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1. WO2020120723 - ANTRIEBSACHSE EINES ELEKTROFAHRZEUGES

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, umfassend zwei antreibbare Fahrzeugräder, zwei elektrische Maschinen, zwei Mehr gang-Schaltgetriebe mit Getriebeausgangswellen, wobei die erste elektrische Ma schine und das erste Schaltgetriebe einen ersten Antriebsstrang zum Antrieb des ersten Fahrzeugrades und die zweite elektrische Maschine und das zweite Schaltge triebe einen zweiten Antriebsstrang zum Antrieb des zweiten Fahrzeugrades bilden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Antrieb eines Elektrofahrzeuges.

Ein derartiger Antrieb ist bekannt und wird als radindividueller Antrieb bezeichnet. Beide Antriebsstränge sind getrennt, gleich und spiegelbildlich aufgebaut. Aus Kos tengründen werden als Schaltelemente Klauenkupplungen eingesetzt, wodurch beim Schalten eine Zugkraftunterbrechung auftritt, was den Schaltkomfort und die Fahr leistung beeinträchtigt. Schaltet man nur auf einer Seite, so ergibt sich - infolge Zug kraftunterbrechung auf der einen Seite und vollem Antriebsmoment auf der anderen Seite - ein Giermoment für das Fahrzeug, was vom Fahrer durch Gegensteuern ausgeglichen werden muss.

Ausgehend von einem radindividuellen Antrieb der eingangs genannten Art, besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, Leistung und Schaltkomfort des Fahrzeuges zu verbessern.

Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 5. Vorteil hafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einer Antriebsachse der eingangs genannten Art vorgesehen, dass zwischen der ersten Getriebeausgangswelle des ersten Schaltgetriebes und der zweiten Getriebeausgangswelle des zweiten Schalt getriebes eine elektronisch regelbare reibschlüssige Kupplung, insbesondere eine Lamellenkupplung angeordnet ist. Durch die regelbare Lamellenkupplung kann be darfsweise eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der rechten und der linken Radseite hergestellt werden, was insbesondere beim Schalten auf nur einer Seite,

also entweder im rechten oder im linken Schaltgetriebe von Vorteil ist. In diesem Fal le tritt beispielsweise beim Schalten auf der rechten Seite eine Zugkraftunterbre chung auf, sodass das rechte Rad antriebslos wäre. Dies wird dadurch verhindert, dass die Kupplung geschlossen wird und somit das Antriebsmoment von der linken , noch angetriebenen Seite auf das rechte (antriebslose) Rad übertragen wird. Damit wird eine Zugkraftunterbrechung vermieden, und Schaltkomfort sowie Fahrleistung werden gesteigert.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schaltgetriebe zwei Gangstufen auf, d. h. einen ersten Gang und einen zweiten Gang, womit dem Bedarf des Fahr zeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges an die Anfahrsteigfähigkeit und die Endgeschwindigkeit Rechnung getragen wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist für den Schaltvorgang, d. h. den Gangwechsel vom ersten zum zweiten oder vom zweiten zum ersten Gang ein formschlüssiges Schaltelement, insbesondere eine Klauenkupplung vorgesehen. Die Klauenkupplung besitzt den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer einfachen Konstruktion zu relativ geringen Kosten herstellbar ist und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der ersten Getriebe ausgangswelle und dem ersten oder linken Rad eine erste feste Übersetzungsstufe und zwischen der zweiten Getriebeausgangswelle und dem zweiten oder rechten Rad eine zweite feste Übersetzungsstufe angeordnet, wobei beide Übersetzungsstu fen die gleiche Übersetzung aufweisen. Beide Übersetzungsstufen dienen der weite ren Reduzierung der Drehzahlen der elektrischen Maschinen.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Verfahren zum Antrieb ei nes Elektrofahrzeuges mittels der oben beschriebenen Antriebsachse vorgesehen, dass der Schaltvorgang grundsätzlich nur auf einer Seite, d. h. entweder auf der Sei te des linken Rades oder auf der Seite des rechten Rades durchgeführt wird und dass gleichzeitig, also während des Schaltvorganges, über die Kupplung ein Dreh moment von der angetriebenen Radseite auf die antriebslose Seite übertragen wird. Wie oben erwähnt, tritt beim Schalten, z. B. auf der rechten Seite eine Zugkraftunter- brechung auf, sodass das rechte Rad antriebslos ist. Während des Schaltvorganges wird die Kupplung geschlossen oder teilweise geschlossen, sodass ein Drehmoment von der linken Seite, auf welcher nicht geschaltet wurde, auf die rechte Seite über tragen wird - damit werden beide Räder während des Schaltvorganges mit dem glei chen Drehmoment angetrieben, und es tritt während des Schaltvorganges keine Zugkraftunterbrechung auf.

Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante ist der Drehmomentübertra gungsgrad der Kupplung, also die Größe des durch die Kupplung übertragenen Drehmoments aufgrund der elektronischen Regelung variabel und wird in Abhängig keit von einem Schaltvorgang, von der Fahrtrichtung, z. B. Geradeausfahrt oder Fahrt durch eine Rechts- oder eine Linkkurve und in Abhängigkeit von einer Fahr zeugbeschleunigung oder einer Fahrzeug Verzögerung geregelt. Bei einem Schalt vorgang auf einer Seite wird die Kupplung geschlossen, bei einer Kurvenfahrt wird die Kupplung nicht vollständig geschlossen und je nach Richtung der Kurve darf nur auf der rechten oder der linken Seite geschaltet werden. Diese Parameter, die von einer Steuereinrichtung erkannt werden müssen, sind die Eingangsgrößen für die Regelung der Lamellenkupplung.

Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante wird die Kupplung vollständig geschlossen, was einem Übertragungsgrad von Hundert Prozent entspricht, wenn auf einer Seite ein Schaltvorgang durchgeführt wird. In diesem Falle wird das volle Motormoment der antreibenden Seite auf die antriebslose Seite übertragen, was für eine Geradeausfahrt des Fahrzeuges gilt.

Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante wird die Kupplung bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges nicht voll geschlossen, sondern auf die Übertragung eines halben Motormoments der antreibenden Radseite eingeregelt.

Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrenvariante soll der Schaltvorgang auf der linken Radseite durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug in einer Linkskurve be schleunigt oder in einer Rechtskurve verzögert wird. Dadurch ergibt sich jeweils ein Giermoment, welches das Fahrzeug zum Übersteuern veranlasst, d. h. in die Kurve hineinlenkt.

Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante soll ein Schaltvorgang respekti ve ein Gangwechsel auf der rechten Radseite durchgeführt werken, wenn das Fahr zeug in einer Rechtskurve beschleunigt oder in einer Linkskurve verzögert wird. Da mit wird ebenfalls ein Giermoment erzeugt, welches das Fahrzeug übersteuern lässt. Durch die Neigung zum Übersteuern, d. h. in die Kurve hinein wird die Sicherheit bei einer Schaltung in einer Kurvenfahrt erhöht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeich nung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen

Fig. 1 eine Antriebsachse für ein Elektrofahrzeug in schematischer Darstellung und Fig. 2 die Antriebsachse gemäß Fig. 1 in detaillierter Darstellung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Antriebsachse 1 eines elektrisch an-treibbaren Fahrzeuges, im Folgenden auch kurz Elektrofahrzeug genannt. Die An triebsachse 1 umfasst ein erstes oder linkes Fahrzeugrad R1 und ein zweites oder rechtes Fahrzeugrad R2, im Folgenden auch kurz erstes oder linkes Rad R1 und zweites oder rechtes Rad R2 genannt. Das erste oder linke Rad R1 wird von einem ersten Antriebsstrang A1 angetrieben, welcher eine erste elektrische Maschine EM1 , im Folgenden auch E-Maschine EM1 genannt, ein Schaltgetriebe G1 , eine Getriebe ausgangswelle GAW1 , eine erste Achswelle AW1 und eine feste Übersetzungsstufe Ü1 umfasst. Das zweite oder rechte Rad R2 wird von einem zweiten Antriebsstrang A2 angetrieben, welcher spiegelbildlich zu dem ersten Antriebsstrang A1 aufgebaut ist und eine zweite elektrische Maschine EM2, auch kurz E-Maschine EM2 genannt, ein zweites Schaltgetriebe G2, eine zweite Getriebeausgangswelle GAW2, eine zwei te Achswelle AW2 sowie eine zweite feste Übersetzungsstufe Ü2 aufweist. Zwischen der ersten und der zweiten Achswelle AW1 , AW2 ist eine elektronisch regelbare reib schlüssige Kupplung K angeordnet, welche vorzugsweise als Lamellenkupplung K ausgebildet ist. Durch die Kupplung K kann eine kraftschlüssige Verbindung zwi- sehen beiden Achswellen AW1 , AW2 respektive zwischen dem linken Rad R1 und dem rechten Rad R2 hergestellt werden, wobei das durch die Kupplung K übertrage ne Drehmoment hinsichtlich seines Übertragungsgrades von Null (Kupplung offen) bis hundert Prozent (Kupplung geschlossen) regelbar ist. Die Kupplung K kann somit in bestimmten Situationen, die im Folgenden erläutert werden, voll geschlossen, voll getrennt oder teilweise geschlossen betrieben werden. Das erste und das zweite Schaltgetriebe G1 , G2 sind vorzugsweise als Zweigang-Schaltgetriebe ausgeführt, d. h. die Drehzahlen der beiden E-Maschinen EM1 , EM2 können in zwei Gangstufen untersetzt werden. Bei geöffneter Kupplung K arbeiten der erste Antriebsstrang A1 und der zweite Antriebsstrang A2 völlig unabhängig voneinander, d. h. das linke Rad R1 und das rechte Rad R2 können jeweils mit unterschiedlichen Drehzahlen und un terschiedlichen Drehmomenten angetrieben werden, wodurch ein Giermoment (Mo ment um die Hochachse des Fahrzeuges) erzeugt werden kann - so genanntes tor-que vectoring, wodurch das Fahrzeug agiler wird.

Fig. 2 zeigt eine Antriebsachse 2, welche im Aufbau der Antriebsachse 1 gemäß Fig. 1 entspricht und eine Darstellung von einzelnen Komponenten der beiden Schaltge triebe G1 , G2 (Fig. 1 ) zeigt. Der erste Antriebsstrang A1 umfasst eine erste elektri sche Maschine EM1 (kurz: E-Maschine EM1 ) mit einem Rotor 3 und einer Rotorwelle 3a, auf welcher Zahnräder 5a, 7a (Festräder 5a, 7a) einer ersten Gangstufe 5 und einer zweiten Gangstufe 7 drehfest angeordnet sind, sowie einer erste Getriebeaus gangswelle 9, auf welcher Losräder 5b, 7b der ersten und zweiten Gangstufe 5, 7 angeordnet sind. Die Losräder 5b, 7b sind durch ein Schaltelement 1 1 schaltbar d. h. sie können wechselweise mit der Getriebeausgangswelle 9 drehfest verbunden wer den. Das Schaltelement 11 ist vorzugsweise als formschlüssige Kupplung, insbeson dere als Klauenkupplung 11 ausgebildet. Auf der ersten Getriebeausgangswelle 9 ist ausgangsseitig ein erstes Zahnrad 13a einer festen Übersetzungsstufe 13 angeord net, welche zwischen der ersten Getriebeausgangswelle 9 und einer ersten Achswel le 15 wirksam ist. Auf der ersten Achswelle 15 ist ein zweites Zahnrad 13b angeord net, welches mit dem ersten Zahnrad 13a in Eingriff steht. Die erste Achswelle 1 5 treibt das erste oder linke Rad R1 an. In analoger Weise und spiegelbildlich ist der zweite Antriebsstrang A2 aufgebaut, welcher eine zweite elektrische Maschine EM2 (kurz: E-Maschine EM2) mit einem Rotor 4 und einer Rotorwelle 4a, eine erste

Gangstufe 6, eine zweite Gangstufe 8, ein vorzugsweise als Klauenkupplung 12 ausgebildetes Schaltelement 12 und eine zweite Getriebeausgangswelle 10 umfasst. Zwischen der zweiten Getriebeausgangswelle 10 und einer zweiten Achswelle 16 ist eine zweite feste Übersetzungsstufe 14 angeordnet. Beide Übersetzungsstufen 13,

14 dienen der weiteren Reduzierung der Drehzahlen der beiden E-Maschinen EM1 , EM2. Zwischen der ersten Getriebeausgangswelle 9 und der zweiten Getriebeaus gangswelle 10 ist eine elektronisch regelbare reibschlüssige Kupplung 17, vorzugs weise eine Lamellenkupplung 17 angeordnet, welche ein hinsichtlich seiner Größe regelbares Drehmoment kraftschlüssig zwischen der rechten und der linken Radseite übertragen kann.

Die Kupplung 17 bzw. K in Fig. 1 hat die Aufgabe, eine Zugkraftunterbrechung (an den Rädern R1 , R2) beim Schalten der Gänge, d. h. beim Schaltvorgang zu vermei den. Ohne die Kupplung 17 würde bei Betätigung der ersten Klauenkupplung 1 1 oder der zweiten Klauenkupplung 12 zum Einlegen eines Ganges eine Zugkraftunterbre chung im ersten oder im zweiten Antriebsstrang auftreten. Erfindungsgemäß wird jeweils nur auf einer Seite, entweder auf der Seite des rechten Rades R2 oder auf der Seite des linken Rades R1 geschaltet, d.h. ein Schaltvorgang zum Einlegen des ersten oder des zweiten Ganges durchgeführt. Dies hat zur Folge, dass zwar auf der einen Radseite, z. B. der Seite des linken Rades R1 eine Zugkraftunterbrechung während des Schaltvorganges auftritt, auf der anderen Radseite, z. B. der Seite des rechten Rades R2 jedoch weiterhin ein Antrieb auf das Rad (R2) erfolgt. Wird nun die Kupplung 17 geschlossen, so wird von der angetriebenen Radseite, beispielsweise der Seite des rechten Rades R2 von der zweiten Getriebeausgangswelle 10 ein Drehmoment auf die erste Getriebeausgangswelle 9 und damit auf die linke Achswel le 15 und das linke Rad R1 übertragen. Die Folge ist, dass keine Zugkraftunterbre chung auftritt. Bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeuges ist die Kupplung 17 voll ge schlossen, d. h. es werden Hundert Prozent des Drehmoments der antreibenden E-Maschine übertragen.

Bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges darf die Kupplung 17 nicht komplett geschlos sen werden, sondern muss auf das halbe Motormoment der antreibenden E-Maschine, EM1 oder EM2, eingeregelt werden. Die elektronisch geregelte Kupplung 17 umfasst eine nicht dargestellte Steuerung, welche erkennen muss, ob eine Be schleunigung oder eine Verzögerung des Fahrzeuges vorliegt und ob sich das Fahr zeug durch eine starke Links- oder Rechtskurve bewegt. Erkennt die Steuerung, dass das Fahrzeug in eine Linkskurve hinein beschleunigt, so soll eine Schaltung nur auf der linken Seite, d. h. der kurveninneren Seite erfolgen. In diesem Falle tritt ein links drehendes Giermoment auf, d. h. das Fahrzeug tendiert zum Übersteuern. Er kennt die Steuerung, dass das Fahrzeug in einer Rechtskurve verzögert wird, so soll ebenfalls nur auf der linken Seite geschaltet werden, wodurch ein rechts drehendes Giermoment erzeugt wird, d. h. das Fahrzeug neigt zum Übersteuern.

Eine Schaltung auf der rechten Seite soll nur erfolgen, wenn in eine Rechtskurve hinein beschleunigt oder in einer Linkskurve verzögert wird. Im Falle der Beschleuni gung in der Rechtskurve entsteht beim Schalten ein rechts drehendes Giermoment, und im Falle der Verzögerung in einer Linkskurve wird ein links drehendes Giermo ment erzeugt, sodass das Fahrzeug in beiden Fällen übersteuert. Zeitlich gesehen soll der Aufbau des Kupplungsmoments, d. h. des von der Kupplung 17 übertrage nen Drehmoments synchron mit dem Abbau des Antriebsmoments des schaltenden Antriebsstranges erfolgen. Wird beispielsweise das Schaltelement 11 des ersten An triebsstranges A1 betätigt, so wird das Antriebsmoment, welches von der ersten E-Maschine EM1 ausgeht, sukzessive oder schlagartig (Klauenkupplung) abgebaut. In gleicher weise soll dann das von der zweiten E-Maschine EM2 ausgehende Mo tormoment das zu übertragende Drehmoment in der Kupplung 17 aufbauen. Die Re gelung des Drehmoments der Kupplung 17 soll dazu führen, dass an beiden Rädern R1 , R2 die gleichen Radmomente wirken, damit ein Giermoment, was vom Fahrer ausgeglichen werden müsste, vermieden wird. Die Schaltung der zweiten E-Maschine EM2 sollte erst wieder bei einer Geradeausfahrt erfolgen.

Bei Fahrten im Gelände kann die Kupplung 17 bei kleinen Geschwindigkeiten voll ständig geschlossen werden, wodurch sich eine erhöhte Traktion für das Fahrzeug ergibt.

Bezuqszeichen

1 Antriebsachse (Fig.1 )

2 Antriebsachse (Fig. 2)

3 erster Rotor

3a erste Rotorwelle

4 zweiter Rotor

4a zweite Rotorwelle

5 erste Gangstufe (erster Antriebsstrang)

5a Festrad

5b Losrad

6 erste Gangstufe (zweiter Antriebsstrang)

7 zweite Gangstufe (erster Antriebsstrang)

7a Festrad

7b Losrad

8 zweite Gangstufe (zweiter Antriebsstrang)

9 erste Getriebeausgangswelle

10 zweite Getriebeausgangswelle

11 erstes Schaltelement (Klauenkupplung)

12 zweites Schaltelement (Klauenkupplung)

13 erste Ü bersetzu n g sstufe

13a erstes Zahnrad

13b zweites Zahnrad

14 zweite Übersetzungsstufe

15 erste Achswelle

16 zweite Achswelle

17 Kupplung

A1 erster Antriebsstrang

A2 zweiter Antriebsstrang

AW1 erste Achswelle

AW2 zweite Achswelle

EM1 erste E-Maschine

EM2 zweite E-Maschine

G1 erstes Schaltgetriebe

G2 zweites Schaltgetriebe

GAW1 erste Getriebeausgangswelle GAW2 zweite Getriebeausgangswelle K Lamellenkupplung

R1 erstes (linkes) Rad

R2 zweites (rechtes) Rad

Ü1 erste Übersetzungsstufe

Ü2 zweite Übersetzungsstufe