DE102006058133A1

DE102006058133A1 - Aktuator zur Wankstabilisierung

Info

Publication number: DE102006058133A1
Application number: DE102006058133A
Authority: DE
Inventors: Paul WÖLLHAF; Roland Dörner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-12-09
Filing date: 2006-12-09
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US20100072725A1; WO2008068207A1

Abstract

Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, wobei der Aktuator mindestens eine elektrische Maschine (1) und ein Untersetzungsgetriebe (2) aufweist und ein Rotor (6) der elektrischen Maschine (1) in Wirkverbindung mit einem Antriebselement des Untersetzungsgetriebes (2) steht und der Aktuator zwischen zwei Teilen eines zweiteiligen vorderen und/oder hinteren Fahrwerksstabilisators (14, 15) angeordnet ist. In einem Wankfall wird der Aktuator ein Gegenmoment aufbringen, welches den Querkräften des Fahrzeugs entgegenwirkt. Das Untersetzungsgetriebe besteht aus einem Wellgetriebe (3) in Wirkverbindung mit einem Planetengetriebe (4), wobei das Wellgetriebe (3) zumindest aus den drei Bauelementen Wellengenerator (7), flexibles Rad (8) und starres Rad (9) besteht und das Planetengetriebe (4) mindestens ein Sonnenrad (10), einen Planetenträger (11) mit Planetenrädern und ein Hohlrad (12) aufweist. Die Übersetzung des Wellgetriebes (3) ist so ausgelegt, dass das Wellgetriebe (3) eine selbständige Rückstellung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um eine Neigung von Fahrzeugen infolge von Querbeschleunigung oder anderer Querkräfte, beispielsweise Windkräfte, zu verringern bzw. auszugleichen, werden mechanische Fahrwerksstabilisatoren aus Drehstabeinrichtungen gebildet und zwischen den zwei vorderen und/oder hinteren Rädern in Fahrzeugen vorgesehen.
Aktive Wankausgleichseinrichtungen werden als hydraulisch oder als elektrisch betriebene Einrichtungen angeboten. Die elektrischen Einrichtungen weisen einen geteilten Fahrwerksstabilisator auf, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Teil eines vorderen und/oder hinteren Fahrwerksstabilisators ein Aktuator vorgesehen ist, welcher mittels einer elektrischen Maschine und eines hoch übersetzenden Getriebes in einem Wankfall ein Gegenmoment aufbringt. Als Getriebe werden unter anderem Wellgetriebe (auch Harmonic Drive Getriebe genannt), Planetenradsysteme oder eine Reihenschaltung von Einfachplanetenradsystemen verwendet. Durch den großen axialen Bauraum des Aktuators wird der geteilte Fahrwerksstabilisator in der gesamten Länge kürzer als ein einteiliger Fahrwerksstabilisator. Dabei weisen Reihenschaltungen von einfachen Planetensystemen die größte axiale Baulänge auf. Die kürzere axiale Länge des geteilten gegenüber des einteiligen Fahrwerksstabilisators wird durch einen größeren radialen Umfang kompensiert. Dadurch wird eine Übertragung von gleich hohen Drehmomenten ermöglicht und das Gewicht und der Bauraum des Fahrwerksstabilisators höher bzw. größer wird.
In der WO 2004/085179 ist ein Aktuator für einen Wankausgleich beschrieben, in welchem ein auf einem Wolfromgetriebe basiertes Planetenrad system die erwünschte hohe Übersetzung darstellt. Bei hohen Übersetzungen hat das Wolfromgetriebe einen niedrigen Wirkungsgrad, ungefähr 50 %. Eine alternative Lösung zu dem Wolfromgetriebe wird in einem Wellgetriebe dargestellt. Das Wellgetriebe besitzt bei Übersetzungen bis ca. 30 einen hohen Wirkungsgrad, weist keine Selbsthemmung bei Übersetzungen bis ca. 40 und kein Spiel in der Verzahnung auf. Dazu kommt eine kompakte Bauweise mit nur drei Bauteilen: Wellengenerator, flexibles Rad und starres Rad. Ein Wellgetriebe, welches in den begrenzten Bauraum des Aktuators passt, wird nicht die für den Wankausgleich im Fahrzeug erforderlichen Drehmomente übertragen können. Sowohl das Wolfromgetriebe als auch das Wellgetriebe brauchen die elektrische Maschine, um die Selbsthemmung zu überwinden und sich in Ausgangslage einzustellen, was den Energieverbrauch erhöht.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen zu gestalten, wobei der Aktuator in den begrenzten Bauraum in einem Fahrzeug eingebaut werden kann und einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Die Aufgabe wird durch einen Aktuator bestehend aus mindestens einer elektrischen Maschine und einem Untersetzungsgetriebe gelöst, wobei die elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator aufweist und im Untersetzungsgetriebe erfindungsgemäß ein Wellgetriebe und ein Planetengetriebe vorgesehen sind. Der Stator der elektrischen Maschine ist drehfest mit dem Gehäuse des Aktuators verbunden und der Rotor der elektrischen Maschine steht in Wirkverbindung mit einem Antriebselement des Untersetzungsgetriebes. Das Wellgetriebe besteht mindestens aus den drei Elementen Wellengenerator, flexibles Rad und starres Rad, und die Übersetzung des Wellgetriebes ist so ausgelegt, dass das Wellgetriebe eine selbständige Rückstellung durch äußere Kräfte aufweist, welche dazu führt, dass die Rückstellung über die elektrische Maschine entfallen kann. Um einen guten Wirkungsgrad und eine durch äußere Kräfte selbständige Rückstellung des Wellgetriebes zu erhalten, wird die Übersetzung des Wellgetriebes unter 40 gewählt, was für einen Wankausgleichsaktuator jedoch zu gering ist. Um eine Erhöhung der Gesamt-Übersetzung des Untersetzungsgetriebes zu ermöglichen und gleichzeitig die selbständige Rückstellung zu erhalten, ist erfindungsgemäß eine Reihenschaltung des Wellgetriebes mit einem Planetengetriebe vorgesehen, welches zumindest aus den drei Elementen Sonnenrad, Planetenträger mit Planetenrädern und Hohlrad besteht. Ein Untersetzungsgetriebe als Kombination aus einem Wellgetriebe mit einem Planentengetriebe weist positive Eigenschaften, wie hohe Übersetzungen, großer Wirkungsgrad, selbständige Rückstellung und kompakte Bauweise, auf. Außerdem werden wegen der hohen Übersetzung des Untersetzungsgetriebes kleinere Spitzenstromleistungen gefordert, was zu einem geringeren axialen und/oder radialen Bauraum der elektrischen Maschine führt.
In einer bevorzugten Ausführung des Aktuators steht das Wellgetriebe mit der elektrischen Maschine auf einer Seite und mit einem einstufigen Planetengetriebe auf der anderen Seite in Wirkverbindung. Der Wellengenerator ist das Antriebselement des Wellgetriebes und ist mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden. Das Abtriebselement des Wellgetriebes ist mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden und der Planetensteg bildet das Abtriebselement des Untersetzungsgetriebes. Sowohl das starre Rad des Wellgetriebes als auch das Hohlrad des Planetengetriebes sind mit dem Gehäuse des Aktuators drehfest verbunden.
Um Bauraum und Gewicht zu sparen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der erste Teil des Fahrwerksstabilisators den Rotor, das Wellengetriebe und das Planetengetriebe durchdringt und mit dem Planetenträger dreh fest verbunden ist, während der zweite Teil des Fahrwerksstabilisators mit dem Gehäuse des Aktuators in Wirkverbindung steht. In dieser Ausführung verfügt der Fahrwerksstabilisator über eine Baulänge, die fast dem einteiligen Fahrwerksstabilisator entspricht, wobei eine Vergrößerung des Umfangs des Fahrwerksstabilisators, um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können, nicht nötig ist.
Mit dem beschriebenen Untersetzungsgetriebe werden hohe Übersetzungen erreicht, gleichzeitig weist das Getriebe eine durch äußere Kräfte selbständige Rückstellung auf, wenn die auf das Fahrzeug wirkenden Querkräfte nicht mehr vorhanden sind, was durch den guten Wirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes möglich ist. Ferner wird der Energieverbrauch durch eine kleinere elektrische Maschine reduziert, was zu geringen Spitzenstromleistungen führt, und dadurch auch den Stromverbrauch reduziert. Die kleine elektrische Maschine kann wegen der hohen Übersetzung des Untersetzungsgetriebes eingesetzt werden und zugleich wird auch eine kompakte Bauweise des Aktuators durch die kleine elektrische Maschine und das kompakte Untersetzungsgetriebe erreicht. Ebenso ist es möglich, mehrere Wellgetriebe und Planetengetriebe zu kombinieren. Beispielsweise kann ein mehrstufiges Planetengetriebe in Kombination mit einem Wellgetriebe verwendet werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 eine stark schematische Darstellung des Aktuators und
2 eine stark schematische Darstellung einer bevorzugten Auslegung des Aktuators.
1 zeigt einen Aktuator für eine elektrische Wankstabilisierung zwischen einem ersten und zweiten Teil 14, 15 eines Fahrwerksstabilisators. Der Aktuator besteht aus zwei Hauptteilen, einer elektrischen Maschine 1 und einem Untersetzungsgetriebe 2, wobei die elektrische Maschine 1 einen Stator 5 und einen Rotor 6 aufweist und das Untersetzungsgetriebe 2 aus einem Wellgetriebe 3 und einem einstufigen Planetengetriebe 4 besteht. Der Aktuator ist mit den zwei Teilen 14, 15 des Fahrwerksstabilisators drehfest verbunden, der erste Teil 14 ist mit dem Gehäuse 13 des Aktuators verbunden und der zweite Teil 15 mit dem Abtriebselement des Planentengetriebes 4 verbunden. Im Wankfall des Fahrzeugs erzeugt die elektrische Maschine 1 ein Moment, welches durch das Untersetzungsgetriebe 2 erhöht wird und auf die zwei Teile 14, 15 des Fahrwerksstabilisators wirkt und die durch die Querkräfte verursachte Wankneigung des Fahrzeugs verringert beziehungsweise ausgleicht. Der Abstand a zwischen den beiden Teilen 14, 15 des Fahrwerksstabilisators wird so gering wie möglich gehalten.
Das Wellgetriebe 3 besteht aus den drei Bauteilen Wellengenerator 7, flexibles Rad 8 und starres Rad 9, wobei der Wellengenerator 7 das Antriebselement des Untersetzungsgetriebes 2 ist, das flexible Rad 8 in Wirkverbindung mit dem Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 4 steht und das starre Rad 9 drehfest mit dem Gehäuse 13 des Aktuators verbunden ist. Auch das Hohlrad 12 des Planetengetriebes 4 ist mit dem Gehäuse 13 des Aktuators verbunden und der Planentensteg 11 ist das Abtriebselement des Untersetzungsgetriebes 2.
In 2 wird eine Anordnung gezeigt, in der der erste Teil 14 des Fahrwerksstabilisators den Rotor 6, das Wellengetriebe 3 und das Planetengetriebe 4 durchdringt und mit dem Planetenträger 11 drehfest verbunden ist. Der zweite Teil 15 des Fahrwerksstabilisators ist direkt mit dem Gehäuse 13 verbunden. Gegenüber der Anordnung in 1 haben die zwei Teile 14, 15 des Fahrwerksstabilisators die Anschlusselemente des Untersetzungsgetriebes gewechselt, was dazu führt, dass der Abstand b zwischen den zwei Teilen 14, 15 des Fahrwerksstabilisators geringer ist als der Abstand a in 1. Der geringe Abstand b zwischen den zwei Teilen 14, 15 des Fahrwerksstabilisators führt zu einer axialen Gesamtlänge der beiden Teile 14, 15 des Fahrwerksstabilisators, wobei diese Länge vergleichbar ist mit der Länge eines einteiligen Fahrwerksstabilisators, was zu Gewicht- und Bauraumvorteilen führt.

1: elektrische Maschine
2: Untersetzungsgetriebe
3: Wellgetriebe
4: Planetengetriebe
5: Stator
6: Rotor
7: Wellengenerator
8: flexibles Rad
9: starres Rad
10: Sonnenrad
11: Planetenträger
12: Hohlrad
13: Aktuatorgehäuse
14: erster Teil des Fahrwerksstabilisators
15: zweiter Teil des Fahrwerksstabilisators
a: Abstand zwischen erstem und zweitem Teil des Fahrwerksstabilisators
b: Abstand zwischen erstem und zweitem Teil des Fahrwerksstabilisators

Claims

Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, wobei der Aktuator mindestens eine elektrische Maschine (1) und ein Untersetzungsgetriebe (2) aufweist und ein Rotor (6) der elektrischen Maschine (1) in Wirkverbindung mit einem Antriebselement des Untersetzungsgetriebes (2) steht und der Aktuator zwischen zwei Teilen eines zweiteiligen vorderen und/oder hinteren Fahrwerksstabilisators (14, 15) angeordnet ist und in einem Wankfall ein Gegenmoment aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe aus mindestens einem Wellgetriebe (3) in Wirkverbindung mit mindestens einem Planetengetriebe (4) besteht, wobei das Wellgetriebe (3) zumindest aus den drei Bauelementen Wellengenerator (7), flexibles Rad (8) und starres Rad (9) besteht, und das Planetengetriebe (4) mindestens ein Sonnenrad (10), einen Planetenträger (11) mit Planetenrädern und ein Hohlrad (12) aufweist, und dass die Übersetzung des Wellgetriebes (3) so ausgelegt ist, dass das Wellgetriebe (3) eine selbständige Rückstellung durch äußere Kräfte aufweist.
Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (3) zwischen der elektrischen Maschine (1) und dem Planetengetriebe (4) angeordnet ist.
Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengenerator (7) das Antriebselement des Untersetzungsgetriebes (2) ist, das starre Rad (9) drehfest mit einem Gehäuse (13) des Aktuators verbunden ist und das flexible Rad (8) in Wirkverbindung mit dem Sonnenrad (10) des Planetengetriebes (4) steht und der Planetenträger (11) das Abtriebselement des Untersetzungsgetriebes ist und das Hohlrad (12) drehfest mit dem Gehäuse (13) verbunden ist.
Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (14) des Fahrwerksstabilisators (14, 15) den Rotor (6), das Wellengetriebe (3) und das Planetengetriebe (4) durchdringt und mit dem Planetenträger (11) drehfest verbunden ist und dass ein zweiter Teil (15) des Fahrwerksstabilisators (14, 15) direkt mit dem Gehäuse (13) verbunden ist.
Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) der elektrischen Maschine (1) drehfest mit dem Wellengenerator (3) verbunden ist.
Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (4) ein einstufiges Planetengetriebe ist.
Aktuator zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichenet, dass das Planetengetriebe (4) ein mehrstufiges Planetengetriebe ist.