DE102018205796A1

DE102018205796A1 - Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018205796A1
Application number: DE102018205796.6A
Authority: DE
Inventors: Sven Schmalzrieth
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: DE102018205796B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem radselektiven Antrieb, bei dem eine erste Elektromaschine (EM1) mit einem ersten Fahrzeugrad (11) einer Fahrzeugachse verbunden ist und eine zweite Elektromaschine (EM2) mit einem zweiten Fahrzeugrad (21) der Fahrzeugachse verbunden ist, wobei in der Fahrzeugquerrichtung (y) eine Traktionsbatterie (33) zwischen den beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) angeordnet ist, und wobei in einem Seitencrashfall eine crashzugewandte Elektromaschine (EM1, EM2) unter Bildung eines Quer-Lastpfads (L) in kraftübertragende Anlage mit der Traktionsbatterie (33) bringbar ist. Erfindungsgemäß sind die beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) mit ihren Elektromaschinenwellen (1, 13) bzw. Gelenkwelleneingängen in der Fahrzeuglängsrichtung (x) zueinander achsparallel angeordnet und um eine Hebelarmlänge (l) voneinander beabstandet. Im Seitencrashfall kollidiert die crashzugewandte Elektromaschine (EM1) mit der Traktionsbatterie (33). Im weiteren Crashverlauf dreht sich die Traktionsbatterie (33) unter Hebelarmwirkung in einer Ausweich-Drehbewegung (D) um eine Fahrzeughochachse (z) in eine Crashposition (C).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung weist einen radselektiven Antrieb auf, bei dem jedem Fahrzeugrad einer Fahrzeugachse eine eigene Elektromaschine zugeordnet ist, die beispielhaft als ein Radnabenmotor realisierbar ist. Die beiden Elektromaschinen sind mit Bezug auf die Fahrzeugrad-Drehachse in etwa koaxial dazu zwischen den beiden Fahrzeugrädern positioniert. In diesem Fall kann eine, die Elektromaschinen mit elektrischer Energie versorgende Traktionsbatterie bauraumgünstig in der Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Elektromaschinen angeordnet sein. Eine solche Antriebsvorrichtung für ein zweispuriges elektrisch betriebenes Fahrzeug ist beispielhaft aus der DE 10 2012 019 870 A1 oder aus der DE 10 2014 102 541 A1 bekannt.
In einem Seitencrashfall können die Aufprallkräfte über das crashzugewandte Fahrzeugrad sowie über die in der Fahrzeugquerrichtung meist sehr bauteilsteif ausgeführten Fahrwerksbauteile nach fahrzeuginnen eingeleitet werden und auf die crashzugewandte Elektromaschine übertragen werden. Diese kann unter Bildung eines Quer-Lastpfads in kraftübertragende Anlage mit der Traktionsbatterie geschoben werden. Die Traktionsbatterie muss als eine crashsensible Funktionseinheit daher mit einem entsprechend robust konstruierten, gewichtsintensiven sowie bauteilsteifen Batteriegehäuse ausgestattet sein, um im Seitencrashfall nicht durch die crashzugewandte Elektromaschine oder durch die crashzugewandten Fahrwerksbauteile beschädigt zu werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitzustellen, bei dem die Traktionsbatterie in, im Vergleich zum Stand der Technik einfacher Weise im Seitencrashfall beschädigungsfrei bleibt.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 sind die beiden Elektromaschinen der Fahrzeugachse nicht mehr in der Fahrzeugquerrichtung koaxial angeordnet, sondern vielmehr zueinander achsparallel angeordnet und um eine Hebelarmlänge voneinander in der Fahrzeuglängsrichtung beabstandet. In einem Seitencrashfall kollidiert die crashzugewandte Elektromaschine mit der Traktionsbatterie, die wiederum in Anlage mit der crashabgewandten Elektromaschine gedrückt werden kann. im weiteren Crashverlauf kann sich die Traktionsbatterie unter Wirkung der erfindungsgemäßen Hebelarmlänge in einer Ausweich-Drehbewegung um eine Fahrzeughochachse drehen. Dadurch kann die Traktionsbatterie von ihrer Betriebslage im normalen Fahrbetrieb von den Elektromaschinen in eine Crashposition gedrückt werden, in der die Traktionsbatterie zumindest teilweise den Elektromaschinen ausweichen kann, wodurch eine crashbedingte Schädigung der Traktionsbatterie reduziert oder vermieden werden kann.
Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf einen Seitencrashfall beschränkt ist. Vielmehr kann eine ähnliche Schadenskette, wie oben beispielhaft anhand eines Seitencrashfalles erläutert, auch bei einem Heckaufprall erreicht werden, vorausgesetzt es handelt sich um nur einen teilüberdeckten Heckaufprall. In diesem kann eine Verlagerung der crashzugewandten Elektromaschine entlang der Fahrzeuglängsrichtung durch die Kollisionslast auch die Traktionsbatterie in ihre Crashposition eindrehen, und zwar vorausgesetzt, dass das Elektromaschinengehäuse einen Bereich ausbildet, der in das Batteriegehäuse eingreift und durch einen Formschluss (zwischen Batteriegehäuse und crashzugewandter Elektromaschine) die Traktionsbatterie aus den Befestigungen löst und sie durch die Kulissenführungen der Tragkonsole in die Crashposition eindreht.
In einer technischen Umsetzung kann zumindest eine, insbesondere beide Elektromaschinenwellen jeweils um ein Längs-Versatzmaß von der Fahrzeugrad-Drehachse längsversetzt sein. Im Hinblick auf eine einwandfreie crashbedingte Ausweich-Drehbewegung ist es von Vorteil, wenn die Elektromaschinenwellen mit Bezug auf einen Gewichtsschwerpunkt der Traktionsbatterie in der Fahrzeuglängsrichtung jeweils vor und hinter dem Traktionsbatterie-Schwerpunkt verlaufen.
Um eine einfache triebliche Verbindung zwischen der jeweiligen Elektromaschine und dem zugehörigen Fahrzeugrad bereitzustellen, ist es bevorzugt, wenn die Elektromaschinenwelle jeweils nach fahrzeugaußen von der Elektromaschine abragt. Konstruktiv einfach ist es, wenn die Elektromaschinenwelle über ein inneres Gelenk an einer Gelenkwelle angelenkt ist, die wiederum über ein äußeres Gelenk an einem, das Fahrzeugrad tragenden Wellenstummel angelenkt ist. Ein, das Fahrzeugrad tragender Radträger kann zudem über Fahrwerksteile, das heißt Radlenker, gelenkig an der Fahrzeugkarosserie angebunden sein.
Für eine Überbrückung des Längs-Versatzmaßes zwischen der Elektromaschinenwelle und der Fahrzeug-Drehachse kann die Gelenkwelle mit einem Beugewinkel relativ zur Fahrzeug-Drehachse der Fahrzeugräder gepfeilt sein. Dadurch können in konstruktiv einfacher Weise die Fahrwerksteile an beiden Fahrzeugseiten mit Bezug auf eine Fahrzeuglängsmittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet sein.
Die Traktionsbatterie kann an zumindest einer Anbindungsstelle an einer karosserieseitigen Tragkonsole befestigt sein. Die Anbindungsstelle kann als eine Schraubverbindung realisiert sein, bei der die Traktionsbatterie über einen Schraubbolzen mit der karosserieseitigen Tragkonsole verspannt ist.
Der Schraubbolzen kann bevorzugt in der Fahrzeughochrichtung ausgerichtet sein und durch ein Schraubloch der karosserieseitigen Tragkonsole geführt sein.
Zur Unterstützung der erfindungsgemäßen, crashbedingten Ausweich-Drehbewegung der Traktionsbatterie kann eine zusätzliche mechanische Kulissenführung in der Fahrzeugachse bereitgestellt sein, mittels der die Ausweich-Drehbewegung der Traktionsbatterie entlang von Kulissenbahnen zwangsgeführt ist. In einer einfachen Realisierung der Kulissenführung ist es bevorzugt, wenn das Schraubloch der Tragkonsole eine Kulissenbahn bildet und der Schraubbolzen einen Kulissenzapfen bildet, der mit der Kulissenbahn zusammenwirkt. Beispielhaft kann das Schraubloch als ein kulissenförmiges Langloch realisiert sein. Im Seitencrashfall kann der als Kulissenzapfen wirkende Schraubbolzen entlang des zum Beispiel gekrümmt ausgeführten Langloches in der Ausweich-Drehbewegung kulissengeführt sein.
Alternativ und/oder zusätzlich kann für eine einwandfreie crashbedingte Ausweich-Drehbewegung der Traktionsbatterie die Elektromaschine jeweils eine, der Traktionsbatterie zugewandte Anschlagkontur aufweisen, an der eine Aufprallkraft im Seitencrashfall übergeleitet wird.
In einer technischen Umsetzung kann die Anschlagkontur eine nach fahrzeuginnen abragende Scheitelstelle aufweisen, in der in einer definierten crashbedingten Krafteinleitung (zum Beispiel punkt- und/oder linienförmig) Aufprallkräfte auf die Traktionsbatterie beaufschlagt werden. An der Scheitelstelle können fahrzeugvordere und fahrzeughintere Anschlagflanken zusammenlaufen, die mit Bezug auf eine vertikale Längsebene einen Winkel aufspannen können.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 und 2 jeweils unterschiedliche perspektivische Darstellungen einer Fahrzeugachse eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs; und
3 und 4 jeweils grob schematische Ansichten die Fahrzeugachse, anhand derer ein Seitencrashfall erläutert wird.

In der 1 bis 3 ist eine Fahrzeugachse eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs gezeigt, das einen radselektiven Antrieb mit einer ersten Elektromaschine EM1 und einer zweiten Elektromaschine EM2 aufweist. Gemäß der 3 ist die erste Elektromaschine EM1 mit ihrer Elektromaschinenwelle 1 in Fahrzeugquerrichtung y fluchtend ausgerichtet und an einem inneren Gelenk 3 an einer Gelenkwelle 5 angelenkt. Die Gelenkwelle 5 ist an einem äußeren Gelenk 7 an einem Wellenstummel 9 angelenkt, der das in der 3 gezeigte linksseitige Fahrzeugrad 11 trägt. In gleicher Weise ist die in der 3 rechtsseitige Elektromaschine EM2 mit ihrer Elektromaschinenwelle 13 über ein inneres Gelenk 15 an der Gelenkwelle 17 angelenkt. Diese ist über ein äußeres Gelenk 19 an einem, das rechte Fahrzeugrad 21 tragenden Wellenstummel 23 angelenkt. Die beiden Fahrzeugräder 11, 21 sind um eine gemeinsame Fahrzeugrad-Drehachse 25 drehbar.
Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, sind die, die Fahrzeugräder 11, 21 tragenden Radträger 31 über Radlenker 27, 29 an der Fahrzeugkarosserie aufgehängt. Die Radlenker 27, 29 erstrecken sich an beiden Fahrzeugseiten jeweils zwischen radträgerseitigen Anlenkpunkten des Radträgers 31 und aufbauseitigen Anlenkpunkten. Zudem ist zwischen den beiden Elektromaschinen EM1, EM2 ein Bauraum definiert, in dem in den Figuren bauraumgünstig eine Traktionsbatterie 33 verbaut ist. Die Traktionsbatterie 33 weist obere Eckknoten 35 auf, die jeweils an Befestigungsstellen B1 bis B4 an karosserieseitigen Tragkonsolen 37 befestigt sind. Hierzu sind die Traktionsbatterie-Eckknoten 35 von fahrzeugunten über nicht gezeigte Schraubbolzen mit der karosserieseitigen Tragkonsole 37 verspannt. Die in der Fahrzeughochrichtung z ausgerichteten Schraubbolzen durchsetzen jeweils ein korrespondierendes Schraubloch 39 der karosserieseitigen Tragkonsole 37. Das Schraubloch 39 und der Schraubbolzen sind Bestandteile einer später beschriebenen Kulissenführung, mittels der eine crashbedingte Ausweich-Drehbewegung D (4) der Traktionsbatterie 33 um eine Fahrzeughochachse z unterstützt werden kann. Hierzu sind die einander zugewandten Fügeflächen 41 (2) der Tragkonsole 37 und des Traktionsbatterie-Eckknotens 35 an einer horizontalen Fügeebene xy aneinander gefügt, entlang der sich im Seitencrashfall die Traktionsbatterie 33 gegenüber der Tragkonsole 37 in einer Horizontalebene verschieben kann.
Wie bereits angedeutet, besteht der Kern der Erfindung darin, das sich im Seitencrashfall die Traktionsbatterie 33 von einer in der 4 gestrichelt angedeuteten Betriebslage N in einer Ausweich-Drehbewegung D um eine Fahrzeughochachse z in eine in der 4 gezeigte Crashposition C eindrehen kann. In der Crashposition C ist eine unfallbedingte Beschädigung der Traktionsbatterie 33 durch sich verlagernde Elektromaschinen EM1, EM2 verhindert.
Eine solche Ausweich-Drehbewegung D der Traktionsbatterie 33 wird mit den folgenden Merkmalen realisiert: So sind die Elektromaschinen EM1, EM2 mit ihren nach fahrzeugaußen abragenden Elektromaschinenwellen 1, 13 zueinander achsparallel angeordnet und um eine Hebelarmlänge I voneinander beabstandet. Die beiden Elektromaschinenwellen 1, 13 sind jeweils um ein Längs-Versatzmaß Δx₁ , Δx₂ von der Fahrzeugrad-Drehachse 25 in entgegensetzten Richtungen längsversetzt. Dabei verlaufen die Elektromaschinenwellen 1, 13 jeweils vor und hinter einem Traktionsbatterie-Schwerpunkt S, durch den im Seitencrashfall die Fahrzeughochachse z sich verläuft, um die die Ausweich-Drehbewegung D erfolgt. Im Seitencrashfall werden in der 4 seitliche Aufprallkräfte F in die crashzugewandte Elektromaschine EM1 eingeleitet, wodurch die craszugewandte Elektromaschine EM1 mit der Traktionsbatterie 33 kollidiert. Diese wird wiederum in Anlage mit der crashabgewandten Elektromaschine EM2 gedrückt. Die beiden Elektromaschinen EM1, EM2 sind daher an zueinander längsversetzten Krafteinleitungspunkten in Anlage mit der Traktionsbatterie 33 gebracht.
Im weiteren Crashverlauf dreht sich daher - aufgrund der längsversetzten Kraftangriffspunkte - die Traktionsbatterie 33 unter Wirkung der Hebelarmlänge l_h in die Crashposition C (4).
Wie bereits oben angedeutet, bilden die Befestigungsstellen B1 bis B4 eine Kulissenführung, mittels der eine einwandfreie Ausweich-Drehbewegung D der Traktionsbatterie 33 unterstützt wird. Hierzu ist das in der 2 oder 3 gezeigte Schraubloch 39 der Tragkonsole 37 als kreisförmig gekrümmtes Langloch ausgeführt, entlang der der jeweilige Schraubbolzen als ein Kulissenzapfen geführt wird.
Zur weiteren Unterstützung der Ausweich-Drehbewegung D weist jede der Elektromaschinen EM1, EM2 jeweils eine der Traktionsbatterie 33 zugewandte Anschlagkontur 43 auf, an der die Aufprallkraft F im Seitencrashfall in die jeweilige Elektromaschine EM1, EM2 übergeleitet wird. Die Anschlagkontur 43 ist für eine definierte Krafteinleitung in die Traktionsbatterie 33 mit einer nach fahrzeuginnen abragenden Scheitelstelle 45 ausgebildet, an der fahrzeugvordere und fahrzeughintere Anschlagflanken 47, 49 zusammenlaufen. Die Anschlagflanken 47, 49 spannen mit Bezug auf eine vertikale Längsebene xz einen Winkel auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012019870 A1 [0002]
DE 102014102541 A1 [0002]

Claims

Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem radselektiven Antrieb, bei dem eine erste Elektromaschine (EM1) mit einem ersten Fahrzeugrad (11) einer Fahrzeugachse verbunden ist und eine zweite Elektromaschine (EM2) mit einem zweiten Fahrzeugrad (21) der Fahrzeugachse verbunden ist, wobei in der Fahrzeugquerrichtung (y) eine Traktionsbatterie (33) zwischen den beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) angeordnet ist, und wobei in einem Seitencrashfall eine crashzugewandte Elektromaschine (EM1, EM2) unter Bildung eines Quer-Lastpfads (L_y) in kraftübertragende Anlage mit der Traktionsbatterie (33) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) mit ihren Elektromaschinenwellen (1, 13) bzw. Gelenkwelleneingängen in der Fahrzeuglängsrichtung (x) zueinander achsparallel angeordnet sind und um eine Hebelarmlänge (l_h) voneinander beabstandet sind, und dass im Seitencrashfall die crashzugewandte Elektromaschine (EM1) mit der Traktionsbatterie (33) kollidiert, und dass im weiteren Crashverlauf sich die Traktionsbatterie (33) unter Hebelarmwirkung in einer Ausweich-Drehbewegung (D) um eine Fahrzeughochachse (z) in eine Crashposition (C) dreht.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, insbesondere beide Elektromaschinenwellen (1, 13) jeweils um ein Versatzmaß (Δx₁, Δx₂) von der Fahrzeugrad-Drehachse (25) in entgegengesetzten Richtungen längsversetzt sind, und/oder dass die Elektromaschinenwellen (1, 13) in Fahrzeuglängsrichtung (x) vor und hinter einem Traktionsbatterie-Schwerpunkt (S) verlaufen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinenwelle (1, 13) jeweils nach fahrzeugaußen von der Elektromaschine (EM1, EM2) abragen, und/oder dass die Elektromaschinenwelle (1, 13) über ein inneres Gelenk (3, 15) an einer Gelenkwelle (5, 17) angelenkt ist, die über ein äußeres Gelenk (7, 19) an einem, ein Fahrzeugrad (11, 21) tragenden Wellenstummel (9, 23) angelenkt ist, und/oder dass ein das Fahrzeugrad (11, 21) tragender Radträger (31) über Fahrwerksteile (27, 29) gelenkig an der Fahrzeugkarosserie angebunden ist, und dass insbesondere die Fahrwerksteile (27, 29) mit Bezug auf eine Fahrzeuglängsmittelebene (E) an beiden Fahrzeugseiten spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überbrückung des Längs-Versatzmaßes (Δx₁, Δx₂) zwischen der Elektromaschinenwelle (1, 13) und der Fahrzeug-Drehachse (25) die Gelenkwelle (5, 17) mit einem Beugewinkel (a) relativ zur Fahrzeug-Drehachse (25) der Fahrzeugräder (11, 21) gepfeilt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (33) an zumindest einer Anbindungsstelle (B1 bis B4) an einer karosserieseitigen Tragkonsole (37) befestigt ist, und dass insbesondere für eine Bewegungsführung der crashbedingten Ausweich-Drehbewegung (D) der Traktionsbatterie (3) die Anbindungsstelle (B1 bis B4) eine horizontale Fügeebene (xy) aufweist, an der die Traktionsbatterie (33) an die karosserieseitige Tragkonsole (37) angebunden ist, und dass insbesondere die Traktionsbatterie (33) im Seitencrashfall entlang der Fügeebene (xy) verschiebbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anbindungsstelle (B1 bis B4) die Traktionsbatterie (33) über einen Schraubbolzen mit der karosserieseitigen Tragkonsole (37) verspannt ist, und dass der Schraubbolzen in der Fahrzeughochrichtung (z) ausgerichtet ist und ein Schraubloch (39) der karosserieseitigen Tragkonsole (37) durchsetzt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kulissenführung vorgesehen ist, mittels der die crashbedingte Ausweich-Drehbewegung (D) der Traktionsbatterie (33) geführt ist, und dass insbesondere das Schraubloch (39) der Tragkonsole (37) eine Kulissenbahn bildet, und der Schraubbolzen einen Kulissenzapfen bildet, der mit der Kulissenbahn zusammenwirkt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM1, EM2) eine der Traktionsbatterie (33) zugewandte Anschlagkontur (43) aufweist, an der eine Aufprallkraft (F) im Seitencrashfall übergeleitet wird.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagkontur (43) für eine definierte Krafteinleitung in die Traktionsbatterie (33) eine nach fahrzeuginnen abragende Scheitelstelle (45) aufweist, an der fahrzeugvordere und fahrzeughintere Anschlagflanken (47, 49) zusammenlaufen, die mit Bezug auf eine vertikale Längsebene (xz) einen Winkel aufspannen.