DE102008030578A1

DE102008030578A1 - Antrieb und Federung eines Antriebsrades

Info

Publication number: DE102008030578A1
Application number: DE200810030578
Authority: DE
Inventors: Per Johansson; Tomohiro Miyazaki; Thomas Dipl.-Ing. Schirle
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Antrieb und zur Federungsbeeinflussung eines Antriebsrades (4) eines Fahrzeugs. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Elektromotoren (E1, E2) vorgesehen, die über eine Getriebeanordnung (G) sowohl mit einem Radantrieb als auch mit einer Federungsanordnung koppelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb und zur Federungsbeeinflussung eines Antriebsrades eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Antrieb und zur Federungsbeeinflussung eines Antriebsrades eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in DE 103 20 053 A1 beschrieben, ein Verfahren zum Betreiben eines Dämpferelementes für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges sowie eine Vorrichtung zum Betreiben des Verfahrens bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist ein Hydraulikzylinder über eine hydraulische Verbindung mit einem Hydraulikspeicher verbunden, wobei eine in der hydraulischen Verbindung angeordnete Pumpe einer elektrischen Maschine zugeordnet ist, welche die Bewegungsenergie der Pumpe in Energie umwandelt und in einem Energiespeicher speichert.
Die Drehzahl der Pumpe und/oder der elektrischen Maschine wird als Maß für die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau zur Darstellung einer adaptiven Dämpfung in einer Steuerelektronik erfasst.
Diese Vorrichtung bzw. dieses Verfahren nutzt, um eine adaptive Dämpfung eines Fahrzeugs zu realisieren, eine Kombination aus Hydraulik und Elektrik, d. h. es muss kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt, zwischengespeichert und später wieder zum Betrieb der Hydraulikpumpe genutzt werden. Diese Umwandlungsprozesse sind wenig effizient, so dass dabei Energieverluste auftreten.
Aus DE 196 00 420 C1 ist ein Einzelradantrieb für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt. Der voll abgefederte Antrieb weist einen neben dem Treibrad angeordneten Innenläufer-Motor auf, dessen Rotor auf einer Hohlwelle sitzt, die über eine winkel- und axial-nachgiebige Kupplung mit einer Kupplungs- und Getriebewelle in Drehmomentverbindung steht, wobei der Stator mit dem Motorgehäuse am Fahrwerk befestigt ist und wobei ein Planeten-Standgetriebe oder ein Planeten-Umlaufgetriebe vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Federungs- und Antriebseinheit anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Vorzugsweise werden mindestens zwei Elektromotoren über eine Getriebeanordnung sowohl mit einem Radantrieb als auch mit einer Federungsanordnung gekoppelt.
In einer Vorrichtung zum Antrieb und zur Federungsbeeinflussung eines Antriebsrades eines Fahrzeugs und einem Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung sind erfindungsgemäß mindestens zwei Elektromotoren über eine Getriebeanordnung sowohl mit einem Radantrieb als auch mit einer Federungsanordnung koppelbar.
Diese Vorrichtung ist als eine integrierte Baueinheit ausgeführt, so dass beispielsweise zum Einsatz in Fahrzeugen vier dieser Vorrichtungen, d. h. eine Vorrichtung für jedes Rad des Fahrzeugs, verwendbar sind, die mittels einer Zentraleinheit geregelt werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass ein mit dieser Vorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug nicht nur über Elektromotoren angetrieben wird, sondern auch über ein so genanntes adaptives Federungssystem verfügt, d. h. eine dynamische Beeinflussung der Bewegungen eines Fahrzeugaufbaus mittels eines aktiven Federungssystems ermöglicht ist. Die Vorspannung der Federung des Fahrzeugs ist für jedes einzelne Rad mittels der Elektromotoren der jeweiligen Fahrsituation anpassbar, da die Federung des Fahrzeuges in der integrierten Baueinheit dieser Vorrichtung angeordnet ist, welche an jedem Antriebsrad des Fahrzeugs angeordnet ist.
Auf diese Weise wird Kippbewegungen des Fahrzeugs um die Querachse beispielsweise während Brems- und Beschleunigungsvorgängen sowie Rollbewegungen des Fahrzeuges um die Längsachse beispielsweise während Kurvenfahrten entgegengewirkt, wodurch die Fahrstabilität des Fahrzeugs sowie die Effizienz des Antriebs, der Bremsen sowie aktiver Sicherheitssysteme wie beispielsweise eines elektronischen Stabilitätsprogramms erhöht werden.
Des Weiteren ist auch das Niveau, d. h. die Bodenfreiheit des Fahrzeugs im Stand bzw. bei Geradeausfahrt regulierbar. Auf diese Weise kann das Fahrzeug zum Beispiel bei hohen Geschwindigkeiten abgesenkt werden, was den Luftwiderstand und damit auch den Energieverbrauch senkt. Im Stand ist das Fahrzeug beispielsweise absenkbar, um das Be- und Entladen des Fahrzeugs zu erleichtern bzw. die Höhe des Fahrzeugs ist auf eine zum erleichterten Ein- und Aussteigen optimale Höhe einstellbar.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt eine Veränderung der Vorspannung der Federung, im Gegensatz zu ähnlichen Systemen nach dem Stand der Technik, direkt mittels der in der Vorrichtung integrierten Elektromotoren, welche auch zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Eine Energieumwandlung, wie beispielsweise eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe, und die damit verbundenen Energieverluste entfallen.
Systeme nach dem Stand der Technik, auch beispielsweise elektrisch betriebene translatorische Federungsaktuatoren, sind mit einem großen Bauraumbedarf und hohem Gewicht verbunden, da Speicherelemente zur Energiezwischenspeicherung sowie Leitungselemente zum Energietransport benötigt werden. Damit ist die erfindungsgemäße Lösung wesentlich effizienter als Systeme nach dem Stand der Technik.
Andere Möglichkeiten einer direkten Beeinflussung eines aktiven Federungssystems, d. h. ohne eine verlustreiche Energieumwandlung, beispielsweise mittels eines zum Antrieb eines Fahrzeugs verwendeten Verbrennungsmotors, wären mit einem sehr hohen technischen Aufwand verbunden und würden einen großen Bauraum beanspruchen, weshalb solche Systeme sehr kostenintensiv wären und nicht effizient einsetzbar sind.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird die geregelte Leistung der Elektromotoren über Planeten-Überlagerungsgetriebe entsprechend der jeweiligen Fahrsituation auf den Antrieb und die Veränderung der Vorspannung der Federung aufgeteilt, wobei auch die volle Leistung der Elektromotoren jeweils ausschließlich für den Antrieb bzw. zur Einstellung der Federung einsetzbar ist. Energieverluste, beispielsweise durch schleifende Kupplungen, entfallen. Zur weiteren Effizienzsteigerung wird mittels der erfindungsgemäßen Lösung auch eine Energierückgewinnung aus Fahrzeugverzögerung und Federungsleistung ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 einen horizontalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 ein Diagramm eines Vierquadrantenbetriebs eines geregelten Elektromotors,
3 ein Flussdiagramm einer Leistungsaufteilung,
4 eine schematische Darstellung eines ersten Betriebszustandes,
5 eine schematische Darstellung eines zweiten Betriebszustandes,
6 eine schematische Darstellung eines dritten Betriebszustandes,
7 eine schematische Darstellung eines vierten Betriebszustandes,
8 eine schematische Darstellung eines fünften Betriebszustandes und
9 einen horizontalen Schnitt durch eine vertikal geschnittene weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Ein Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 ist an einer hier nicht näher dargestellten Fahrzeugkarosserie angeordnet. Eine Federschwinge 3, die ein Antriebsrad 4 trägt, ist über Wälzlager 5 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Das Gehäuse 2 ist in diesem Bereich mittels einer Dichtung 6 gegen von außen eindringende Verunreinigungen abgedichtet.
Eine erste Spiralfeder 7 für die passive Federung des Fahrzeugs sowie für die Niveaueinstellung, d. h. die Einstellung der Fahrzeughöhe, ist mit einem Ende an der Federschwinge 3 und mit dem anderen Ende an einer zentralen Welle 8 angeordnet. Durch Drehung dieser zentralen Welle 8 wird die Spannung dieser ersten Spiralfeder 7 erhöht bzw. reduziert, was zu einer Bewegung der Federschwinge 3 und damit zu einer Anhebung oder Absenkung des Fahrzeugs führt. Auf diese Weise kann die Fahrzeughöhe beispielsweise zur Erleichterung des Be- und Entladens abgesenkt oder für ein bequemes Ein- und Aussteigen angepasst werden. Während der Fahrt kann die Fahrzeughöhe reduziert werden, um den Luftwiderstand und somit den Energieverbrauch zu reduzieren.
Die zentrale Welle 8 ist über ein Schneckengetriebe 9 mit einer Kupplungsscheibe 10 einer ersten Kupplung 11 und über diese mit einem ersten Sonnenrad 12 eines ersten Planetengetriebes der Vorrichtung 1 verbunden. An diesem ersten Sonnenrad 12 ist ein erster Rotor R_E1 eines ersten Elektromotors E1 angeordnet. Ein zweiter Rotor R_E2 eines zweiten Elektromotors E2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über mindestens zwei Planetenräder 13 des ersten Planetengetriebes mit diesem ersten Sonnenrad 12 verbunden. Der zweite Rotor R_E2 des zweiten Elektromotors E2 stellt also ein erstes Hohlrad 14 des ersten Planetengetriebes dar.
Die Drehbewegung der Rotoren R_E1, R_E2 ist bei geschlossener erster Kupplung 11 über das Schneckengetriebe 9 auf die zentrale Welle 8 übertragbar und dadurch die Spannung der ersten Spiralfeder 7 mittels der Elektromotoren E1, E2 einstellbar.
Das erste Sonnenrad 12 des ersten Planetengetriebes ist über eine zweite Kupplung 15 mit einer außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten großen Riemenscheibe 16 verbunden, so dass die Drehbewegung des ersten Sonnenrades 12 bei geschlossener zweiter Kupplung 15 auf die große Riemenscheibe 16 und mittels eines Treibriemens 17 auf eine kleine Riemenscheibe 18 übertragen wird. Diese ist mittels einer Antriebswelle 19 mit dem Antriebsrad 4 des Fahrzeugs verbunden, so dass dieses von den beiden Elektromotoren E1, E2 angetrieben wird.
Zwei Statoren S_E1, S_E2 der beiden Elektromotoren E1, E2 sind nicht fest mit dem Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 verbunden, sondern mit einem zweiten Sonnenrad 20 eines zweiten Planetengetriebes und über Planetenräder 21 des zweiten Planetengetriebes mit einem zweiten Hohlrad 22 des zweiten Planetengetriebes. Dieses zweite Hohlrad 22 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Ende einer zweiten Spiralfeder 23 verbunden. Das andere Ende dieser zweiten Spiralfeder 23 ist mit der Federschwinge 3 verbunden.
Auf diese Weise können je nach Fahrsituation und daraus resultierender Neigung der Fahrzeugkarosserie von einer hier nicht dargestellten zentralen Regeleinheit die Elektromotoren E1, E2 derart gesteuert werden, dass von den Statoren S_E1, S_E2 ein Gesamtstützmoment M_SG erzeugt wird, welches mittels des zweiten Planetengetriebes auf die zweite Spiralfeder 23 übertragen wird, so dass der Neigungsbewegung der Fahrzeugkarosserie beispielsweise durch Erhöhung der Federspannung der zweiten Spiralfeder 23 entgegengewirkt wird.
In einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind statt der zweiten Spiralfeder 23 weitere Planetengetriebe anordbar, so dass das Gesamtstützmoment M_SG der Statoren S_E1, S_E2 der Elektromotoren E1, E2 über diese Planetengetriebe direkt auf die Federschwinge 3 übertragen wird.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht den Antrieb eines Fahrzeugs mittels Elektromotoren E1, E2 und zugleich eine Beeinflussung des Federungssystems des Fahrzeugs mittels dieser Antriebsmotoren E1, E2. Damit ist ein Fahrzeug mit einem energieeffizient arbeitenden adaptiven Federungssystem ausrüstbar, da keine mit Verlusten verbundene Energieumwandlung mehr nötig ist, beispielsweise mittels einer elektrisch betriebenen Hydraulikpumpe.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine kompakte und Bauraum sparende Bauform, da die Elektromotoren E1, E2, die Planetengetriebe und die Federung in einer intergrierten Baueinheit angeordnet sind.
2 zeigt ein Diagramm eines Vierquadrantenbetriebs eines allgemeinen geregelten Elektromotors. Ein solcher Elektromotor kann auch als Generator, d. h. zur Energierückgewinnung verwendet werden.
Ist ein Motordrehmoment M_E und eine Motordrehzahl n_E des geregelten Elektromotors positiv, wie im ersten Quadranten I dargestellt, gibt der Motor Leistung ab, beispielsweise zum Antrieb bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs. Ist die Motordrehzahl n_E negativ, d. h. die Drehrichtung des geregelten Elektromotors ist entgegengesetzt, aber das Drehmoment M_E des geregelten Elektromotors positiv, wie im zweiten Quadranten II dargestellt, so gibt der geregelte Elektromotor ebenfalls Leistung ab, beispielsweise an den Antrieb bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs.
Ist das Drehmoment M_E negativ, wie im dritten und vierten Quadranten III, IV dargestellt, so wirkt der geregelte Elektromotor als Generator, d. h. er wirkt als Bremse für das Fahrzeug und nimmt, entsprechend der positiven oder negativen Drehzahl n_E bei Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt, Energie auf. Die kinetische Energie des Fahrzeugs wird nicht mittels herkömmlicher Bremsen vernichtet, sondern kann zurück gewonnen werden, indem sie mittels des nun als Generator fungierenden Elektromotors in elektrische Energie umgewandelt und beispielsweise in einer Batterie gespeichert wird.
3 zeigt ein Flussdiagramm einer Leistungsaufteilung der beiden Elektromotoren E1, E2 der erfindungsgemäßen Lösung mittels einer Getriebeanordnung G. Beide Elektromotoren E1, E2 können so geregelt werden, dass ihre Leistungsabgabe P_E1, P_E2 jeweils zwischen null Prozent und 50 Prozent der maximalen Gesamtleistung der Vorrichtung 1 beträgt.
Über die in der Vorrichtung 1 integrierte Getriebeanordnung G kann die erbrachte Leistung P_E1, P_E2 der Elektromotoren E1, E2 variabel als Leistung P_R auf den Antrieb des Antriebsrades 4 des Fahrzeugs oder als Leistung P_F zur Veränderung der Federspannung der zweiten Spiralfeder 23 verteilt werden, so dass beispielsweise die gesamte Leistung P_E1, P_E2 beider Elektromotoren E1, E2 für den Antrieb des Antriebsrades 4 zur Verfügung steht, oder die gesamte Leistung P_E1, P_E2 zur Erhöhung der Federspannung der zweiten Spiralfeder 23, oder die Leistung auf beide Verbraucher anteilig verteilt wird.
Mittels dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist also eine sehr flexible und effiziente Leistungsbereitstellung für alle Fahrsituationen des Fahrzeugs gegeben. Dabei steht insbesondere genug Leistung für ein effizient arbeitendes Federungssystem zur Verfügung, da dieses mit der Leistung der zum Fahrzeugantrieb verwendeten Elektromotoren E1, E2 betrieben wird.
In den 4 bis 9 sind mehrere mögliche Betriebszustände der erfindungsgemäßen Lösung in vereinfachter Form dargestellt.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Betriebszustandes. Die Drehrichtungen D1, D2 der Rotoren R_E1, R_E2 der beiden Elektromotoren E1, E2 sind entgegengesetzt. Die elektromagnetischen Antriebsmomente, d. h. die Drehmomente M_RE1, M_RE2 der Rotoren R_E1, R_E2 stützen sich an den Statoren S_E1, S_E2 ab. Dabei ist die Größe des Drehmomentes eines Rotors gleich der Größe des Stützmomentes des zugehörigen Stators. Die Richtung von Drehmoment und zugehörigem Stützmoment ist entgegengesetzt.
Die Statoren S_E1, S_E2 sind jedoch nicht fest mit dem Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 verbunden, sondern an dem zweiten Sonnenrad 20 des zweiten Planetengetriebes angeordnet, also wie die Rotoren R_E1, R_E2 drehbar gelagert. Ein Gesamtstützmoment M_SG der Statoren S_E1, S_E2 wirkt über das zweite Sonnenrad 20 auf die Planetenräder 21 des zweiten Planetengetriebes und von diesen auf das zweite Hohlrad 22 des zweiten Planetengetriebes, welches mit einem Ende der zweiten Spiralfeder 23 verbunden ist. Das zweite Ende dieser zweiten Spiralfeder 23 ist mit der Federschwinge 3 zur Federung des Fahrzeugs verbunden. Die Spannung dieser zweiten Spiralfeder 23 wird über dieses Planetengetriebe durch das Gesamtstützmoment M_SG der Statoren S_E1, S_E2 verändert.
In 4 sind die Momente M_RE1, M_SE1 des ersten Elektromotors E1 größer als die Momente M_RE2, M_SE2 des zweiten Elektromotors E2. Mittels der Getriebeübersetzung durch die Planetenräder 13 des ersten Planetengetriebes zwischen den Rotoren R_E1, R_E2 summieren sich die Drehmomente M_RE1, M_RE2 und ergeben ein Gesamtdrehmoment M_RG für den Antrieb des Antriebsrades 4.
Die Stützmomente M_SE1, M_SE2 der beiden Statoren S_E1, S_E2 wirken entgegengesetzt zueinander, da beide Statoren S_E1, S_E2 direkt mit dem zweiten Sonnenrad 20 des zweiten Planetengetriebes verbunden sind. Das Stützmoment M_SE1 des Stators S_E1 des ersten Elektromotors E1 wird also teilweise vom gegensätzlichen, aber kleineren Stützmoment M_SE2 des Stators S_E2 des zweiten Elektromotors E2 aufgehoben. Das verbleibende Gesamtstützmoment M_SG wirkt über das Planetengetriebe auf die zweite Spiralfeder 23, in dem hier dargestellten Betriebszustand reduziert es die Spannung der zweiten Spiralfeder 23.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Betriebszustandes. Die Momente M_RE1, M_SE1, M_RE2, M_SE2 beider Elektromotoren E1, E2 sind gleich groß, d. h. die Stützmomente M_SE1, M_SE2 der Statoren S_E1, S_E2 neutralisieren sich, so dass keine Einwirkung auf die Federung des Fahrzeugs erfolgt. Die Drehmomente M_RE1, M_RE2 der Rotoren R_E1, R_E2 summieren sich, so dass ein maximales Gesamtdrehmoment M_RG für den Antrieb des Antriebsrades 4 zur Verfügung steht.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Betriebszustandes. Die Momente M_RE1, M_SE1 des ersten Elektromotors E1 sind kleiner als die Momente M_RE2, M_SE2 des zweiten Elektromotors E2. Das Stützmoment M_SE2 des Stators S_E2 des zweiten Elektromotors E2 wird vom Stützmoment M_SE1 des Stators S_E1 des ersten Elektromotors E1 teilweise aufgehoben. Das verbleibende Gesamtstützmoment M_SG wirkt auf die Federung, d. h. die Spannung der zweiten Spiralfeder 23 wird erhöht.
Dieser Betriebszustand tritt beispielsweise ein, wenn das Fahrzeug durch eine Rechtskurve fährt und diese Vorrichtung 1 auf der linken Seite des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Fahrzeug neigt sich in Rechtskurven zur linken Seite. Um dieser Neigung entgegenzuwirken, wird die Spannung der Federung auf der linken Seite des Fahrzeugs erhöht. Damit bleibt das Fahrzeug in einer stabilen Straßenlage, was die Gefahr eines Überschlags des Fahrzeugs erheblich reduziert und die auftretenden Kräfte auf alle Reifen des Fahrzeugs gleichmäßig verteilt, so dass die Effizienz der Kraftübertragung vom Fahrzeug auf die Straße erheblich gesteigert wird.
Lenk-, Brems- und Seitenführungskräfte können von allen Rädern gleichmäßig auf die Straße übertragen werden. Dadurch sowie durch die damit verbundene Effizienssteigerung aktiver Sicherheitssysteme des Fahrzeugs wird die Fahrsicherheit des Fahrzeugs erhöht.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Betriebszustandes. Der erste Elektromotor E1 hat kein Drehmoment M_RE1 und demzufolge auch kein Stützmoment M_SE1, er läuft also im Leerlauf. Das Drehmoment M_RE2 des Rotors R_E2 des zweiten Elektromotors E2 wird zum Antrieb des Antriebsrades 4 verwendet. Das Stützmoment M_SE2 des Stators S_E2 des zweiten Elektromotors E2 wirkt vollständig auf das Federungssystem, d. h. auf die zweite Spiralfeder 23, ein. Dies bewirkt eine maximal mögliche Ausfederung dieses Antriebsrades 4 bei gleichzeitig wirkendem Drehmoment M_RG auf das Antriebsrad 4. Das Moment M_RE2 des Elektromotors E2 wird zum Antrieb des Antriebsrades 4 und auf das Stützmoment S2 zur Erhöhung der Spannung der zweiten Spiralfeder 23 aufgeteilt.
Dieser Betriebszustand tritt beispielsweise ein, wenn diese Vorrichtung 1 an der linken Seite des Fahrzeugs angeordnet ist und dieses Fahrzeug eine Rechtskurve weiterhin beschleunigend durchfährt. Ohne diese erfindungsgemäße Vorrichtung 1 würde sich das Fahrzeug in dieser Situation möglicherweise bereits überschlagen oder zumindest eine deutlich instabilere Fahrweise aufweisen, da bei einer starken Neigung nach links die Räder auf der rechten Seite des Fahrzeugs nur noch sehr wenig Kräfte auf die Straße übertragen können, da aufgrund der Entlastung dieser Räder der Haftreibungskoeffizient zwischen dem Rad und der Fahrbahn nur noch sehr gering ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird auch in dieser Situation der Neigung des Fahrzeugs entgegengewirkt, so dass diese aufgehoben oder zumindest deutlich reduziert sind.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften Betriebszustandes. Die Drehmomente M_RE1, M_RE2 beider Rotoren R_E1, R_E2 wirken in die gleiche Richtung. Da die Rotoren R_E1, R_E2 jedoch über Planetenräder 13 des ersten Planetengetriebes gekoppelt sind, heben sich die Drehmomente M_RE1, M_RE2 in dieser Situation auf. Es steht also kein Gesamtdrehmoment M_RG für den Antrieb des Antriebsrades 4 zur Verfügung. Das Fahrzeug rollt also beispielsweise mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit auf ebener Strecke.
Die Stützmomente M_SE1, M_SE2 der Statoren S_E1, S_R2 wirken ebenfalls in die gleiche Richtung. Da die Statoren S_E1, S_E2 nicht über Planetengetriebe gekoppelt, sondern beide am zweiten Sonnenrad 20 des zweiten Planetengetriebes angeordnet sind, summieren sich die Stützmomente M_SE1, M_SE2 in diesem Betriebszustand zu einem maximal möglichen Gesamtstützmoment M_SG, welches auf die zweite Spiralfeder 23 wirkt und zu einer maximal möglichen Ausfederung des Antriebsrades 4 führt.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Fahrzeug, an dessen linker Seite diese Vorrichtung 1 angeordnet ist, eine enge Rechtskurve mit sehr hoher Geschwindigkeit durchfährt, ohne zu beschleunigen. Um die Neigung des Fahrzeugs nach links zu verhindern, wird die Spannung der Federn auf der linken Seite des Fahrzeugs erhöht.
9 zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine vertikal geschnittene weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung. In dieser Ausführungsform sind die Statoren S_E1, S_E2 der beiden Elektromotoren E1, E2 fest mit dem Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 verbunden.
Das Gesamtdrehmoment M_RG der Rotoren R_E1, R_E2 der beiden Elektromotoren E1, E2 wird hier über ein erstes Planetengetriebe zum Antrieb des Antriebsrades 4 verwendet und über ein zweites Planetengetriebe mit zugehörigen Planetenrädern 21 und zugehörigem Hohlrad 22 sowie ein drittes Planetengetriebe mit zugehörigen Planetenrädern 24 und zugehörigem Hohlrad 25 zur Veränderung der Spannung der zweiten Spiralfeder 23 verwendet.
Die Stärke der Veränderung der Spannung der zweiten Spiralfeder 23 wird durch einen Differenzverdrehwinkel, hervorgerufen durch die unterschiedlichen Drehzahlen der beiden Rotoren R_E1, R_E2, bestimmt. Je größer der Unterschied der Drehzahlen der beiden Rotoren R_E1, R_E2 ist, desto größer ist auch die Änderung der Spannung der zweiten Spiralfeder 23.
Der Mittelwert der Drehzahlen der beiden Rotoren R_E1, R_E2 ergibt die Drehzahl des ersten Sonnenrades 12 des ersten Planetengetriebes und bestimmt somit die Drehzahl des Antriebsrades.

1: Vorrichtung
2: Gehäuse
3: Federschwinge
4: Antriebsrad
5: Wälzlager
6: Dichtung
7: erste Spiralfeder
8: zentrale Welle
9: Schneckengetriebe
10: Kupplungsscheibe
11: erste Kupplung
12: erstes Sonnenrad
13: Planetenräder des ersten Planetengetriebes
14: erstes Hohlrad
15: zweite Kupplung
16: große Riemenscheibe
17: Treibriemen
18: kleine Riemenscheibe
19: Antriebswelle
20: zweites Sonnenrad
21: Planetenräder des zweiten Planetengetriebes
22: zweites Hohlrad
23: zweite Spiralfeder
24: Planetenräder des dritten Planetengetriebes
25: drittes Hohlrad
I: erster Quadrant
II: zweiter Quadrant
III: dritter Quadrant
IV: vierter Quadrant
E1: erster Elektromotor
E2: zweiter Elektromotor
G: Getriebeanordnung
P_E1: Leistung des ersten Elektromotors
P_E2: Leistung des zweiten Elektromotors
P_R: Leistung für den Antrieb
P_F: Leistung für die Federung
R_E1: erster Rotor
R_E2: zweiter Rotor
S_E1: erster Stator
S_E2: zweiter Stator
M_RE1: Drehmoment des ersten Rotors
M_SE1: Stützmoment des ersten Stators
M_RE2: Drehmoment des zweiten Rotors
M_SE2: Stützmoment des zweiten Stators
M_RG: Gesamtdrehmoment
M_SG: Gesamtstützmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10320053 A1 [0002]
- DE 19600420 C1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum Antrieb und zur Federungsbeeinflussung eines Antriebsrades (4) eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung wenigstens eines elektromechanischen Energiewandlers (E1, E2), abhängig von einem aktuellen Betriebszustand und/oder einem aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs und/oder eines aktuellen Umfeldzustandes des Fahrzeugumfelds, auf den Fahrzeugantrieb und die Fahrzeugfederung aufgeteilt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektromotoren (E1, E2) vorgesehen sind, die über eine Getriebeanordnung (G) sowohl mit einem Radantrieb als auch mit einer Federungsanordnung koppelbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (G) eine Mehrzahl von Planetengetrieben umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungsanordnung zumindest eine Spiralfeder (7) oder eine Mehrzahl von Spiralfedern umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektromotoren (E1, E2), die Getriebeanordnung (G) und die Federungsanordnung eine integrierte Baueinheit bilden.
Verfahren zum Antrieb und zur Federungsbeeinflussung eines Antriebsrades (4) eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung wenigstens eines elektromechanischen Energiewandlers (E1, E2), abhängig von einem aktuellen Betriebszustand und/oder einem aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs und/oder eines aktuellen Umfeldzustandes des Fahrzeugumfelds, auf den Fahrzeugantrieb und die Fahrzeugfederung aufgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektromotoren (E1, E2) über eine Getriebeanordnung (G) sowohl mit einem Radantrieb als auch mit einer Federungsanordnung gekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtdrehmoment (M_RG) des Antriebsrades aus Drehmomenten (M_RE1, M_RE2) beider Elektromotoren (E1, E2) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Stützmomente (M_SE1, M_SE2) der beiden Elektromotoren (E1, E2) zur Einstellung einer Federspannung der Federungsanordnung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzverdrehwinkel der Elektromotoren (E1, E2) zur Einstellung der Federspannung der Federungsanordnung verwendet wird.
Anordnung zum Antrieb und zur Federungsbeeinflussung eines Fahrzeugs, umfassend eine Mehrzahl von Vorrichtungen (1) nach Anspruch 1, welche mittels des Verfahrens nach Anspruch 6 betrieben werden, sowie zumindest eine zentrale Einheit zur zentralen Regelung der Anordnung.