Radaufhängungseinnchtung mit darin lenkbar angebundenem Radlagerträger und integriertem Radantriebsmotor

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeug-Radaufhängungseinrichtung mit einem darin zur Einstellung von Radeinschlagwinkeln lenkbar geführten Radlagerträger und einem in die Radaufhängungseinrichtung eingebundenen Radantriebsmotor, von insbesondere elektromechanischer Bauart.

Aus DE 31 36 305 A1 ist eine Antriebsachse für schwere Kraftwagen bekannt, bei welcher im Bereich des jeweiligen Rades jeweils ein Vorgelegegetriebe angeordnet ist, das jeweils über eine Gelenkwelle an ein Differentialgetriebe angekoppelt ist. Die Antriebsachse umfasst eine durch Bremsscheiben gebilde- te Bremsanordnung die in einem Zwischenbereich zwischen dem Differentialgetriebe und der jeweiligen Antriebswelle sitzt. Das durch diese Bremsanordnung generierte Bremsmoment liegt damit am Eingang des jeweiligen Vorgelegegetriebes an. Aus FR 2 941 403 A1 ist eine Radaufhängungseinrichtung bekannt, welche ebenfalls ein in das jeweilige Fahrzeugrad integriertes Vorgelegegetriebe umfasst, das über eine Gelenkwelle mit einem fahrzeugseitigen Antriebsstrang gekoppelt ist. Vorgelegegetriebe werden bislang überwiegend bei geländegängigen Fahrzeugen, oder Schwerlastfahrzeugen eingesetzt und bieten den Vorteil, dass über die Radantriebswellen geringere Antriebsmomente geführt werden müssen. Neben dem Bereich der Gelände- und Schwerlastfahrzeuge werden radnahe Untersetzungsgetriebe mittlerweile auch für den Einsatz bei leichten, elektromechanisch betriebenen Kraftfahrzeugen in Betracht gezogen bei mechanisch betriebenen Kraftfahrzeugen in Betracht gezogen bei welchen der Radantrieb durch radnahe Einzelmotoren bewerkstelligt wird.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängungseinrichtung für ein elektromechanisch mit Einzelradmotoren betriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, die sich gegenüber bisherigen Konstruktionen durch ein verbessertes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet.

Erfindungsgemäße Lösung

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Radaufhängungseinrichtung, mit:

- einem Radlagerträger,

- einem Lenkerelement das um eine innere Gelenkstelle schwenkbar ist und über eine äußere Gelenkstelle an den Radlagerträger angebunden ist, so dass der Radlagerträger in vertikaler Richtung verlagerbar und um eine im wesentlichen vertikale Lenkachse schwenkbar ist, zur Ein- Stellung geforderter Radeinschlagswinkel,

- einer Radlagereinrichtung die in dem Radlagerträger aufgenommen ist,

- einer Radnabe die über die Radlagereinrichtung gelagert ist,

- einem Radantriebsmotor, zur Generierung eines Antriebsmomentes, und

- einer Antriebswelle zur Übertragung des Antriebsmomentes von dem Radantriebsmotor in den Bereich des Radlagerträgers,

- wobei der Radantriebsmotor mit dem Lenkerelement über eine Gelenkeinrichtung schwenkbewegbar gekoppelt ist, und diese Koppelung derart bewerkstelligt ist, dass der Radantriebsmotor um eine im wesentlichen vertikale Motorschwenkachse schwenkbar ist die sich in einem Zwi- schenbereich zwischen der äußeren Gelenkstelle und der inneren Gelenkstelle des Lenkerelementes erstreckt. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Radaufhängung mit integriertem Radeinzelmotor zu schaffen, bei welcher die Masse des Motors in vermindertem Maße Teil der ungefederten Massen bildet und welche große Radeinschlagswinkel ermöglicht. Erfindungsgemäß wird der Motor mit der Lenkung des Rades gekoppelt, so dass keine Kollision zwischen Motor und Rad, bzw. einem im Radbereich aufgenommenen Getriebe eintreten kann.

Beim Lenken des Rades wird erfindungsgemäß auch der Motor mitgedreht, um eine zur Lenkachse nahezu parallele Achse. Dies kann vorzugsweise einfach über einen Lenker geschehen. Damit verhindert man eine Kollision zwischen Motorgehäuse und Getriebegehäuse, sowie auch zwischen Gelenkwelle und Motorgehäuse.

Das Übersetzungsverhältnis zwischen Motordrehwinkel und Lenkwinkel beträgt bei der nachfolgend noch näher beschriebenen Konstruktion ca. 2: 1 , kann aber auch hiervon abweichend gewählt werden, z.B. unter Berücksichtigung der Bauraumverhältnisse und des maximalen Lenkwinkels.

Die Koppelung mit Übersetzungswirkung kann auch durch ein anderes Getrie- be geschehen wie beispielsweise ein Zahnradgetriebe, ein Seilzuggetriebe und dergleichen. Der Lenker wird bevorzugt, weil er die günstigere Lösung darstellt. Die erfindungsgemäße Anordnung des Radantriebsmotors kann insbesondere bei einer Radaufhängung mit McPherson Architektur eingesetzt werden. Der Radantriebsmotor wird hierbei über eine Gelenkmechanik im wesentlichen senkrecht auf dem Lenker gehalten und entsprechend dem Radeinschlag synchron untersetzt mitgeschwenkt. Die Gelenkmechanik kann insbesondere ein Schiebegelenk, ein Kugelgelenk, oder auch ein elastisches Element umfassen über welches eine entsprechende Motoraufhängung erreicht wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das untere Lenkerelement als Dreieckslenker ausgeführt. Die Koppelung des Lenkerelementes mit dem Radlagerträger erfolgt hierbei vorzugsweise über ein Kugelgelenk das ein Schwenken des Radlagerträger gegenüber dem Lenker- elementes um eine in Fahrzeuglängsnchtung weisende Horizontalachse, sowie eine im wesentlichen vertikale Lenkachse ermöglicht. Die fahrzeugseitige An- bindung des Lenkerelements, insbesondere bei Ausführung desselben als Dreieckslenker erfolgt vorzugsweise über Elastomer-Buchsen die ein Schwen- ken des Lenkerelementes um eine im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung weisende Horizontalachse ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich insbesondere für Fahrzeugvorderradaufhängungen mit Doppelquerlenkern, sowie Radaufhängungen in McPher- son Bauart.

Insbesondere bei der Ausführung der Radaufhängung in McPherson Bauart ist es in vorteilhafter Wiese möglich, den Radantriebsmotor in seinem oberen Bereich über eine obere Motorlenkeranordnung zu führen und abzustützen. Diese obere Motorlenkeranordnung ist dabei vorzugsweise als Dreieckslenkeranordnung ausgeführt über welche das Motorgehäuse vertikal verlagerbar abgestützt werden kann.

Die Synchronisation der Schwenkbewegung des Radlagerträgers und des Radantriebsmotors erfolgt vorzugsweise indem der Radantriebsmotor und der Radlagerträger über eine Lenkermechanik miteinander gekoppelt sind. Diese Lenkermechanik kann beispielsweise einen starr mit dem Radlagerträger gekoppelten - kurzen - Geberhebel und einen starr mit dem Radantriebsmotorgehäuse gekoppelten - etwas längeren - Mitnehmerhebel umfassen, wobei diese beiden Hebel über einen ggf. gekröpften Verbindungslenker miteinander gekoppelt sind. Jener Verbindungslenker ist vorzugsweise über Kugelgelenke mit dem Geberhebel und dem Mitnehmerhebel gekoppelt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in den Radlagerträger ein Untersetzungsgetriebe eingebunden, das über die Antriebswelle mit dem Radantriebsmotor gekoppelt ist. Dieses Untersetzungsgetriebe ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung als Planetengetriebe ausgeführt. Die Veränderung des Radeinschlages erfolgt vorzugsweise in an sich bekannter Weise in dem der Radlagerträger einen Lenkschenkel trägt und über diesen Lenkschenkel und eine dort angebundene Spurstange mit einem Lenkgetriebe gekoppelt ist.

Während des Betriebs des Fahrzeuges können über den Radantriebsmotor neben Radantriebsmomenten auch Bremsmomente generiert werden. Es ist möglich, im Bereich des Radantriebsmotors auch eine mechanische Bremsein- richtung vorzusehen über welche insbesondere eine Feststellbremsfunktion, oder auch eine konventionelle Bremswirkung generiert werden kann.

Kurzbeschreibung der Figuren

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Skizze einer erfindungsgemäßen Radaufhängung mit integriertem elektromechanischem Radantriebsmotor der auf dem unteren Querlenker schwenkbar abgestützt ist und im Rahmen einer Lenkoperation untersetzt synchron und gleichsinnig nachgeführt wird;

Figuren 2a, 2b

Skizzen zur Veranschaulichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Radaufhängung, einmal in unbelastetem Zustand und einmal in eingefedertem Zustand;

Figuren 3a, 3b

weitere Skizzen zur weiteren Veranschaulichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Radaufhängung, einmal in Geradeauslaufstellung und einmal in eingeschlagenem Zustand. In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Einzelradaufhängungseinrichtung mit integriertem Radeinzelantriebsmotor 5 dargestellt. Die hier beispielhaft gezeigte Einzelradaufhängung ist insbesondere für einen leichten Personenkraftwagen ausgelegt und dient der Aufhängung und dem Antrieb eines rechten, lenk- baren Fahrzeugvorderrades. Die Aufhängung für ein linkes Fahrzeugvorderrad ist selbstredend entsprechend spiegelsymmetrisch aufgebaut und hier nicht näher veranschaulicht.

Die erfindungsgemäße Radaufhängungseinrichtung umfasst einen Radlager- träger 1 , ein unteres Lenkerelement 2 das um eine innere Gelenkstelle G3 schwenkbar ist und über eine äußere Gelenkstelle G4 an den Radlagerträger 1 angebunden ist, so dass der Radlagerträger 1 in vertikaler Richtung V verlagerbar und um eine im wesentlichen vertikale Lenkachse X schwenkbar ist, zur Einstellung geforderter Radeinschlagswinkel W. Weiterhin umfasst die Rad- aufhängungseinrichtung eine in dieser Ansicht nicht näher erkennbare, in dem Radlagerträger 1 aufgenommene Radlagereinrichtung und eine in dieser Radlagereinrichtung wiederum gelagerte Radnabe.

Die Radaufhängungseinrichtung umfasst weiterhin einen Radantriebsmotor 5, zur Generierung eines Antriebsmomentes, und eine Antriebswelle 6 zur Übertragung des Antriebsmomentes von dem Radantriebsmotor 5 in den Bereich des Radlagerträgers 1 .

Die erfindungsgemäße Radaufhängungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Radantriebsmotor 5 mit dem Lenkerelement 2 über eine Gelenkeinrichtung G7 schwenkbewegbar gekoppelt ist, und diese Koppelung derart bewerkstelligt ist, dass der Radantriebsmotor 5 um eine im wesentlichen vertikale Motorschwenkachse XM schwenkbar ist, die sich in einem Zwischenbereich zwischen der äußeren Gelenkstelle G4 und der inneren Gelenkstelle G3 des Lenkerelementes 2 erstreckt.

Das Lenkerelement 2 ist hier als Dreieckslenker ausgeführt und kann damit im Bereich der Gelenkstelle G4 den Radlagerträger 1 längs und quer abstützen und in vertikaler Richtung führen. Die weitere Abstützung und Führung des Radlagerträgers 1 wird hier erreicht, indem die Radaufhängung als McPherson Radaufhängung ausgeführt ist, d.h. der Radlagerträger 1 translatorisch an einem Federbein 8 geführt ist. Die äußere Gelenkstelle G4 ist als Kugelgelenk- stelle ausgeführt und ermöglicht ein Schwenken des Radlagerträgers 1 gegenüber dem unteren Lenker 2 um die Lenkachse X und ein Schwenken um eine im wesentlichen horizontale Achse im Rahmen des Ein- und Ausfederns des Radlagerträgers 1 in das Federbein 8. Neben der Anbindung an den unteren Lenker 2 ist der Radantriebsmotor 5 zudem auch über eine obere Motorlenkeranordnung 9 geführt. Diese obere Motorlenkeranordnung 9 ist ebenfalls als Dreieckslenkeranordnung ausgeführt und über eine Gelenkstelle G10 mit dem Radantriebsmotor 5 gekoppelt. Der Radantriebsmotor 5 ist über die Gelenkstellen G7 und G10 derart kinematisch in die Radaufhängungseinrichtung eingebunden, dass dieser mit dem unteren Lenker 1 mitfedern kann und die durch die Gelenkstellen G7, G10 definierte Motorschwenkachse XM schwenken kann.

Der Radantriebsmotor 5 und der Radlagerträger 1 sind über eine Lenkerme- chanik miteinander gekoppelt. Diese Lenkermechanik umfasst einen starr mit dem Radlagerträger 1 gekoppelten Geberhebel 1 1 und einen starr mit dem Gehäuse des Radantriebsmotors 5 gekoppelten Mitnehmerhebel 12. Diese beiden Hebel 1 1 , 12 sind über einen Verbindungslenker 13 miteinander gekoppelt.

In den Rad lagerträger 1 ist ein Untersetzungsgetriebe eingebunden. Die Antriebswelle 6 koppelt einen Eingang des Untersetzungsgetriebes mit dem Ausgang des Radantriebsmotors 5. Das Untersetzungsgetriebe ist als vorzugsweise zweistufiges Planetengetriebe ausgeführt. Die Antriebswelle 6 kann dabei auf das Sonnenrad geführt sein und der radseitige Abtrieb über den Planeten- radträger bewerkstelligt werden. In dem Radlagerträger ist dann das Hohlrad fixiert. Um den Radlagerträger in geforderte Winkelstellungen zu schwenken kann dieser mit einem Lenkschenkel 15 versehen sein an welchem eine Spurstange 16 angebunden ist die in an sich bekannter weise den Lenkschenkel 15 mit einem hier nicht näher dargestellten Lenkgetriebe koppelt.

Die Figuren 2a und 2b veranschaulichen die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Radaufhängung in einem Grundzustand (Figur 2a) und in einem eingefederten Zustand 2b. Der Radantriebsmotor 5 ist über die Gelenkstelle G7 an den unteren Lenker 2 angebunden und durch die obere Lenkeranordnung 9 zusätzlich abgestützt. Der Radantriebsmotor 5 kann damit dem unteren Lenker 2 mitfedern, wobei die Hubamplitude entsprechend den Hebelverhältnissen vermindert wird. Der Radantriebsmotor 5 ist um die Motorschwenkachse XM schwenkbar. Die Motor- schwenkachse XM und die Lenkachse X laufen bei diesem Ausführungsbeispiel auf einen gemeinsamen Punkt P1 zu. Dieser Punkt P1 befindet sich vorzugsweise in jenem Bereich, in welchem das Federbein 8 an der Karosserie gelagert ist. Die kinematische Koppelung des Gehäuses des Radantriebsmotors 5 mit dem Radlagerträger 1 über den Lenker 13 ist vorzugsweise derart bewerkstelligt, dass der Radantriebsmotor 5 mit einer gewissen Untersetzung geschwenkt wird, d.h. der Radschwenkwinkel stets größer ist als der Motorschwenkwinkel. Hierdurch werden Kreiseleffekte des Motors 5, und der Stellkraftbedarf redu- ziert.

In den Figuren 3a und 3b ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Radaufhängungseinrichtung weiter veranschaulicht. Wie erkennbar ist der Geberhebel 1 1 kürzer bemessen als der Mitnehmerhebel 12. Hierdurch wird wie oben bereits angesprochen erreicht, dass der Radantriebsmotor 1 und die Felge 15 untersetzt synchron gleichsinnig schwenken. Wird - wie in Figur 3b skizziert - die Felge 15 um den Lenkwinkel W1 um die Lenkachse X geschwenkt, so wird der Antriebsmotor 5 um die Motorschwenkachse XM um einen Nachstellwinkel W2 gleichsinnig mitgeschwenkt, wobei dieser Nachstellwinkel W2 kleiner ist, als der Lenkwinkel W1 .

Die Antriebswelle 6 nimmt dabei die hier angedeutete Schrägstellung zum An- triebsmotor 5 und zum Radlagerträger 1 bzw. dem darin aufgenommenen Planetengetriebe ein. Vorzugsweise sind die Anbindungsbereiche der Antriebswelle 6 an den Antriebsmotor 5 und das Planetengetriebe so gewählt, dass diese nahe an den Achsen XM bzw. X liegen. Hierdurch wird erreicht, dass im Rahmen einer Lenkoperation allenfalls kleine Abstandsänderungen durch die An- triebswelle 6 ausgeglichen werden müssen.

Ein mit der erfindungsgemäßen Radaufhängungseinrichtung ausgestattetes Kraftfahrzeug umfasst vorzugsweise vier Radantriebsmotoren die dem jeweiligen Fahrzeugrad zugeordnet sind. Diese Radantriebsmotoren können in Ab- hängigkeit vom momentanen Fahrzeugbetriebszustand und dem fahrerseitig bestimmten Leistungsbedarf so angesteuert werden, dass ich für den Fahrer eine als passend empfundene Fahrcharakteristik ergibt. Etwaige durch die Radantriebsmotoren und insbesondere die Koppelungsmechanik verursachte Reaktionskräfte auf das Lenksystem können durch eine aktive Einflussnahme auf das Lenkkraftunterstützungsverhalten modifiziert, insbesondere kompensiert werden.

Der Radantriebsmotor 5 und der Innenflanschbereich des Planetenradgetrie- bes können über eine Elastomerbalgstruktur miteinander gekoppelt werden, so dass die Antriebswelle in einem nicht rotierenden Elastomergehäuse umläuft. Die erfindungsgemäße Lenkermechanik mit den Lenkern 1 1 , 12, 13 befindet sich vorzugsweise außerhalb dieses Elastomergehäuses.

Der Radantriebsmotor 5 ist vorzugsweise als Innenläufermotor ausgeführt und ist in seinem Gehäusebereich mit Kühlrippenstrukturen versehen über welche die Wärmeableitung unter Wirkung des durch die Felge 15 strömenden Umgebungsluft unterstützt wird.