten.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Querlenker und der weitere Querlenker um zueinander parallele Schwenkachsen an dem Maschinengehäuse schwenkbar angelenkt sind. Vorzugsweise sind der Querlenker und der weitere Querlenker ausschließlich um die jeweilige Schwenkachse schwenkbar, also mit genau einem Freiheitsgrad an dem Maschinengehäuse schwenkbar angelenkt. Die Schwenkachsen des Querlenkers und des weiteren Querlenkers sind besonders bevorzugt parallel zueinander, genauer gesagt beabstandet parallel zueinander, angeordnet.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an dem Querlenker und/oder dem weiteren Querlenker oder dem Radträger eine Feder-Dämpfer-Einheit angreift. Die Feder-Dämpfer-Einheit ist einerseits an dem Querlenker, dem weiteren Querlenker oder dem Radträger und andererseits an der Karosserie oder dem Aggregatträger des Kraftfahrzeugs angelenkt. Greift die Feder-Dämpfer-Einheit an dem Radträger selbst an, so liegt eine MacPherson-Anordnung vor. Grundsätzlich kann die Feder-Dämpfer-Einheit jedoch an dem Querlenker, dem weiteren Querlenker oder dem Radträger angelenkt sein, solange eine ausreichende Feder- und/oder Dämpfungswirkung zwischen der Karosserie und dem Radträger erzielt ist.
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Eine weitere bevorzugt Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Radträger lenkbar ist, indem er an dem Querlenker und/oder dem weiteren Querlenker um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Das an dem Radträger gelagerte Rad soll insoweit ein lenkbares Rad des Kraftfahrzeugs sein. Um die Lenkbarkeit zu realisieren, ist der Radträger um die Drehachse drehbar gelagert, wobei die Drehachse in Einbaulage im Wesentlichen in vertikaler Richtung vorliegt. Die Drehachse ist vorzugsweise bezüglich der Schwenkachsen angewinkelt, schließt also mit einer zumindest eine der Schwenkachsen aufnehmenden gedachten Ebene einen Winkel ein, welcher größer als 0° und kleiner als 180° ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an dem Querlenker und/oder dem weiteren Querlenker ein Stabilisator angelenkt ist, und/oder dass ein Lenkgetriebe einer Lenkeinrichtung an dem Maschinengehäuse angeordnet ist und eine Spurstange der Lenkeinrichtung an dem Radträger angreift. Das Antriebsmodul weist insoweit optional den Stabilisator und/oder die Lenkeinrichtung auf. Über den Stabilisator sind mehrere, derselben Achse zugeordnete Antriebsmodule miteinander verbunden. Der Stabilisator dient einer Wankstabilisierung des Kraftfahrzeugs, wirkt also einer Drehbewegung des Kraftfahrzeugs um die Längsachse des Kraftfahrzeugs entgegen. Der Stabilisator kann entweder als passiver Stabilisator oder als aktiver Stabilisator, also als härteverstellbarer Stabilisator, ausgestaltet sein. Im Wesentlichen liegt der Stabilisator in Form einer Drehstabfeder vor, welche über jeweils einen Hebelarm an dem Querlenker beziehungsweise dem weiteren Querlenker des entsprechenden Antriebsmoduls angelenkt ist.
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Die Lenkeinrichtung dient der Realisierung der Lenkbarkeit des Rads. Die Lenkeinrichtung verfügt über das Lenkgetriebe, welches wiederum mit der Spurstange zusammenwirkt. Das Lenkgetriebe setzt beispielsweise eine Drehbewegung eines Bedienelements, insbesondere eines Lenkrads, in eine im Wesentlichen lineare Bewegung der Spurstange um. Über die Spurstange ist das Lenkgetriebe mit dem Radträger wirkverbunden. Hierzu greift die Spurstange an dem Radträger an, insbesondere ist sie an diesem schwenkbar angelenkt.
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Schließlich kann eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorsehen, dass eine Ausgangswelle der elektrischen Maschine mit einer Gelenkwelle gekoppelt ist, über die die elektrische Maschine mit dem Rad des Kraftfahrzeugs koppelbar ist. Mithilfe der Gelenkwelle wird die Verlagerbarkeit des Radträgers bezüglich der elektrischen Maschine ermöglicht. Die Gelenkwelle koppelt insoweit die Ausgangswelle der elektrischen Maschine derart mit dem Rad des Kraftfahrzeugs, dass ein Radialversatz und/oder ein Axialversatz des Rads bezüglich der elektrischen Maschine in Bezug auf die Drehachse der Ausgangswelle der elektrischen Maschine zugelassen wird. Bevorzugt ist die Gelenkwelle biegesteif und/oder torsionsweich. Beispielsweise ist die Gelenkwelle an dem Radträger drehbar gelagert, entweder unmittelbar oder über das Rad beziehungsweise das Radlager, über welches wiederum das Rad an dem Radträger gelagert ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Antriebsmodul, insbesondere einem Antriebsmodul gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei das Antriebsmodul eine elektrische Maschine und einen Radträger zur Lagerung eines Rads des Kraftfahrzeugs aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Radträger mittels wenigstens eines Querlenkers an einem Maschinengehäuse der elektrischen Maschine gelagert ist, wobei der Querlenker einerseits an dem Radträger angreift und andererseits an dem Maschinengehäuse angelenkt ist.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Antriebsmoduls wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Kraftfahrzeug als auch das Antriebsmodul können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Maschinengehäuse starr an einer Karosserie und/oder einem Aggregatträger des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Auch hierauf wurde bereits hingewiesen. Der Aggregatträger ist bevorzugt starr mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden und dient insbesondere einer Befestigung eines Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs. Hierzu ist beispielsweise das Antriebsaggregat über wenigstens eine Dämpfungseinrichtung, insbesondere ein Aggregatlager, an dem Aggregatträger befestigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur eine schematische Darstellung eines Antriebsmoduls für ein Kraftfahrzeug.
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Die Figur zeigt ein Antriebsmodul 1 für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung. Das Antriebsmodul 1 verfügt über eine elektrische Maschine 2 sowie einen Radträger 3, an welchem ein hier nicht dargestelltes Rad eines Kraftfahrzeugs lagerbar ist. Der Radträger 3 weist hierzu ein entsprechendes Radlager auf. Die elektrische Maschine 2 verfügt über ein Maschinengehäuse 4, welches beispielsweise wenigstens ein Statorgehäuse 5 sowie ein Lagerschild 6 aufweist. Auch andere Ausgestaltungen des Maschinengehäuses 4 sind jedoch selbstverständlich realisierbar.
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Es ist nun vorgesehen, dass der Radträger 3 mittels wenigstens eines Querlenkers 7 an dem Maschinengehäuse 4 der elektrischen Maschine 2 gelagert ist. Das bedeutet, dass der Querlenker 7 einerseits an dem Radträger 3 und andererseits an dem Maschinengehäuse 4 angreift, insbesondere dort angelenkt ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Querlenker 7 als Dreieckslenker vor.
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Neben dem Querlenker 7 verfügt das Antriebsmodul 1 über einen weiteren Querlenker 8, welcher ebenfalls als Dreieckslenker ausgestaltet ist. Die Querlenker 7 und 8 greifen jeweils an einer Lagerstelle an dem Radträger 3 und an zwei Lagerstellen an dem Maschinengehäuse 4 an. Insbesondere sind die Querlenker 7 und 8 jeweils mittels zweier Lagerstifte 9 beziehungsweise 10 an dem Maschinengehäuse 4 angelenkt. Für jeden der Querlenker 7 und 8 ist hier lediglich einer der Lagerstifte 9 beziehungsweise 10 erkennbar.
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Die Lagerstifte 9 und 10 sind an dem Maschinengehäuse 4 befestigt und durchgreifen den jeweiligen Querlenker 7 beziehungsweise 8 in axialer Richtung bezüglich einer jeweiligen Schwenkachse 11 beziehungsweise 12, um welche der jeweilige Querlenker 7 beziehungsweise 8 an dem Maschinengehäuse 4 schwenkbar gelagert ist.
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Die Querlenker 7 und 8 sind in Einbaulage des Antriebsmoduls 1 in vertikaler Richtung voneinander beabstandet angeordnet. Dabei weist der Querlenker 8 in axialer Richtung bezüglich einer hier nicht dargestellten Drehachse einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine 2 kleinere Abmessungen auf als der Querlenker 7.
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Die Querlenker 7 und 8 greifen jeweils über ein Domlager 13 (hier lediglich für den Querlenker 8 erkennbar) an dem Radträger 3 an. Insbesondere ist der Radträger 3 über das Domlager 13 um eine Drehachse 14 drehbar an den Querlenkern 7 und 8 gelagert. Auf diese Art und Weise ist der Radträger 3 beziehungsweise das an ihm anordenbare Rad lenkbar ausgestaltet. Die Drehachse 14 erstreckt sich in Einbaulage des Antriebsmoduls 1 im Wesentlichen in vertikaler Richtung.
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Es ist erkennbar, dass an dem Querlenker 8 eine Feder-Dämpfer-Einheit 15 angreift, insbesondere an diesem schwenkbar gelagert ist. Die Feder-Dämpfer-Einheit 15 greift einerseits an dem Querlenker 8 und andererseits an einer Karosserie oder einem Aggregatträger des Kraftfahrzeugs an. Weiterhin ist an dem Querlenker 8 ein Stabilisator 16 über einen Hebel beziehungsweise eine Koppelstange 17 angelenkt. Der Stabilisator 16 ist vorzugsweise als aktiver Stabilisator beziehungsweise als härteverstellbarer Stabilisator ausgeführt.
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An dem Maschinengehäuse 4 ist ein Lenkgetriebe 18 einer Lenkeinrichtung 19 befestigt. Das Lenkgetriebe 18 dient insbesondere der Umsetzung einer Drehbewegung in eine im Wesentlichen lineare Bewegung einer Spurstange 20. Diese ist auf ihrer dem Lenkgetriebe 18 abgewandten Seite an dem Radträger 3 schwenkbar angelenkt. Über die Spurstange 20 steht insoweit der Radträger 3 mit dem Lenkgetriebe 18 in Wirkverbindung.
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Eine Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem hier nicht dargestellten Rad ist über eine Gelenkwelle 21 realisiert. Diese ist einerseits mit einer hier nicht dargestellten Ausgangswelle der elektrischen Maschine 2 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Andererseits steht die Gelenkwelle 21 in Wirkverbindung mit dem Rad, welches an dem Radträger 3 gelagert beziehungsweise lagerbar ist. Beispielsweise ist die der elektrischen Maschine 2 abgewandte Seite der Gelenkwelle 21 an dem Radträger 3 gelagert, entweder unmittelbar oder mittelbar über das Rad beziehungsweise das Radlager, welches der Lagerung des Rads an dem Radträger 3 dient. Das Maschinengehäuse 4 ist bevorzugt über wenigstens ein Lager 22, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Lager 22 an der Karosserie beziehungsweise dem Aggregatträger des Kraftfahrzeugs befestigt. Das Lager 22 liegt vorzugsweise als Aggregatlager vor, dient also der Schwingungsdämpfung zwischen der elektrischen Maschine 2 und der Karosserie des Kraftfahrzeugs.
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Das hier beschriebene Antriebsmodul 1 ermöglicht die Realisierung eines Einzelradantriebs für das Kraftfahrzeug, welches sich durch eine äußerst geringe ungefederte Masse auszeichnet. Zudem ist die elektrische Maschine 2 nicht unmittelbar an dem Radträger 3 angeordnet oder an diesem befestigt, sodass an dem Radträger 3 ausreichend Bauraum für weitere Einrichtungen des Antriebsmoduls 1, beispielsweise eine Betriebsbremse beziehungsweise eine Radbremse für das Rad verbleibt. Aufgrund der geringen ungefederten Masse liegt ein besonders gutes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs vor.
