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CN107635866B - 具有可电驱动的前轮的摩托车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆，包括可借助第一驱动装置(14、24)驱动的前轮(11、21)和可借助第二驱动装置驱动的后轮，其中，所述第一驱动装置(14、24)集成在前轮(11、21)中并且包括用于选择性旋转驱动前轮(11、21)的电机(15、25)以及连接在电机(15、25)和待驱动的前轮(11、21)之间的减速器(17、27)。此外，所述第一驱动装置(14、24)还包括用于选择性将电机(15、25)与减速器(17、27)耦联或解耦的可操作离合器(16、26)。

Description

具有可电驱动的前轮的摩托车
技术领域
本发明涉及一种车辆。
背景技术
这种类型的车辆包括具有可借助第一驱动装置驱动的前轮和可借助第二驱动装置驱动的后轮的车辆，如具有前轮附加电驱动装置的摩托车。在这种车辆中，相配的电机集成在前轮内。另外，可设置连接在电机和待驱动的前轮之间的减速器。
例如在DE102007006167A1中描述了一种相应车辆，其中，前轮的电驱动装置应在正常驾驶运行中辅助常规的后轮驱动装置并且提高车辆的越野能力。
尤其是旅行摩托车基于附加元件、如行李系统、备用油箱或复杂的挡板元件而具有增加的总重量。这尤其在车辆缓慢移动或调车时需要驾驶员消耗很大力气及其可靠支撑。这也适用于其它非旅行摩托车和其它两轮、三轮或四轮的类似摩托车的车辆、如踏板摩托车、小型摩托车、四轮摩托车或三轮摩托车。
发明内容
因此，本发明的任务在于简化这些车辆的操纵并且提供可靠及无操作错误的辅助。
据此提出一种车辆，其包括可借助第一驱动装置驱动的前轮和可借助第二驱动装置驱动的后轮，其中，所述第一驱动装置集成在前轮中并且包括用于选择性旋转驱动前轮的电机以及连接在电机和待驱动的前轮之间的减速器。
此外，所述第一驱动装置还包括用于选择性将电机与减速器耦联或解耦的可操作的离合器。
第一驱动装置的这种设计方案允许整个第一驱动装置连同其所述部件设置在由前轮定义的空间之内并且以这种方式集成在前轮中。根据一种优选实施方式，所述部件例如可设置在前轮的轮毂区域中，其中，可这样构造轮毂区域，使得其构成一个包围第一驱动装置连同其部件的壳体。
所描述的离合器的设置允许在需要时将电机(至少其输出侧)与减速器耦联以便驱动前轮。而在不希望电驱动前轮时，电机可通过离合器与减速器解耦。这种解耦机械地进行并且防止在仅通过第二驱动装置驱动车辆期间使处于其非激活状态中的电机也进行旋转运动并用作发电机。由此有效地避免了基于感应效应的制动效果。
因此，当希望驱动前轮时，可有针对性地耦联电机。这例如可在车辆调车时进行。但为了预防错误操作并且实现尽可能平稳的调车，可选择性地规定，配置给后轮的、构成车辆实际主驱动装置的第二驱动装置关闭或至少与后轮解耦。取而代之，与前轮耦联的电机通过驱动前轮负责单独驱动车辆。
根据电机的旋转方向(在耦联状态中)原则上可使车辆向前或向后运动。但当减速器仅允许单一旋转方向时减速器的设计可起限制作用，这将在下面详细说明。在此情况下，第一驱动装置优选构造用于车辆的向后运动。
此外，离合器可以是机械式离合器、尤其是摩擦式离合器或爪齿式离合器。可机械操作的离合器能够通过可电操作的伺服电机直接或仅间接地、例如经由连接在中间的运动机构或连接在中间的鲍登线来操作。作为替代方案，也可这样构造机械式离合器，使得其可借助鲍登线由驾驶员手动操作。无论对于手动还是电动操作均可在车把上设置用于由驾驶员操作的相应开关或按钮。
根据一种优选实施方式，电机的定子与前轮悬架抗扭地连接并且减速器的输出侧与(相对于前轮悬架)可旋转的前轮抗扭地连接。定子与前轮悬架的抗扭连接可理解为无介质的直接连接或理解为经由附加中间元件、如电机壳体、结构元件和/或经由同样抗扭的轮轴的间接且抗扭的连接。
当电机例如构造为内转子空心轴电机时，定子也与车辆的前轮悬架抗扭地连接，而转子作为内转子可旋转地设置在定子内，定子沿圆周方向包围转子。
此外，车辆可包括控制单元，其构造用于控制和/或调节第一驱动装置、尤其是电机和/或用于操作离合器。这表示借助控制单元例如可控制/调节电机的转速。替代或附加地，控制单元可与离合器作用耦联，以便控制离合器的操作。为此在设置所述的可电操作的伺服电机的情况下，控制单元例如可相应控制该可电操作的伺服电机以便电操作离合器。
根据另一种实施方式，控制单元包含在第一驱动装置中并且集成在前轮中。这表示控制单元设置在前轮内、优选也设置在轮毂区域中。
如上所述，可这样构造前轮，使得其构成一个在其内部容纳第一驱动装置及其部件的壳体。这具有以下优点：所有重要和用于驱动前轮所需的部件(可选地也包括控制单元)整合并集成在前轮中。前轮因此构成独立的模块，其仅需要用于为电机供电的电源线以及可能的与车辆总线系统的连接部。可选地，控制单元可构造为盘形并且因此可特别节省空间地定位在壳体内。
根据另一种实施方式，控制单元可与车辆的总线系统、尤其是CAN总线耦联，以便至少调用信息、尤其是关于车辆状态的信息。该连接允许控制单元从车辆的总线系统调用信息并且随后处理这些信息。
此外，控制单元可构造用于根据所查询的信息来控制/调节电机和/或操作离合器。因此，例如可调用关于车辆状态的信息并且响应于相应信息执行涉及电机和/或离合器的相应控制步骤。
根据所查询的信息可以电子方式设置保险装置，以防止第一驱动装置的意外激活。以这种方式可根据预定义的参数和/或参数值的存在来进行激活，所述参数和/或参数值通过由总线系统查询的信息提供。当定义的前提条件不存在时，由控制单元防止第一驱动装置的激活。
根据一种实施例，可这样构造控制单元，使得第一驱动装置的耦联仅在第二驱动装置不处于激活运行状态中时进行。这表示在这种情况下不允许配置给后轮的第二驱动装置主动驱动车辆。否则停止对离合器或用于操作离合器的伺服电机(如果存在的话)的控制。理想的是，控制单元通过总线系统获得关于第二驱动装置的当前运行状态的信息。
换句话说，尤其是在车辆正常运行中借助第二驱动装置的驱动向前行驶时，电机出于安全原因应解耦并保持。从而防止电机在车辆正常运行中被“拖动”和由此引起的“发电机运行”连同相应的制动作用和高感应电压。
以这种方式可确保车辆的正常行驶运行不受第一驱动装置的不利影响。基于解耦在前轮上不产生扭矩或制动功率。根据标准可这样构造第一驱动装置，使得在第二驱动装置的激活运行状态中或在车辆的静止状态中电机始终解耦。
根据另一种实施例，可这样构造控制单元，使得电机或离合器的操作仅可在车辆点火启动并且同时第二驱动装置静止或者至少解耦时进行。关于第二驱动装置状态的信息在此例如通过总线系统获得。
对于所有提到的示例当然也可分析其它参数或信息，借助其可防止通过第一和第二驱动装置同时驱动车辆。
此外，第一驱动装置能够可选地包括防护机构，其构造用于尤其是在第二驱动装置的激活运行状态期间机械地防止电机与减速器意外耦联。由此替代或附加于上述电子保险装置也可通过机械方式防止第一驱动装置的错误操作，否则可能会导致车辆损坏。
这例如通过机械保险装置来实现，其在保护状态中防止离合器耦联。机械啮合的齿部元件、卡锁元件和/或弹簧加载的锁止元件特别适合于此，它们锁止离合器的耦联运动并且在操作电机之前必须首先被释放。替代或附加地，离合器本身可构造成弹簧加载的，从而耦联总是必须克服弹力进行，以防止离合器意外闭合。
根据另一种实施方式，减速器是单级或多级行星齿轮传动机构、尤其是两级行星齿轮传动机构、特别优选是“沃尔夫罗姆”(Wolfrom)传动机构。尤其是在多级行星齿轮传动机构中，这种传动机构能够提供特别大的减速比。一种特别优选的实施方式是所谓的“沃尔夫罗姆”传动机构，其是具有两级行星齿轮的两级行星齿轮传动机构的特例。
特别适合用于调车运行的减速比对于所有提到的行星齿轮传动机构而言至少是10：1或更高、优选至少是100：1或更高。这表示输入转速至少是相应行星齿轮传动机构的输出速度的至少10倍、优选至少100倍。
但作为替代减速器也可使用所谓的“谐波齿轮”(Harmonic Drive)传动机构、偏心齿轮传动机构(所谓的“摆线齿轮传动机构”(Cyclo Getrieb))或尤其是具有正齿轮级的轴向平行偏移传动机构、蜗轮蜗杆传动机构和/或冠状齿轮传动机构。可选地，它们具有用于调车运行的上述减速比之一。
无论如何可达到的高减速比允许电机可以低扭矩快速旋转。因此空间需求极为紧凑、自重低且功耗也很低。这种设置的另一优点在于尤其适合用于特别受控且缓慢的驾驶，这特别适合用于车辆调车。
为了供应电能，第一驱动装置可与车辆的电池耦联。因此可使用本就设置在车辆中的车用供电电池。这通常涉及12伏车用电池，但当然也可使用其它具有不同工作电压的车用电池。可选地，电池可另外设有增大的容量，以便允许第一驱动装置的偶尔运行。替代或附加地，车辆可具有附加(第二)电池，该附加(第二)电池设置和设计用于第一驱动装置的运行。
如上所述，根据另一种实施方式，第一驱动装置可构造用于车辆向前和/或向后的缓慢调车运行，尤其是用于0到5km/h之间、优选0和2km/h之间的调车速度。这表示第一驱动装置并非设计用于车辆长距离(正常运行)的实际向前运动。取而代之，第一驱动装置设置用于低速、优选在步行速度下的操纵并且因此用于短距离，如通常出现在调车时的情况。相应设计电机和所选择的具有适合减速比的减速器。
此外，电机优选可具有在0.1与50Nm之间、在0.5与10Nm之间的扭矩。这种电机可以特别小的空间需求来制造并仍可借助相应构造的减速器在前轮上提供150和200Nm之间的足以用于预期操纵车辆的扭矩，所述扭矩也足以用于应付较小的坡度(如直至7％)。
根据一种优选实施方式，车辆是摩托车或具有两个、三个或四个车轮的类似摩托车的单轮辙或双轮辙车辆、尤其是小型摩托车、踏板摩托车、四轮摩托车、三轮摩托车或类似车辆。通过本发明，在小坡度和/或大重量的情况下、如在旅行摩托车、具有较重和复杂挡板和/或大油箱的车辆中，驾驶员仍可容易并且不需要付出很大力气地使相应构造的车辆调车、尤其是向后运动。
此外，第一驱动装置可具有构造为永磁同步电机的电机，和/或第二驱动装置可具有电机或内燃机。
此外，还提出一种用于安装在根据上述说明的车辆中的前轮，包括第一驱动装置，其集成在所述前轮中并且包括用于选择性旋转驱动前轮的电机和连接在电机和待驱动的前轮之间的减速器。
第一驱动装置还包括用于选择性将电机与减速器耦联或解耦的可操作的离合器。
相应地，各个部件可根据上述说明构造。
这种前轮构成独立的模块，其例如可安装和加装在现有车辆上，且不需要较大调整。只需要为电机提供电能供应。根据控制单元的布置，该控制单元设置在车辆中并且可进行通信，否则其例如可集成在前轮内。
附图说明
下面参考附图借助基本结构和具体实施例来详细说明本发明。附图如下：
图1是根据说明书的前轮组件的基本结构的示意图；
图2是根据说明书的用于前轮的具有沃尔夫罗姆减速器的第一驱动装置的实施例。
具体实施方式
图1仅以示意图局部示出根据本说明书的用于摩托车或类似摩托车的单轮辙或双轮辙车辆(未示出)的前轮组件10的基本结构。该前轮组件10包括前轮11，所述前轮围绕轮轴12可旋转地构造。前轮11仅部分示出并且具有多个径向延伸的轮辐或一个径向延伸的轮盘。轮轴12与车辆的前轮悬架13抗扭连接，该前轮悬架构造成叉形的。前轮11可借助第一驱动装置14驱动，该第一驱动装置为此设置在前轮11的由前轮11定义和限定的空间R内的轮毂区域中并且因此集成在前轮11中。此外，第一驱动装置14包括下述部件：电机15和连接在电机15和待驱动的前轮11之间的减速器17，用于选择性驱动前轮11。
此外，第一驱动装置14包括可操作的离合器16，用于选择性将电机15与减速器17耦联或解耦。
图2示出用于前轮组件20的第一驱动装置24的一种具体实施方式，在此剖切面沿轮轴22的轴向方向延伸。前轮组件20包括仅部分示出的前轮21和用于驱动前轮的第一驱动装置24，该第一驱动装置24设有沃尔夫罗姆减速器27。
前轮21围绕固定在车辆上的轮轴22可旋转地支承并且由第一驱动装置24的电机25选择性旋转驱动，其中，电机25构造为具有内转子的空心轴电机。与此相应，电机25包括定子25a，该定子沿圆周方向包围内转子25b并且通过保持元件31与轮轴22抗扭连接。而转子25b与空心转子轴32抗扭连接。转子25b与空心转子轴32一起旋转运动地且同轴地设置在前轮21的圆柱形突起21a上，而该突起又同轴且可旋转地设置在轮轴22上。因此，这种布置允许转子25b和转子轴32以不同于前轮21及其圆柱形突起21a的旋转速度围绕静止的轮轴22旋转。
转子25b构成电机25的输出侧并且通过空心转子轴32与离合器齿轮26b连接。离合器齿轮26b也与转子轴32抗扭连接，但沿轮轴22的轴向方向(参见箭头)可移动地构造。因此，离合器齿轮26b与转子25b和空心转子轴32一同旋转，但可通过轴向移动选择性连接或断开离合器与减速器27的输入侧的耦联。为此离合器齿轮22具有一个或多个指向减速器27方向的爪齿状突起，以便在那里与减速器输入侧扭矩传递地啮合。
减速器27在所示实施方式中构造为所谓的“沃尔夫罗姆”传动机构。据此输入侧由准备与爪齿啮合的太阳齿轮27a定义，该太阳齿轮同轴且相对于前轮21的圆柱形突起21a可旋转地设置。太阳齿轮27a在(相对于轮轴22)径向向外的表面上具有外齿部27b。该外齿部27b与多个行星齿轮27d啮合，这些行星齿轮保持在行星架27c中。行星齿轮27d分别构造为两级的。这表示它们具有带有第一齿部Z1(左侧区段)的第一级和带有第二齿部Z2(右侧区段)的第二级。第一齿部Z1的齿数少于第二齿部Z2的齿数，例如第一齿部Z1具有19个齿并且第二齿部Z2具有20个齿。因此，第一级的齿部Z1一方面与太阳齿轮27a的外齿部27b啮合。但另一方面第一级的齿部Z1也与包围太阳齿轮27a和第一级的第一齿圈27e啮合，使得第一级也在第一齿圈27e上滚动。
在所示实施方式中，第一齿圈27e在离合器的耦联状态中与定子25a间接或直接抗扭连接。这例如通过离合器26的外侧离合器齿圈26a实现，该离合器齿圈在其圆周方向上包围设置在内侧的离合器齿轮26b，其中，离合器齿轮26b相对于离合器齿圈26可旋转地支承。这样构造离合器26，使得离合器齿圈26a在离合器26耦联或解耦时与离合器齿轮26b沿轴向方向(参见箭头)一同运动。离合器齿圈26a也具有多个指向减速器27方向的爪齿状突起，这些突起在耦联时与第一齿圈27e啮合。因此在耦联状态中第一齿圈27e间接通过离合器齿圈26a与定子25a抗扭连接并且因此也保持不可转动。当离合器26解耦时，离合器齿圈26a沿轴向方向远离减速器27(参见箭头)运动，使得离合器齿圈26a与第一齿圈27e的啮合脱开并且第一齿圈不再保持不可旋转，而是在此情况下可自由旋转。
上面已经提到的行星齿轮27d的第二级分别与第二齿圈27f啮合，该第二齿圈构成减速器27的输出侧并且与前轮21抗扭连接。
此外可设置控制单元40，其构造用于控制第一驱动装置24、尤其是电机25和/或用于操作离合器26。可选地，控制单元可作为第一驱动装置的一部分集成在前轮(未示出)中。
此外，控制单元40可与车辆的总线系统41、尤其是CAN总线耦联，以便至少调用信息、如关于车辆状态的信息。这允许控制单元40根据所查询的信息来控制电机25和/或操作离合器26。
为了运行第一驱动装置24并且为电机25供应电能，第一驱动装置24或电机25与车辆的电池42耦联。

Claims (27)

1.车辆，包括能够借助第一驱动装置(14、24)驱动的前轮(11、21)和能够借助第二驱动装置驱动的后轮，其中，第一驱动装置(14、24)集成在前轮(11、21)中并且包括用于选择性旋转驱动前轮(11、21)的电机(15、25)以及连接在电机(15、25)和待驱动的前轮(11、21)之间的减速器(17、27)，
其中，所述第一驱动装置(14、24)还包括可操作的离合器(16、26)，用于选择性将电机(15、25)与减速器(17、27)耦联或解耦，
其特征在于，该车辆包括控制单元(40)，该控制单元构造用于操作所述离合器并且这样构造，使得所述第一驱动装置的耦联仅在所述第二驱动装置不处于激活运行状态中时进行，并且所述第一驱动装置这样构造，使得在所述第二驱动装置的激活运行状态中或在车辆的静止状态中所述电机始终解耦。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述离合器(16、26)是机械式离合器。
3.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述离合器(16、26)是摩擦式离合器或爪齿式离合器。
4.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述电机(15、25)的定子(25a)与前轮悬架抗扭地构造并且所述减速器(17、27)的输出侧与前轮(11、21)抗扭地连接。
5.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(40)还构造用于控制第一驱动装置(14、24)。
6.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(40)还构造用于控制电机(15、25)。
7.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(40)包含在第一驱动装置(14、24)中并且集成在前轮(11、21)中。
8.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(40)与该车辆的总线系统(41)耦联，以便至少调用信息。
9.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(40)与CAN总线耦联，以便至少调用信息。
10.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述信息是关于车辆状态的信息。
11.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述信息是关于车辆状态的信息。
12.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述第一驱动装置(14、24)包括防护机构，该防护机构构造用于机械地防止电机(15、25)与减速器(17、27)意外耦联。
13.根据权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述防护机构构造用于在第二驱动装置的激活运行状态期间机械地防止电机(15、25)与减速器(17、27)意外耦联。
14.根据权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(40)构造用于根据所查询的信息来控制电机(15、25)和/或操作离合器(16、26)。
15.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述减速器(17、27)是单级或多级行星齿轮传动机构。
16.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述减速器(17、27)是两级行星齿轮传动机构或“沃尔夫罗姆”传动机构。
17.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述第一驱动装置(14、24)与该车辆的电池(42)耦联以便被供应电能。
18.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述第一驱动装置(14、24)构造用于车辆向前和/或向后的缓慢调车运行。
19.根据权利要求18所述的车辆，其特征在于，所述第一驱动装置(14、24)构造用于0到5km/h之间的调车速度。
20.根据权利要求19所述的车辆，其特征在于，所述第一驱动装置(14、24)构造用于0和2km/h之间的调车速度。
21.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述电机(15、25)具有在0.1和50Nm之间的扭矩。
22.根据权利要求21所述的车辆，其特征在于，所述电机(15、25)具有在0.5和10Nm之间的扭矩。
23.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，该车辆是摩托车或具有两个、三个或四个车轮的类似摩托车的单轮辙或双轮辙车辆。
24.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，该车辆是小型摩托车。
25.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，该车辆是踏板摩托车。
26.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，该车辆是四轮摩托车或三轮摩托车。
27.根据权利要求1至3之一所述的车辆，其特征在于，所述第一驱动装置(14、24)包括构造为永磁同步电机的电机和/或第二驱动装置包括电机或内燃机。
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