DE102021122044A1 - Drive axle for a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse (1) sowie ein mit der Antriebsachse (1) ausgerüstetes Kraftfahrzeug (2). Die Antriebsachse (1) umfasst: eine Verbrennungskraftmaschine (5); eine elektrische Antriebseinheit (7) mit einem ersten elektromechanischen Energiewandler (8); eine an die Verbrennungskraftmaschine (5) und an die elektrische Antriebseinheit (7) anschließbare Getriebeeinheit (10); zwei mit Getriebeabtriebswellen (14) der Getriebeeinheit (10) drehfest verbundene Radnaben (15), an denen jeweils eine Felge eines Rads (3) des Kraftfahrzeugs (2) befestigbar ist; eine Lenkungseinheit (18) zum Einschlagen der Radnaben (15), wobei die Lenkungseinheit (18) ein Lenkgetriebe (19) aufweist. Eine Kurbelwelle (6) der Verbrennungskraftmaschine (5), eine Rotorwelle (12) des ersten elektromechanischen Energiewandlers (8) und das Lenkgetriebe (19) sind achsparallel zu den Getriebeabtriebswellen (14) angeordnet, und die Kurbelwelle (6) der Verbrennungskraftmaschine (5) sowie das Lenkgetriebe (19) sind in Bezug auf eine Vorwärtsfahrtrichtung (x) der Antriebsachse (1) vor den Radnaben (15) angeordnet.The invention relates to a drive axle (1) and a motor vehicle (2) equipped with the drive axle (1). The drive axle (1) comprises: an internal combustion engine (5); an electric drive unit (7) with a first electromechanical energy converter (8); a transmission unit (10) which can be connected to the internal combustion engine (5) and to the electric drive unit (7); two wheel hubs (15) non-rotatably connected to the transmission output shafts (14) of the transmission unit (10), to each of which a rim of a wheel (3) of the motor vehicle (2) can be fastened; a steering unit (18) for turning the wheel hubs (15), the steering unit (18) having a steering gear (19). A crankshaft (6) of the internal combustion engine (5), a rotor shaft (12) of the first electromechanical energy converter (8) and the steering gear (19) are arranged axially parallel to the transmission output shafts (14), and the crankshaft (6) of the internal combustion engine (5) and the steering gear (19) are arranged in front of the wheel hubs (15) with respect to a forward travel direction (x) of the drive axle (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, das mit der Antriebsachse ausgerüstet ist. Bei der Antriebsachse handelt es sich um eine Hybridantriebsachse, und bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich um ein Hybridkraftfahrzeug, was bedeutet, dass das Hybridkraftfahrzeug mittels einer Verbrennungskraftmaschine und/oder mittels einer elektrischen Maschine antreibbar bzw. fortbewegbar ist.The present invention relates to a drive axle for a motor vehicle and a motor vehicle equipped with the drive axle. The drive axle is a hybrid drive axle and the motor vehicle is a hybrid motor vehicle, which means that the hybrid motor vehicle can be driven or moved using an internal combustion engine and/or an electric machine.
Beim Konzipieren von Fahrzeugarchitekturen für Hybridkraftfahrzeuge wird heutzutage eine Lenkungseinheit inklusive zugehöriger Aktoren üblicherweise vor einer Radmitte von Rädern des Fahrzeugs positioniert. Zudem wird ein kurzes „Dash-to-axle“-Maß (Abstand zwischen Stirnwand/Spritzwand und Antriebsachse) angepeilt, um eine möglichst ausgewogene Achslastverteilung bei gleichzeitig besonders effizienter Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums zu erreichen. Durch die heutzutage verhältnismäßig großen Reifenmaße (Reifenbreite und/oder Reifendurchmesser) ist aber eine Spannweite zwischen Motorträgern, mittels dessen eine Antriebseinheit des Hybridkraftfahrzeugs gehalten wird, stark eingeschränkt. Somit ist es bei herkömmlichen Fahrzeugarchitekturen nicht möglich, eine Verbrennungskraftmaschine, ein Getriebe und eine elektrische Maschine oder mehrere elektrische Maschinen koaxial in einem Vorderwagen des Hybridkraftfahrzeugs anzuordnen.When designing vehicle architectures for hybrid motor vehicles nowadays, a steering unit including associated actuators is usually positioned in front of a wheel center of wheels of the vehicle. In addition, a short "dash-to-axle" dimension (distance between bulkhead/splashboard and drive axle) is aimed at in order to achieve the most balanced possible axle load distribution while at the same time making particularly efficient use of the available installation space. Due to the relatively large tire dimensions (tire width and/or tire diameter) nowadays, however, a span between motor mounts, by means of which a drive unit of the hybrid motor vehicle is held, is severely limited. Thus, with conventional vehicle architectures, it is not possible to coaxially arrange an internal combustion engine, a transmission and an electric machine or multiple electric machines in a front end of the hybrid motor vehicle.
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine besonders vorteilhafte Fahrzeugarchitektur für ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares/fortbewegbares Kraftfahrzeug bereitzustellen.It is the object of the invention to provide a particularly advantageous vehicle architecture for a motor vehicle that can be driven/moved at least partially electrically.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible configurations of the invention are disclosed in the dependent claims, the description and the figures.
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Antriebsachse weist eine Verbrennungskraftmaschine auf, die insbesondere als Hubkolbenmaschine in Reinbauweise ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Antriebsachse eine elektrische Antriebseinheit auf, die einen ersten elektromechanischen Energiewandler, das heißt eine erste elektrische Maschine, aufweist.In a first aspect of the invention, a drive axle for a motor vehicle is proposed. The drive axle has an internal combustion engine, which is designed in particular as a pure construction as a reciprocating piston engine. Furthermore, the drive axle has an electric drive unit, which has a first electromechanical energy converter, ie a first electric machine.
In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Antriebsachse weist das Kraftfahrzeug die Antriebsachse auf. Insoweit weist das Kraftfahrzeug also die Verbrennungskraftmaschine und die elektrische Antriebseinheit auf. Die Verbrennungskraftmaschine und/oder die elektrische Maschine oder die elektrischen Maschinen der elektrischen Antriebseinheit können einen jeweiligen Traktionsmotor für das Kraftfahrzeug bzw. der Antriebsachse bilden. Das bedeutet, dass das Kraftfahrzeug mittels der Antriebsachse, insbesondere mittels der Verbrennungskraftmaschine, antreibbar bzw. fortbewegbar ist. Des Weiteren bedeutet das, dass das Kraftfahrzeug mittels der Antriebsachse, insbesondere mittels der elektrischen Antriebseinheit, antreibbar bzw. fortbewegbar ist. Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug gleichzeitig mittels der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Antriebseinheit antreibbar bzw. fortbewegbar ist. Demnach handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. In diesem Sinne handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridkraftfahrzeug, das insbesondere einen elektrischen Energiespeicher, etwa eine Batterie, an Bord hat. Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Sekundärbatterie, das heißt um einen elektrischen Akkumulator. Die Batterie ist zum Übertragen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit gekoppelt oder koppelbar, wobei die Batterie mittels der elektrischen Antriebseinheit elektrisch geladen wird, beispielsweise wenn wenigstens eine elektrische Maschine des ersten elektromechanischen Energiewandlers in einem generatorischen Betrieb betrieben wird. Darüber hinaus stellt die Batterie dem ersten elektromechanischen Energiewandler elektrische Antriebsenergie bereit, wenn wenigstens einer elektrischen Maschine des ersten elektromechanischen Energiewandlers in einem motorischen Betrieb betrieben wird.In the intended installation position of the drive axle, the motor vehicle has the drive axle. In this respect, the motor vehicle has the internal combustion engine and the electric drive unit. The internal combustion engine and/or the electric machine or the electric machines of the electric drive unit can form a respective traction motor for the motor vehicle or the drive axle. This means that the motor vehicle can be driven or moved by means of the drive axle, in particular by means of the internal combustion engine. Furthermore, this means that the motor vehicle can be driven or moved by means of the drive axle, in particular by means of the electric drive unit. Provision can furthermore be made for the motor vehicle to be able to be driven or moved at the same time by means of the internal combustion engine and the electric drive unit. Accordingly, the motor vehicle is a motor vehicle that can be driven at least partially electrically. In this sense, the motor vehicle is a hybrid motor vehicle, which in particular has an electrical energy store, such as a battery, on board. The battery is in particular a secondary battery, ie an electrical accumulator. The battery is or can be coupled to the electric drive unit for the transmission of electric energy, the battery being electrically charged by means of the electric drive unit, for example when at least one electric machine of the first electromechanical energy converter is operated in generator mode. In addition, the battery provides the first electromechanical energy converter with electrical drive energy when at least one electrical machine of the first electromechanical energy converter is operated in motor mode.
Zudem weist die Antriebsachse eine Getriebeeinheit auf, die an die Verbrennungskraftmaschine und/oder an die elektrische Antriebseinheit anschließbar oder angeschlossen ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Getriebeeinheit sowohl an die Verbrennungskraftmaschine als auch an die elektrische Antriebseinheit angeschlossen ist. Beispielsweise kann es sich bei der Getriebeeinheit um ein sogenanntes DHT-Getriebe (DHT: Dedicated Hybrid Transmission - Dediziertes Hybridgetriebe) handeln. In diesem Fall ist an die Getriebeeinheit der erste elektromechanische Energiewandler oder ein weiterer, beispielsweise zweiter, elektromechanischer Energiewandler angeschlossen. Ferner ist es denkbar, dass die Getriebeeinheit den entsprechenden elektromechanischen Energiewandler als integralen Bestandteil aufweist.In addition, the drive axle has a gear unit that can be connected or is connected to the internal combustion engine and/or to the electric drive unit. Provision can be made for the transmission unit to be connected both to the internal combustion engine and to the electric drive unit. For example, the transmission unit can be a so-called DHT transmission (DHT: Dedicated Hybrid Transmission). In this case, the first electromechanical energy converter or a wide one is attached to the transmission unit rer, for example second, electromechanical energy converter connected. It is also conceivable that the transmission unit has the corresponding electromechanical energy converter as an integral part.
Die Getriebeeinheit weist wenigstens ein Getriebeantriebselement und wenigstens ein Getriebeabtriebselement auf. Des Weiteren ist die Getriebeeinheit insbesondere als eine manuell oder automatisch schaltbare Getriebeeinheit ausgebildet, wodurch das Getriebeantriebselement oder die Getriebeantriebselemente und das Getriebeabtriebselement oder die Getriebeabtriebselemente mit unterschiedlichen Übersetzungen drehfest miteinander selektiv koppelbar sind. Werden diese Übersetzungen in diskreten Stufen geschaltet, weist die Getriebeeinheit demnach eine diskrete Anzahl von Fahrstufen bzw. Gängen auf. Ebenso ist es denkbar, dass die Übersetzung zwischen dem jeweiligen Getriebeantriebselement und dem jeweiligen Getriebeabtriebselement stufenlos einstellbar bzw. regelbar ist, insbesondere wenn die Getriebeeinheit ein stufenlos schaltbares Getriebe oder „CVT-Getriebe“ (CVT: Continuous Variable Transmission) ist oder aufweist. Darüber hinaus kann die Getriebeeinheit noch weitere Elemente bzw. Bauteile aufweisen, zum Beispiel ein Achsdifferenzial zum Drehmoment- und/oder Drehzahlausgleich zwischen zwei Getriebeabtriebselementen der Getriebeeinheit.The transmission unit has at least one transmission input element and at least one transmission output element. Furthermore, the transmission unit is designed in particular as a manually or automatically switchable transmission unit, whereby the transmission input element or the transmission input elements and the transmission output element or the transmission output elements with different gear ratios can be selectively coupled to one another in a torque-proof manner. If these translations are shifted in discrete stages, the transmission unit accordingly has a discrete number of driving stages or gears. It is also conceivable that the transmission ratio between the respective transmission input element and the respective transmission output element is continuously adjustable or controllable, in particular if the transmission unit is or has a continuously variable transmission or "CVT transmission" (CVT: Continuous Variable Transmission). In addition, the transmission unit can also have other elements or components, for example an axle differential for torque and/or speed compensation between two transmission output elements of the transmission unit.
Die Antriebsachse weist weiter zwei mit den Getriebeabtriebswellen der Getriebeeinheit, insbesondere des Achsdifferenzials, drehfest verbundene Radnaben auf. Dabei sind die jeweilige Getriebeabtriebswelle und die jeweilige Radnabe direkt oder indirekt, das heißt beispielsweise unter Einsatz einer Zwischenwelle, drehfest miteinander verbunden. An den Radnaben ist jeweils eine Felge eines Rads des Kraftfahrzeugs befestigbar.The drive axle also has two wheel hubs which are non-rotatably connected to the transmission output shafts of the transmission unit, in particular of the axle differential. In this case, the respective transmission output shaft and the respective wheel hub are connected to one another in a rotationally fixed manner, directly or indirectly, that is to say, for example, using an intermediate shaft. A rim of a wheel of the motor vehicle can be fastened to each of the wheel hubs.
In Bezug auf eine bestimmungsgemäße Vorwärtsfahrtrichtung der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs handelt es sich bei der Antriebsachse insbesondere um eine erste Achse oder Vorderachse für das Kraftfahrzeug bzw. des Kraftfahrzeugs. Alternativ hierzu kann es sich bei der Antriebsachse um eine zweite Achse bzw. um eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs handeln. Unabhängig davon, ob die Antriebsachse in bestimmungsgemäßer Einbaulage als Vorderachse oder als Hinterachse eingesetzt wird, weist die Antriebsachse eine Lenkungseinheit auf, die zum Einschlagen bzw. Lenken der Radnaben ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Lenkungseinheit mechanisch mit den schwenkbar gelagerten Radnaben verbunden ist, sodass in einem Betrieb der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs mittels der Lenkungseinheit eine Lenkkraft auf die Radnaben und infolgedessen auf das jeweilige Rad übertragen wird. Dabei weist die Lenkungseinheit ein Lenkgetriebe auf, welches elektrisch, hydraulisch oder elektrohydraulisch antreibbar ist.With regard to an intended forward travel direction of the drive axle or the motor vehicle, the drive axle is in particular a first axle or front axle for the motor vehicle or the motor vehicle. As an alternative to this, the drive axle can be a second axle or a rear axle of the motor vehicle. Irrespective of whether the drive axle is used in the intended installation position as a front axle or as a rear axle, the drive axle has a steering unit which is designed to turn or steer the wheel hubs. This means that the steering unit is mechanically connected to the pivotably mounted wheel hubs, so that when the drive axle or the motor vehicle is in operation, a steering force is transmitted to the wheel hubs and consequently to the respective wheel by means of the steering unit. The steering unit has a steering gear which can be driven electrically, hydraulically or electro-hydraulically.
Bei der Antriebsachse ist zudem vorgesehen, dass eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine, eine Rotorwelle des ersten elektromechanischen Energiewandlers und das Lenkgetriebe achsparallel zu den Getriebeabtriebswellen, das heißt jeweils in Queranordnung, angeordnet sind. Dabei sind die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine sowie das Lenkgetriebe in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung der Antriebsachse vor den Radnaben angeordnet.In the case of the drive axle, it is also provided that a crankshaft of the internal combustion engine, a rotor shaft of the first electromechanical energy converter and the steering gear are arranged axially parallel to the transmission output shafts, ie each in a transverse arrangement. The crankshaft of the internal combustion engine and the steering gear are arranged in front of the wheel hubs with respect to the forward direction of travel of the drive axle.
Aufgrund dieser Ausgestaltung der Antriebsachse, insbesondere aufgrund der räumlichen Anordnung der genannten Elemente der Antriebsachse, ist die Antriebsachse - insbesondere als Teil eines Modul-Baukastens - besonders vielseitig und/oder flexibel einsetzbar. Besonders Augenmerk ist hierbei darauf zu legen, dass die Antriebsachse - ohne die hierin vorgeschlagene Architektur der Antriebsachse anpassen zu müssen - in Kraftfahrzeugen ab der Klasse Kleinwagen bis hin zur Fahrzeugklasse Geländewagen (SUV) und darüber hinaus eingesetzt werden kann (Fahrzeugklassen gemäß Kraftfahrt-Bundesamt). Ferner ergibt sich in vorteilhafter Weise ein besonders kurzer Abstand zwischen der Spritzwand/Stirnwand und einer gemeinsamen Radmittenachse der Räder der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs („Dash-to-axle“-Maß). Insbesondere wenn die Antriebsachse als eine Vorderachse eingesetzt wird, ergibt sich so eine vorteilhaft besonders kurze Vorderwagenlänge, was insbesondere bei einer Unfallsicherheitsbewertung für Neufahrzeuge hinsichtlich eines Unfallschutzes von ungeschützten Verkehrsteilnehmern von besonderem Vorteil ist. Weiter geht mit der vorliegenden Antriebsachse eine vorteilhaft besonders ausgewogene Achslastverteilung einher, wodurch die Kraftfahrzeuge, die mit der Antriebsachse ausgerüstet sind, einen als besonders fahrdynamisch bzw. fahraktiv, insbesondere sportlich, geltenden Charakter haben. Durch die in Fahrzeugquerrichtung besonders kompakte Bauweise der Antriebsachse sind ferner besonders große Reifenmaße (Reifenbreite und/oder Reifendurchmesser) möglich, welche insbesondere bei großen Fahrzeugklassen erwünscht/erforderlich sind. Die Anordnung des Lenkgetriebes vor den Radnaben trägt zudem zur besonders vorteilhaften Fahrdynamik sowie zu einem vorteilhaft besonders niedrigem Akustikeintrag in eine Karoserie des Hybridkraftfahrzeugs bei, was sich in einer besonders vorteilhaften NVH-Qualität (NVH: Noise, Vibrations, Harshness) äußert. Ferner ist eine besonders zuverlässige und/oder stabile Radführung der Räder der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs sowie ein besonders geringer Reifenrollwiderstand gegeben, wenn das Lenkgetriebe in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung der Antriebsachse vor den Radnaben angeordnet ist. Des Weiteren ist ein zur Verfügung stehender Bauraum am/im Unterboden des Hybridkraftfahrzeugs in vorteilhafter Weise besonders wenig durch Elemente der Antriebsachse belegt, sodass besonders viel Bauraum für die Batterie, die auch als Hochvoltspeicher bezeichnet werden kann, zur Verfügung steht. Demnach ist durch die Antriebsachse einer Packaging-Problematik, die insbesondere bei Hybridkraftfahrzeugen besonders prekär ist, in besonderem Maße Rechnung getragen.Due to this configuration of the drive axle, in particular due to the spatial arrangement of the elements of the drive axle mentioned, the drive axle can be used in a particularly versatile and/or flexible manner, in particular as part of a modular system. Particular attention should be paid to the fact that the drive axle - without having to adapt the drive axle architecture proposed here - can be used in motor vehicles from the small car class to the off-road vehicle class (SUV) and beyond (vehicle classes according to the Federal Motor Transport Authority) . Furthermore, there is advantageously a particularly short distance between the bulkhead/bulkhead and a common wheel center axis of the wheels of the drive axle or of the motor vehicle (“dash-to-axle” dimension). In particular, when the drive axle is used as a front axle, this results in an advantageously particularly short front end length, which is particularly advantageous in an accident safety assessment for new vehicles with regard to accident protection for vulnerable road users. Furthermore, the present drive axle is accompanied by an advantageously particularly balanced axle load distribution, as a result of which the motor vehicles equipped with the drive axle have a character that is considered to be particularly dynamic or active, particularly sporty. Due to the particularly compact design of the drive axle in the transverse direction of the vehicle, particularly large tire dimensions (tire width and/or tire diameter) are also possible, which are particularly desirable/necessary for large vehicle classes. The arrangement of the steering gear in front of the wheel hubs also contributes to the particularly advantageous driving dynamics and to an advantageously particularly low acoustic input into a body of the hybrid vehicle, which is expressed in a particularly advantageous NVH quality (NVH: Noise, Vibrations, Harshness). Furthermore, a particularly reliable and / or stable wheel guidance of the wheels of the drive axle or the motor vehicle and a particularly low tire rolling resistance is given when the steering gear in relation to the forward direction of the drive axle in front of the wheel hub is arranged. Furthermore, the available installation space on/in the underbody of the hybrid motor vehicle is advantageously occupied by elements of the drive axle to a particularly small extent, so that a particularly large amount of installation space is available for the battery, which can also be referred to as a high-voltage battery. Accordingly, the drive axle takes particular account of a packaging problem that is particularly precarious in the case of hybrid motor vehicles.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsachse ist eine Heißseite oder Abgasauslassseite der Verbrennungskraftmaschine in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung nach vorne weisend angeordnet. Zur Heißseite bzw. Abgasauslassseite der Verbrennungskraftmaschine zählen zum Beispiel eine Turbinenseite einer Abgasturboladereinrichtung, wenigstens ein Teil einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (Partikelspeicher, Katalysatoren, etc.) und zugehöriges Rohrwerk bzw. Schlauchwerk. Für die Antriebsachse gilt generell, dass die als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine als ein Ottomotor oder als ein Dieselmotor ausgebildet sein kann. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen, insbesondere vier oder sechs, Brennräume und zugehörige Kolben auf. According to a development of the drive axle, a hot side or exhaust gas outlet side of the internal combustion engine is arranged pointing forward with respect to the forward direction of travel. The hot side or exhaust gas outlet side of the internal combustion engine includes, for example, a turbine side of an exhaust gas turbocharger device, at least part of an exhaust gas aftertreatment device (particle storage, catalytic converters, etc.) and associated pipe work or hose work. For the drive axle, the general rule is that the internal combustion engine designed as a reciprocating piston engine can be designed as an Otto engine or as a diesel engine. The internal combustion engine has at least one, in particular four or six, combustion chambers and associated pistons.
Die Brennräume bzw. die Kolben sind entlang der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine fluchtrecht angeordnet, sodass es sich bei der Verbrennungskraftmaschine insbesondere um einen Reihen-Vierzylinder-Motor, um einen Reihen-Sechszylinder-Motor etc. handelt. Vorteilhaft bei einer derartigen Anordnung der Verbrennungskraftmaschine ist die Möglichkeit, durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abwärme besonders effizient aus einem Motorraum abführen zu können.The combustion chambers or the pistons are arranged in alignment along the crankshaft of the internal combustion engine, so that the internal combustion engine is in particular an in-line four-cylinder engine, an in-line six-cylinder engine, etc. An advantage of such an arrangement of the internal combustion engine is the possibility of being able to dissipate waste heat generated by the internal combustion engine particularly efficiently from an engine compartment.
In alternativer Ausgestaltung der Antriebsachse ist eine Kaltseite oder Frischlufteinlassseite der Verbrennungskraftmaschine in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung der Antriebsachse nach vorne weisend angeordnet. Zur Frischlufteinlassseite der Verbrennungskraftmaschine zählen zum Beispiel eine Turbinenseite der Abgasturboladereinrichtung, eine Luftsammlereinrichtung inklusive entsprechender Filter, Rohrwerk und/oder Schlauchwerk. Ist die Verbrennungskraftmaschine mit ihrer Kaltseite nach vorne weisend angeordnet, ist eine Ansaugstrecke, durch welche Außenluft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs bzw. der Antriebsachse zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine angesaugt wird, in vorteilhafter Weise besonders gering.In an alternative configuration of the drive axle, a cold side or fresh air intake side of the internal combustion engine is arranged pointing forward with respect to the forward direction of travel of the drive axle. The fresh air intake side of the internal combustion engine includes, for example, a turbine side of the exhaust gas turbocharger device, an air collector device including the corresponding filter, piping and/or hose assembly. If the internal combustion engine is arranged with its cold side pointing forwards, an intake path through which outside air is sucked in from the surroundings of the motor vehicle or the drive axle to operate the internal combustion engine is advantageously particularly small.
Unabhängig davon, ob die Heißseite oder die Kaltseite der Verbrennungskraftmaschine bei der Antriebsachse nach vorne weist, ist - gemäß einer Weiterbildung der Antriebsachse - vorgesehen, dass die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung vor dem Lenkgetriebe angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Bezug auf eine Hochrichtung der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs oberhalb des Lenkgetriebes angeordnet. Hieraus ergeben sich erneut Packaging-Vorteile sowie Vorteile hinsichtlich einer besonders vorteilhaften Achslastverteilung und infolgedessen Vorteile hinsichtlich einer erreichbaren Fahrdynamik des mit der Antriebsachse ausgerüsteten Kraftfahrzeugs.Irrespective of whether the hot side or the cold side of the internal combustion engine in the drive axle faces forward, according to a further development of the drive axle it is provided that the crankshaft of the internal combustion engine is arranged in front of the steering gear in relation to the forward direction of travel. Alternatively or additionally, the crankshaft of the internal combustion engine is arranged above the steering gear in relation to a vertical direction of the drive axle or of the motor vehicle. This again results in packaging advantages and advantages in terms of a particularly advantageous axle load distribution and, as a result, advantages in terms of achievable driving dynamics of the motor vehicle equipped with the drive axle.
Einer weiteren Ausgestaltung der Antriebsachse zufolge ist die Verbrennungskraftmaschine in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung um einen Neigungswinkel nach hinten geneigt angeordnet. Anders ausgedrückt schließen eine Hochachse der Verbrennungskraftmaschine und eine Fahrzeuglängsachse bzw. die Vorwärtsfahrtrichtung miteinander den Neigungswinkel ein. Die Hochachse der Verbrennungskraftmaschine ist parallel zu einer jeweiligen Längsmittenachse der hohlzylindrisch ausgebildeten Brennräume. Hierdurch wird der Vorteil des besonders effizienten Packagings der Antriebsachse nochmals verstärkt. Des Weiteren wird einem Unfallschutz von ungeschützten Verkehrsteilnehmern (Fußgängern, Radfahrern etc.) in besonderem Maße Rechnung getragen, da aufgrund des Neigungswinkels, der von 0 Grad und 90 Grad unterschiedlich ist, die Antriebsachse in Hochrichtung besonders flach aufgebaut ist, wodurch ein besonders niedriger Vorderwagen und infolgedessen eine besonders niedrig angeordnete Motorhaube ermöglicht sind. Ferner unterstützt die derartig niedrig angeordnete Motorhaube ein besonders gefälliges Design des mit der Antriebsachsachse ausgerüsteten Kraftfahrzeugs.According to a further embodiment of the drive axle, the internal combustion engine is arranged at an angle of inclination to the rear in relation to the forward direction of travel. In other words, a vertical axis of the internal combustion engine and a longitudinal axis of the vehicle or the forward direction of travel enclose the angle of inclination with one another. The vertical axis of the internal combustion engine is parallel to a respective longitudinal central axis of the hollow-cylindrical combustion chambers. This further reinforces the advantage of the particularly efficient packaging of the drive axle. Furthermore, accident protection for unprotected road users (pedestrians, cyclists, etc.) is particularly taken into account, since due to the inclination angle, which differs from 0 degrees and 90 degrees, the drive axle is constructed particularly flat in the vertical direction, resulting in a particularly low front end and as a result a particularly low engine hood are made possible. Furthermore, the engine hood arranged so low supports a particularly pleasing design of the motor vehicle equipped with the drive axle.
Um die massentechnisch besonders effiziente Verteilung der Elemente der Antriebsachse noch weiter zu unterstützen, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Antriebsachse vorgesehen, dass die Getriebeabtriebswellen der Getriebeeinheit in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung hinter dem Lenkgetriebe angeordnet sind. Anders ausgedrückt ist das Lenkgetriebe bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs vor den Getriebeabtriebswellen der Getriebeeinheit angeordnet.In order to further support the particularly efficient distribution of the elements of the drive axle in terms of mass, another embodiment of the drive axle provides for the transmission output shafts of the transmission unit to be arranged behind the steering gear in relation to the forward direction of travel. In other words, the steering gear is arranged in front of the gear output shafts of the gear unit in relation to the forward direction of travel of the drive axle or of the motor vehicle.
In weiterer Ausgestaltung der Antriebsachse weist die elektrische Antriebseinheit einen zweiten elektromechanischen Energiewandler auf, der - wie auch der erste elektromechanische Energiewandler - parallel zu den Getriebeabtriebswellen angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Antriebsachse den ersten elektromechanischen Energiewandler und den zweiten elektromechanischen Energiewandler aufweisen kann, wobei es sich bei dem ersten elektromechanischen Energiewandler und/oder bei dem zweiten elektromechanischen Energiewandler um einen Traktionsmotor der Antriebsachse handeln kann. In dieser Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass einer der elektromechanischen Energiewandler zum Bilden eines DHT-Getriebes mit der Getriebeeinheit gekoppelt oder koppelbar ist. Der entsprechend andere der elektromechanischen Energiewandler bildet dann einen Traktionsmotor der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs und kann als Hybrid-E-Maschine bezeichnet werden. Der zweite elektromechanische Energiewandler kann ferner als ein separates Antriebsaggregat ausgebildet und entfernt von den restlichen Elementen der Antriebsachse angeordnet sein. Handelt es sich bei der Antriebsachse zum Beispiel um die erste Achse oder Vorderachse für das Kraftfahrzeug bzw. des Kraftfahrzeugs, kann der zweite elektromechanische Energiewandler bzw. die Hybrid-E-Maschine an der zweiten Achse oder Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet sein oder umgekehrt.In a further refinement of the drive axle, the electric drive unit has a second electromechanical energy converter which—like the first electromechanical energy converter—is arranged parallel to the transmission output shafts. This means that the drive axle can have the first electromechanical energy converter and the second electromechanical energy converter, the first being electromechanical Rule energy converter and / or in the second electromechanical energy converter can act a traction motor of the drive axle. In this embodiment, it can also be provided that one of the electromechanical energy converters is coupled or can be coupled to the transmission unit to form a DHT transmission. The corresponding other of the electromechanical energy converters then forms a traction motor of the drive axle or of the motor vehicle and can be referred to as a hybrid electric machine. The second electromechanical energy converter can also be designed as a separate drive unit and can be arranged at a distance from the remaining elements of the drive axle. If the drive axle is, for example, the first axle or front axle for the motor vehicle or motor vehicle, the second electromechanical energy converter or the hybrid electric machine can be arranged on the second axle or rear axle of the motor vehicle or vice versa.
Die zu den Getriebeabtriebswellen achsparallele Anordnung der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine, der Rotorwelle des ersten elektromechanischen Energiewandlers sowie der Rotorwelle des zweiten elektromechanischen Energiewandlers ist besonders vorteilhaft, da beim Übertragen von Drehmoment zwischen den einzelnen Aggregaten bzw. Elementen der Antriebsachse keine konstruktiv aufwendige und masseintensive Moment-Umlenkung um 90 Grad erforderlich ist. Zudem ergeben sich Vorteile hinsichtlich einer besonders effizienten Ausnutzung von zur Verfügung stehendem Bauraum und hinsichtlich einer Wirkungsgradkette zwischen den an einer Drehmomentübertragung beteiligten Elementen der Antriebsachse.The axially parallel arrangement of the crankshaft of the internal combustion engine, the rotor shaft of the first electromechanical energy converter and the rotor shaft of the second electromechanical energy converter in relation to the transmission output shafts is particularly advantageous, since when torque is transmitted between the individual units or elements of the drive axle, there is no structurally complex and mass-intensive torque deflection by 90 degrees is required. In addition, there are advantages with regard to a particularly efficient utilization of the available installation space and with regard to an efficiency chain between the elements of the drive axle involved in torque transmission.
Die Antriebsachse weist insbesondere eine Lenkspindel auf, die ein Lenkradende aufweist, das in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Antriebsachse in einen Fahrerbereich des Kraftfahrzeugs, das heißt in einen Innenraum des Kraftfahrzeugs, hineinragt. An dem Lenkradende ist ein Lenkrad drehfest befestigt. Ein entlang der Lenkspindel dem Lenkrad entgegengesetztes Flanschende der Lenkspindel ist mit einem korrespondierenden Flansch des Lenkgetriebes drehfest verbunden. Hierbei ist es denkbar, dass die Lenkspindel in Bezug auf die Hochrichtung der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs unterhalb der Getriebeabtriebswellen verläuft. Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsachse ist vorgesehen, dass - in Bezug auf die Hochrichtung und auf die Vorwärtsfahrtrichtung der Antriebsachse - die Lenkspindel der Antriebsachse vor und über den Getriebeabtriebswellen angeordnet ist. Somit ist unter Berücksichtigung von Packaging-Vorgaben eine vorteilhaft besonders große Unterbodenfreiheit gewährleistet, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn die Antriebsachse in einem geländegängigen Kraftfahrzeug, etwa einem geländegängigen Personenkraftwagen (zum Beispiel SUV) oder einem geländegängigen Lastkraftwagen, eingesetzt wird.The drive axle has, in particular, a steering spindle, which has a steering wheel end which, when the drive axle is installed as intended, protrudes into a driver's area of the motor vehicle, ie into an interior of the motor vehicle. A steering wheel is fixed in a rotationally fixed manner at the end of the steering wheel. A flange end of the steering spindle opposite the steering wheel along the steering spindle is connected in a rotationally fixed manner to a corresponding flange of the steering gear. It is conceivable here that the steering spindle runs below the transmission output shaft in relation to the vertical direction of the drive axle or the motor vehicle. According to a further development of the drive axle, the steering spindle of the drive axle is arranged in front of and above the transmission output shafts—in relation to the vertical direction and the forward travel direction of the drive axle. Thus, taking into account packaging specifications, an advantageously particularly large underbody clearance is ensured, which is particularly advantageous when the drive axle is used in an off-road motor vehicle, such as an off-road passenger car (for example SUV) or an off-road truck.
Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt ein Kraftfahrzeug mit einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Antriebsachse. Demgemäß ist das Kraftfahrzeug ein Hybrid-Kraftfahrzeug, das mittels der Verbrennungskraftmaschine und/oder mittels der elektrischen Antriebseinheit antreibbar bzw. fortbewegbar ist. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebsachse sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.In a second aspect, the invention relates to a motor vehicle having a drive axle designed in accordance with the above description. Accordingly, the motor vehicle is a hybrid motor vehicle that can be driven or moved by means of the internal combustion engine and/or by means of the electric drive unit. Features, advantages and advantageous configurations of the drive axle according to the invention are to be regarded as features, advantages and advantageous configurations of the motor vehicle according to the invention and vice versa.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and feature combinations shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the invention to leave.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Draufsicht einer Antriebsachse und des Kraftfahrzeugs entlang einer Hochachse z der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs; -
2 eine entlang einer Schnittebene II-II (siehe1 ) teilweise geschnittene Ansicht der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs; und -
3 eine entlang einer Schnittebene III-III (siehe1 ) teilweise geschnittene Ansicht der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs.
-
1 a schematic plan view of a drive axle and the motor vehicle along a vertical axis z of the drive axle and the motor vehicle; -
2 one along a cutting plane II-II (see1 ) partially sectioned view of the drive axle or the motor vehicle; and -
3 one along a cutting plane III-III (see1 ) partially sectioned view of the drive axle or the motor vehicle.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols.
Im Folgenden werden eine Antriebsachse 1 sowie ein mit der Antriebsachse 1 ausgerüstetes Kraftfahrzeug 2 in gemeinsamer Beschreibung dargelegt.
Die Antriebsachse 1, und infolgedessen das Kraftfahrzeug 2, weist eine Verbrennungskraftmaschine 5 auf, die in
Insbesondere ist der zweite elektromechanische Energiewandler 9 Teil einer Getriebeeinheit 10 der Antriebsachse 1, wobei die Getriebeeinheit 10 sowohl an die Kurbelwelle 6 der Verbrennungskraftmaschine 5 als auch an eine Rotorwelle 11 des zweiten elektromechanischen Energiewandlers 9 angeschlossen ist. Vorliegend ist die Getriebeeinheit 10 des Weiteren an eine erste Rotorwelle 12 des ersten elektromechanischen Energiewandlers 8 angeschlossen. Insoweit ist eine Übertragung von Drehzahl und/oder Drehmoment zwischen der Verbrennungskraftmaschine 5, dem jeweiligen elektromechanischen Energiewandler 8, 9 und der Getriebeeinheit 10 ermöglicht. Weist die Getriebeeinheit 10 - wie in
Die Getriebeeinheit 10, insbesondere das DHT-Getriebe 13, weist zwei Getriebeabtriebswellen 14 auf, die jeweils drehfest mit einer entsprechend zugehörigen Radnabe 15 der Antriebsachse 1 verbunden sind. Eine jeweilige Felge (nicht dargestellt) des jeweiligen Rads 3 des Kraftfahrzeugs 2 ist an der entsprechenden Radnabe 15 befestigt.The
Um einen Drehzahlausgleich zwischen den Rädern 3 der Antriebsachse 1 zu ermöglichen, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs 2, weist die Getriebeeinheit 10, insbesondere das DHT-Getriebe 13, ein Achsdifferenzial (nicht dargestellt) auf. Die Getriebeeinheit 10 weist weiter ein Getriebeantriebselement 16, beispielsweise ein Getriebeantriebszahnrad, auf, mittels dessen die Getriebeeinheit 10 und die Kurbelwelle 6 der Verbrennungskraftmaschine 5 und/oder die erste Rotorwelle 12 des ersten elektromechanischen Energiewandlers 8 zur Drehmomentübertragung miteinander gekoppelt oder koppelbar sind. Zwischen der Kurbelwelle 6 und dem Getriebeantriebselement 16 ist vorliegend ein Quertrieb 17 vorgesehen, bei welchem es sich zum Beispiel um ein Zugmittelgetriebe, um ein Stirnradgetriebe etc. handelt. Über den Quertrieb 17 kann des Weiteren die erste Rotorwelle 12 des ersten elektromechanischen Energiewandlers 8 mit der Kurbelwelle 6 und/oder mit dem Getriebeantriebselement 16 in Verbindung stehen. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die erste Rotorwelle 12 in den Quertrieb 17 eingreift.In order to enable speed equalization between the
Die Antriebsachse 1 weist zudem eine Lenkungseinheit 18 auf, die zum Einschlagen bzw. Lenken der schwenkbar an dem Achsträger 4 befestigten Radnaben 15 ausgebildet ist. Hierzu weist die Lenkungseinheit 18 ein Lenkgetriebe 19 auf, mittels dessen im Betrieb der Antriebsachse 1 bzw. des Kraftfahrzeugs 2 die Radnaben 15, und infolgedessen die Räder 3, aus einer Geradeausfahrt-Position ausgelenkt werden, wenn ein entsprechender Lenkbefehl in die Lenkungseinheit 18 eingegeben wird, beispielsweise mittels eines Drehens/Rotierens einer Lenkspindel 20 der Lenkungseinheit 18.The
An der in
Die Kurbelwelle 6 der Verbrennungskraftmaschine 5, die Rotorwellen 11, 12 und das Lenkgetriebe 19 sind achsparallel zu den Getriebeabtriebswellen 14 angeordnet, wobei die Kurbelwelle 6 der Verbrennungskraftmaschine 5 sowie das Lenkgetriebe 19 in Bezug auf eine Vorwärtsfahrtrichtung (siehe Koordinatensystem in
Die Verbrennungskraftmaschine 5 weist bekanntermaßen eine Heißseite 24 und eine Kaltseite 25 auf. Die Heißseite 24, die auch als Abgasauslassseite bezeichnet werden kann, sowie die Kaltseite 25, die auch als Frischlufteinlassseite bezeichnet werden kann, sind in
Besonders hervorzuheben bei der Darstellung in der Antriebsachse 1 in
In
Insgesamt ist durch die Antriebsachse 1 und durch das Kraftfahrzeug 2 eine besonders vorteilhafte Fahrzeugarchitektur für ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares/fortbewegbares Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridkraftfahrzeug, aufgezeigt.Overall, the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Antriebsachsedrive axle
- 22
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 33
- Radwheel
- 44
- Achsträgeraxle carrier
- 55
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 66
- Kurbelwellecrankshaft
- 77
- elektrische Antriebseinheitelectric drive unit
- 88th
- erster elektromechanischer Energiewandlerfirst electromechanical energy converter
- 99
- zweiter elektromechanischer Energiewandlersecond electromechanical energy converter
- 1010
- Getriebeeinheitgear unit
- 1111
- zweite Rotorwellesecond rotor shaft
- 1212
- erste Rotorwellefirst rotor shaft
- 1313
- DHT-GetriebeDHT gearbox
- 1414
- Getriebeabtriebswelletransmission output shaft
- 1515
- Radnabewheel hub
- 1616
- Getriebeantriebselementgear drive element
- 1717
- Quertriebtransverse drive
- 1818
- Lenkungseinheitsteering unit
- 1919
- Lenkgetriebesteering gear
- 2020
- Lenkspindelsteering spindle
- 2121
- AbstandDistance
- 2222
- Spritzwand/Stirnwandbulkhead/bulkhead
- 2323
- Radmittelpunktwheel center
- 2424
- Heißseitehot side
- 2525
- Kaltseitecold side
- 2626
- Kraftfahrzeugkühlerautomotive radiator
- 2727
- Hochachsevertical axis
- 2828
- Abgasstrang exhaust line
- αa
- Neigungswinkel der VerbrennungskraftmaschineInclination angle of the internal combustion engine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102019003727 A1 [0003]DE 102019003727 A1 [0003]
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021122044.0A DE102021122044A1 (en) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | Drive axle for a motor vehicle and motor vehicle |
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Family
ID=85175091
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---|---|
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Citations (3)
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DE102009021270A1 (en) | 2009-05-14 | 2010-11-18 | Volkswagen Ag | Front axle arrangement for passenger car, has subframe fixed in accordance with attachment positions at body of vehicle such that gear is arranged in direction seen behind/before center that is near/away from driver, respectively |
DE102016120965A1 (en) | 2015-11-12 | 2017-05-18 | GM Global Technology Operations LLC | Powertrain with modular drive unit |
DE102019003727A1 (en) | 2019-05-28 | 2020-01-02 | Daimler Ag | Motor vehicles, in particular passenger cars |
-
2021
- 2021-08-26 DE DE102021122044.0A patent/DE102021122044A1/en active Pending
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Dyke | Dyke's automobile and gasoline engine encyclopedia |
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