DE102021103536A1

DE102021103536A1 - Antriebs- und Fahrwerksmodul sowie Fahrzeug mit wenigstens vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen

Info

Publication number: DE102021103536A1
Application number: DE102021103536.8A
Authority: DE
Inventors: Dominik Nees; Philipp Kautzmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) zum Antrieb, zur Führung und/oder zur Lenkung eines um eine Radmittelachse (50) drehbaren Rades (14) eines Fahrzeugs (20),mit einer Antriebsanordnung (2), wobei die Antriebsanordnung (2) eine Motoreinrichtung (4) mit einer Motorausgangswelle (52) zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments umfasst und wobei die Antriebsanordnung (2) eine Gelenkwelle (6) zur Einleitung des Antriebsdrehmoments in das Rad (14) umfasst, dass die Antriebsanordnung (2) eine mit einer Getriebeausgangswelle (51) versehene Getriebevorrichtung (7) zur Über- oder Untersetzung des Antriebsdrehmoments zwischen der Motorausgangswelle (52) und der Gelenkwelle (6) aufweist, und mit einer Fahrwerksanordnung (3), wobei die Fahrwerksanordnung (3) mindestens einen Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) zum Führen des Rades (14) umfasst, sowie mit einer Rahmenvorrichtung (9) zur Anbindung der Antriebsanordnung (2) und der Fahrwerksanordnung (3) an eine Tragstruktur (18) des Fahrzeugs (20), wobei der mindestens eine Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) in der Rahmenvorrichtung (9) aufgenommen ist, wobei die Motorausgangswelle (52) der Motoreinrichtung (4) achsparallel zur Radmittelachse (50) und die Getriebeausgangswelle (51) der Getriebevorrichtung (7) achsparallel mit einem Versatz (53) zur Radmittelachse (50) angeordnet sind, und die Gelenkwelle (6) mit der Getriebeausgangswelle (51) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebs- und Fahrwerksmodul zum Antrieb, zur Führung und/oder zur Lenkung eines um eine Radmittelachse drehbaren Rades eines Fahrzeugs, mit einer Antriebsanordnung, wobei die Antriebsanordnung eine Motoreinrichtung mit einer Motorausgangswelle zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments umfasst und wobei die Antriebsanordnung eine Gelenkwelle zur Einleitung des Antriebsdrehmoments in das Rad umfasst, dass die Antriebsanordnung eine mit einer Getriebeausgangswelle versehene Getriebevorrichtung zur Über- oder Untersetzung des Antriebsdrehmoments zwischen der Motorausgangswelle und der Gelenkwelle aufweist, und mit einer Fahrwerksanordnung, wobei die Fahrwerksanordnung mindestens einen Querlenker zum Führen des Rades umfasst, sowie mit einer Rahmenvorrichtung zur Anbindung der Antriebsanordnung und der Fahrwerksanordnung an eine Tragstruktur des Fahrzeugs, wobei der mindestens eine Querlenker in der Rahmenvorrichtung aufgenommen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit wenigstens vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen.
Insbesondere mit dem Aufkommen von automatisierten E-Fahrzeugen und neuen Gesamtfahrzeugkonzepten, wie bspw. sogenannten People-Mover für den urbanen Raum, ist es von Vorteil, ein kompaktes Radaufhängungsmodul zu verwenden, welches die Funktionen Antreiben, Lenken und Bremsen in sich vereint.
Derartige People-Mover für den urbanen Raum zeichnen sich in der Regel durch eine erhöhte Manövrierbarkeit aus. Um diese zu realisieren, sind Radaufhängungen entwickelt worden, welche erhöhte Lenkwinkel erlauben, um Manöver wie „Wenden auf der Stelle“ oder „Querfahrt“ zuzulassen. Derartige Radaufhängemodule sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE1020191114A1 .
Durch die erhöhten Lenkwinkel wird jedoch der Bauraum im Fahrzeuginneren durch den größeren benötigten Radkasten eingeschränkt. Mehr zur Verfügung stehender Bauraum kann bspw. für eine größere Batterie in einem People-Mover-Konzept genutzt werden. Durch die konstruktiv üblicherweise komplexe Ausführung solcher Fahrwerke für People-Mover-Fahrfunktionen gehen erheblich höhere Kosten einher.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erdfindung, ein Antriebs- und Fahrwerksmodul bereitzustellen, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest zu reduzieren oder vollständig zu beseitigen und welches den konventionellen Fahrwerken ähnelt und so kostengünstig herstellbar ist, sowie zusätzlich Fahrfunktionen, wie bspw. „Wenden auf der Stelle“, realisieren kann. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung den für ein Antriebs- und Fahrwerksmodul notwendigen Bauraum möglichst klein zu halten. Schließlich ist es auch die Aufgabe der Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen bereitzustellen, dass kostengünstig herstellbar ist, hohe Manövrierbarkeit sowie kompakten Aufbau in sich vereint.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebs- und Fahrwerksmodul zum Antrieb, zur Führung und/oder zur Lenkung eines um eine Radmittelachse drehbaren Rades eines Fahrzeugs, mit einer Antriebsanordnung, wobei die Antriebsanordnung eine Motoreinrichtung mit einer Motorausgangswelle zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments umfasst und wobei die Antriebsanordnung eine Gelenkwelle zur Einleitung des Antriebsdrehmoments in das Rad umfasst, dass die Antriebsanordnung eine mit einer Getriebeausgangswelle versehene Getriebevorrichtung zur Über- oder Untersetzung des Antriebsdrehmoments zwischen der Motorausgangswelle und der Gelenkwelle aufweist, und mit einer Fahrwerksanordnung, wobei die Fahrwerksanordnung mindestens einen Querlenker zum Führen des Rades umfasst, sowie mit einer Rahmenvorrichtung zur Anbindung der Antriebsanordnung und der Fahrwerksanordnung an eine Tragstruktur des Fahrzeugs, wobei der mindestens eine Querlenker in der Rahmenvorrichtung aufgenommen ist, wobei die Motorausgangswelle der Motoreinrichtung achsparallel zur Radmittelachse und die Getriebeausgangswelle der Getriebevorrichtung achsparallel mit einem Versatz zur Radmittelachse angeordnet sind, und die Gelenkwelle mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist.
Es kann somit ein Antriebs- und Fahrwerksmodul bereitgestellt werden, dass nur einen sehr geringen Bauraumbedarf, beispielsweise innerhalb eines Radkastens eines Fahrzeugs aufweist und dennoch eine hohe Manövrierbarkeit bereitstellen kann.
Dies wird u.a. dadurch erreicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Antriebs- und Fahrwerksmodul die Motorausgangswelle der Motoreinrichtung achsparallel zur Radmittelachse und die Getriebeausgangswelle der Getriebevorrichtung achsparallel mit einem Versatz zur Radmittelachse angeordnet sind, wodurch sich ein asymmetrischer Einschlagswinkelbereich realisieren lässt, d.h. dass in eine erste Lenkrichtung ein größerer maximaler Einschlagwinkel einstellbar ist, als in eine Zweite.
Setzt man die erfindungsgemäßen Antriebs- und Fahrwerksmodule in Kombination mit einer radselektiven Lenkung an allen vier Radpositionen ein, kann durch den erhöhten Lenkwinkel in der einen Richtung und eine geeignete Wahl von Radstand und Spurweite des Gesamtfahrzeugkonzepts, die Manövrierbarkeit gesteigert werden, ohne dass eine aufwändigere und damit kostenintensivere Fahrwerklösung eingesetzt werden muss.
Die Antriebseinheit des Antriebs- und Fahrwerksmoduls ist kann insbesondere so ausgeführt sein, dass ein Elektromotor achsparallel und das zugehörige Getriebe und dessen Getriebe-Abtriebswelle ebenfalls achsparallel mit Versatz zur Radmittelachse angeordnet sind. An der Getriebe-Abtriebswelle befindet sich eine Gelenkwelle, die den Getriebeausgang mit der Radnabe verbindet. Durch den Achsversatz des Getriebes ist die Gelenkwelle in Konstruktionslage (Radlenkwinkel = 0°) in eine Richtung vorgebeugt. Hierdurch erlaubt diese in eine Richtung mehr Beugewinkel. Somit sind die Fahrmanöver „Kurvenfahrt mit üblichen Radien“ und das „Wenden auf der Stelle“ unter Verwendung von handelsüblichen Komponenten und Teilsystemen möglich. Die Kosten für ein Antriebs- und Fahrwerksmodul zur Steigerung der Manövrierbarkeit können somit geringgehalten werden.
Das Antriebs- und Fahrwerksmodul weist eine Antriebsanordnung auf. Die Antriebsanordnung umfasst eine Motoreinrichtung. Die Motoreinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Antriebsdrehmoment zum Antrieb des Rades zu erzeugen. Beispielsweise ist die Motoreinrichtung als ein Elektromotor ausgebildet. Bevorzugt ist die Motoreinrichtung in der Rahmenvorrichtung aufgenommen. Vorzugsweise ist die Motoreinrichtung zwischen den Lenkerebenen in der Rahmenvorrichtung aufgenommen. Insbesondere ist die Motoreinrichtung an der Rahmenvorrichtung befestigt, sodass die Motoreinrichtung abschnittsweise in der Rahmenebene angeordnet ist.
Insbesondere ist der Elektromotor so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass der Elektromotor Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die Antriebsanordnung weist eine Gelenkwelle auf. Die Gelenkwelle ist dazu ausgebildet, das Antriebsdrehmoment in das Rad einzuleiten. Vorzugsweise umfasst die Gelenkwelle an einem ersten Ende einen Radflansch zur Anbindung der Gelenkwelle an das Rad.
Das Antriebs- und Fahrwerksmodul weist eine Fahrwerksanordnung auf. Die Fahrwerksanordnung umfasst mindestens einen Querlenker, insbesondere mehrere Querlenker. Der mindestens eine Querlenker ist dazu ausgebildet das Rad zu führen. Insbesondere ist der mindestens eine Querlenker dazu ausgebildet, Querkräfte zwischen dem Rad und der Tragstruktur des Fahrzeugs zu übertragen. Vorzugsweise erstreckt sich der mindestens eine Querlenker quer und/oder winklig zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs.
Das Antriebs- und Fahrwerksmodul weist eine Rahmenvorrichtung vor. Die Rahmenvorrichtung ist dazu ausgebildet, die Antriebsanordnung und die Fahrwerksanordnung an die Tragstruktur des Fahrzeugs anzubinden. Beispielsweise ist die Rahmenvorrichtung an der Tragstruktur befestigt. Alternativ kann die Rahmenvorrichtung in die Tragstruktur integriert sein und/oder einen Bestandteil der Tragstruktur bilden.
Vorteilhaft ist, dass die Fahrwerksanordnung und die Antriebsanordnung in einem Modul kompakt zusammengefasst sind, indem die Motoreinrichtung in die Fahrwerksanordnung rahmenseitig integriert ist.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug einen Radstand und eine Spurweite aufweist, wobei der Radstand zwischen 0,9-1,1 mal der Spurweite entspricht, wodurch sich die Manövrierbarkeit des Fahrzeugs verbessern lässt, um insbesondere auch ein „Wenden auf der Stelle“-Manöver durchführen zu können.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Antriebs- und Fahrwerksmodul ein Gesamt-Lenkwinkelbereich mit einem ersten maximalen Einschlagwinkel und einem zweiten maximalen Einschlagwinkel aufweist, wobei der erste maximale Einschlagwinkel von dem zweiten maximalen Einschlagwinkel verschieden ist. Durch die asymmetrischen Einschlagswinkel kann der für das Antriebs- und Fahrwerksmodul benötigte Bauraum weiter optimiert werden. In diesem Zusammenhang hat es sich des Weiteren als vorteilhaft erwiesen, dass der Gesamt-Lenkwinkelbereich zwischen 60-80° und der erste maximale Einschlagwinkel zwischen 50-60° sowie der zweite maximale Einschlagwinkel zwischen -10 bis -20° gewählt ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Antriebs- und Fahrwerksmodul einen insbesondere elektrisch betreibbaren Lenkaktuator aufweist, mittels dessen der Einschlagwinkel zwischen dem ersten maximalen Einschlagwinkel und dem zweiten maximalen Einschlagwinkel des Antriebs- und Fahrwerkmoduls einstellbar ist. Hierdurch lassen sich insbesondere Steer-By-Wire oder vollautonom fahrende Fahrzeugkonzepte realisieren.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass an der Rahmenvorrichtung eine der Anzahl der Querlenker entsprechenden Lagereinrichtungen zur Lagerung jeweils eines Querlenkers vorgesehen sind, wobei die Lagereinrichtungen in zwei in Schwerkraftrichtung unterschiedlichen Ebenen, angeordnet sind.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Lagereinrichtungen in zwei in senkrecht zur Fahrtrichtung unterschiedlichen Ebenen, angeordnet sind.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein erster der Querlenker der in Schwerkraftrichtung unteren Ebene einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden ersten Abstand zur Radmittelachse und ein zweiter der Querlenker der in Schwerkraftrichtung unteren Ebene einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden zweiten Abstand zur Radmittelachse aufweist, wobei der erste Abstand und der zweite Abstand voneinander verschieden sind, wodurch die Funktion der asymmetrischen Einschlagwinkel unterstützt wird und ferner zur Bauraumoptimierung des Antriebs- und Fahrwerksmoduls beiträgt. Zu diesem Zwecke kann es ferner vorteilhaft sein, dass ein dritter der Querlenker der in Schwerkraftrichtung oberen Ebene einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden dritten Abstand zur Radmittelachse und ein vierter der Querlenker der in Schwerkraftrichtung oberen Ebene einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden vierten Abstand zur Radmittelachse aufweist, wobei der dritte Abstand und der vierte Abstand voneinander verschieden sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, mit vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-9, zum Antrieb, zur Führung und/oder zur Lenkung jeweils eines um eine Radmittelachse drehbaren Rades des Fahrzeugs, wobei die vier Antriebs- und Fahrwerksmodule jeweils ein Gesamt-Lenkwinkelbereich mit einem ersten maximalen Einschlagwinkel und einem zweiten maximalen Einschlagwinkel aufweisen, wobei der erste maximale Einschlagwinkel jeweils größer als der zweite maximale Einschlagwinkel ist, und wobei in einer ersten Lenkfunktion des Fahrzeugs die Antriebs- und Fahrwerksmodule derart konfiguriert und betrieben sind, dass an ihnen jeweils der erste maximale Einschlagwinkel so eingestellt ist, dass das Fahrzeug auf einer Stelle wenden kann und in einer zweiten Lenkfunktion des Fahrzeugs die Antriebs- und Fahrwerksmodule derart konfiguriert und betrieben sind, dass an ihnen jeweils der zweite maximale Einschlagwinkel so eingestellt ist, dass das Fahrzeug eine Kurvenfahrt durchführt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 ein Antriebs- und Fahrwerksmodul in einer Aufsicht,
2 ein Antriebs- und Fahrwerksmodul in einer Seitenansicht,
3 ein Fahrzeug mit vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen in einem „Wenden auf der Stelle“- Manöver und
4 ein Fahrzeug mit vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen in einem „Kurvenfahrt“- Manöver.

Die Figur zeigt 1 ein Antriebs- und Fahrwerksmodul 1 zum Antrieb, zur Führung und/oder zur Lenkung eines um eine Radmittelachse 50 drehbaren Rades 14 eines Fahrzeugs 20, wie es beispielsweise in den 3-4 dargestellt ist.
Das Antriebs- und Fahrwerksmodul 1 weist eine Antriebsanordnung 2 auf, wobei die Antriebsanordnung 2 eine als Elektromotor ausgebildete Motoreinrichtung 4 mit einer Motorausgangswelle 52 zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments umfasst. In dem gezeigten Beispiel ist die Motoreinrichtung als Hohlwellenmotor ausgebildet.
Die Antriebsanordnung 2 besitzt ferner eine Gelenkwelle 6 zur Einleitung des Antriebsdrehmoments in das Rad 14 und eine mit einer Getriebeausgangswelle 51 versehene Getriebevorrichtung 7 zur Über- oder Untersetzung des Antriebsdrehmoments zwischen der Motorausgangswelle 52 und der Gelenkwelle 6. Die Gelenkwelle 6 ist drehmomentübertragend mit der Getriebeausgangswelle 51 verbunden. Hierdurch kann das Rad 14 mittels der Motoreinrichtung 4 elektrisch angetrieben werden. Die Motoreinrichtung 4 erstreckt sich hierbei senkrecht zur Fahrtrichtung 13 des Fahrzeugs 20 zwischen der Tragstruktur 18 des Fahrzeugs 4 und dem Rad 14, was einen besonders kompakten Aufbau des Antriebs- und Fahrwerksmoduls 1 erlaubt.
Ferner besitzt das Antriebs- und Fahrwerksmodul 1 eine Fahrwerksanordnung 3, mit insgesamt vier Querlenkern 10a, 10b, 10c, 10d zum Führen des Rades 14 sowie einer Rahmenvorrichtung 9 zur Anbindung der Antriebsanordnung 2 und der Fahrwerksanordnung 3 an eine Tragstruktur 18 des Fahrzeugs 20, wobei die vier Querlenker 10a, 10b, 10c, 10d jeweils in der Rahmenvorrichtung 9 aufgenommen sind.
Die Motorausgangswelle 52 der Motoreinrichtung 4 ist in der gezeigten Ausführungsform achsparallel zur Radmittelachse 50 und die Getriebeausgangswelle 51 der Getriebevorrichtung 7 achsparallel mit einem Versatz 53 zur Radmittelachse 50 angeordnet.
Durch die um den Versatz 53 zur Radmittelachse versetzte Anordnung von Motoreinrichtung 4, Getriebevorrichtung 7 und Gelenkwelle 6 wird eine Vorbeugung der Gelenkwelle 6 in eine Lenkrichtung erreicht. Durch die Vorbeugung in eine Lenkrichtung entsteht die Beugewinkelreserve, welche dann genutzt wird, um einen höheren ersten maximalen Einschlagswinkel 27 für die eine Lenkrichtung zu ermöglichen.
Der 1 ist auch gut entnehmbar, dass das Antriebs- und Fahrwerksmodul 1 ein Gesamt-Lenkwinkelbereich mit einem ersten maximalen Einschlagwinkel 27 und einem zweiten maximalen Einschlagwinkel 28 aufweist, wobei der erste maximale Einschlagwinkel 27 von dem zweiten maximalen Einschlagwinkel 28 verschieden ist Wie in der in 1 gezeigten Ausführungsform dargestellt, ist der Gesamt-Lenkwinkelbereich in etwa 70° und der erste maximale Einschlagwinkel 27 beträgt 55° während der zweite maximale Einschlagwinkel 28 -15° beträgt.
Das Antriebs- und Fahrwerksmodul 1 besitzt ferner einen insbesondere elektrisch betreibbaren radselektiven Lenkaktuator 29, mittels dessen der Einschlagwinkel zwischen dem ersten maximalen Einschlagwinkel 27 und dem zweiten maximalen Einschlagwinkel 28 des Antriebs- und Fahrwerkmoduls 1 individuell einstellbar ist.
An der Rahmenvorrichtung 9 sind zur Anbindung und Lagerung der vier Querlenker 10a, 10b, 10c, 10d entsprechende Lagereinrichtungen 21a, 21b, 21c, 21d zur Lagerung jeweils eines Querlenkers 10a, 10b, 10c, 10d vorgesehen. Wie der 1 gut entnommen werden kann, sind die Lagereinrichtungen 21a,21 b,21c,21d in zwei in senkrecht zur Fahrtrichtung 13 unterschiedlichen Ebenen 15,16 angeordnet. So ist die Lagereinrichtung 21b und die Lagereinrichtung 21a in der ersten Ebene 15 und die Lagereinrichtung 21d und die Lagereinrichtung 21c in der zweiten Ebene 16 angeordnet.
Anhand der Darstellung und Ansicht der 2 erkennt man, dass die Lagereinrichtungen 21a, 21b, 21c, 21d auch in zwei in Schwerkraftrichtung unterschiedlichen Ebenen 11,12 angeordnet sind. Ein erster an der Lagereinrichtung 21c abgestützter Querlenker 10c der in Schwerkraftrichtung unteren Ebene 12 besitzt einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden ersten Abstand 17 zur Radmittelachse 50 während ein zweiter am der Lagereinrichtung 21c abgestützter Querlenker 10c der in Schwerkraftrichtung unteren Ebene 12 einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden zweiten Abstand 19 zur Radmittelachse 50 besitzt. Wie aus der 2 gut zu erkennen ist, sind der erste Abstand 17 und der zweite Abstand 19 voneinander verschieden.
Ersichtlich ist aus der 2 ferner, dass ein dritter an der Lagereinrichtung 21b abgestützter Querlenker 10b der in Schwerkraftrichtung oberen Ebene 11 einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden dritten Abstand 22 zur Radmittelachse 50 und ein vierter an der Lagereinrichtung 21a abgestützter Querlenker 10a der in Schwerkraftrichtung oberen Ebene 11 einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden vierten Abstand 23 zur Radmittelachse 50 aufweist, wobei der dritte Abstand 22 und der vierte Abstand 23 voneinander verschieden sind.
Aus der Zusammenschau der 1-2 ist gut zu erkennen, dass das Antriebs- und Fahrwerksmodul 1 grundsätzlich eine für den vorliegenden Anwendungsfall angepasste konventionelle Einzelradaufhängung mit einer unteren und einer oberen Querlenker-Ebene aufweist. Die obere Ebene 11 kann wahlweise auch durch ein Federbein, im Sinne einer McPherson-Achse, ersetzt werden. Die Querlenker 10c,10d der unteren Ebene 12 bilden entweder ein Dreieckslenker (wie in der 1 gezeigt) oder eine aufgelöste Anordnung von Stablenkern.
Die Geometrie des aus den Querlenkern 10,10d gebildeten Dreieckslenkers auf der unteren Ebene 12 ist als eine Art asymmetrisches Dreieck ausgeführt, was sich gut aus der 1 erkennen lässt. Hierdurch hat das Rad 14 in der einen LenkRichtung mehr Raum zur Verfügung und kann infolgedessen höhere Einschlagwinkel 27 erreichen, wie bspw. 55° Radlenkwinkel, statt 35° wie bei konventionellen Fahrwerken. In der anderen Richtung steht hingegen konstruktiv bedingt weniger Bauraum zur Verfügung, so dass der Einschlag dort früher begrenzt ist. In Summe ist der gesamte Lenkwinkelbereich, im Vergleich zu einer konventionellen Achse (+/- 35°), vergleichbar groß, jedoch asymmetrisch aufgeteilt (+55° /-15°).
Durch die Antriebsanordnung 2 mit achsparallel vorgebeugter Gelenkwelle 6 kann somit die Funktionalität des Antriebs- und Fahrwerksmoduls 1 hinsichtlich möglicher Fahrmanöver gesteigert werden. Das Antriebs- und Fahrwerksmodul kann gleichzeitig durch Einsatz konventioneller Antriebskomponenten, wie der Gelenkwelle 6, kostengünstiger ausgeführt werden, da z.B. für die höheren Lenkwinkel kein Radnabenmotor genutzt werden muss. Zusätzlich können durch das asymmetrische Querlenker-Design Komponenten einer herkömmlichen Radaufhängung verwendet werden. Hierdurch werden die Kosten dieser neuartigen Fahrwerklösung noch weiter gesenkt.
3 zeigt ein Fahrzeug 20, insbesondere ein elektrisch betreibbares Fahrzeug 20, mit vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen 1, wie sie aus den 1-2 bekannt sind. Die vier Antriebs- und Fahrwerksmodule 1 weisen jeweils ein Gesamt-Lenkwinkelbereich mit einem ersten maximalen Einschlagwinkel 27 und einem zweiten maximalen Einschlagwinkel 28 auf, wobei der erste maximale Einschlagwinkel 27 jeweils größer als der zweite maximale Einschlagwinkel 28 ist.
In einer ersten Lenkfunktion 29 des Fahrzeugs 20, die in der 3 gezeigt ist, sind die Antriebs- und Fahrwerksmodule 1 derart konfiguriert und betrieben, dass an ihnen jeweils der erste maximale Einschlagwinkel 27 so eingestellt ist, dass das Fahrzeug 20 auf einer Stelle wenden kann. Hierzu ist es vorteilhaft, dass das Fahrzeug 20 einen Radstand 24 und eine Spurweite 25 aufweist, wobei der Radstand 24 zwischen 0,9-1,1 mal der Spurweite 25 entspricht, wodurch der benötigte Einschlagswinkel für das Manöver „Wenden auf der Stelle“ minimiert werden kann.
In einer zweiten Lenkfunktion 30 des Fahrzeugs 20, welche in der 4 gezeigt ist, sind die Antriebs- und Fahrwerksmodule 1 derart konfiguriert und betrieben, dass an ihnen jeweils der zweite maximale Einschlagwinkel 28 so eingestellt ist, dass das Fahrzeug 20 eine Kurvenfahrt durchführt.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrwerksmodul
2: Antriebsanordnung
3: Fahrwerksanordnung
4: Motoreinrichtung
6: Gelenkwelle
7: Getriebevorrichtung
9: Rahmenvorrichtung
10: Querlenker
11: obere Ebene
12: untere Ebene
13: Fahrtrichtung
14: Rad
15: vordere Ebene
16: hintere Ebene
17: erster Abstand
18: Tragstruktur
19: zweiter Abstand
20: Fahrzeug
21: Lagereinrichtungen
22: dritter Abstand
23: vierter Abstand
24: Radstand
25: Spurweite Gesamt-Lenkwinkelbereich
27: Einschlagwinkel
28: Einschlagwinkel
29: Lenkaktuator
30: Lenkfunktion
31: Lenkfunktion
50: Radmittelachse
51: Getriebeausgangswelle
52: Motorausgangswelle
53: Versatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1020191114 A1 [0003]

Claims

Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) zum Antrieb, zur Führung und/oder zur Lenkung eines um eine Radmittelachse (50) drehbaren Rades (14) eines Fahrzeugs (20), • mit einer Antriebsanordnung (2), • wobei die Antriebsanordnung (2) eine Motoreinrichtung (4) mit einer Motorausgangswelle (52) zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments umfasst und • wobei die Antriebsanordnung (2) eine Gelenkwelle (6) zur Einleitung des Antriebsdrehmoments in das Rad (14) umfasst, • dass die Antriebsanordnung (2) eine mit einer Getriebeausgangswelle (51) versehene Getriebevorrichtung (7) zur Über- oder Untersetzung des Antriebsdrehmoments zwischen der Motorausgangswelle (52) und der Gelenkwelle (6) aufweist, und • mit einer Fahrwerksanordnung (3), • wobei die Fahrwerksanordnung (3) mindestens einen Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) zum Führen des Rades (14) umfasst, sowie • mit einer Rahmenvorrichtung (9) zur Anbindung der Antriebsanordnung (2) und der Fahrwerksanordnung (3) an eine Tragstruktur (18) des Fahrzeugs (20), wobei der mindestens eine Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) in der Rahmenvorrichtung (9) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorausgangswelle (52) der Motoreinrichtung (4) achsparallel zur Radmittelachse (50) und die Getriebeausgangswelle (51) der Getriebevorrichtung (7) achsparallel mit einem Versatz (53) zur Radmittelachse (50) angeordnet sind, und die Gelenkwelle (6) mit der Getriebeausgangswelle (51) verbunden ist.
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (20) einen Radstand (24) und eine Spurweite (25) aufweist, wobei der Radstand (24) zwischen 0,9-1,1 mal der Spurweite (25) entspricht.
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) ein Gesamt-Lenkwinkelbereich mit einem ersten maximalen Einschlagwinkel (27) und einem zweiten maximalen Einschlagwinkel (28) aufweist, wobei der erste maximale Einschlagwinkel (27) von dem zweiten maximalen Einschlagwinkel (28) verschieden ist
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamt-Lenkwinkelbereich zwischen 60-80° und der erste maximale Einschlagwinkel (27) zwischen 50-60° sowie der zweite maximale Einschlagwinkel (28) zwischen -10 bis -20° gewählt ist.
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) einen insbesondere elektrisch betreibbaren Lenkaktuator (29) aufweist, mittels dessen der Einschlagwinkel zwischen dem ersten maximalen Einschlagwinkel (27) und dem zweiten maximalen Einschlagwinkel (28) des Antriebs- und Fahrwerkmoduls (1) einstellbar ist.
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rahmenvorrichtung (9) eine der Anzahl der Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) entsprechenden Lagereinrichtungen (21a,21 b,21c,21d) zur Lagerung jeweils eines Querlenkers (10a, 10b, 10c, 10d) vorgesehen sind, wobei die Lagereinrichtungen (21a,21b,21c,21d) in zwei in Schwerkraftrichtung unterschiedlichen Ebenen (11,12) angeordnet sind.
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtungen (21a,21 b,21 c,21d) in zwei in senkrecht zur Fahrtrichtung (13) unterschiedlichen Ebenen (15,16) angeordnet sind.
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) der in Schwerkraftrichtung unteren Ebene (12) einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden ersten Abstand (17) zur Radmittelachse (50) und ein zweiter der Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) der in Schwerkraftrichtung unteren Ebene (12) einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden zweiten Abstand (19) zur Radmittelachse (50) aufweist, wobei der erste Abstand (17) und der zweite Abstand (19) voneinander verschieden sind.
Antriebs- und Fahrwerksmodul (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter der Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) der in Schwerkraftrichtung oberen Ebene (11) einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden dritten Abstand (22) zur Radmittelachse (50) und ein vierter der Querlenker (10a, 10b, 10c, 10d) der in Schwerkraftrichtung oberen Ebene (11) einen parallel zur Fahrtrichtung aufweisenden vierten Abstand (23) zur Radmittelachse (50) aufweist, wobei der dritte Abstand (22) und der vierte Abstand (23) voneinander verschieden sind.
Fahrzeug (20), insbesondere elektrisch betreibbares Fahrzeug (20), mit vier Antriebs- und Fahrwerksmodulen (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1-9, zum Antrieb, zur Führung und/oder zur Lenkung jeweils eines um eine Radmittelachse (50) drehbaren Rades (14) des Fahrzeugs (20), dadurch gekennzeichnet, dass die vier Antriebs- und Fahrwerksmodule (1) jeweils ein Gesamt-Lenkwinkelbereich mit einem ersten maximalen Einschlagwinkel (27) und einem zweiten maximalen Einschlagwinkel (28) aufweisen, wobei der erste maximale Einschlagwinkel (27) jeweils größer als der zweite maximale Einschlagwinkel (28) ist, und wobei in einer ersten Lenkfunktion (31) des Fahrzeugs (20) die Antriebs- und Fahrwerksmodule (1) derart konfiguriert und betrieben sind, dass an ihnen jeweils der erste maximale Einschlagwinkel (27) so eingestellt ist, dass das Fahrzeug (20) auf einer Stelle wenden kann und in einer zweiten Lenkfunktion (30) des Fahrzeugs (20) die Antriebs- und Fahrwerksmodule (1) derart konfiguriert und betrieben sind, dass an ihnen jeweils der zweite maximale Einschlagwinkel (28) so eingestellt ist, dass das Fahrzeug (20) eine Kurvenfahrt durchführt.