Fahrzeugachse

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Derartige Fahrzeugachsen sind besonders gut für Kraftfahrzeuge geeignet, die zusätzlich oder alternativ zu einem Verbrennungsmotor einen elektromotorischen Antrieb aufweisen.

In der DE 10 201 1 001 318 A1 ist ein Konzept für ein Elektrofahrzeug offenbart, bei dem den Rädern einer Achse jeweils eine elektrische Antriebseinheit zugeordnet ist. Die Radaufhängung erfolgt über eine Doppelquerlenkeranordnung, die einen Radträger des jeweiligen Rades führen. Eine derartige Einzelradaufhängung ist in identischer Weise an allen vier Rädern vorgesehen, so dass ein Baukastensystem zur Verfügung gestellt wird.

Anstelle der vergleichsweise aufwändigen Einzelradaufhängungen können auch herkömmliche Achsen mit einem Achsträger oder Fahrschemel verwendet werden, an dem dann die Radaufhängung, beispielsweise eine Doppelquerlenkeranordnung angelenkt ist.

In der WO 2012/000665 A2 ist ein Antriebssystem für Elektrofahrzeuge beschrieben, bei dem allen vier Rädern eine Antriebseinheit zugeordnet ist, die im Fahrbetrieb als Motor und bei der Rekuperation, beispielsweise beim Bremsen oder Bergabfahren als Generator zum Aufladen der Energieversorgung des Fahrzeugs ausgelegt ist. Das Antriebsmodul hat des Weiteren ein Getriebe, das koaxial zum Motor/Generator angeordnet ist, so dass eine sehr kompakte Baueinheit geschaffen wird. Dabei sind das Getriebe, der Motor und der Generator in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen. Bei dieser bekannten Lösung wird jedes Rad direkt durch die zugeordnete Antriebseinheit angetrieben, so dass das Chassis von vornherein im Hinblick auf diese Konstruktion ausgelegt sein muss - eine Nachrüstung bestehender Fahrzeuge mit einem derartigen modernen Antriebskonzept ist praktisch nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich. Diese in der WO 2012/000665 A2 beschriebenen Antriebseinheiten ermöglichen eine optimale Traktionskontrolle und Rekuperation, ohne dass es mechatronischer

Fahrsicherheits- und Assistenzsysteme, wie beispielsweise ASR, TCS oder ESP bedarf. Wie in dieser Druckschrift erläutert, kann über ein High-Speed-Motion-Control-System das an einem Rad wirksame Drehmoment und die Raddrehzahl sowie die Bewegung und Position der Antriebseinheit radindividuell in Echtzeit geregelt werden. Dieses neuartige Regelungssystem ermöglicht auch auf sehr einfache Weise einen Drehmomentausgleich zwischen den beiden Antriebsrädern. Die besonderen Eigenschaften dieser

Antriebseinheit sind somit in der situationspräzisen Steuerung der Traktion durch Echtzeit- Eingriff in die Bewegung der Antriebsräder, in einer kompakten Bauweise durch das integrierte Getriebe, das vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführt ist, in einer äußerst hohen Systemeffizienz, insbesondere bei der Rückgewinnung der

Bewegungsenergie (Rekuperation) und einer guten Skalierbarkeit zu sehen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Fahrzeugachse zu schaffen, die auf einfache Weise in bestehende Fahrzeugkonzepte oder auch in neu zu entwickelnde Fahrzeugkonzepte integrierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugachse mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Fahrzeugachse hat Lenker, die einerseits gelenkig an einem Achsträger und andererseits an einem Radträger gelagert sind. Dabei ist jedem Rad der Fahrzeugachse ein eigener Antrieb zugeordnet. Erfindungsgemäß hat der Achsträger zwei sich etwa in Achsrichtung erstreckende Traversen, die mit den beiden jeweils einem Rad zugeordneten Antriebseinheiten zu einem Hauptrahmen verbunden sind. D.h. die beiden Antriebseinheiten übernehmen eine tragende Funktion, da sie einen Teil des Achsträgers ausbilden, an dem die Querlenker angeordnet sind. Eine derartige Achse zeichnet sich durch einen äußerst kompakten Aufbau aus, wobei diese einfache Struktur auch ohne größere Umbauten in bestehende Fahrzeugkonzepte integriert werden kann.

Das erfindungsgemäße Konzept kann besonders vorteilhaft als Nachrüstlösung bei leichten Nutzkraftfahrzeugen verwendet werden, wobei zusätzlich zu den herkömmlich mittels eines Verbrennungsmotors angetriebenen Rädern eine elektrische Achse hinzugefügt wird, so dass ein Umrüstung auf einen Parallelhybrid-Antrieb mit geringen Mitteln möglich ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Antriebseinheit mit einem einzigen Gehäuse für Motor, Generator und Getriebe ausgeführt, wobei die

Traversen mit diesem Gehäuse verschraubt sind.

Die Steifigkeit des Achsträgers lässt sich weiter erhöhen, wenn jeder Antriebseinheit ein Längsträger zugeordnet ist, der sowohl mit den Antriebseinheiten als auch mit den Traversen verbunden ist und an dem zumindest ein Lenker angelenkt ist.

An diesem Längsträger oder den Traversen können auch Achslager angeordnet sein, über die die Radachse an einem Chassis des Fahrzeugs befestigbar ist.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Führung jedes Rades über eine Doppelquerlenkerkonstruktion.

Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf derart klassische, im Wesentlichen

dreieckformige Querlenkerkonstruktionen beschränkt, sondern im Prinzip sind sämtliche Radführungen realisierbar.

Unter dem Begriff„Querlenker" lassen sich somit alle Radführungselemente

subsumieren.

Bei einer Variante der Erfindung ist an jedem Längsträger zumindest ein Stoßdämpfer abgestützt. Bei einem besonders kompakt ausgeführten Ausführungsbeispiel stehen die beiden Antriebseinheiten im Abstand zu einander, wobei im Bereich zwischen den beiden in etwa koaxial zu einander angeordneten Antriebseinheiten Kühler des elektrischen Antriebs vorgesehen sein können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Fahrzeugachse mit einer Querblattfeder ausgeführt, die sich zwischen zwei Querlenkern erstreckt.

Die Fahrzeugachse kann als lenkbare Achse, beispielsweise als Vorderachse oder aber auch als nicht lenkbare Achse, beispielsweise als Hinterachse ausgeführt sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat jede Traverse ein Mittelteil, von dem aus sich zwei schräg dazu angestellte Traversenarme erstrecken. Dabei sind zwischen zwei jeweils benachbarten Traversenarmen der beiden Traversen die Antriebseinheiten und die Längsträger im Wesentlichen aufgenommen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung zweier Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Fahrzeugachse;

Figur 2 ein weiteres, detaillierter dargestelltes Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Fahrzeugachse in einer Ansicht von oben und

Figur 3 eine Ansicht der Fahrzeugachse aus Figur 2 von der Fahrzeugrückseite aus gesehen.

In Figur 1 ist der Grundaufbau einer Hinterachse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, beispielsweise eines Leichtnutzfahrzeuges erläutert. Prinzipiell kann dieses Radachsenkonzept jedoch auch bei einer lenkbaren Achse realisiert werden. Die dargestellte Lösung kann, wie eingangs erläutert, bei einem Leichtnutzfahrzeug nachgerüstet werden, dessen Vorderachse beispielsweise herkömmlich über einen Verbrennungsmotor angetrieben ist. Die beiden in Figur 1 dargestellten

Ausführungsbeispiele einer Fahrzeugsachse 1 unterscheiden sich im Prinzip nur durch den Aufbau der Radaufhängung - hierauf wird im Folgenden näher eingegangen.

Ein allen Ausführungsbeispielen gemeinsames Grundkonzept besteht darin, dass jedem der Räder (nicht dargestellt) der Radachse 1 ein eigener Antrieb zugeordnet ist. Beim konkreten Ausführungsbeispiel erfolgt der Antrieb über Antriebseinheiten 2, 4, deren Grundaufbau in der eingangs erläuterten WO 2012/000665 A2 erläutert ist. Diese

Antriebseinheiten 2, 4 haben jeweils ein Gehäuse 6, 8, in dem ein elektrischer Motor, ein Generator und ein Getriebe, vorzugsweise ein Planetengetriebe koaxial zu einander angeordnet sind.

Die Ansteuerung der Antriebseinheiten 2, 4 erfolgt über das eingangs erläuterte High- Speed-Motion-Control-System, über die beispielsweise das Drehmoment und die Drehzahl jedes Rades individuell geregelt werden kann. Diese beiden Antriebseinheiten 2, 4 sind als tragende Elemente eines einen Hauptrahmen bildenden Radträgers (Fahrschemels) 10 ausgebildet, an dem jeweils eine Radaufhängung 12, 14 angelenkt ist. Diese haben jeweils einen Radträger 16, 18, an dem das jeweilige Rad gelagert ist. Abschnittsweise sichtbar in Figur 1 sind Radnaben 20, 22 und Bremsscheiben 24, 26 der Bremsanlage des Fahrzeugs. Der Antrieb der jeweiligen Radnabe 20, 22 erfolgt über Antriebswellen 28, 30 der beiden Antriebseinheiten 2, 4.

Die Radaufhängungen 12, 14 haben jeweils zwei als Dreieckslenker ausgeführte Querlenker 32, 34 bzw. 36, 38, die einerseits über Querlenkerlager 40a,40b, 40c, 40d (Querlenker 34, 38) bzw. 41 a, 41 b, 41 c, 41 d (Querlenker 32,36) am Achsträger 10 und andererseits über Führungsgelenke 42 a, b (Querlenker 32, 36; die Führungsgelenke der unteren Querlenker 34, 38 sind nicht sichtbar) am Radträger 16, 18 angelenkt sind.

Im unteren Bereich der Radträger 16, 18 ist jeweils ein Stoßdämpfer 44 bzw. 46 angelenkt, dessen Kolbenstange dann an einem entsprechenden Dämpfergelenk 48, 49 des in Figur 1 oben liegenden Querlenkers 32 bzw. 36 angreift. Die Querlenkerlager 40, 41 sind jeweils an Lagerkonsolen 50, 52, 54, 56 ausgebildet. Diese Konsolen sind über jeweils zwei Schraubverbindungen 58a, 58b sowohl mit dem Gehäuse 6, 8 der zugeordneten Antriebseinheit 2, 4 als auch mit zwei Traversen 60, 62 verbunden. Diese Traversen erstrecken sich etwa parallel zu den jeweiligen Achsen der Antriebseinheiten 2, 4 in Querrichtung des Fahrzeugs und bilden mit den Antriebseinheiten 2, 4 und den daran angesetzten Konsolen 50, 52, 54, 56 einen geschlossenen

Achsträgerrahmen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden

Antriebseinheiten 2, 4 so zusagen stehend auf der Ebene angeordnet, die von den beiden parallel verlaufenden Traversen 60, 62 aufgespannt wird. Die Konsolen 50, 52, 54, 56 überstrecken die beiden Antriebseinheiten 2, 4 in der Hochachse des Fahrzeugs und haben an ihrem in Figur 1 oben liegenden, von den beiden Traversen 60, 62 entfernten Endabschnitt Flanschflächen 64, 66, 68, 70, an denen Achslager (nicht dargestellt) zur Befestigung am Chassis des Fahrzeugs befestigbar sind.

In der Darstellung gemäß Figur 1 erstreckt sich eine sich zum Betrachter, nach oben hin aufwölbende Querblattfeder 72, die beispielsweise am unten liegenden Querlenker 34, 38 oder am Radträger 16, 18 angreift, so dass eine halbstarre Achse gebildet ist.

Die Federungs- und Traktionseigenschaften dieser Achskonstruktion übertreffen diejenigen einer Verbundlenkerachse bei weitem.

Bei der in Figur 1 rechts dargestellten Radaufhängung 12 sind die beiden Querlenker 32, 34 als im weitesten Sinne dreiecksförmige Profilkörper, beispielsweise aus Metallguss oder einem Kohlefaserverbundwerkstoff ausgebildet. Bei der in Figur 1 links dargestellten Variante der Radaufhängung 14 sind die beiden Querlenker 36, 38 aus einem Rohrprofil ausgebildet, das ebenfalls wieder aus einer Metalllegierung oder einem

Kohlefaserverbundwerkstoff oder dergleichen bestehen kann. Bei der konkreten Lösung ist an dem oben liegenden Querlenker 36 eine Stützkonsole 73 befestigt, an der das Dämpfergelenk 49 ausgebildet ist. Der in Figur 1 unten liegende Radträger 38 hat ebenfalls eine Stützkonsole 74, an der eine Spurstange 76 angelenkt ist. Die in Figur 1 rechts dargestellte Radaufhängung hat ebenfalls einen Spurstange 78, deren Gelenk am unten liegenden Querlenker 34 ausgebildet ist. Wie aus der Darstellung gemäß Figur 1 weiterhin hervorgeht, sind die Querlenkerlager 40a, 40b, 40c, 40d im Bereich zwischen den Endabschnitten der beiden Traversen 60, 62 und den entsprechenden Aufnahmen des Gehäuses 6, 8 ausgebildet. Beim konkreten Ausführungsbeispiel liegen die Achsen der Querlenkerlager 40a, 40b, 40c, 40d auf der gleichen Linie wie die Achsen der Schraubverbindungen 58a, 58b (in Figur 1 sind nur zwei Schraubverbindungen mit Bezugszeichen versehen).

Anhand der Figuren 2 und 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Fahrzeugachse dargestellt, bei der das vorbeschriebene

Grundkonzept mit den als tragende Elemente ausgeführten Antriebseinheiten 2, 4 ebenfalls realisiert ist.

Figur 2 zeigt dabei die Fahrzeugachse 1 in einer Darstellung von oben, d.h. mit

Blickrichtung in der Fahrzeughochachse von oben auf Hinterräder 80, 82. Figur 3 zeigt die Fahrzeugachse 1 in einer Ansicht von hinten oder von vorne, d.h. Blickrichtung in

Fahrzeugslängsachse. In diesen Darstellungen sind die beiden Radträger 16, 18 und die Bremsanlage nicht sichtbar, deren Grundaufbau entspricht jedoch dem zuvor

beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Bei der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Variante sind die Querlenker 32a, 32b, 34 a, 34b der Radaufhängungen 12, 14 ähnlich wie bei dem in Figur 1 rechts dargestellten Ausführungsbeispiel ausgeführt.. Die Querlenker 32, 34 sind an dem als geschlossene Rahmenstruktur ausgebildeten Achsträger 10 abgestützt, der im Wesentlichen wiederum durch die beiden Antriebseinheiten 2, 4 und die damit verbundenen Traversen 60, 62 gebildet ist, die mit den Gehäusen 6, 8 der Antriebseinheiten 2, 4 verschraubt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Rahmenstruktur zusätzlich noch durch zwei in Längsrichtung des Fahrzeugs (vertikal in Figur 2) angeordnete Längsträger 84, 86 verstärkt, die im Prinzip die Funktion der Konsolen 50, 52 in Figur 1 übernehmen. Im Unterschied zu diesem Ausführungsbeispiel sind diese Längsträger 84, 86 jedoch nicht beidseitig an der jeweiligen Antriebseinheit 2, 4 befestigt sondern erstrecken sich zwischen den beiden Traversen 60, 62 und bilden somit eine zusätzliche

Längsverbindung. In der Darstellung gemäß Figur 3 sieht man die fachwerkartige Leichtbaustruktur der Traverse 60 - die andere Traverse 62 ist identisch aufgebaut. Demgemäß hat jede

Traverse 60, 62 eine Basis 88, die sich etwa in Horizontalrichtung (Ansicht nach Figur 3) erstreckt. Von dieser mittigen Basis 88 weg erstrecken sich zwei schräg dazu angeordnete Traversenarme 90, 92, die V-förmig zu einander angestellt sind, wobei sich der Abstand nach oben hin (Ansicht nach Figur 3) vergrößert. Die Höhe der Traversenarme 90, 92 ist so gewählt, dass sie in der Rück-A/orderansicht (Figur 3) die beiden Antriebseinheiten 2, 4 überstrecken. Aus dieser Ansicht erkennt man auch, dass die beiden Antriebseinheiten 2, 4 mit den Gehäusen 6, 8 so zu sagen zwischen den hinter einander liegenden

Traversenarmen 90 (links in Figur 3) und 92 (rechts in Figur 3) eintauchen. Die

Befestigung der Antriebseinheiten 2, 4 erfolgt etwa entlang des in Figur 3 unteren Teils der Basis 88, wobei wiederum die Schraubverbindungen 58a, 58b der Antriebseinheit 4 angedeutet sind. Die Befestigung der anderen Antriebseinheit 2 erfolgt entsprechend.

Die unteren Querlenker 34 sind ebenfalls im Bereich der Basis 88 mittels der bereits beschriebenen unteren Querlenkerlager 40a, 40b, 40c und 40d an den beiden Traversen 60, 62 gelagert. Die beiden oben liegenden Querlenker 32 sind mittels der oberen

Querlenkerlagern 41 a, 41 b, 41 c und 41 d an den Längsträgern 84, 86 gelagert, wobei die oberen Querlenkerlager 41 a, 41 b bzw. 41 c, 41 d jeweils auf einer Achse der Längsträger 84, 86 liegen. Die beiden Stoßdämpfer 44, 46 mit den zugeordneten Federn greifen einerseits am nicht dargestellten Radträger an und sind mit ihren Kolbenstangen mittig (Ansicht nach Figur 2) an den Längsträgern 84 bzw. 86 gelagert. Jeder der Längsträger 84, 86 hat zwei Längsträgerarme 94, 96, die sich etwa V-förmig weg vom Längsträger 86 bzw. 84 hin zur benachbarten Traverse 60, 62 erstrecken und mit dieser und/oder mit dem Gehäuse 6, 8 der Antriebseinheiten 2, 4 verschraubt sind.

An den außen liegenden Seitenflächen der Traversenarme 90, 92 sind des Weiteren etwa in Verlängerung der Ebene der Längsträger 84, 86 mit Gummielementen versehene Achslager 100a, 100b, 100c und 100d angeordnet, über die die Fahrzeugachse 1 am Chassis des Fahrzeugs befestigbar ist. Gemäß Figur 3 liegt die durch diese Achslager 100 aufgespannte Befestigungsebene deutlich oberhalb der Antriebseinheiten 2, 4. Zu sehen in den Figuren 2 und 3 ist des Weiteren noch ein Stabilisator 102, der sich zwischen den beiden oberen Querlenkern 32a, 32b erstreckt.

In der Darstellung gemäß Figur 2 sind auch die beiden Spurstangen 76, 78 erkennbar. Ähnlich wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die beiden unteren Querlenker 34a, 34b durch die sich mittig nach oben hin auswölbende Querblattfeder 72 miteinander verbunden. Deren Endabschnitte sind dementsprechend mit Lageraugen der unteren Querlenker 34a, 34b verschraubt.

Die eingangs näher erläuterten Antriebseinheiten 2, 4 mit koaxialem Elektromotor, Generator und Planetengetriebe werden beispielsweise über einen Ölkreislauf gekühlt. Da bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden

Antriebseinheiten 2, 4 in Axialrichtung beabstandet zu einander sind, können diese Ölkühler 104, 106 in den Raum zwischen den beiden Antriebseinheiten 2, 4 und den beiden Traversen 60, 62 angeordnet werden, wobei die beiden Ölkühler 104, 106 mit ihren Wärmeaustauschflächen in Fahrtrichtung angeordnet sein sollten. Die Kühlung wird dabei durch die Ausnehmungen der fachwerkartigen Traversen 60, 62 unterstützt.

Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Variante der Fahrzeugachse ist deutlich massiver als das eingangs beschriebene Ausführungsbeispiel ausgeführt, so dass dieses auch für schwerere Nutzfahrzeuge geeignet ist.

Bei der beschriebenen Fahrzeugachse ist das universelle Antriebsmodul funktional in die erfindungsgemäße Fahrzeugachse integriert. Das Achsmodul verbindet geringe Komplexität mit konsequentem Leichtbau und guten Systemeigenschaften bei äußerst einfacher Montage.

Offenbart ist eine Fahrzeugachse, bei der zwei elektrische Antriebseinheiten

gemeinsam mit zwei Traversen einen Achsträger bilden, an dem Lenker gelenkig angebunden sind. Bezuqszeichenliste:

1 Fahrzeugachse

2 Antriebseinheit

4 Antriebseinheit

6 Gehäuse

8 Gehäuse

10 Achsträger

12 Radaufhängung

14 Radaufhängung

16 Radträger

18 Radträger

20 Radnabe

22 Radnabe

24 Bremsscheibe

26 Bremsscheibe

28 Antriebswelle

30 Antriebswelle

32 Querlenker

34 Querlenker

36 Querlenker

38 Querlenker

40 unteres Querlenkerlager

41 oberes Querlenkerlager

42 Führungsgelenk

44 Stoßdämpfer

46 Stoßdämpfer

48 Dämpfergelenk

49 Dämpfergelenk

50 Konsole

52 Konsole

54 Konsole Konsole

Schraubverbindung Traverse

Traverse

Flanschfläche Flanschfläche Flanschfläche Flanschfläche Querblattfeder Stützkonsole Stützkonsole Spurstange Spurstange Hinterrad

Hinterrad

Längsträger Längsträger Basis

Traversenarm Traversenarm Längsträgerarm Längsträgerarm Achslager

Stabilisator Ölkühler

Ölkühler