aufweisenden Portalachse

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug, mit einer hohlen Portalachse, die zwei elektrische Maschinen aufnimmt, wobei im Bereich der beiden Enden der Portalachse jeweils ein Rad drehbar gelagert ist und jedes Rad mittels eines Rotors der diesem zugeordneten elektrischen Maschine antreibbar ist, sowie mit einem zwischen der jeweiligen elektrischen Maschine und dem dieser zugeordneten Rad angeordneten Untersetzungsgetriebe.

Ein derartiges Fahrwerk, das bei einem Nutzfahrzeug Verwendung findet, ist aus der DE 295 1 8 401 Ul bekannt. Bei diesem Nutzfahrzeug handelt es sich um einen Stadtbus zur Personenbeförderung. Bei Stadtbussen wird ein auf niedrigem Niveau angeordneter Wagenboden, der durch den ganzen Bus geführt ist, gefordert, insbesondere auch im Bereich der Hinterachse, die als starre Achse ausgebildet ist. Um dies zu bewerkstelligen, ist die hohle Portalachse, mit den beiden von dieser aufgenommenen elektrischen Maschinen, die als elektrische Fahrmotoren ausgebildet sind, vorgesehen. Die Fahrmotoren sind im Bereich der beiden Längsseiten des Busses angeordnet. Zwischen der jeweiligen elektrischen Maschine und dem dieser zugeordneten Rad ist ein als Stirnradstufe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe angeordnet. Ein Fαhrwerk mit den Merkmalen der eingangs genannten Art ist ferner aus der DE 296 1 1 867 UI bekannt.

In der DE 44 34 237 Al ist eine Fahrzeugachse mit zwei elektrischen Einzelradantrieben, insbesondere für wirtschaftliche Fahrzeuge, beschrieben. Die beiden Einzelradantriebe sind mittels einer Kupplung kraftschlüssig verbindbar, um bei ungleichmäßiger Belastung der Antriebsräder der Fahrzeugachse eine Überbeanspruchung des einen Einzelradantriebes über längere Zeit zu vermeiden. Die Radachse des jeweiligen Rades ist radial versetzt zur Drehachse des Rotors des jeweiligen Elektromotors angeordnet. Die elektrische Eingangsenergie für den jeweiligen Elektromotor wird insbesondere durch einen von einer fahrzeugeigenen Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generator erzeugt.

In der DE 202 13 670 U l ist eine direkt angetriebene Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges mit zwei elektrischen Antriebsmotoren beschrieben, die in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Fahrwerk der eingangs genannten Art, bei baulich einfacher Gestaltung, eine exakte Bestimmung der Winkellage der Rotoren der elektrischen Maschinen sicherzustellen.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass zwischen den elektrischen Maschinen ein Messaufnehmer zum Erfassen der Drehwinkel der Rotoren der elektrischen Maschinen angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Fahrwerks ermöglicht eine absolut zuverlässige Feststellung der für die Steuerung wichtigen Winkellage der Rotoren, somit der Wellen der beiden elektrischen Antriebe. Da der Messaufnehmer zudem zwischen den elektrischen Maschinen angeordnet ist, können mittels dieses Messaufnehmers für beide elektrische Antriebe die Winkelpositionen der Rotoren ermittelt werden. Dies ermöglicht eine exakte Steuerung des elektrischen Drehfeldes mit Drehstrom betriebener und damit besonders wartungsarmer elektrischer Maschinen.

Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der Messaufnehmer pro elektrischer Maschine mindestens einen Drehwinkelsensor besitzt. Es wird allerdings als bevorzugt angesehen, wenn pro elektrischer Maschine zwei Drehwinkelsensoren vorgesehen sind. Insbesondere sind für jede elektrische Maschine unterschiedliche Drehwinkelsensoren vorgesehen, beispielsweise eine Hallsensoranordnung und ein Inkremental-Encoder, um so gleichzeitig nach verschiedenen Messprinzipien Messungen durchführen zu können. Bevorzugt sind die Sensoren redundant ausgeführt, um im Falle eines Sensorausfalls einen weiteren Sensor mit dem gleichen Messprinzip verfügbar zu haben.

Zur einfachen Zugänglichkeit sind die Drehwinkelsensoren in dem gemeinsamen, mit einer geeigneten Abschirmung versehenen Messaufnehmer gelagert, der vorzugsweise aus dem gemeinsamen Gehäuse für die beiden elektrischen Maschinen gezogen werden kann.

Der Messaufnehmer umfasst insbesondere ein Trägerteil und zwei Platinen. Bevorzugt weist das Trägerteil ein Gehäuse und ein armförmiges Element auf. Besonders bevorzugt ist das Trägerteil einstückig vorgesehen, z.B. aus Metall gefräst, und somit besonders stabil. Die Platinen, die sich über das armförmige Element erstrecken, nehmen vorzugsweise auf jeder der beiden, den elektrischen Maschinen zugewandten Seiten mindestens einen Drehwinkelsensor auf.

Es wird als besonders zweckmäßig angesehen, wenn der Messaufnehmer, insbesondere die Platinen, einschiebbar zwischen die beiden elektrischen Maschinen sind. Das Gehäuse ist hierbei von außerhalb, beispielsweise von außerhalb der elektrischen Achse des Fahrzeuges leicht zugänglich und es ist somit im Falle eines Fehlers bzw. eines Defektes ein einfacher Austausch des gesamten Messaufnehmers möglich. Eine besonders einfache Lagerung des Messaufnehmers ergibt sich, wenn dieser im Gehäuse der Portalachse gelagert ist, insbesondere in das Gehäuse einschiebbar ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse einteilig und dient der Aufnahme der beiden elektrischen Maschinen. Die elektrischen Maschinen sind insbesondere nebeneinanderliegend angeordnet, mit einem geringen Abstand voneinander, der so bemessen ist, dass gerade ausreichend Platz besteht, um das armförmige Element mit den Drehwinkelsensoren zwischen den Rotoren der beiden elektrischen Maschinen zu platzieren. Jeweils eine Seite des armförmigen Elements der Platine weist dabei zu einer der elektrischen Maschinen hin. Die Drehachsen der Rotoren der elektrischen Maschinen liegen insbesondere auf einer gemeinsamen Achse. Für den Fall, dass die Drehachsen der Rotoren der elektrischen Maschinen nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen ist das Messsystem beispielsweise dahingehend modifiziert, dass der Achsversatz auf der Platine kompensiert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerk erfolgt der Kraftschluss von Untersetzungsgetriebe und dem diesem zugeordneten Rad vorzugsweise mittels einer Gelenkwelle. Diese ermöglicht die Übertragung von Drehmomenten, ohne dass es erforderlich ist, die Achse starr auszubilden. Infolgedessen kann das mit dem Fahrwerk versehene Kraftfahrzeug, im Unterschied zu den Kraftfahrzeugen gemäß dem diskutierten Stand der Technik, mit einer Einzelradaufhängung versehen sein. Hiermit erweitert sich der Anwendungsbereich des Fahrwerks erheblich, insbesondere auf Personenkraftwagen, bei denen es aus Gründen des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit von Vorteil ist, wenn jedes Rad einzeln, d.h. unabhängig von den übrigen Rädern des Fahrzeuges, ein- und ausfedern kann.

Elektromaschinenseitig wirkt mit dem Messaufnehmer insbesondere ein mit dem Rotor der jeweiligen elektrischen Maschine verbundener Magnet und/oder verbundene Inkre- mentenscheibe zusammen, dessen/deren Position von dem Messaufnehmer detektiert wird. Die Erfindung schlägt somit eine Sensorik für die den Rädern zugeordneten elektrischen Maschinen vor, bei der die Sensoren für beide elektrischen Maschinen in ein Trägerteil integriert sind. Das armförmige Element ist hierbei als Einschυb in das Gehäuse ausgeführt. Die Sensorik ist redundant, insbesondere mittels zweier unterschiedlicher Technologien.

Die Erfindung schlägt ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen vor, mit einer Vorderachse und einer Hinterachse, wobei die Vorderachse und/oder die Hinterachse mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Fahrwerk ausgestattet ist. Es handelt sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug, bei dem die Vorderachse mit dem er- findυngsgemäßen Fahrwerk ausgestattet ist und die Hinterachse mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben wird.

Das Kraftfahrzeug weist insbesondere einen Energiespeicher auf und es sind die elektrischen Maschinen im Motorbetrieb und im Generatorbetrieb wirksam.

Das erfindungsgemäße Fahrwerk findet somit insbesondere bei einem mittels eines Hybridantriebes antreibbaren Fahrzeugs Verwendung. Das Hybridsystem dient der Fahr- zeugleistungs-Steigerung und Verbrauchsreduktion, insbesondere bei einem Sportwagen durch Hinzufügen der zusätzlichen elektrischen Antriebsmaschinen und des Energiespeichers. Mittels der beiden elektrischen Maschinen kann den Antriebswellen an der Vorderachse des Kraftfahrzeuges ein Rad individuelles positives bzw. negatives Drehmoment aufgeprägt werden. Durch den Betrieb der elektrischen Maschinen wird das Fahrzeug beschleunigt (motorischer Betrieb) bzw. verzögert (generatorischer Betrieb). Dabei wird der Energiespeicher ent- bzw. geladen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und der Zeichnung selbst.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den schemαtischen Aufbau des erfindungsgemäßen Fahrwerks, einschließlich der der Portalachse zugeordneten Räder,

Fig. 2 eine räumliche Darstellung des bei dem erfindungsgemäßen

Fahrwerk Verwendung findenden Messaufnehmers,

Fig.3 die Anordnung der beiden elektrischen Antriebe und des zwischen diesen angeordneten Messaufnehmers und

Fig. 4 das Detail A gemäß Fig. 3.

Das mit dem erfindungsgemäßen Fahrwerk ausgestattete Kraftfahrzeug ist insbesondere ein für den Rennsport bestimmter Personenkraftwagen, dessen der Hinterachse zugeordnete, einzeln aufgehängte Räder mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben werden und dessen der Vorderachse zugeordnete, gleichfalls einzeln aufgehängte Räder elektromotorisch angetrieben werden können, beispielsweise um ein zusätzliches Antriebsmoment über die Vorderräder aufzubringen.

Die nachfolgende Beschreibung der Fig. 1 bezieht sich auf die Ausbildung des Kraftfahrzeuges im Bereich der Vorderachse und das insofern ausgebildete Fahrwerk.

Dieses Fahrwerk 1 weist eine Portalachse 2 mit einem zentralen, als Rohr ausgebildeten Achsgehäuse 3 auf. Dieses dient der Aufnahme von zwei jeweils mit Drehstrom betrieben und vorzugsweise permanent erregten elektrischen Maschinen 4. Der Stator der jeweiligen Maschine 4 ist drehfest im Achsgehäuse 3 gelagert, wobei dieses Achsgehäuse 3 die Funktion des Achsgehäuses der Maschine 4 besitzt. Innerhalb des Stators 5 der jeweiligen Maschine 4 ist deren Rotor 6 positioniert.

Das Fahrwerk 1 ist bezüglich der zwischen den elektrischen Maschinen 4 angeordneten, senkrecht zur Drehachse der Rotoren 6 angeordneten Ebene 1 9 symmetrisch aufgebaut. In dieser Symmetrieebene 19 ist ein Messaufnehmer 7 angeordnet, der dem Er- fassen der jeweiligen Drehwinkel der Rotoren 6 dient. Hierdurch kann die jeweilige Winkellage des Rotors 6, somit der Welle der jeweiligen elektrischen Maschine 4 erfasst werden. Dies ist zur exakten Steuerung des elektrischen Drehfeldes der Rotoren 6 der elektrischen Drehstrommaschinen 4 wichtig.

Das Fahrzeug weist einen Energiespeicher auf, so dass die elektrischen Maschinen 4 im Motorbetrieb oder im Generatorbetrieb wirksam sein können.

An das jeweilige Ende des Achsgehäuses 3 ist ein Planetengetriebe 8 angeflanscht. Bezogen auf den Momentenflυss ist hinter diesem Planetengetriebe 8 ein weiteres Untersetzungsgetriebe angeordnet, das als Stirnradstufe 9 ausgebildet ist. Diese ist am Planetengetriebe 8 angeflanscht.

Die insoweit beschriebene Portalachse 2 befindet sich im Vorderwagen im Bereich der Vorderachse. Um einen niedrigen Schwerpunkt zu erhalten, ist die Portalachse 2 so nahe wie möglich zum Unterboden des Fahrzeuges positioniert. Ferner ist die Portalachse 2 möglichst dicht an einem Lenkgetriebe des Fahrzeugs positioniert.

Die Portalachse 2 wird mit zwei Haltern an einem Fahrwerksträger des Fahrzeuges befestigt. Die Halter sind starr im Bereich der jeweiligen Getriebeanordnung von Planetengetriebe 8 und Stirnradstufe 9 mit dieser verschraubt.

Die Ausgangswelle der jeweiligen elektrischen Maschine 4 ist drehfest mit dem Sonnenrad des zugeordneten Planetengetriebes 8 verbunden. Das Hohlrad des Planetengetriebes 8 ist stationär. Der die Planetenräder aufnehmende Planetenträger ist drehfest mit dem Ritzel der Stirnradstufe 9 verbunden, das in Eingriff mit dem größeren Rad der Stirnradstufe steht.

Mit dem Ausgang der jeweiligen Stirnradstufe 9 ist drehfest eine Gelenkwelle 1 0 verbunden, die im Bereich beider Enden ein Gelenk 1 1 aufweist. Die Gelenkwelle 10 ist im Bereich ihres der zugeordneten Stirnradstufe 9 abgewandten Endes drehfest mit der Nabe des zugeordneten Vorderrades 12 des Fahrzeuges verbunden. Mit der Bezugsziffer 13 ist eine gefederte Lagerung für das jeweilige Vorderrad 1 2 veranschaulicht. Dies soll eine Einzelradaufhängung des Rades 1 2 stark vereinfacht veranschaulichen.

Fig. 1 verdeutlicht somit, dass bei Ausbildung des Fahrwerks mit Gelenkwellen 10 deren Antrieb elektrisch erfolgt, bei Anordnung der elektrischen Maschinen 4 und des Achsgehäuses 3 auf einem tieferen Niveau als dem der Rotationsachsen der Räder 12. Die veranschaulichten Pfeile stellen Momentenpfeile zur Verdeutlichung des Moments im Bereich der jeweiligen elektrischen Maschine 4 und der dieser zugeordneten Gelenkwelle 10 dar, unabhängig davon, ob es sich um einen Motor- oder Generatorbetrieb der jeweiligen elektrischen Maschine 4 handelt.

Die Fig. 2, 3 oder 4 veranschaulichen die Anordnung und den Aufbau des bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerk Verwendung findenden Messaufnehmers 7. Dieser um- fasst ein Trägerteil das einstückig mit einem Gehäuse 1 4 ausgeführt ist, und je einer elektrischen Maschine 4 zugeordnete Platinen 15a, 1 5b. Die Platinen 15a, 1 5b sind fest mit dem Trägerteil bzw. Gehäuse 14 verschraubt und vergossen. Im Falle eines Fehlers bzw. Defektes ist der Messaufnehmers 7 einfach aus dem Achsgehäuse 3 entnehmbar und kann somit ausgetauscht werden. Konkret ist das Achsgehäuse 3 einteilig gestaltet und dient nicht nur der Aufnahme der beiden elektrischen Maschinen 4, sondern es ist auch der Messaufnehmers 7 in diesem Achsgehäuse 3 gelagert, insbesondere in das Achsgehäuse 3 einschieb- und verschraubbar. Das Trägerteil bzw. Gehäuse 14 weist zudem einen armförmigen Teil auf, der senkrecht zum Gehäuse angeordnet ist und sich von diesem weg zwischen die beiden elektrischen Maschinen 4 erstreckt. Hierbei ist im Achsgehäuse 3 eine Öffnung zum Durchstecken des Trägerteils bzw. Gehäuses 14 vorgesehen. Bei eingestecktem Trägerteil bzw. Gehäuse 14 wird dieses über nicht veranschaulichte Mittel im Achsgehäuse 3 fixiert.

Bei zwischen den beiden elektrischen Maschinen 4 platziertem armförmigen Element des Trägerteils bzw. Gehäuses 1 4 ergibt sich eine definierte Stellung der Platinen 1 5a, 15b im Bereich der Rotoren ό der beiden elektrischen Maschinen 4 und es kann dem- zufolge mittels des Messαufnehmers eine Aufnahme von Messwerten der elektrischen Maschinen 4 erfolgen. Indem die beiden elektrischen Maschinen 4 nebeneinander, mit geringem Abstand zueinander, liegend angeordnet sind, befinden sich die Rotoren 6, somit die Wellen der beiden elektrischen Maschinen 4 auf der gemeinsamen Achse 1 6. Der Abstand der beiden Enden der Rotoren 6 voneinander ist so bemessen, dass mit geringem Spiel das armförmige Element zwischen den Rotoren 6 angeordnet werden kann. Jeweils eine Seite des armförmigen Elements des Trägerteils bzw. Gehäuses 14 weist dabei zu einer der elektrischen Maschinen 4 hin.

Auf dem armförmigen Element des Trägerteils bzw. Gehäuses 14 ist auf jeder der beiden Seiten eine Platine 1 5a, 15b mit wenigstens einem Drehwinkelsensor, zur Messung der jeweiligen Winkellage des Rotors ό, somit der Welle der linken und der Welle der rechten elektrischen Maschine 4, vorgesehen. Bevorzugt sind dabei pro Platine 1 5a, 1 5b mehrere, verschiedene Sensoren vorgesehen, beispielsweise eine Hallsensoranordnung 1 7 und ein Inkremental-Encoder 1 8, um so gleichzeitig nach verschiedenen Messprinzipien Messungen durchführen zu können. Ebenfalls bevorzugt sind diese Sensoren 1 7, 18 zudem pro Platine 15a, 15b redundant ausgeführt, um im Falle eines Sensorausfalls einen weiteren Sensor mit dem gleichen Messprinzip verfügbar zu haben. Die Hallsensoranordnung (Redundanz) ist mit der Bezugsziffer 1 7a, der Inkremental- Encoder (Redundanz) mit der Bezugsziffer 1 8a bezeichnet. Bei der jeweiligen Hallsensoranordnung findet beispielsweise ein Chip Verwendung, der eine Hallsensormessbrü- cke enthält. Die Hallsensormessbrücke weist insbesondere vier Hallsensoren auf. Dieser Chip kann nun Inkrementalgebersignale ausgeben, oder aber könnte auch Resolver- signale ausgeben. Insbesondere geben beide Messsysteme schlussendlich Inkremental- signale aus.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Anordnung symmetrisch bezüglich der zwischen den elektrischen Maschinen 4 angeordneten, senkrecht zur Achse 1 6 verlaufenden Symmetrieebene 1 9 angeordnet. Damit weist der Messaufnehmer 7 bevorzugt für jedes Messprinzip vier getrennte Sensoren auf, zur jeweils redundanten Messung auf den beiden Platinen 15a, 1 5b für die beiden elektrischen Maschinen 4. Dies ermöglicht eine absolut zuverlässige Feststellung der für die Steuerung wichtigen Winkellage der Wellen der linken elektrischen Maschine 4 und der rechten elektrischen Maschine 4.

Der jeweilige Rotor 6 nimmt im Bereich seines der Platine 15a, 15b zugewandten Endes über ein Zwischenstück 20 einen Dauermagneten 21 auf, der mit den Hallsensoren 1 7 und 1 7a zusammenwirkt. Das Zwischenstück 20 nimmt im Bereich seines den Platinen 15a, 15b zugewandten Endes eine Inkrementscheibe 22 auf, die mit den Inkremental- Encodern 1 8 und 1 8a zusammenwirkt.

Bezugszeichenliste

Fαhrwerk

Portαlαchse

Achsgehäuse

elektrische Maschine

Stator

Rotor

Messaufnehmer

Planetengetriebe

Stirnradstufe

Gelenkwelle

Gelenk

Vorderrad

gefederte Lagerung

Trägerteil und Gehäuse

a Platine

b Platine

Achse

Hallsensoranordnung

α Hallsensoranordnung

Inkremental-Encoder

α Inkremental-Encoder

Symmetrieebene

Zwischenstück

Dauermagnet

Inkrementscheibe