WO2007009623A1 - Antriebseinheit für ein fahrzeug - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a drive unit for a vehicle according to the preamble of patent claim 1.
- a drive unit for a wheel-driven vehicle in which a rim is driven by an electric motor.
- the rim is attached to a swing arm, which is pivotally mounted about a vehicle axle. The distance between the vehicle axle and the axis of rotation of the rim is constant.
- the rim is driven by meshing gears, a toothed belt or a chain.
- the object of the invention is to propose a comprehensive at least one electric machine drive unit for a vehicle, which has a compact design and / or low unsprung masses in a suspension that ensures a high level of ride comfort for the vehicle.
- the suspension comprises a strut and a coaxial with the axis of the strut arranged device for torque transmission between the electric machine and the wheel.
- strut the connection of a vibration damper with a spring, usually a coil spring is called.
- Suspension struts can also be used as a suspension if they are provided with an additional steering knuckle.
- the coaxial to the strut arrangement of the device for torque transmission between the electric machine and the wheel offers advantages in terms of the required installation space. Due to the advantageous vehicle-mounted arrangement of the electric machine made possible by this, the unsprung mass is not increased, as for example in wheel hub motors. Likewise, the electric machine and the other electrical components are not adversely affected, as in the environment of the wheel and in particular the brake, by the extreme environmental influences and the high dynamics in terms of their durability.
- the drive unit according to the invention allows a torque transmission between an electric machine and a wheel whose distance varies.
- the dynamics of the vibration damper are improved since no breakaway torque or no static friction exists between the piston and the cylinder of the vibration damper due to the rotational movement of the piston.
- the invention with respect to the strut concentric arrangement of the axis of rotation of the electric machine has an advantageous effect on the required space, especially at an electric machine arranged inside the coil spring. If the electric machine surrounds the helical spring, a larger diameter results in advantages with respect to the maximum torque to be generated by the electric machine.
- an arrangement of the axis of rotation of the electric machine outside the coil spring allows an advantageous arrangement according to the available space.
- the axis of rotation of the electric machine can be arranged parallel to the axis of the shock absorber.
- the strut is a McPherson strut.
- the McPherson strut represents a complete suspension system that is rotatably mounted on the connection to the vehicle frame so that steering movements are possible.
- the electric machine can then be advantageous vehicle-mounted or arranged so that it follows the steering movement of the wheel.
- the drive unit according to the invention can also preferably serve as an additional drive in a hybrid vehicle.
- an axle of a hybrid vehicle can be driven by an internal combustion engine and the wheels of a second axle by the drive units according to the invention.
- the drive units according to the invention can be arranged on the wheels of the front axle by the arrangement of the drive unit according to the invention in a rear-wheel drive vehicle which is particularly favorable in relation to the required installation space. This increases security by possible torque interventions on the front wheels and increases the recuperation performance of rear-wheel drive vehicles. Thus, it is advantageous, in particular in relation to the required space, a four-wheel functionality feasible.
- FIG. 1 shows a drive unit with an electric machine arranged concentrically within a helical spring, in which a moment is transmitted by a vibration damper piston;
- FIG. 2 shows a drive unit with a concentrically arranged within a coil spring electric machine.
- FIG. 3 shows a drive unit with an electric machine arranged concentrically outside a helical spring
- Coil spring arranged electric machine whose axis of rotation is arranged parallel to the axis of the shock absorber.
- the drive unit for a vehicle shown in Figure 1 shows an electric machine 1 with a stator 2, which is fixedly connected to an upper spring plate 3.
- the rotor 4 of the electric machine 1 designed as an internal rotor is rotatably mounted on the upper spring plate 3.
- the electric machine 1 can also be designed with appropriate structural adjustments as external rotor.
- the upper spring plate 3 can be rotatably mounted on the vehicle frame, not shown, or fixedly connected thereto.
- the suspension of the illustrated drive unit includes a McPherson strut formed of a coil spring 5 and a vibration damper consisting of a cylinder 6 and a piston 7.
- the electric machine 1 is arranged inside the coil spring 5. This arrangement is particularly favorable for an optional use of the drive unit according to the invention, such as in a vehicle that is equipped with both conventional drive and hybrid drive, as outside the strut no space for the electric machine 1 must be kept.
- the rotor 4 is fixedly connected to a first part 8 of the torque transmission device between the electric machine 1 and a wheel or a wheel hub 9.
- the first part 8 is operatively connected to the vibration damper piston 7 by an axially displaceable torsional coupling 10.
- the arrangement of the first part 8 is concentric with the axis of the shock absorber.
- the axially displaceable torsional clutch 10 is characterized in that it can transmit within an axially extending region which is at least as large as the maximum possible travel of the suspension, moments between a first vehicle-fixed part and a second unsprung part. As a result, therefore, the torque transmission device is variable in its axial length.
- a sliding spring, a splined shaft, a polygonal shaft connection or a sliding sleeve can serve as the axially displaceable torsional clutch 10.
- the axial region of the vibration damper piston 7 which is provided with a toothing for moment transmission is advantageously arranged such that it is still outside the cylinder 6 when the piston 7 is maximally retracted.
- vibration damper piston 7 as part of the torque transmission device is seen in the context of the present invention as coaxial with the axis of the strut.
- FIG. 2 shows a drive unit in which the electric machine 1 is likewise arranged inside the helical spring 5.
- the rotor 4 is fixedly connected to the first part 8 of the torque transmission device between the electric machine 1 and the wheel 9.
- the first part 8 is operatively connected to a second part 12 of the torque transmission device.
- the arrangement of the second part 12 is also concentric with the axis of the strut.
- the second part 12 is rotatably connected to the lying on the axis of the strut portion of the poppet gear 11.
- the electric machine 1 is arranged concentrically outside the helical spring 5.
- the electric machine 1 has a larger and the coil spring 5 has a smaller diameter. By having a larger diameter, the electric machine 1 can generate a larger torque.
- the electric machine 1 is arranged outside the helical spring 5 such that the axis of rotation of the electric machine 1 lies parallel to the axis of the McPherson strut.
- the electric machine 1 has at its output shaft a first gear 13 which meshes with a second gear 14.
- the second concentric with the axis of the McPherson strut gear 14 is fixedly connected to the first part 8 of the torque transmission device.
- the second gear 14 are all elements of the torque transmission device between the electric machine 1 and 9 wheel coaxial with the axis of the McPherson strut arranged.
- the moment can also be transmitted for example by means of a toothed belt or a chain.
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Abstract
Die Erfindung betrifft Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugrahmen, einer Elektromaschine (1) , die in Bezug auf die Auf- und Abwärtsbewegungen zumindest indirekt fest mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist, einer gefederten Radaufhängung und einem durch eine Vorrichtung zur Momentenübertragung angetriebenen Rad (9) . Erfindungsgemäß umfasst die Radaufhängung ein Federbein und eine koaxial zur Achse des Federbeins angeordnete Vorrichtung zur Momentenübertragung zwischen Elektromaschine (1) und Rad (9) , wodurch die Antriebseinheit eine kompakte Bauform und/oder geringe ungefederte Massen aufweist.
Description
Antriebseinheit für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der Offenlegungsschrift DE 198 58 395 Al ist eine Antriebseinheit für ein radgetriebenes Fahrzeug bekannt, bei der eine Felge von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Felge ist an einem Schwingarm befestigt, der um eine Fahrzeugachse schwenkbar gelagert ist. Der Abstand zwischen der Fahrzeugachse und der Drehachse der Felge ist konstant. Der Antrieb der Felge erfolgt über kämmende Zahnräder, einem Zahnriemen oder einer Kette.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine mindestens eine Elektromaschine umfassende Antriebseinheit für ein Fahrzeug vorzuschlagen, die bei einer Radaufhängung, die einen hohen Fahrkomfort für das Fahrzeug gewährleistet, eine kompakte Bauform und/oder geringe ungefederte Massen aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß umfasst die Radaufhängung ein Federbein und eine koaxial zur Achse des Federbeins angeordnete Vorrichtung zur Momentenübertragung zwischen Elektromaschine und Rad.
Als Federbein wird die Verbindung eines Schwingungsdämpfers mit einer Feder, meist einer Schraubenfeder, bezeichnet. Federbeine können auch als Radaufhängung verwendet werden, wenn sie mit einem zusätzlichen Achsschenkel versehen werden.
Alternativ ist auch die Verwendung einer Luftfeder oder einer Kombination aus Gummibalg und Schwingungsdämpfer möglich.
Die zum Federbein koaxiale Anordnung der Vorrichtung zur Momentenübertragung zwischen Elektromaschine und Rad bietet Vorteile bezüglich des benötigten Bauraums. Durch die dadurch ermöglichte vorteilhafte fahrzeugfeste Anordnung der Elektromaschine wird die ungefederte Masse nicht, wie beispielsweise bei Radnabenmotoren, erhöht. Ebenso werden die Elektromaschine und die weiteren elektrischen Bauteile nicht, wie im Umfeld des Rades und insbesondere der Bremse, durch die extremen Umwelteinflüsse und die hohe Dynamik bezüglich ihrer Haltbarkeit negativ beeinflusst.
Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Antriebseinheit eine Momentenübertragung zwischen einer Elektromaschine und einem Rad, deren Abstand variiert.
Wird in einer bevorzugten Weiterbildung das Moment zwischen Elektromaschine und Rad durch den Kolben eines Schwingungsdämpfers übertragen, so verbessert sich die Dynamik des Schwingungsdämpfers, da durch die Rotationsbewegung des Kolbens kein Losbrechmoment bzw. keine Haftreibung zwischen Kolben und Zylinder des Schwingungsdämpfers existiert.
Die erfindungsgemäße bezüglich des Federbeins konzentrische Anordnung der Drehachse der Elektromaschine wirkt sich vorteilhaft auf den benötigten Bauraum aus, insbesondere bei
einer innerhalb der Schraubenfeder angeordneten Elektro- maschine. Umgibt die Elektromaschine die Schraubenfeder, so ergeben sich durch einen größeren Durchmesser Vorteile in Bezug auf das maximal durch die Elektromaschine zu erzeugende Moment .
Eine Anordnung der Drehachse der Elektromaschine außerhalb der Schraubenfeder ermöglicht eine vorteilhafte Anordnung entsprechend dem vorhandenen Bauraum. Insbesondere kann die Drehachse der Elektromaschine parallel zur Achse des Federbeins angeordnet sein.
Bei einer radnahen Anordnung der Elektromaschine wird zudem der Wirkungsgrad der Kraftübertragung verbessert.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Federbein ein McPherson-Federbein. Das McPherson-Federbein stellt ein komplettes Radaufhängungssystem dar, das an der Verbindung zum Fahrzeugrahmen drehbar gelagert ist, so dass Lenkbewegungen möglich sind. Die Elektromaschine kann dann vorteilhaft fahrzeugfest oder derart angeordnet sein, dass sie der Lenkbewegung des Rades folgt.
Neben der Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit als Hauptantrieb kann diese auch bevorzugt als zusätzlicher Antrieb bei einem Hybridfahrzeug dienen. Beispielsweise kann eine Achse eines Hybridfahrzeuges durch einen Verbrennungsmotor und die Räder einer zweiten Achse durch die erfindungsgemäßen Antriebseinheiten angetrieben werden. Insbesondere können durch die in Bezug auf den benötigten Bauraum besonders günstige Anordnung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit bei einem heckgetriebenen Fahrzeug die erfindungsgemäßen Antriebseinheiten an den Rädern der Vorderachse angeordnet werden. Dies steigert die Sicherheit
durch mögliche Momenteneingriffe an den Vorderrädern und erhöht die Rekuperationsleistung heckgetriebener Fahrzeuge. Somit ist also vorteilhaft, insbesondere in Bezug auf den benötigten Bauraum, eine Allradfunktionalität realisierbar.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Antriebseinheit mit einer konzentrisch innerhalb einer Schraubenfeder angeordneten Elektromaschine, bei der ein Moment durch einen Schwingungsdämpferkolben übertragen wird;
Fig. 2 eine Antriebseinheit mit einer konzentrisch innerhalb einer Schraubenfeder angeordneten Elektromaschine;
Fig. 3 eine Antriebseinheit mit einer konzentrisch außerhalb einer Schraubenfeder angeordneten Elektromaschine; und
Fig. 4 eine Antriebseinheit mit einer außerhalb einer
Schraubenfeder angeordneten Elektromaschine, deren Drehachse parallel zur Achse des Federbeins angeordnet ist.
Durch die Unebenheiten einer Fahrbahn müssen die Räder eines Fahrzeuges neben ihren Drehbewegungen noch Auf- und Abwärtsbewegungen ausführen. Bei schneller Fahrt, wie sie insbesondere für Pkw üblich ist, erfolgen diese Bewegungen in sehr kurzer Zeit, wodurch sehr große Beschleunigungen und Verzögerungen senkrecht zur Fahrbahn entstehen. Dadurch wirken große, stoßartige Kräfte auf das Fahrzeug, die umso größer sind, je größer die bewegte Masse ist. Die Radaufhängungen stellen die Verbindung zwischen
Fahrzeugrahmen und Rädern her und umfassen die Federung und die Dämpfung, die die Aufgabe haben, die Fahrbahnstöße aufzufangen und in Schwingungen umzuwandeln. Die Teile des Fahrzeuges, die in Bezug auf die Auf- und Abwärtsbewegungen zumindest indirekt fest mit dem Fahrzeugrahmen verbunden sind, werden als fahrzeugfest bezeichnet, wohingegen die Teile bzw. Massen, die mit den Rädern fest verbunden sind, als bewegte oder ungefederte Massen bezeichnet werden.
Die in Figur 1 dargestellte Antriebseinheit für ein Fahrzeug zeigt eine Elektromaschine 1 mit einem Stator 2, der fest mit einem oberen Federteller 3 verbunden ist. Der Rotor 4 der als Innenläufer ausgeführten Elektromaschine 1 ist drehbar am oberen Federteller 3 gelagert.
Die Elektromaschine 1 kann ebenfalls mit entsprechenden konstruktiven Anpassungen als Außenläufer ausgeführt sein.
Der obere Federteller 3 kann drehbar am nicht dargestellten Fahrzeugrahmen gelagert oder fest mit diesem verbunden sein.
Die Radaufhängung der dargestellten Antriebseinheit umfasst ein McPherson-Federbein, das aus einer Schraubenfeder 5 und einem Schwingungsdämpfer, der aus einem Zylinder 6 und einem Kolben 7 besteht, gebildet wird.
Die Elektromaschine 1 ist innerhalb der Schraubenfeder 5 angeordnet. Diese Anordnung ist besonders günstig für eine optionale Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, wie beispielsweise bei einem Fahrzeug, das sowohl mit konventionellem Antrieb als auch mit Hybridantrieb ausgestattet wird, da außerhalb des Federbeins kein Bauraum für die Elektromaschine 1 vorgehalten werden muss.
Der Rotor 4 ist fest mit einem ersten Teil 8 der Momentenübertragungsvorrichtung zwischen der Elektromaschine 1 und einem Rad bzw. einer Radnabe 9 verbunden. Der erste Teil 8 ist durch eine axial verschiebbare Torsionskupplung 10 mit dem Schwingungsdämpferkolben 7 wirkverbunden. Die Anordnung des ersten Teils 8 ist konzentrisch zur Achse des Federbeins.
Die axial verschiebbare Torsionskupplung 10 zeichnet sich dadurch aus, dass sie innerhalb eines sich axial erstreckenden Bereiches, der mindestens so groß ist wie der maximal mögliche Federweg der Radaufhängung, Momente zwischen einem ersten fahrzeugfesten Teil und einem zweiten ungefederten Teil übertragen kann. Hierdurch ist also die Momentenübertragungsvorrichtung in ihrer axialen Länge veränderlich. Als axial verschiebbare Torsionskupplung 10 können beispielsweise eine Gleitfeder, eine Keilwelle, eine Polygonwellenverbindung oder eine Schiebehülse dienen.
Bei der in Figur 1 dargestellten Momentenübertragung auf den Schwingungsdämpferkolben 7 ist der zur Momentenübertragung mit einer Verzahnung versehene axiale Bereich des Schwingungsdämpferkolbens 7 vorteilhaft so angeordnet, dass sich dieser bei maximal eingefahrenem Kolben 7 noch außerhalb des Zylinders 6 befindet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Figur 1 mit einem McPherson-Federbein bleibt der Winkel zwischen der Achse des Schwingungsdämpferkolbens 7 und der Achse des Rades 9 über den gesamten Federweg des Rades 9 konstant, so dass die Umlenkung des von der Momentenübertragungsvorrichtung übertragenen Moments um den erforderlichen Winkel von der Achse des Schwingungsdämpferkolbens 7 auf die Achse des Rades 9 beispielsweise über ein Tellergetriebe 11 erfolgt.
Bei anderen Radaufhängungen, bei denen der Winkel zwischen der Achse des Schwingungsdämpferkolbens 7 und der Achse des Rades 9 über den Federweg veränderlich ist, wird das Tellergetriebe 11 erfindungsgemäß durch eine andere Momentenübertragung, die diese Winkelveränderung ausgleicht, ersetzt.
Die Anordnung des Schwingungsdämpferkolbens 7 als Teil der Momentenübertragungsvorrichtung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als koaxial zur Achse des Federbeins gesehen.
In Figur 2 bis 4 sind alternative Anordnungen zu Figur 1 dargestellt, bei denen der Zylinder 6 des Schwingungsdämpfers des McPherson-Federbeins mit dem ungefederten Teil der Radaufhängung verbunden ist und der Kolben 7 des Schwingungsdämpfers drehbar am oberen Federteller 3 gelagert ist, so dass Lenkbewegungen möglich sind.
Gleiche Elemente sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ferner kann bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1.
Figur 2 zeigt eine Antriebseinheit, bei der die Elektro- maschine 1 ebenfalls innerhalb der Schraubenfeder 5 angeordnet ist.
Der Rotor 4 ist fest mit dem ersten Teil 8 der Momenten- übertragungsvorrichtung zwischen der Elektromaschine 1 und dem Rad 9 verbunden. Durch die axial verschiebbare
Torsionskupplung 10 ist der erste Teil 8 mit einem zweiten Teil 12 der Momentenübertragungsvorrichtung wirkverbunden. Die Anordnung des zweiten Teils 12 ist ebenfalls konzentrisch zur Achse des Federbeins. Der zweite Teil 12 ist drehfest mit dem auf der Achse des Federbeins liegenden Teil des Tellergetriebes 11 verbunden.
Bei der in Figur 3 dargestellten Antriebseinheit ist die Elektromaschine 1 konzentrisch außerhalb der Schraubenfeder 5 angeordnet .
Im Verhältnis zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 weist die Elektromaschine 1 einen größeren und die Schraubenfeder 5 einen kleineren Durchmesser auf. Durch einen größeren Durchmesser kann die Elektromaschine 1 ein größeres Moment erzeugen .
Die Abhängigkeit des maximal durch die Elektromaschine 1 zu erzeugenden Moments von dem Durchmesser der Elektromaschine 1 ist bei der Wahl der Anordnung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, beispielsweise gemäß den Ausführungsbeispielen nach Figur 2 oder 3, zu berücksichtigen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Elektromaschine 1 außerhalb der Schraubenfeder 5 derart angeordnet, dass die Drehachse der Elektromaschine 1 parallel zur Achse des McPherson-Federbeins liegt. Die Elektromaschine 1 weist an ihrer Ausgangswelle ein erstes Zahnrad 13 auf, das mit einem zweiten Zahnrad 14 kämmt. Das zweite konzentrisch zur Achse des McPherson-Federbeins angeordnete Zahnrad 14 ist fest mit dem ersten Teil 8 der Momentenübertragungs- vorrichtung verbunden. Neben dem zweiten Zahnrad 14 sind sämtliche Elemente der Momentenübertragungsvorrichtung
zwischen Elektromaschine 1 und Rad 9 koaxial zur Achse des McPherson-Federbeins angeordnet.
Anstelle der beiden kämmenden Zahnräder 13, 14 kann das Moment auch beispielsweise mittels eines Zahnriemens oder einer Kette übertragen werden.
Claims
1. Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugrahmen, einer Elektromaschine, die in Bezug auf die Auf- und Abwärtsbewegungen zumindest indirekt fest mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist, einer gefederten Radaufhängung und einem durch eine Vorrichtung zur Momentenübertragung angetriebenen Rad, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung ein Federbein umfasst und die Vorrichtung zur Momentenübertragung zwischen
Elektromaschine (1) und Rad (9) koaxial zur Achse des
Federbeins angeordnet ist.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federbein einen oberen Federteller (3) umfasst und die Elektromaschine (1) fest mit dem oberen Federteller (3) verbunden ist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Momentenübertragung zwischen Elektromaschine (1) und Rad (9) in ihrer axialen Länge veränderbar ist.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Momentenübertragung zwischen Elektromaschine (1) und Rad (9) aus mindestens zwei Teilen (8, 7, 12) besteht, die über eine axial verschiebbare Torsionskupplung (10) wirkverbunden sind.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Vorrichtung zur Momentenübertragung zwischen Elektromaschine (1) und Rad (9) ein Kolben (7) eines Schwingungsdämpfers ist.
6. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Elektromaschine (1) konzentrisch zum Federbein angeordnet ist.
7. Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1) eine Schraubenfeder (5) des Federbeins konzentrisch umgibt.
8. Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraubenfeder (5) des Federbeins die Elektromaschine (1) konzentrisch umgibt.
9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Elektromaschine (1) außerhalb der Schraubenfeder (5) angeordnet ist.
10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Elektromaschine (1) parallel zur Achse des Federbeins angeordnet ist.
11. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federbein ein McPherson-Federbein ist.
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