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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektromechanische Antriebseinrichtung für ein mehrspuriges Kraftfahrzeug, mit einem ersten Elektromotor mit einem ersten Rotor, der um eine erste Rotorachse umläuft, einem ersten Reduktionsgetriebe das durch den ersten Elektromotor angetrieben wird und das einen ersten Leistungsausgang bildet, der ein erstes Getriebeausgangselement aufweist, das um eine erste Getriebeausgangsachse rotiert, einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Rotor, der um eine zweite Rotorachse umläuft, und einem zweiten Reduktionsgetriebe, das durch den zweiten Elektromotor angetrieben wird und das einen zweiten Leistungsausgang bildet, der ein zweites Getriebeausgangselement aufweist, das um eine zweite Getriebeausgangsachse rotiert.
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Die
DE 10 2010 010 438 A1 beschreibt ein Fahrwerk mit einer elektrischen Achse mit zwei jeweils ein Rad antreibenden Elektromotoren und Untersetzungsgetrieben, wobei die Rotationsachsen der Elektromotoren mit den Radachsen achsgleich angeordnet sind.
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Die
DE 697 02 231 T1 beschreibt eine elektrische Antriebseinheit mit zwei Elektromotoren, deren Rotationsachsen achsparallel zu den Achsen der angetriebenen Räder angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die sich durch einen kostengünstig realisierbaren, kompakten Aufbau, sowie durch ein vorteilhaftes akustisches Betriebsverhalten auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Antriebseinrichtung für ein mehrspuriges Kraftfahrzeug, mit:
- - einem ersten Elektromotor mit einem ersten Rotor, der um eine erste Rotorachse umläuft,
- - einem ersten Reduktionsgetriebe, das durch den ersten Elektromotor angetrieben wird und das einen ersten Leistungsausgang bildet, der ein erstes Getriebeausgangselement aufweist, das um eine erste Getriebeausgangsachse rotiert,
- - einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Rotor der um eine zweite Rotorachse umläuft, und
- - einem zweiten Reduktionsgetriebe, das durch den zweiten Elektromotor angetrieben wird und das einen zweiten Leistungsausgang bildet, der ein zweites Getriebeausgangselement aufweist, das um eine zweite Getriebeausgangsachse rotiert,
- - wobei die erste Rotorachse und die zweite Rotorachse quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet sind und zueinander in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges versetzt sind.
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Die Getriebeausgänge sind jeweils mit dem linken und rechten Rad einer Antriebsachse verbunden.
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Durch die Erfindung wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine elektromechanische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher beide Elektromotoren und Getriebe in enger Nachbarschaft angeordnet werden können ohne den axial vorhandenen Bauraum in Fahrzeugquerrichtung zu verletzen.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, zwei axial zwischen den Fahrzeugrädern eines Fahrzeuges vorgesehene, jeweils durch einen eigenen Elektromotor angetriebene Getriebe zu einer Antriebseinheit zusammenzufassen, ohne dass hierbei die Elektromotoren gleichachsig angeordnet werden müssen. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine aus dem Stand der Technik bekannte Überlagerung der Geräuschanregung aus der Verzahnung aufgrund einer spiegelsymmetrischen oder auch axial symmetrischen Gestaltung der Getrieberadsätze vermieden werden
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Erfindungsgemäß ist das Antriebssystem durch eine Kombination eines koaxialen und eines achsparallelen Getriebes in Kombination mit in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordneter Antriebsmotoren gekennzeichnet. Dies schafft die Möglichkeit die Ordnungen der Verzahnungsanregungen der beiden Getriebe so zu wählen, dass diese sich nicht überlagern oder in einem definierten Ordnungsband akustisch negativ auffällig werden.
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Die Erfindung ermöglicht eine Kombination von zwei Antriebssystemen. Hierbei umfasst das erste Antriebssystem den ersten Antriebsmotor und ein koaxiales Getriebe. Das zweite Antriebssystem umfasst den zweiten Antriebsmotor und ein achsparalleles Getriebe. Hieraus ergibt sich ein Antriebskonzept für einen Achsantrieb beider Räder.
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Das achsparallele Antriebssystem kann bzgl. der Abtriebsachse des koaxialen Systems um 180° gedreht angeordnet werden. Das Antriebskonzept kann so gewählt werden, dass das koaxiale System ein erstes Fahrzeugrad, z.B. das linke Fahrzeugrad antreibt und das achsparallele System ein zweites Fahrzeugrad, z.B. das rechte Fahrzeugrad antreibt. (oder auch in umgekehrter Weise)
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Durch den im Vergleich zur konventionellen Anordnung gewonnenen Bauraum können die Getriebe bei gleicher Leistung der Antriebe bzgl. ihrer Akustik optimiert dimensioniert werden. Zusätzlich ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept eine aktive Drehmomentenverteilung und Drehmomentenabstimmung zwischen den beiden angetriebenen Rädern - was im Fachjargon üblicherweise als sogenannte Torque Vectoring Funktion bezeichnet wird.
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Erfindungsgemäß ist die Antriebseinrichtung derart aufgebaut, dass der erste Elektromotor einen ersten Stator aufweist und der zweite Elektromotor einen zweiten Stator aufweist, und dass der erste Stator und der zweite Stator in Bezug auf die erste Rotorachse zueinander axial und radial versetzt angeordnet sind. Der Versatz kann dabei so abgestimmt werden, dass sich noch eine Überlappung der Axialpositionen der Statoren ergibt. Der zweite Stator kann sich dabei in Nachbarschaft der ersten Getriebeeinrichtung und in Nachbarschaft zu einem Abschnitt des ersten Stators erstrecken. In jenen einander benachbarten Bereichen der Statoren kann die elektrische Anbindung der Statoren an Versorgungsleitungen oder dort vorgesehene elektronische Leistungsschaltungen erfolgen. Zudem kann ein gemeinsamer Kühlkreislauf gestaltet werden.
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Die eine Ausführungsform der Antriebseinrichtung ist weiterhin so aufgebaut, dass das Versatzmaß der Achse des ersten Rotors gegenüber der Achse des zweiten Rotors größer ist als der Durchmesser des ersten oder des zweiten Rotors. Erfindungsgemäß ist die Antriebseinrichtung derart aufgebaut, dass die erste Rotorachse und die zweite Rotorachse zueinander parallel ausgerichtet sind.
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Das erste Reduktionsgetriebe kann als Umlaufrädergetriebe ausgeführt werden, das hierbei koaxial zur ersten Rotorachse angeordnet ist. Dieses Umlaufrädergetriebe kann dabei ein Sonnenrad umfassen, das direkt von der Rotorwelle des ersten Elektromotors angetrieben wird. Das Umlaufrädergetriebe kann ein stationäres Hohlrad aufweisen, der Leistungsabgriff erfolgt vorzugsweise über den Planetenträger.
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Das zweite Reduktionsgetriebe wird in einer Ausführungsform derart ausgebildet, dass dieses eine Stirnradstufe oder eine Zugmittelstufe umfasst. Sofern die geforderte Gesamtübersetzung nicht bereits durch diese Stufe bewerkstelligt wird, kann eine weitere Getriebestufe vorgesehen werden, die eine Umlaufrädergetriebestufe umfassen kann.
Beide Getriebe können unterschiedliche Zahneingriffsordnungen aufweisen. Die jeweiligen Zahneingriffsordnungen oder kurz Ordnungen sind die Drehfrequenzen der Verzahnungsstufen und deren Vielfache. Durch die konsequente Vermeidung gleicher Drehfrequenzen und deren Vielfache wird das akustische Verhalten des Gesamtsystems positiv beeinflusst, da sich die Ordnungen der beiden Getriebe weder im einzelnen Getriebe noch im Gesamtsystem überlagern.
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Die eine Ausführungsform der elektromechanischen Antriebseinheit ist weiterhin so aufgebaut, dass das zweite Getriebeausgangselement auf einer der ersten Getriebeeinrichtung abgewandten Seite des ersten Elektromotors angeordnet ist. Diese Getriebeausgangselemente können als Flanschabschnitte zum Anschluss von Radantriebswellen, insbesondere Gelenkwellen ausgebildet sein, Die Getriebeausgangselemente können auch als Steckverbindungsanschlüsse gestaltet sein, die ein Ein- oder Aufstecken von entsprechend komplementären Abschnitten von Radantriebswellen ermöglichen. Die Getriebeausgangselemente können auch Teilabschnitte von Wellengelenken bilden.
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Die elektromechanische Antriebseinheit ist erfindungsgemäß so aufgebaut, dass die erste und die zweite Getriebeausgangsachse gleichachsig ausgerichtet sind.
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Beispielsweise werden der erste Elektromotor, der zweite Elektromotor, das erste Reduktionsgetriebe und das zweite Reduktionsgetriebe zu einer Baueinheit zusammengefasst. Diese Baueinheit kann dabei so gestaltet sein, dass diese ein Gehäuseelement umfasst, das den ersten Elektromotor, das erste Reduktionsgetriebe, den zweiten Elektromotor und das zweite Reduktionsgetriebe zumindest abschnittsweise aufnimmt. Dieses Gehäuseelement kann als Gehäusewanne ausgebildet werden, in welche die Statoren und Getriebeeinrichtungen aus Richtungen quer zur jeweiligen Rotor- oder Getriebeachse eingesetzt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, insbesondere den Mittenbereich der Antriebseinheit in Verbindung mit einem Gehäuseelement zu realisieren, das als Gehäusetopf ausgebildet ist.
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Die beiden Elektromotoren sind beispielsweise als leistungsgleiche Motoren ausgelegt und haben zum Beispiel baugleiche Statoren und baugleiche Rotoren. Es ist jedoch auch möglich diese Elektromotoren unterschiedlich auszulegen insbesondere falls wie am Ende der Figurenbeschreibung noch angesprochen die Antriebseinrichtung um eine Mechanik erweitert wird, die eine schaltbar herbeiführbare kinematische Koppelung des ersten Motors mit der zweiten Getriebeeinrichtung ermöglicht.
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Die Rotorachsen der beiden Elektromotoren sind so ausgerichtet, dass diese senkrecht zu einer in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges verlaufenden Vertikalmittelebene ausgerichtet sind. Eine durch die beiden Rotorachsen definierte Horizontalebene ist z.B. fahrbahnparallel ausgerichtet oder in unbeladenem Zustand des Kraftfahrzeuges gegenüber der Fahrbahnebene leicht angestellt.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung aus einer Blickrichtung normal, d.h. senkrecht zu einer Fahrbahnebene;
- 2 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues der erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung nach 1 von hinten, d.h. aus einer Blickrichtung parallel zu einer Fahrbahnebene;
- 3 eine Ansicht der Antriebseinrichtung nach 2 von links aus einer mit der ersten Rotorachse fluchtenden Blickrichtung;
- 4 eine Ansicht der Antriebseinrichtung nach 2 von rechts aus einer mit der ersten Rotorachse fluchtenden Blickrichtung;
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung für ein mehrspuriges Kraftfahrzeug. Diese Antriebseinrichtung umfasst einen ersten Elektromotor E1 mit einem ersten Rotor der um eine erste Rotorachse X1 umläuft, ein erstes Reduktionsgetriebe G1 das durch den ersten Elektromotor E1 angetrieben wird und das einen ersten Leistungsausgang E1a bildet der ein erstes Getriebeausgangselement E1b aufweist, das um eine erste Getriebeausgangsachse EX1 rotiert. Weiterhin umfasst die Antriebseinrichtung einen zweiten Elektromotor E2 mit einem zweiten Rotor der um eine zweite Rotorachse X2 umläuft, und ein zweites Reduktionsgetriebe G2 das durch den zweiten Elektromotor E2 angetrieben wird und das einen zweiten Leistungsausgang E2a bildet, der ein zweites Getriebeausgangselement E2b aufweist das um eine zweite Getriebeausgangsachse EX2 rotiert. Die erfindungsgemäße Antreibseinrichtung ist derart aufgebaut, dass die erste Rotorachse X1 und die zweite Rotorachse X2 quer zur Längsrichtung L des Kraftfahrzeuges ausgerichtet sind und zudem zueinander in Längsrichtung L des Kraftfahrzeuges um einen Versatz QL versetzt sind.
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Bei der hier dargestellten elektromechanischen Antriebseinrichtung weist der erste Elektromotor E1 einen ersten Stator S1 auf und der zweite Elektromotor E2 weist einen zweiten Stator S2 auf. Der erste Stator S1 und der zweite Stator S2 sind in Bezug auf die erste Rotorachse X1 zueinander um einen Versatz QS axial versetzt, d.h. „seitlich“ versetzt angeordnet.
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Das Versatzmaß QL der Rotorachsen X1, X2 in Längsrichtung L des Kraftfahrzeuges ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel größer als der Durchmesser des ersten Rotors oder auch größer als der gemittelte Durchmesser des ersten und des zweiten Stators S1, S2.
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Bei der hier gezeigten Antriebseinrichtung sind weiterhin die erste Rotorachse X1 und die zweite Rotorachse X2 zueinander parallel ausgerichtet. Das erste Reduktionsgetriebe G1 ist als Umlaufrädergetriebe ausgeführt und koaxial zur ersten Rotorachse X1 angeordnet. Das zweite Reduktionsgetriebe G2 umfasst eine Stirnrad- oder Zugmittelstufe und vorzugsweise ebenfalls eine Umlaufrädergetriebestufe. Das zweite Reduktionsgetriebe G2 überbrückt den Lateralversatz des zweiten Elektromotors E2 gegenüber der zweiten Getriebeausgangsachse EX2.
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Die Ausführungsform der Antriebseinrichtung ist weiterhin derart ausgebildet, dass das zweite Getriebeausgangselement G2a auf einer der ersten Getriebeeinrichtung G1 abgewandten Seite des ersten Elektromotors E1 angeordnet ist und dabei zur Umlaufachse X1 des ersten Rotors gleichachsig angeordnet ist. Die elektromechanische Antriebseinrichtung ist insgesamt derart aufgebaut, dass die erste und die zweite Getriebeausgangsachse EX1, EX2 gleichachsig, d.h. fluchtend ausgerichtet sind. Weiterhin fluchtet die erste Rotorachse X1 mit diesen beiden Getriebeausgangsachsen EX1, EX2, die zweite Rotorachse X2 ist jedoch zu diesem Achssystem radial versetzt. Das erste Reduktionsgetriebe G1 und das zweite Reduktionsgetriebe G2 befinden sich jeweils auf der Seite des von ihnen getriebenen Rades RL, RR. Die Getriebe G1, G2 befinden sich auf einander abgewandten Seiten des ersten Elektromotors E1. Der zweite Elektromotor E2 befindet sich in seitlicher Nachbarschaft des ersten Getriebes G1. Ein Teilabschnitt des zweiten Getriebes G2 befindet sich in seitlicher Nachbarschaft zum ersten Elektromotor E1. Das zweite Getriebe G2 ist auf einer der ersten Getriebe G1 abgewandten Seite des zweiten Elektromotors E2 an diesen kinematisch angekoppelt. Der zweite Elektromotor E2 und ein Teilabschnitt des durch diesen getriebenen zweiten Getriebes G2 erstrecken sich in Nachbarschaft zum ersten Elektromotor E1.
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Die Antriebseinrichtung kann weiterhin so aufgebaut werden, dass der erste Elektromotor E1, der zweite Elektromotor E2, das erste Reduktionsgetriebe G1 und das zweite Reduktionsgetriebe G2 zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Diese Zusammenfassung kann erreicht werden, indem die Baueinheit ein Gehäuseelement umfasst, das den ersten Elektromotor E1, das erste Reduktionsgetriebe G1, den zweiten Elektromotor E2 und das zweite Reduktionsgetriebe G2 zumindest abschnittsweise aufnimmt. Dieses Gehäuseelement kann als Aluminium-Gussbauteil gefertigt werden und dabei als Gehäusewanne gestaltet sein.
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Die elektromechanische Antriebseinrichtung kann als Radantriebsbaugruppe vorgefertigt werden die als Hinterachsantriebsmodul, oder als Vorderachsantriebsmodul in ein Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Die Antriebseinrichtung kann hierbei insbesondere ein Antriebsmodul bilden, optional in einen Hinterachsbereich eines Personenkraftwagens eingebunden werden kann, der ansonsten über einen weiteren Antrieb verfügt, der beispielsweise die Vorderachse dieses Fahrzeuges treibt.
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Im Falle des Einsatzes der Antriebseinrichtung als Hinterachsantriebsmodul kann diese über Elastomerlager mit der Fahrzeugkarosserie gekoppelt werden. Die Antriebseinrichtung kann Anbindungsabschnitte für die Anbindung von Radaufhängungskomponenten, insbesondere Längs-, Quer-, oder Dreieckslenker bereitstellen.
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Die Antriebseinrichtung kann weiterhin auch so gestaltet werden, dass diese einen Einbau in Verbindung mit einer Hinterachse der sog. De-Dion-Bauform ermöglicht, hierbei ist die Antriebseinrichtung so gestaltet, dass diese in dem Zwischenraum zwischen den Schenkeln („Lenkern“) dieser Hinterachse sitzt und sich hierbei die Getriebeausgangsachsen EX1, EX2 im wesentlichen auf dem Längsniveau der Hinterradachsen, sowie vertikal auf dem Niveau der Hinterradachsen oder geringfügig über diesem Achsniveau befinden.
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Die Darstellung nach 2 veranschaulicht den Aufbau der Antriebseinrichtung nach 1 weiter. Wie erkennbar befinden sich die Getriebeausgangsachsen EX1, EX2 auf dem Vertikalniveau der Radachsen XL, XR. Der erste Elektromotor E1 ist so in die Antriebseinrichtung eingebunden, dass dieser mittig zwischen dem, dem linken Rad RL zugeordneten Koaxialgetriebe G1 und dem, dem rechten Rad RR zugeordneten Teilabschnitt des Getriebes G2 angeordnet ist.
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Wie aus der Darstellung nach 3 erkennbar, befindet sich der dem rechten Fahrzeugrad RR zugeordnete zweite Elektromotor E2 in Fahrzeuglängsrichtung L gesehen vor dem ersten Getriebe G1, das als Koaxialgetriebe ausgeführt ist und auf einer Stirnseite des ersten Elektromotors E1 (vgl.- 1) sitzt.
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Wie aus der Darstellung nach 4 ersichtlich wird durch das zweite Getriebe G2 der Versatz der Rotorachse X2 des zweiten Elektromotors E2 gegenüber der zweiten Getriebeausgangsachse EX2 überbrückt. Dieses zweite Getriebe G2 kann hierzu eine Stirnrad- oder Zugmitteltriebstufe umfassen.
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Die Spannungsbeaufschlagung der Elektromotoren E1 und E2 wird über Leistungsstufen bewerkstelligt, die nach Maßgabe einer elektronischen Steuereinrichtung angesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt dabei unter Berücksichtung mehrerer fahrdynamischer Parameter, insbesondere unter Berücksichtigung von ESP- und ABS-Parametern, insbesondere auch dem Lenkradeinschlagwinkel und dem Lenkmoment. Das am jeweiligen Rad anliegende Antriebs- oder ggf. auch Bremsmoment kann dabei auf den momentanen Fahrzustand abgestimmt werden. Die hier beschriebenen Elektromotoren E1, E2 können auch temporär in einem Rekuperationsmodus betrieben werden, in welchem diese unter Aufbau eines Radbremsmomentes generatorisch betrieben werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Antriebseinrichtung so aufzubauen, dass die an sich voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinrichtungen des linken bzw. rechten Fahrzeugrades auch selektiv schaltbar gekoppelt werden können. So ist es insbesondere möglich Kupplungseinrichtungen vorzusehen, die eine schaltbare Koppelung des ersten Elektromotors E1 mit dem zweiten Getriebe G2 ermöglichen.
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In den beschriebenen Darstellungen nach den 1 bis 4 sind die Hauptkomponenten der Antriebseinrichtung blockartig dargestellt und fügen sich in ihrer Gesamtheit zu einem Rechteck-Block. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann als im Wesentlichen Rechteck-Quader-ähnliches Modul realisiert werden, sie ist jedoch nicht auf eine derartige Gesamtgestaltung beschränkt. Der erste Elektromotor E1 sitzt jedoch bevorzugt im Mittenbereich zwischen den Rädern RL, RR. Der Gesamtschwerpunkt der Antriebseinrichtung befindet sich vorzugsweise im Bereich der vertikalen Fahrzeuglängsmittelebene. Die Lage und Gestaltung der Getriebeausgangselemente E1b, E2b ist vorzugsweise derart bewerkstelligt, dass die kinematische Koppelung der Getriebeausgangselemente E1b, E2b mit den Rädern RL, RR durch baugleich ausgeführte Radantriebswellen erfolgen kann.
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In die Antriebseinrichtung können auch Bremsmechaniken eingebunden werden, zur Generierung von Bremsmomenten auf reibschlüssigem Wege, insbesondere durch in unmittelbarer Nachbarschaft der Getriebeausgangselemente liegende Scheiben- oder Trommelbremsmechaniken.
