DE112010002057T5

DE112010002057T5 - Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE112010002057T5
Application number: DE112010002057T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Hamada; Masahiro Ohnishi
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2012-09-13
Also published as: JP5325653B2; CN102395484A; CN102395484B; JP2010269634A; WO2010134297A1; US20110127094A1; US8083243B2

Abstract

Eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze (10) zur Verwendung in einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug kombiniert die nachfolgenden strukturellen Merkmale. (i) Eine Teilrahmenkonstruktion, in der eine Antriebseinheit (12) auf schwingungsdämpfende Weise an einem Teilrahmen (14) durch eine erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung (32, 32, 32, 32) gestützt ist, und der Teilrahmen (14) auf schwingungsdämpfende Weise an einem Fahrzeugchassis (16) durch eine zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung (42, 44, 46) gestützt ist. (ii) Eine Gesamtfederkonstante der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung (32, 32, 32, 32) in einer Eingaberichtung einer Drehmomentreaktionskraft der Antriebseinheit (12) ist größer als eine Gesamtfederkonstante der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung (42, 44, 46). (iii) Ein durchschnittlicher Wert eines Abstandes zwischen einer Drehmomentrollachse (40) der Antriebseinheit (12) und der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung (42, 44, 46) ist größer als ein durchschnittlicher Wert eines Abstandes zwischen der Drehmomentrollachse (40) und der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung (32, 32, 32, 32).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze mit neuartiger Konstruktion, die dafür ausgelegt ist, eine Schwingungsdämpfungsstütze einer Elektromotoreinheit an einem Fahrzeugchassis in einem Elektrofahrzeug, bei dem ein Elektromotor als Antriebsquelle zum Einsatz kommt, bereitzustellen.
Hintergrund
Eingedenk der zunehmenden Wichtigkeit der globalen Umweltproblematik ist eine Anzahl von Elektrofahrzeugen vorgeschlagen worden, so beispielsweise batteriebetriebene Fahrzeuge und brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge, die auf einem Elektromotor anstelle eines Verbrennungsmotors als Antriebsquelle basieren.
Bei den bislang vorgeschlagenen Elektrofahrzeugen ist diejenige Struktur, die dafür gedacht ist, die herkömmliche, einen Verbrennungsmotor beinhaltende Versorgungseinheit zu ersetzen, einfach eine modifizierte Antriebseinheit, die einen Antriebsmotor beinhaltet. Infolgedessen weisen Montiersysteme zum Montieren der Antriebseinheit am Fahrzeugchassis, so beispielsweise diejenigen, die in der Druckschrift JP-A7-156663 (Patentdruckschrift 1) offenbart sind, im Allgemeinen dieselbe Konstruktion wie Montiersysteme für herkömmliche, einen Verbrennungsmotor beinhaltende Antriebseinheiten auf.
Von den Erfindern durchgeführte Forschungen haben gleichwohl den Schluss zugelassen, dass es immer dann, wenn eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für einen Elektromotor im Allgemeinen denselben Aufbau wie eine herkömmliche Montiereinheit für einen Verbrennungsmotor aufweist, extrem schwierig wird, die in einem Elektrofahrzeug gewünschten Schwingungsdämpfungskennwerte zu erreichen. Ein möglicher technischer Grund hierfür besteht darin, dass sich ein Elektromotor und ein Verbrennungsmotor nicht nur hinsichtlich ihrer Konstruktion, sondern auch hinsichtlich ihrer Ausgabekennwerte merklich unterscheiden, wobei eine beträchtliche Divergenz hinsichtlich der erforderlichen Kennwerte wie auch der Schwingungsdämpfungsstütze, die geeignet wäre, um diese zu erreichen, vorhanden ist.
Als Beispiel sei angeführt, dass ein Elektromotor ein hohes Drehmoment in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit entwickelt, während ein Verbrennungsmotor ein hohes Drehmoment in einem Bereich hoher Geschwindigkeit entwickelt, weshalb eine große Differenz hinsichtlich der Kennwerte der Antriebsdrehmomentreaktionskraft, der die Schwingungsdämpfungsstütze ausgesetzt ist, besteht. Zusätzlich fehlt dann, wenn die Schwingungsdämpfung einer Leerlaufschwingung, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist, eine Anforderung an Montiersysteme für Verbrennungsmotoren ist, der Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs eine Leerlaufbedingung, weshalb kein Bedarf an einer Schwingungsdämpfungsstütze für eine derartige Einheit zur Bereitstellung einer Schwingungsdämpfung für eine Leerlaufdämpfung besteht. Darüber hinaus kann bei einem Elektromotor in Abhängigkeit von der Anzahl der Magnete und Spulen eine durch Schwankungen des Ausgabedrehmomentes verursachte Schwingung mehrere Male bis mehrere Dutzend Male während einer einzigen Umdrehung der Ausgabewelle des Elektromotors entstehen, wohingegen in einem Viertaktverbrennungsmotor die Schwingung nicht mehr als einmal während jeweils zweier Umdrehungen der Kurbelwelle auftritt. Aus diesem Grund unterscheiden sich die Häufigkeit der durch Drehmomentschwankungen verursachten Schwingungen stark, was zu einem großen Unterschied bei den erforderlichen Schwingungsdämpfungskennwerten führt. Die technische Grundlage der Erkenntnis der Erfinder dahingehend, dass Stützstrukturen für einen Verbrennungsmotor enthaltende herkömmliche Versorgungseinheiten für die Verwendung als Stützstrukturen für einen Elektromotor enthaltende Antriebseinheiten ungeeignet sind, wird im Lichte der vorbeschriebenen Betrachtungen verständlich.
Druckschrift aus dem Stand der Technik
Zitierte Patentschriften

Patentdruckschrift 1: JP-A-7-156663

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Eingedenk des Vorbeschriebenen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze mit neuartiger Ausgestaltung bereitzustellen, die insbesondere für Elektrofahrzeuge ausgelegt ist und die sich vollständig von einem herkömmlichen Versorgungseinheitsmontiersystem für einen Verbrennungsmotor unterscheidet.
Mittel zum Lösen des Problems
Die vorbeschriebenen Aufgaben können entsprechend den nachfolgenden Ausführungen der Erfindung gelöst werden, wobei die hierbei zum Einsatz kommenden nachfolgenden Elemente in beliebigen möglichen optionalen Kombinationen Verwendung finden können.
Eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze zur Verwendung in einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug zur Bereitstellung einer schwingungsgedämpften Stütze einer Antriebseinheit mit einem Elektromotor an einem Fahrzeugchassis bereit und zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung vorgesehen ist, um die Antriebseinheit auf schwingungsdämpfende Weise an einem Teilrahmen zu stützen; eine zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung vorgesehen ist, um den Teilrahmen auf schwingungsdämpfende Weise an dem Fahrzeugchassis zu stützen; eine Federkonstante der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung in einer Eingaberichtung einer Drehmomentreaktionskraft des Elektromotors auf einen größeren Wert als eine Federkonstante der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung eingestellt ist; und ein durchschnittlicher Abstand zwischen einer Drehmomentrollachse der Antriebseinheit und der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung im Vergleich zu einem durchschnittlichen Abstand zwischen der Drehmomentrollachse und der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung auf einen größeren Wert eingestellt ist.
Entsprechend der ersten Ausführung ist es bei einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug möglich, sowohl eine verbesserte Übertragungseffizienz für das Antriebsdrehmoment wie auch hervorragende Schwingungsdämpfungseigenschaften zu erreichen. Insbesondere bei einer Antriebseinheit mit einem Elektromotor als Antriebsquelle tritt im Gegensatz zu einer herkömmlichen Versorgungseinheit, bei der ein Verbrennungsmotor zum Einsatz kommt, keine Leerlaufschwingung auf, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist. Die Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze der vorliegenden Erfindung stellt auf diese eindeutigen Schwingungskennwerte der elektromotorbetriebenen Fahrzeuge ab und stellt die Schwingungsdämpfungseigenschaften gegenüber der Mittelfrequenzdämpfung entsprechend der Leerlaufschwingung eines Verbrennungsmotors zurück. Hierdurch wird es möglich, die Antriebsdrehmomentübertragungseffizienz zu verbessern und eine Hochfrequenzeinstellung für die Starrkörperresonanzfrequenz der Antriebseinheit durch spezifische Platzierung der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung und der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung wie auch durch ihre Federkonstanteneinstellungen zu erreichen.
Konkret ist in der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die in einem kurzen Abstand entfernt von der Drehmomentrollachse der Antriebseinheit befindlich ist, eine hohe Federkonstante in der Eingaberichtung der Drehmomentreaktionskraft vorgesehen, was zu einem hohen Niveau der Stützfederhärte in Bezug auf die Drehmomentreaktionskraft führt. Die Versetzung, beispielsweise ein Schaukeln (rocking) der Antriebseinheit infolge der Drehmomentreaktionskraft wird hierdurch verringert, und es kann das Antriebsdrehmoment effizienter auf das Antriebsrad für eine verbesserte Beschleunigung und Beschleunigerreaktion übertragen werden.
Insbesondere können in einem Montiersystem für einen herkömmlichen Verbrennungsmotor dann, wenn die zwischen der Versorgungseinheit und dem Teilrahmen zwischengeschaltete Schwingungsdämpfungseinheit eine hohe Federkonstante in Richtung der Drehmomentreaktionskraft aufweist, ausreichende Schwingungsdämpfungseigenschaften gegenüber der Leerlaufschwingung und einer Motorschwingung bei einer niedrigen Motorgeschwindigkeit, die bei etwa 20 bis 40 Hz gegeben ist, nicht erreicht werden, wodurch eine derartige Anordnung unpraktikabel wird. Bei einem Verbrennungsmotor sind die mit der Zündung einhergehenden Drehmomentschwankungen sehr groß, was bedeutet, dass es zur Aufrechterhaltung einer Schwingungsübertragbarkeit während des Leerlaufes oder bei einer niedrigen Motorgeschwindigkeit auf unteren praktischen Niveaus notwendig ist, die Resonanzfrequenz der Versorgungseinheitsschwingungsdämpfungsvorrichtung auf eine niedrigere Frequenz als die Leerlauffrequenz einzustellen. Bei dem elektromotorbetriebenen Fahrzeug, auf das die vorliegende Erfindung abzielt, tritt eine Leerlauf jedoch nicht auf, wobei zudem Drehmomentschwankungen bei niedriger Motorgeschwindigkeit sehr gering sind und die Drehmomentschwankungsfrequenz bei niedriger Motorgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor ebenfalls viel höher ist. Aus diesen Gründen kann bei einer Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze, die für eine Verwendung in einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug ausgelegt ist, die Federkonstante der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung in Richtung der Drehmomentreaktionskraft vergleichsweise hoch sein, während gleichzeitig gute Schwingungsdämpfungseigenschaften gegenüber einer Schwingung, so beispielsweise einem Rumbling bzw. Rumpeln, infolge von Drehmomentschwankungen erhalten bleiben. Hierdurch wird es entsprechend möglich, eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze zur Verwendung in einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug mit hervorragender Antriebsdrehmomentübertragungseffizienz, wie vorstehend ausgeführt worden ist, zu erreichen.
Die zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung weist eine niedrigere Federkonstante in der Eingaberichtung der Drehmomentreaktionskraft auf, als dies bei der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung der Fall ist, ist jedoch um einen größeren Abstand von der Drehmomentrollachse getrennt, wobei mit Blick auf die Stützfederhärte hinsichtlich der Drehmomentreaktionskraft die Federkennwerte der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung im Vergleich zu der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung dominant sind. Aus Gründen im Zusammenhang mit der Konstruktion des Teilrahmens ist darüber hinaus die Eingabelast für die zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung größer als für die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung, weshalb die Federkonstante der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung ein wenig höher ist, um so die Lasttragefähigkeit sicherzustellen. Aus diesem Grund wird die Stützfederhärte hinsichtlich der Drehmomentreaktionskraft effektiv von der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung getragen, und es kann eine hervorragende Antriebsdrehmomentübertragungseffizienz, wie vorstehend bereits ausgeführt worden ist, erreicht werden.
Durch Bereitstellen einer hohen Federkonstante in der Eingaberichtung der Drehmomentreaktionskraft für die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung wird zudem eine hohe Frequenz für die Starrkörperresonanzfrequenz der Antriebseinheit bereitgestellt, die von einem Schwingungssystem gebildet wird, in dem die die Masse darstellende Antriebseinheit elastisch durch eine Feder gestützt ist, die die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung beinhaltet. Aus diesem Grund kann in Bezug auf die Starrkörperresonanz, die zudem in der Antriebseinheit infolge der Schwingungskraft aus der Eingabe aus der Radanordnung (Fahrzeugrad) auftritt, eine Schwingung infolge dieser Resonanz innerhalb eines praxisrelevanten Motorbereiches vermieden werden, was zu einer weiteren Verbesserung der Fahrzeugschwingungsdämpfungseigenschaften führt.
Eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug entsprechend der ersten Ausführung bereit, wobei hier der Teilrahmen auf schwingungsdämpfende Weise am Fahrzeugchassis durch eine Mehrzahl der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen gestützt ist, die hin zu einem vorderen Ende und hin zu einem rückwärtigen Ende des Fahrzeuges gelegen sind; Stützfederkennwerte der Antriebseinheit durch die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, die hin zu den vorderen Enden gelegen sind, sich von Stützfederkennwerten der Antriebseinheit durch die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, die hin zu dem rückwärtigen Ende gelegen sind, unterscheiden; und eine Nickresonanz (pitching resonance) und eine Prallresonanz (bouncing resonance) in dem Teilrahmen auf gekoppelte Weise erzeugt werden.
Entsprechend der vorliegenden Ausführung werden die Nickresonanz (Schaukelresonanz in der Fahrzeuglängsrichtung um eine Schaukelachse mit Erstreckung in der Fahrzeugseitenrichtung) und die Prallresonanz (Resonanz in der Fahrzeugvertikalrichtung) bei Entstehung in dem Teilrahmen aktiv gekoppelt, wodurch die Schwingungsniveauextrema der Nickresonanz und der Prallresonanz unter Kontrolle gehalten werden können. Insbesondere die Energie einer Schwingung, die entweder durch eine Nickresonanz oder durch eine Prallresonanz erzeugt wird, kann in die jeweils andere umgewandelt werden, wodurch es möglich wird, Fahrzeugschwingungsdämpfungseigenschaften davor zu bewahren, nachteiligerweise extrem hohen Schwingungsextremaniveaus ausgesetzt zu werden.
Insbesondere ist entsprechend der vorliegenden Erfindung der Abstand der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung von der Drehmomentrollachse größer als derjenige der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung, wobei die Stützfederhärte der Drehmomentreaktionskraft durch die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung sichergestellt wird. Daher ist ein hoher Grad an Freiheit bei der Einstellung der Federkennwerte der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung sichergestellt. Entsprechend ist es ein Leichtes, eine reziproke Abstimmung der Nickresonanz und der Prallresonanz zu erreichen, um eine effektive Verringerung der Schwingung auf Grundlage einer Kopplung der beiden Schwingungsmoden, wie vorstehend beschrieben worden ist, zu erreichen.
Eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug entsprechend der zweiten Ausführung bereit, wobei in einer fundamentalen Schwingungsmode, die aus der Koppelung der Nickschwingung und der Prallschwingung in dem Teilrahmen entsteht, ein Knoten einer Schwingungsmode hin zu irgendeinem von dem vorderen Ende und dem rückwärtigen Ende des Fahrzeuges vorgespannt bzw. bevorzugt verschoben ist; und aus der Mehrzahl der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit einer Lage hin zu dem vorderen Ende und dem rückwärtigen Ende des Fahrzeuges eine von den zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit einer Lage in einem größeren Abstand entfernt von dem Knoten der Schwingungsmode höhere Dämpfungskennwerte in einer Eingaberichtung einer Nickschwingung und der Prallschwingung im Vergleich zu einer anderen der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit einer Lage in einem kürzeren Abstand entfernt von dem Knoten der Schwingungsmode aufweist.
Entsprechend der vorliegenden Ausführung werden hohe Dämpfungskennwerte in Bezug auf die fundamentale Schwingung (Resonanz mit größerer Amplitude) des Teilrahmens effektiv durch die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit größerer Amplitudenversetzung erreicht, wodurch die Resonanzversetzung des Teilrahmens verringert und der Fall der Fahrzeugschwingung minimiert wird. Insbesondere durch Koppeln der Resonanz des Teilrahmens zur aktiven Sicherstellung eines ausreichenden Amplitudenverhältnisses für die dem vorderen Ende zu eigenen zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen und die dem rückwärtigen Ende zu eigenen zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen wird es möglich, hohe Dämpfungskennwerte in diesen zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, die eine große Amplitude verursachen, zu erreichen.
Eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug entsprechend einer beliebigen der ersten bis dritten Ausführungen bereit, wobei die Antriebseinheit auf den Teilrahmen mittels der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung aufgesetzt ist und der Teilrahmen dem Gewicht der Antriebseinheit zusätzlich zu der Antriebsdrehmomentreaktionskraft der Antriebseinheit ausgesetzt ist.
Entsprechend dieser Ausführung ist das Gesamtgewicht der Antriebseinheit an dem Fahrzeugchassis mittels des Teilrahmens gestützt. Bei dieser Stützstruktur für die Antriebseinheit durch den Teilrahmen entsteht tendenziell das Problem einer verschärften Fahrzeugschwingung im Zusammenhang mit der Resonanz des Teilrahmens, was vom hohen Gewicht des Teilrahmens herrührt, der elastisch am Fahrzeugchassis mittels der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung gestützt ist. Gleichwohl können verbesserte Schwingungsdämpfungseigenschaften durch die Implementierung der Erfindung erreicht werden, und es kann die Schwingung im Zusammenhang mit der Resonanz des Teilrahmens effektiv durch eine gleichzeitige Implementierung insbesondere der zweiten oder dritten Ausführung erreicht werden.
Eine fünfte Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug entsprechend einer beliebigen der ersten bis dritten Ausführungen bereit, wobei die Antriebseinheit innerhalb einer Felge eines Fahrzeugrades installiert ist, um eine radinterne Motorstruktur zu bilden; zudem ist die Antriebseinheit mittels eines Radanordnungsaufhängungsgliedes mit dem Teilrahmen verbunden und an diesem gestützt, und es wird die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung von einer Aufhängungsschwingungsdämpfungsvorrichtung gebildet, die in einer Zone der Übertragung der Drehmomentreaktionskraft der Antriebseinheit von dem Radanordnungsaufhängungsglied zu dem Teilrahmen angeordnet ist.
Entsprechend dieser Anordnung wird es bei einer radinternen Motorstruktur, die eine Elektromotorantriebseinheitsstützstruktur mit im Vergleich zu der Versorgungseinheitsstützstruktur für einen herkömmlichen Verbrennungsmotor fast vollständig anderer Ausgestaltung aufweist, möglich, eine neuartige und nützliche Ausgestaltung eines Antriebseinheitshaltemechanismus bereitzustellen, der eine Teilrahmenstruktur verwendet. Insbesondere durch Ermöglichen der Implementierung einer Teilrahmenstruktur in einer radinternen Motorstruktur kann eine effektive Dämpfung nicht nur einer Schwingung, die von der Antriebseinheit auf das Fahrzeugchassis übertragen wird, sondern auch einer Schwingung, die von der Oberfläche einer Fahrbahn mittels der Radanordnung in das Fahrzeugchassis eingeleitet wird, effektiv durch einen Doppelschwingungsdämpfungsmechanismus erreicht werden, der aus der erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung und der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung besteht. Darüber hinaus wird es durch Anwenden spezifischer Platzierungsstellen und spezifischer Federkennwerte für die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung und die zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung möglich, hervorragende Schwingungsdämpfungseigenschaften zu erreichen, während eine weitgehende Stützfederhärte hinsichtlich der Antriebsdrehmomentreaktionskraft sichergestellt wird, um eine hervorragende Antriebsdrehmomentübertragungseffizienz zu erreichen.
Eine sechste Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug entsprechend der fünften Ausführung bereit, wobei wenigstens eines von einem Stoßdämpfer und einer Feder mit Installation zwischen dem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugchassis an dem Fahrzeugchassis mittels des Teilrahmens angebracht ist.
Entsprechend der vorliegenden Ausführung wird es bei einer Straßenoberflächenschwingung, die von der Radanordnung auf das Fahrzeugchassis mittels des Stoßdämpfers oder der Feder übertragen wird, möglich, diese effektiv durch die Verwendung der Teilrahmenstruktur zu verringern, die in der vorbeschriebenen radinternen Motorstruktur implementiert ist.
Wirkung der Erfindung
Durch Einsatz von spezifischen Federkennwerten und Platzierungsstellen für die erste Schwingungsvorrichtung, die eine Schwingungsdämpfungsverbindung der Antriebseinheit mit dem Teilrahmen bereitstellt, und für die zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die eine Schwingungsdämpfungsverbindung des Teilrahmens mit dem Fahrzeugchassis bereitstellt, bewerkstelligt die vorliegende Erfindung sowohl eine verbesserte Übertragungseffizienz des Antriebsdrehmomentes auf die Radanordnung, wie auch hervorragende Schwingungsdämpfungseigenschaften bei Typen von Schwingungen, die bei elektromotorbetriebenen Fahrzeugen Probleme darstellen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Hauptteiles der Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze.
3 ist ein Diagramm zur Darstellung eines zwei Freiheitsgrade aufweisenden Schwingungssystems in einem Teilrahmen.
4 ist eine schematische Perspektivansicht einer Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsvorrichtung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele zur Ausführung der Erfindung
Ein tieferes Verständnis der vorliegenden Erfindung wird durch die nachfolgende Detailbeschreibung der Ausführungsbeispiele unter Hinzuziehung der begleitenden Zeichnung möglich.
1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze 10 zur Verwendung in einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug. Bei dieser Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze 10 ist eine Antriebseinheit 12 mit einem radeinternen Motoraufbau auf schwingungsdämpfende Weise an einem Fahrzeugchassis 16 mittels eines Teilrahmens 14 gestützt.
Die der Antriebseinheit 12 zu eigene Ausgestaltung beinhaltet einen Elektromotor 18, der mit einem Schaltgetriebemechanismus ausgestattet ist. Das Motorgehäuse des Elektromotors 18 ist mit einer Unterbringung an der inneren Umfangsseite der Felge eines Rades 22 einer Radanordnung 20 angeordnet und ist von einem Radanordnungsstützglied (einem Glied, das an der Radgelenkseite gelegen ist) 24, an dem die Bremszange bzw. der Bremssattel (brake caliper) angebracht ist, gestützt. Die Ausgabewelle des Elektromotors 18 ist mit dem Rad 22 über den Schaltgetriebemechanismus auf eine Weise verbunden, die in den Druckschriften JP-A-2006-248417 und JP-A-2005-22554 offenbart ist, sodass die Antriebsleistung von dem Elektromotor 18 auf die Radanordnung 20 übertragen werden kann.
Das Radanordnungsstützglied 24 ist an dem Fahrzeugschassis 16 mittels eines Radanordnungsaufhängungsgliedes 26 angebracht. An dem Fahrzeugchassis 16 ist der Teilrahmen 14 an dem Montierabschnitt des Radanordnungsaufhängungsgliedes 26 installiert, und es ist das Radanordnungsstützglied 24 mit dem Teilrahmen 14 über das Radanordnungsaufhängungsglied 26 verbunden. Dies bedeutet, dass das Radanordnungsstützglied 24 an dem Fahrzeugchassis 16 durch das Radanordnungsaufhängungsglied 26 mittels des Teilrahmens 14 angebracht ist.
Der Teilrahmen 14 ist eine hochfeste Komponente, die aus Stahl oder dergleichen besteht, und weist, wie in 2 gezeigt ist, eine vorgeschriebene Länge in der Fahrzeuglängsrichtung auf. Der Teilrahmen 14 beinhaltet einen Basisabschnitt 28 mit Erstreckung in der Fahrzeuglängsrichtung sowie einen Turmabschnitt 30, der von dem zentralen Abschnitt des Basisabschnittes 28 aus in der Fahrzeuglängsrichtung nach oben vorsteht. Gleichwohl kann die spezifische Form des Teilrahmens 14 eingedenk des jeweiligen Fahrzeugchassis, Aufhängungsmechanismus und dergleichen mehr geeignet gewählt werden und ist nicht auf das im Zusammenhang mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Gezeigte beschränkt.
Eine Mehrzahl von Montierabschnitten 31a für das Radanordnungsaufhängungsglied 26 ist in dem zentralen Abschnitt in der Fahrzeuglängsrichtung des Teilrahmens 14 angeordnet, und es sind Montierabschnitte 31b zum Montieren des Teilrahmens 14 an dem Fahrzeugchassis 16 in der Nähe der beiden Enden in der Fahrzeuglängsrichtung und in der Nähe der oberen Kante des Teilrahmens 14 angeordnet.
Insbesondere ist eine Gesamtzahl von vier Montierabschnitten 31a für das Radanordnungsaufhängungsglied 26 vorgesehen, wobei zwei in einem vorgeschriebenen Abstand entfernt in der Fahrzeuglängsrichtung an dem Basisabschnitt 28 gelegen sind und zwei in einem vorgeschriebenen Abstand entfernt in der Fahrzeuglängsrichtung an dem Turmabschnitt 30 gelegen sind. Indes ist eine Gesamtzahl von drei Montierabschnitten 31b zum Montieren an dem Fahrzeugchassis 16 in den beiden Endabschnitten in der Fahrzeuglängsrichtung an dem Basisabschnitt 28 und in dem oberen Endabschnitt des Turmabschnittes 30 vorgesehen.
Aufhängungslaufbuchsen 32, die als Aufhängungsschwingungsdämpfungsvorrichtungen bereitgestellt sind, sind an jedem der Montierabschnitte 31a des Radanordnungsaufhängungsgliedes 26 angebracht. Die Aufhängungslaufbuchsen 32 können Komponenten mit bekannter Ausgestaltung sein, wie sie unter anderem in der Druckschrift JP-A-2007-245890 offenbart sind, und die beispielsweise aus einem äußeren rohrförmigen Passstück gebildet sind, das beabstandet bezüglich der äußeren Umfangsseite eines inneren Wellenpassstückes ist, wobei das innere Wellenpassstück und das äußere rohrförmige Passstück durch einen elastischen Hauptgummikörper miteinander verbunden sind.
Die Aufhängungslaufbuchsen 32 sind an jedem Montierabschnitt 31a derart angebracht, dass das innere Wellenpassstück der Aufhängungslaufbuchse 32 in die Fahrzeuglängsrichtung weisend durch den Teilrahmen 14 gestützt ist. Des Radanordnungsaufhängungsglied 26 ist mit dem äußeren rohrförmigen Passstück verbunden. Das Radanordnungsaufhängungsglied 26 ist aus einem geeigneten Arm oder dergleichen gebildet, der entsprechend dem jeweiligen Aufhängungsmechanismus mit verschiedenen bekannten Ausgestaltungen versehen ist.
Das Radanordnungsaufhängungsglied 26 kann beispielsweise, wie in der Zeichnung dargestellt ist, einen oberen Arm 34 und einen unteren Arm 36 beinhalten, die eine Aufhängung vom Dreiecklenkertyp (wishbone type) beinhalten. Der obere Arm 34 und der unteren Arm 36 sind im Allgemeinen „A”-förmige oder „L”-förmige Arme und sind jeweils an zwei Stellen an der Basisendseite hiervon an dem äußeren rohrförmigen Passstück der Aufhängungslaufbuchse 32 befestigt. Der obere Arm 34 und der untere Arm 36 sind an der distalen Endseite hiervon an dem Radanordnungsstützglied 24 mittels eines Kugelgelenkes angebracht. Die Radanordnung 20 ist hierdurch mit dem Teilrahmen 14 mittels des Radanordnungsaufhängungsgliedes 26 verbunden, sodass die Anordnung in der Fahrzeuglängsrichtung positioniert und schaukelfähig in der Fahrzeugvertikalrichtung auf lenkbare Weise gestützt ist.
Der Aufhängungsmechanismus der vorliegenden Erfindung verfügt über einen Versteifungsmechanismus. Insbesondere das untere Ende eines Stoßdämpfers 38 mit teleskopischem Aufbau und einer Orientierung mit nach oben gegebener Erstreckung an der Diagonale ist an dem Radanordnungsstützglied 24 angebracht, wobei das obere Ende des Stoßdämpfers 38 in der Nähe des oberen Endes des Turmabschnittes 30 des Teilrahmens 14 angebracht ist. Gegebenenfalls kann eine geeignete obere Stütze der Anbringungsstelle des dem Stoßdämpfer 38 zu eigenen oberen Endes an dem Turmabschnitt 30 zwischengeschaltet sein. Die obere Stütze kann eine beliebige von verschiedenen bekannten Ausgestaltungen aufweisen, so beispielsweise die in der Druckschrift JP-A-2001-193781 offenbarte.
Obwohl dies in der Zeichnung nicht explizit gezeigt ist, ist entsprechend einer bekannten Versteifungskonstruktion eine Schraubenfeder, eine Luftfeder oder dergleichen an dem Stoßdämpfer 38 installiert, wobei durch die Druckkraft der Schraubenfeder die Radanordnung 20, die mit dem Teilrahmen 14 verbunden ist, das Gewicht des Fahrzeuges elastisch stützt. Es ist ohne Weiteres erkennbar, dass der Stoßdämpfer 38, der einen Teil der Versteifungsstruktur bildet, dafür gedacht ist, eine Vertikallast des Fahrzeuges zu stützen, und nicht dafür gedacht ist, eine Reaktionskraft (Antriebsreaktionskraft, Bremsreaktionskraft, Kurvenfahrtkraft und dergleichen) aufzunehmen, die beispielsweise in Richtung der Drehung der Radanordnung 20 wirkt.
Insbesondere ist die Antriebseinheit 12, die den Elektromotor 18 beinhaltet, auf schwingungsdämpfende Weise durch die Verbindung mit dem Teilrahmen 14 mittels des oberen Armes 34, des unteren Armes 36 und des Stoßdämpfers 38, die das Radanordnungsaufhängungsglied 26 bilden, gestützt. Aufgrund dessen, dass der Stoßdämpfer 38 keinen Anteil an der in Richtung der Drehung der Radanordnung 20 wirkenden Reaktionskraft hat, wird eine Antriebsdrehmomentreaktionskraft um die Drehmomentrollachse 40 der Antriebseinheit 20 auf den Teilrahmen 14 von dem oberen Arm 34 und dem unteren Arm 36 mittels der Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32 ausgeübt. Dies bedeutet, dass während die Schwingungsdämpfungsvorrichtung für das Radanordnungsaufhängungsglied 26 die obere Stütze zusätzlich zu den Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32 beinhalten kann, die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die auf das Problem der Kennwerte, so beispielsweise der Federkonstante in der Eingaberichtung der Drehmomentreaktionskraft abstellt, lediglich die Laufbuchsen 32, 32, 32, 32 und nicht die obere Stütze oder dergleichen beinhaltet.
Indes sind Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46, die als zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtungen vorgesehen sind, in den drei Montierabschnitten 31b installiert, die zum Montieren des Teilrahmens 14 an dem Fahrzeugchassis 16 verwendet werden. Diese Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 sind hinsichtlich spezifischer Strukturen, die entsprechend den erforderlichen Schwingungsdämpfungskennwerten ausgewählt werden können, nicht begrenzt.
So können beispielsweise, wie dargestellt ist, die Teilrahmenmontierung 42, die in dem Montierabschnitt 31b installiert ist, der an der dem Fahrzeug zu eigenen vorderen Endseite des Basisabschnittes 28 gelegen ist, und die Teilrahmenmontierung 44, die in dem Montierabschnitt 31b installiert ist, der an der dem Fahrzeug zu eigenen rückwärtigen Endseite des Basisabschnittes 28 gelegen ist, rohrförmige Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit einem äußeren rohrförmigen Passstück, das beabstandet bezüglich der äußeren Umfangsseite des inneren Wellenpassstückes positioniert und durch einen elastischen Hauptgummikörper verbunden ist, bilden. Durch Sichern des äußeren rohrförmigen Passstückes mittels Drucksitz in einem Montierloch, das in dem Basisabschnitt 28 ausgebildet ist, sind die Teilrahmenmontierungen 42, 44 bei Orientierung der Mantiermittelachse in der Fahrzeugvertikalrichtung angebracht und mit Sicherung des inneren Wellenpassstückes hiervon an dem Fahrzeugchassis 16 installiert. Ein elastischer Gummikörper 52 ist zwischen den entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Flächen eines ersten Montierpassstückes 48 und eines zweiten Montierpassstückes 50 zwischengeschaltet, und die Teilrahmenmontierung 46, die an dem oberen Ende des Turmabschnittes 30 installiert ist, ist an den beiden Montierpassstücken 48, 50 verankert. Das erste Montierpassstück 48 wird anschließend an einem der vertikal entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Abschnitte des dem Turmabschnitt 30 zu eigenen oberen Endes und dem Fahrzeugchassis 16 angebracht, während das zweite Montierpassstück 50 an dem anderen angebracht ist.
Die Antriebsdrehmomentreaktionskraft, die auf den Teilrahmen 14 von der Antriebseinheit 12 mittels des Radanordnungsaufhängungsgliedes 26 ausgeübt wird, wird von dem Fahrzeugchassis 16 mittels der Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 getragen.
Hierbei sind spezifische relative Beziehungen zwischen Federkonstanten und Platzierungsstellen um die Drehmomentrollachse 40 (die die Mittelachse der Antriebsdrehmomentreaktionskraft darstellt, die auf die Radanordnung 20 von der Antriebseinheit 12 durch den Elektromotor 18 ausgeübt wird) für die Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32, die die ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen darstellen, und die Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46, die die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen darstellen, gegeben.
Insbesondere ist, wenn man sich zunächst mit den relativen Beziehungen zwischen den Federkonstanten befasst, die Summe der Federkonstanten um die Drehmomentrollachse 40 in den Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32, die die ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen bilden, größer als die Summe der Federkonstanten um die Drehmomentrollachse 40 in den Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46, die die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen bilden. Insbesondere ist es gängige Praxis, eine größere Federkonstante für eine Gummimontierung zu wählen, je größer die Last ist, die darauf einwirkt. Im Gegensatz hierzu weisen jedoch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32, die an den Montierstellen für den oberen Arm 34 und den unteren Arm 36 installiert sind, die ein geringeres Gewicht als der Teilrahmen 14 aufweisen, eine Gesamtfederkonstante auf, die größer als diejenige der Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 ist. In bevorzugter Praxis weisen in einer beliebigen individuellen Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die auch einer Antriebsdrehmomentreaktionskraft ausgesetzt ist, die Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32 eine größere Federkonstante um die Drehmomentrollachse 40 als die Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 auf. Für die Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32 ist die Lasteingaberichtung um die Drehmomentrollachse 40 die annähernd achsensenkrechte Richtung, die annähernd mit der vertikalen Richtung des Fahrzeuges ausgerichtet ist; für die Teilrahmenmontierungen 42 und 44 ist diese Richtung annähernd die axiale Richtung, die annähernd mit der vertikalen Richtung des Fahrzeuges ausgerichtet ist; und für die Teilrahmenmontierung 46 ist diese Richtung diejenige Richtung, die annähernd orthogonal zu der Richtung entgegengesetzt bezüglich der ersten und zweiten Montierpassstücke 48, 50 in annähernder Ausrichtung mit der Längsrichtung des Fahrzeuges ist.
Befasst man sich als Nächstes mit den relativen Beziehungen zwischen den Platzierungsstellen, so ist der durchschnittliche Wert des Trennungsabstandes der Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32, die die ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen bilden, von der Drehmomentrollachse 40 kleiner als der durchschnittliche Wert des Trennungsabstandes der Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46, die die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen bilden, von der Drehmomentrollachse 40. In bevorzugter Praxis weisen bei einer beliebigen individuellen Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die auch einer Antriebsdrehmomentreaktionskraft ausgesetzt ist, die Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32 einen kleineren Trennungsabstand von der Drehmomentrollachse 40 auf, als dies bei den Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 der Fall ist. Der Trennungsabstand bezeichnet hierbei den Abstand zwischen der Drehmomentrollachse 40 und einer Hauptelastizitätsachse mit Erstreckung in einer annähernd tangentialen Richtung zu einem Kreis, der in der Drehmomentrollachse 40 in jeder Schwingungsdämpfungsvorrichtung zentriert ist, und stellt einen Abstand entlang einer geraden Linie senkrecht zu der Drehmomentrollachse 40 dar.
Mit Blick auf die elastischen Stützkennwerte des Teilrahmens 14 durch die Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 wird für die Federkennwerte dieser einzelnen Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 eine Wahl derart vorgenommen, dass eine Kopplung zwischen der Nickvariation (Drehbewegung), die in dem Teilrahmen 14 um eine Schaukelachse entsteht, die sich in einer Fahrzeugseitenrichtung annähernd parallel zu der Drehmomentrollachse 40 erstreckt, und einer Prallschwingung, die in dem Teilrahmen 14 als Translationspendelbewegung in der Fahrzeugvertikalrichtung entsteht, gegeben ist. Als spezifisches Beispiel sei unter Vereinfachung durch Zusammennahme der Federkonstanten der drei Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 angenommen, dass ein Teilrahmen 14, der als starrer Träger in einem Schwingungssystem mit zwei Freiheitsgraden dargestellt wird, an jedwedem Ende elastisch in Fahrzeuglängsrichtung, wie in 3 dargestellt ist, gestützt ist. Wenn k1 die Stützfederkonstante der vorderen Montierung bezeichnet, k2 die Stützfederkonstante der rückwärtigen Montierung bezeichnet, L1 den Abstand der vorderen Montierung vom Schwerpunkt G bezeichnet und L2 den Abstand der rückwärtigen Montierung vom Schwerpunkt G bezeichnet, so sind die Werte derart, dass sie den nachfolgenden Ausdruck erfüllen: L1 × k1 ≠ L2 × k2
Insbesondere bei dem Schwingungssystem von 3, das in Modellform einen Teilrahmen 14 darstellt, bei dem eine Nickschwingung und eine Prallschwingung gekoppelt sind, ist der Dämpfungskoeffizient der Montierung, die an demjenigen Ende gelegen ist, wo eine größere Amplitude der Fundamentalschwingung beobachtet wird, größer als derjenige der Montierung, die an demjenigen Ende gelegen ist, wo eine kleinere Amplitude beobachtet wird. Bewerkstelligt werden kann dies beispielsweise durch Ausbilden der dem Fahrzeugvorderende zu eigenen Teilrahmenmontierung 42 und der dem Fahrzeugrückende zu eigenen Teilrahmenmontierung 44 unter Verwendung von elastischen Hauptgummikörpern aus Gummimaterialien, die wechselseitig verschiedene Dämpfungskoeffizienten aufweisen, um verschiedene Montierstrukturen zu erzeugen. Dies kann besonders vorteilhaft durch Einsetzen einer fluidgefüllten Teilrahmenmontierung wie derjenigen, die in der Druckschrift JP-B2-4110567 offenbart ist, am Ende der großen Amplitude erfolgen, wohingegen eine Teilrahmenmontierung vom festen Typ wie diejenige, die in der Druckschrift JP-B2-3932025 offenbart ist, am Ende der kleinen Amplitude eingesetzt wird.
Beim Schwingungssystem des Teilrahmens 14 wird die Resonanzfrequenz am Ende der niedrigen Frequenz zur Darstellung der fundamentalen Frequenz vorzugsweise innerhalb eines Bereiches zwischen 30 Hz und 350 Hz und besonders bevorzugt derart etabliert, dass eine fundamentale Frequenz zwischen 40 Hz und 200 Hz erzeugt wird. Ist die fundamentale Frequenz des Teilrahmens 14 niedriger als 30 Hz, so besteht ein Risiko dahingehend, dass eine Resonanz des Teilrahmens 14 in Reaktion auf eine Schwingungskraft von der Radanordnung 20 zum Problem wird, wohingegen es über 350 Hz schwierig wird, eine ausreichende Schwingungsisolierungswirkung gegen ein Rauschen zu erhalten, das durch das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 18 erzeugt wird.
In dem Schwingungssystem des Teilrahmens 14 gemäß Darstellung in Modellform in 3 kann die Resonanzfrequenz (ω) folgendermaßen hergeleitet werden: ω² = 1/2(kx/M + kθ/J) ± √(1/4(kx/M – kθ/J)² + kxθ²/MJ) kx bezeichnet hierbei eine Federkonstante (kN/m) in der vertikalen Richtung und wird aus k1 + k2 hergeleitet. M bezeichnet die Gesamtmasse (kg) des Teilrahmens einschließlich der getragenen Last. kθ bezeichnet die Rotationsfederkonstante und wird aus k1 × L1² + k2 × L2² hergeleitet. J bezeichnet das Trägheitsmoment (kg·m²) um den Schwerpunkt in dem Teilrahmen einschließlich einer getragenen Last. x bezeichnet die vertikale Versetzung des Schwerpunktes (G), bezeichnet den Drehwinkel um den Schwerpunkt (G) und kxθ wird aus k1 × L1 – k2 × L2 hergeleitet.
Durch eine Anpassung der Federkonstanten und der Platzierungsstelle der Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 können so die beiden Resonanzfrequenzen (ω), die durch die gekoppelte Schwingung dargestellt werden, auf den vorstehend erwähnten gewünschten Frequenzbereich abgestimmt werden.
Das Amplitudenverhältnis (A/Θ) der Amplitude (A) der Prallschwingung und der Amplitude (Θ) der Nickschwingung in den Endabschnitten des Teilrahmens 14 wird durch den nachfolgenden Ausdruck dargestellt; (A/Θ) = kxθ/(kx – Mω²) = (kθ – Jω²)/kxθ
Es ergibt sich daher aus den beiden Resonanzfrequenzen (ω) aus der Darstellung durch die gekoppelte Schwingung durch Herleiten einer Schwingungsmode aus dem Amplitudenverhältnis bei einer fundamentale Frequenz großer Amplitude, dass es annehmbar ist, den Dämpfungskoeffizienten in der Schwingungsdämpfungsvorrichtung entweder an dem vorderen Ende oder dem rückwärtigen Ende des Teilrahmens 14 zu erhöhen. Insbesondere hat man beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Teilrahmenmontierung 42 an dem vorderen Ende und der Teilrahmenmontierung 44 an dem rückwärtigen Ende herausgefunden, dass es effektiv ist, einen größeren Dämpfungskoeffizienten in derjenigen Montierung zu wählen, die weiter entfernt von dem Knoten der Mode der Nickschwingung gelegen ist.
Entsprechend der Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze 10 mit vorstehendem Aufbau wird es bei einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug möglich, gleichzeitig eine verbesserte Übertragungseffizienz des Antriebsdrehmomentes auf die Radanordnung 20 und hervorragende Schwingungsdämpfungseigenschaften zu erreichen.
Insbesondere kann zunächst durch Bereitstellen einer hohen Federkonstante in der Eingaberichtung der Antriebsdrehmomentreaktionskraft in den Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32, die als erste Schwingungsdämpfungsvorrichtungen vorgesehen sind, eine verringerte Drehantriebsleistung der Antriebseinheit 12 infolge einer Absorption durch die ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen verhindert werden. Die Drehantriebsleistung der Antriebseinheit 12 wird hierdurch effizient auf die Radanordnung 20 übertragen, und es können eine verbesserte Energieeffizienz und ein verbessertes Betriebsverhalten erreicht werden.
Darüber hinaus wird durch Bereitstellen einer hohen Federkonstante in den Aufhängungslaufbuchsen 32, 32, 32, 32, die als die ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen für eine gekoppelte Stütze der Antriebseinheit 12 an dem Teilrahmen 14 bereitgestellt werden, die Starrkörperresonanzfrequenz mit der Antriebseinheit 12 als Masse auf eine hohe Frequenz eingestellt. Des Weiteren, wie vorstehend ausgeführt worden ist, die Starrkörperresonanzfrequenz mit dem Teilrahmen 14 einschließlich der darauf getragenen Last der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung, wenn die Masse auf 30 Hz oder mehr, vorzugsweise 40 Hz oder mehr eingestellt ist. Sowohl bei einer Starrkörperschwingung mit der Antriebseinheit 12 als Masse wie auch bei einer Starrkörperschwingung mit dem Teilrahmen 14 einschließlich der getragenen Last kann eine verschärfte Schwingung im Zusammenhang mit der Resonanz verhindert werden.
Insbesondere ist es bei einem Verbrennungsmotor, der eine Schwingungskraft infolge von Drehmomentschwankungen von etwa 20 Hz bei einer niedrigen Motorgeschwindigkeit erfährt, möglich, die Resonanzfrequenz des Stützfedersystems der Versorgungseinheit auf etwa 10 Hz einzustellen, um niedrige Federkennwerte in einem Frequenzbereich von etwa 20 Hz zu erreichen, wohingegen in der Antriebseinheit 12 mit dem Elektromotor 18 als Antriebsquelle Drehmomentschwankungen per se kleiner und der Frequenz nach höher sind. Daher kann die Resonanzfrequenz (natürliche Frequenz) der Starrkörperschwingung entweder der Antriebseinheit 12 oder des Teilrahmens 14 auf einen hohen Frequenzbereich von 30 Hz oder mehr eingestellt werden, während eine verschärfte Schwingung im Zusammenhang mit der Resonanz vermieden wird.
Im Ergebnis kann mit Blick auf die natürliche Frequenz f0 der Antriebseinheit 12 oder des Teilrahmens 14 ein effektiver Schwingungsdämpfungseffekt (Schwingungsisolationseffekt) in einer Frequenzbereich von f0 × √2 oder mehr gegen eine Schwingung oder ein Rauschen infolge von Antriebsdrehmomentschwankungen erreicht werden. Indes kann in einem Frequenzbereich unterhalb der natürlichen Frequenz f0 der Antriebseinheit 12 oder des Teilrahmens 14 eine hohe Federhärte in Bezug auf eine Antriebsdrehmomentreaktionskraft und eine verbesserte Antriebseffizienz sichergestellt werden, wobei zusätzlich die Versetzung der Antriebseinheit 12 oder des Teilrahmens 14 im Zusammenhang mit einem beispielsweise über eine Erhebung fahrenden Fahrzeug minimiert werden kann, um verbesserte Schwingungsdämpfungseigenschaften bereitzustellen. Mit Blick auf die Schwingung der Antriebseinheit 12 oder des Teilrahmens 14 infolge einer Schwingungskraft auch von der Radanordnung 20 können aufgrund dessen, dass in dem normalen Geschwindigkeitsbereich die Radanordnung 20 nicht mehr als 30 Mal pro Sekunde rotiert, verringerte Schwingungsdämpfungseigenschaften infolge der Schwingungskraft aus der Radanordnung 20 mit Verstärkung durch die Starrkörperresonanz der Antriebseinheit 12 oder des Teilrahmens 14 ebenfalls vermieden werden.
Während die Federkonstante für die Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 niedriger als für die Aufhängungslaufbuchsen 32 ist, ist der Durchschnittsabstand von der Drehmomentrollachse 40 der Antriebseinheit 12 für die Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 größer als für die Aufhängungslaufbuchsen 32, wodurch verhindert wird, dass die Antriebsdrehmomentreaktionskraft der Antriebseinheit 12 von den Teilrahmenmontierungen 42, 44, 46 absorbiert wird.
Da darüber hinaus die Prallschwingung und die Nickschwingung des Teilrahmens 14 gekoppelt sind, wird es möglich, steile Anfälle hinsichtlich der Schwingungsdämpfungseigenschaften in dem Frequenzbereich des Resonanzextremums zu vermeiden. Da darüber hinaus eine hohe Dämpfung aufweisende Montierung für diejenige der Teilrahmenmontierungen 42 und 44 gegeben ist, die eine größere Amplitude während der gekoppelten Resonanzschwingung erfährt, werden Resonanzextrema effektiv unterdrückt, was eine weitere Verbesserung der Schwingungsdämpfungseigenschaften darstellt.
4 zeigt eine Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze 60 zur Verwendung in einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze 60 ist eine Antriebseinheit 62 durch Stützung an einem Teilrahmen 64 getragen und hierdurch auf schwingungsdämpfende Weise an einem Fahrzeugchassis 66 eines Kraftfahrzeuges über den Teilrahmen 64 gestützt. Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu der beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigten radinternen Motorstruktur das vorliegende Ausführungsbeispiel eine Struktur aufweist, bei der die Antriebseinheit 62 durch Stützung an dem Fahrzeugchassis 66 getragen wird und die Antriebsleistung der Antriebseinheit 62 auf die Radanordnung durch eine Antriebswelle oder dergleichen übertragen wird.
Die Antriebseinheit 62 beinhaltet einen Elektromotor 70, der mit einem Schaltgetriebemechanismus 68 ausgestattet ist. Der Teilrahmen 64 ist eine hochfeste Komponente, die aus Stahl oder dergleichen besteht und eine vorgeschriebene Länge in der Fahrzeuglängsrichtung und eine Form ähnlich beispielsweise einem Rahmen aufweist.
Der Teilrahmen 64 weist, wenn er an dem Fahrzeugchassis 66 installiert ist, eine vorgeschriebene Länge in der Fahrzeuglängsrichtung auf, während die Antriebseinheit 62, wenn sie an dem Teilrahmen 64 installiert ist, darauf ruht, wobei die Ausgabewelle hiervon in der Fahrzeugseitenrichtung orientiert ist. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist die Ausgabewelle des Elektromotors 70 mit dem Schaltgetriebemechanismus 68 verbunden, während die Ausgabewelle des Schaltgetriebemechanismus 68 mit der Radeinheit über eine Antriebswelle oder dergleichen verbunden ist und die Antriebsleistung auf die Radanordnung auf eine Weise überträgt, die mit einem FF-Fahrzeug (frontgetrieben) mit einem querstehenden Motor vergleichbar ist, der mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor ausgestattet ist.
Die Montierabschnitte zum Montieren der Antriebseinheit 62 an dem Teilrahmen 64 sind jeweils mit Motormontierungen 72, 72, 72 ausgestattet, die als erste Schwingungsdämpfungsvorrichtungen vorgesehen sind. Im Wesentlichen das gesamte Gewicht der Antriebseinheit 62 wird von dem Teilrahmen 64 über die Mehrhzahl von Motormontierungen 72, 72, 72 getragen, sodass die Antriebseinheit 62 auf schwingungsdämpfende Weise an dem Teilrahmen 64 gestützt ist.
Linke/rechte Paare von dem vorderen Ende zu eigenen Teilrahmenmontierungen 74, 74 und dem rückwärtigen Ende zu eigenen Teilrahmenmontierungen 76, 76, die als zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtungen bereitgestellt sind, sind an dem Teilrahmen 64 an dem vorderen Ende und dem rückwärtigen Ende des Fahrzeuges installiert. Der Teilrahmen 64 ist auf schwingungsdämpfende Weise an dem Fahrzeugchassis über diese Teilrahmenmontierungen 74, 74, 76, 76 gestützt. Dies bedeutet, dass die Antriebseinheit 62 auf schwingungsdämpfende Weise an dem Fahrzeugchassis 66 durch eine Doppelschwingungsdämpfungsanordnung gestützt ist, die durch die Mehrzahl von Motormontierungen 72 und Teilrahmenmontierungen 74, 76 bereitgestellt wird.
Als Motormontierungen 72 ist es beispielsweise möglich, Motormontierungen eines bekannten Typs einzusetzen, der bei Versorgungseinheiten zum Einsatz kommt, die mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren ausgestattet sind, so beispielsweise Gummimontierungen vom festen Typ wie diejenigen, die in der Druckschrift JP-B2-4135915 offenbart sind, oder fluidgefüllte Montierungen wie diejenigen, die in der Druckschrift JP-B2-3767323 offenbart sind, wobei geeignete Anpassungen der Federkonstante vorgenommen werden.
Indes ist es möglich, als Teilrahmenmontierungen 74, 76, Montierungen mit einer vergleichbaren Struktur zu verwenden, die beispielsweise mit derjenigen der Teilrahmenmontierungen 42, 44 des ersten Ausführungsbeispieles vergleichbar ist.
Hierbei weisen die Motormontierungen 72 eine Gesamtfederkonstante um die Drehmomentrollachse 78 der Antriebseinheit 62 auf, die größer als die Gesamtheit für die Teilrahmenmontierungen 74, 76 ist. Insbesondere ist die Summe der Federkonstanten der drei Motormontierungen 72, 72, 72 in der Wirkungsrichtung der Drehmomentreaktionskraft der Antriebseinheit 62 größer als die Summe der Federkonstanten der vier Teilrahmenmontierungen 74, 74, 76, 46.
Die vier Teilrahmenmontierungen 74, 74, 76, 76 weisen einen größeren durchschnittlichen Wert des Trennungsabstandes von der Drehmomentrollachse 78 der Antriebseinheit 62 als die drei Motormontierungen 72, 72, 72 auf.
Darüber hinaus sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel die dem vorderen Ende zu eigenen Teilrahmenmontierungen 74 und die dem rückwärtigen Ende zu eigenen Teilrahmenmontierungen 76 derart ausgestaltet, dass eine gekoppelte Prallschwingung und Nickschwingung in dem Teilrahmen 64 einschließlich der darauf getragenen Last der Antriebseinheit 62 oder dergleichen erzeugt wird. Zusätzlich sind eingedenk der Schwingungsmode die Teilrahmenmontierungen, die entweder an dem vorderen Ende oder an dem rückwärtigen Ende des Teilrahmens 64 gelegen sind, insbesondere abhängig davon, welche von beiden eine größere Amplitudenschwingung bei der fundamentalen Schwingung erfährt, mit größeren Dämpfungskoeffizienten als die anderen Teilrahmenmontierungen ausgestattet.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel können die Kopplungsbedingungen der Prallschwingung und Nickschwingung wie auch die Größe der Amplitude bei der Fundamentalschwingung Leicht unter Verwendung eines Schwingungsmodells mit zwei Freiheitsgraden hergeleitet werden, wie in 3 gezeigt ist. Wo entweder die dem vorderen Ende zu eigenen Teilrahmenmontierungen 74 oder die dem rückwärtigen Ende zu eigenen Teilrahmenmontierungen 76 eine höhere Dämpfung als die anderen Montierungen aufweisen sollen, kann ein höherer Dämpfungskoeffizient durch Einsetzen von fluidgefüllten Montierungen für diese erstgenannten Montierungen erreicht werden.
Wie bei der Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze 10 beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß vorstehender Beschreibung ist bei der Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze 60 mit einem Aufbau entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Drehmomentübertragungseffizienz von der Antriebseinheit 62 auf die Radanordnung verbessert, und es werden die Schwingungsdämpfungseigenschaften durch Vermeiden einer verschärften Schwingung infolge einer Starrkörperresonanz des die Antriebseinheit 62 tragenden Teilrahmens 64 sowie durch Verringern von Rauschen oder dergleichen infolge von Motordrehmomentschwankungen im Hochfrequenzbereich verbessert.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend detailliert anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Offenbarungen derselben beschränkt. So kann die Stützstruktur der Antriebseinheit beispielsweise zusätzlich eine gegebenenfalls installierte Drehmomentstange aufweisen. In diesem Fall ist ein Ende der Drehmomentstange an der Antriebseinheit angebracht, und das andere Ende der Drehmomentstange kann am Fahrzeugchassis, bei Ausgestaltungen in bevorzugter Praxis auch an dem Teilrahmen angebracht sein. Dies stellt höhere Grade sowohl der Drehmomentreaktionskraft wie auch der Schwingungsdämpfungseigenschaften bereit.
Durch Bereitstellen von verschiedenen Dämpfungskennwerten für die Teilrahmenmontierungen an dem dem Fahrzeug zu eigenen vorderen Ende gegenüber denjenigen an dem rückwärtigen Ende wird es möglich, die maximale Schwingungsenergie auf eine Weise zu dämpfen, die bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist. Es ist jedoch auch möglich, eine Mehrzahl von Teilrahmenlmontierungen mit identischen Kennwerten einzusetzen, wobei eine derartige Vorgehensweise keine besonderen Probleme mit sich bringt.
Die Teilrahmenstrukturen und Aufhängungsstrukturen wie auch das Aussehen der Antriebseinheiten sind rein exemplarisch und sollen keiner besonderen Beschränkung unterliegen. Insbesondere während die Antriebseinheit beim zweiten Ausführungsbeispiel eine Queranordnung aufweist, kann die Antriebseinheit anstatt dessen auch eine Längsanordnung aufweisen, wobei die Ausgabewelle in der Fahrzeuglängsrichtung orientiert ist.
Beim ersten Ausführungsbeispiel kann des Weiteren das obere Ende des Stoßdämpfers 38 oder das obere Ende einer Schraubenfeder mit Anordnung um die Außenseite hiervon herum durch direkte Anbringung an dem Fahrzeugchassis 16 und nicht mittels des Teilrahmens 14 gestützt sein. Der Grund hierfür liegt darin, dass es keine intrinsische Funktion des Stoßdämpfers 38 oder der Schraubenfeder mit Anordnung um die Außenseite hiervon herum darstellt, die Antriebsdrehmomentreaktionskraft zu übertragen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei einer Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein Elektroauto beschränkt und kann analog beispielsweise auch bei einem elektromotorbetriebenen Schienenfahrzeug oder einem selbstangetriebenen Zweiradfahrzeug eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

10, 60: Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze
12, 62: Antriebseinheit
14, 64: Teilrahmen
16, 66: Fahrzeugchassis
18, 70: Elektromotor
20: Radanordnung
26: Radanordnungsaufhängungsglied
32: Aufhängungslaufbuchse (erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung, Aufhängungsschwingungsdämpfungsvorrichtung)
34: oberer Arm
36: unterer Arm
38: Stoßdämpfer
40, 78: Drehmomentrollachse
42, 44, 46, 74, 76: Teilrahmenmontierung (zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung)
72: Motormontierung (erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 7-156663 A [0003, 0006]
JP 2006-248417 A [0033]
JP 2005-22554 A [0033]
JP 2007-245890 A [0038]
JP 2001-193781 A [0041]
JP 2-4110567 B [0051]
JP 2-3932025 B [0051]
JP 2-4135915 B [0069]
JP 2-3767323 B [0069]

Claims

Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze zur Verwendung in einem elektromotorbetriebenen Fahrzeug zur Bereitstellung einer schwingungsgedämpften Stütze einer Antriebseinheit mit einem Elektromotor an einem Fahrzeugchassis, dadurch gekennzeichnet, dass: eine erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung vorgesehen ist, um die Antriebseinheit auf schwingungsdämpfende Weise an einem Teilrahmen zu stützen; eine zweite Schwingungsdämpfungsvorrichtung vorgesehen ist, um den Teilrahmen auf schwingungsdämpfende Weise an dem Fahrzeugchassis zu stützen; eine Federkonstante der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung in einer Eingaberichtung einer Drehmomentreaktionskraft des Elektromotors auf einen größeren Wert als eine Federkonstante der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung eingestellt ist; und ein durchschnittlicher Abstand zwischen einer Drehmomentrollachse der Antriebseinheit und der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtung im Vergleich zu einem durchschnittlichen Abstand zwischen der Drehmomentrollachse und der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung auf einen größeren Wert eingestellt ist.
Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei: der Teilrahmen auf schwingungsdämpfende Weise an dem Fahrzeugchassis durch eine Mehrzahl der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, die hin zu einem vorderen Ende und hin zu einem rückwärtigen Ende des vorderen Ende und hin zu einem rückwärtigen Ende des Fahrzeuges gelegen sind, gestützt ist; Stützfederkennwerte der Antriebseinheit durch die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, die hin zu dem vorderen Ende gelegen sind, sich von Stützfederkennwerten der Antriebseinheit durch die zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, die hin zu dem rückwärtigen Ende gelegen sind, unterscheiden; und Nickresonanz und Prallresonanz in dem Teilrahmen auf gekoppelte Weise erzeugt werden.
Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei: in einer fundamentalen Schwingungsmode, die aus der Kopplung der Nickresonanz und der Prallresonanz in dem Teilrahmen entsteht, ein Knoten einer Schwingungsmode hin zu irgendeinem von dem vorderen Ende und dem rückwärtigen Ende des Fahrzeuges vorgespannt bzw. bevorzugt verschoben ist; und aus der Mehrzahl von zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit einer Lage hin zu dem vorderen Ende und dem rückwärtigen Ende des Fahrzeuges eine der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit einer Lage in einem größeren Abstand entfernt von dem Knoten der Schwingungsmode höhere Dämpfungskennwerte in einer Eingaberichtung der Nickresonanz und Prallresonanz als eine andere der zweiten Schwingungsdämpfungsvorrichtungen mit einer Lage in einem kürzeren Abstand entfernt von dem Knoten der Schwingungsmode aufweist.
Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antriebseinheit auf den Teilrahmen mittels der ersten Schwingungsdämpfungsvorrichtung aufgesetzt ist und der Teilrahmen dem Gewicht der Antriebseinheit zusätzlich zu der Antriebsdrehmomentreaktionskraft der Antriebseinheit ausgesetzt ist.
Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Antriebseinheit innerhalb einer Felge eines Fahrzeugrades eingebaut ist, um eine radinterne Motorstruktur zu bilden; und die Antriebseinheit mittels eines Radanordnungsaufhängungsgliedes (26) mit dem Teilrahmen verbunden und an diesem gestützt ist und die erste Schwingungsdämpfungsvorrichtung von einer Aufhängungsschwingungsdämpfungsvorrichtung gebildet ist, die in einer Zone der Übertragung der Drehmomentreaktionskraft der Antriebseinheit von dem Radanordnungsaufhängungsglied zu dem Teilrahmen angeordnet ist.
Antriebseinheitsschwingungsdämpfungsstütze für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei wenigstens eines von einem Stoßdämpfer und einer Feder mit Installation zwischen dem Fahrzeugrad und dem Fahrzeugchassis an dem Fahrzeugchassis mittels des Teilrahmens angebracht ist.