AT524326A4 - Elektrifiziertes Lenk- und Antriebssystem mit Radseitenlenkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Lenk- und Antriebssystem für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung aufweisend: Antriebselemente für Fahrketten oder für Räder; ein Transfergetriebe; und zwei Antriebswellen, wobei eine erste Antriebswelle mit einem Antriebselement der einen Spur und einer ersten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist und eine zweite Antriebswelle mit einem Antriebselement der anderen Spur und einer zweiten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, und wobei beide Antriebswellen mit dem Transfergetriebe drehmomentübertragend verbunden sind; wobei das Transfergetriebe zwei, insbesondere spiegelsymmetrisch angeordnete, Planetengetriebe mit jeweils den Elementen Sonnenrad, Planetenradträger, der Planetenräder trägt, und Hohlrad aufweist, wobei zwei gleiche erste Elemente der beiden Planetengetriebe jeweils mit einer der beiden Antriebswellen drehmomentübertragend verbunden sind, wobei zwei gleiche zweite Elemente der beiden Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden sind, und wobei ein drittes Element des einen Planetengetriebes mit einer dritten Elektromaschinedrehmomentübertragend verbunden ist und ein gleiches drittes Element des anderen Planetengetriebes gehäusefest ist.

Description

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Elektrifiziertes Lenk- und Antriebssystem mit Radseitenlenkung

Die Erfindung betrifft ein elektrifiziertes Lenk- und Antriebssystem für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung mit Antriebselementen für Fahrketten oder für Räder, einem Transfergetriebe, und zwei Antriebswellen, wobei eine erste Antriebswelle mit einem Antriebselement der einen Spur und einer ersten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist und eine zweite Antriebswelle mit einem Antriebselement der anderen Spur und einer zweiten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, und wobei beide Antriebswellen mit dem Transfergetriebe drehmomentübertragend verbunden sind, wobei das Transfergetriebe zwei, insbesondere spiegelsymmetrisch angeordnete, Planetengetriebe mit jeweils den Elementen Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad aufweist, wobei zwei gleiche erste Elemente der beiden Planetengetriebe jeweils mit einer der beiden Antriebswellen drehmomentübertragend verbunden sind und wobei zwei gleiche zweite Elemente der beiden Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden sind.

Fahrzeuge mit Radseitenlenkung fahren Kurven, indem die eine Antriebsseite mit einer anderen Geschwindigkeit angetrieben wird als die andere Antriebsseite. Eine Antriebseinrichtung treibt zur Kurvenfahrt daher die kurvenäußere Fahrkette mit einer höheren Geschwindigkeit an als die kurveninnere und übernimmt damit neben der Antriebsaufgabe zusätzlich auch die Lenkfunktion des Fahrzeugs. Zum Drehen eines solchen Fahrzeugs auf der Stelle werden die Fahrketten der beiden Fahrzeuge im Allgemeinen in entgegengesetzter Richtung angetrieben.

Eine solche Art von Lenk- und Antriebssystem kommt insbesondere bei Fahrzeugen zum Einsatz, bei welchen eine Achsschenkellenkung nicht möglich ist. Dies sind insbesondere Kettenfahrzeuge, wie Bagger oder Schneefahrzeuge, aber auch radgetriebene Fahr-

zeuge.

Das Dokument WO 2005/054041 offenbart ein elektrisches Lenk- und Antriebssystem für ein Fahrzeug mit Radseitenlenkung mit Antriebselementen für Fahrketten oder für Räder

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mit zwei Antriebswellen, deren erstes Ende mit dem Antriebselement der jeweils einen Fahrzeugseite verbunden ist und deren zweites Ende mit einer Differenzialgetriebeanordnung verbunden ist und mindestens einem Fahrmotor, der mit mindestens einer der beiden Antriebswellen verbunden ist, sowie einem elektrischen Lenkantrieb, der in Antriebsverbindung mit der Differenzialgetriebeanordnung steht, wobei die elektrischen Fahrmotoren und Lenkantriebe aus mindestens zwei voneinander unabhängigen Energiequellen mit

elektrischem Strom versorgbar sind.

Das Dokument EP 1 506 905 A1 offenbart eine Antriebskonfiguration für ein gleitgesteuertes Fahrzeug, die umfasst:

ein Paar Antriebsmotoren,

ein Paar Antriebselemente zum Eingriff mit einem Paar Ketten oder Rädern eines solchen Fahrzeugs,

ein geregeltes Differenzial, das umfasst: ein Paar epizyklischer Getriebesysteme, von denen jedes ein Sonnenrad aufweist, Planetenräder, die von einem Planetenträger getragen werden, und ein Hohlrad, wobei die Planetenträger miteinander über eine Welle verbunden sind, die durch die Sonnenräder derart hindurchgeht, dass sich die Planetenträger

gemeinsam drehen, und

ein Lenkmotor, der so gekoppelt ist, dass die relative Drehung zwischen Sonnenrädern in entgegengesetzte Richtung läuft, wobei jeder Antriebsmotor zwischen einem entsprechenden Antriebselement und einem entsprechenden Hohlrad gekoppelt ist.

Der Lenkmotor, welcher auf das geregelte Differenzial einwirkt, steuert die relative Geschwindigkeit der zwei Antriebsmotoren und somit die relative Geschwindigkeit der zwei Ketten oder Räder, und bewirkt auf diese Weise eine Lenkungsfunktion. Die Motorwellen wirken dabei als Antriebsquerwellen und übertragen eine regenerative Lenkkraft. Dies bedeutet, dass beim Bremsen die Bremskraft von der Innenkette auf die Außenkette über-

tragen wird.

Auch eine solche Art von Lenk- und Antriebssystem kommt insbesondere bei Fahrzeugen zum Einsatz, bei welchen eine Achsschenkellenkung nicht möglich ist. Dies sind insbesondere Kettenfahrzeuge, wie Bagger oder Schneefahrzeuge, aber auch radgetriebene Fahrzeuge.

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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes elektrifiziertes Lenk- und Antriebssystem für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem mit geringem Gewicht, aber vergleichsweise hoher Leistung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Lenk- und Antriebssystem für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung aufweisend:

Antriebselemente für Fahrketten oder für Räder; ein Transfergetriebe; und

zwei Antriebswellen, wobei eine erste Antriebswelle mit einem Antriebselement der einen Spur und einer ersten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist und eine zweite Antriebswelle mit einem Antriebselement der anderen Spur und einer zweiten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, und wobei beide Antriebswellen mit dem Transfergetriebe drehmomentübertragend verbunden sind;

wobei das Transfergetriebe zwei, insbesondere spiegelsymmetrisch angeordnete, Planetengetriebe mit jeweils den Elementen Sonnenrad, Planetenradträger, der Planetenräder trägt, und Hohlrad aufweist, wobei zwei gleiche erste Elemente der beiden Planetengetriebe jeweils mit einer der beiden Antriebswellen drehmomentübertragend verbunden sind, wobei zwei gleiche zweite Elemente der beiden Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden sind, und wobei ein drittes Element des einen Planetengetriebes mit einer dritten Elektromaschinedrehmomentübertragend verbunden ist und ein gleiches drittes Element des anderen Planetengetriebes gehäusefest ist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines solchen elektrischen Lenk- und Antriebssystems, wobei die erste Elektromaschine und die zweite Elektromaschine in Abhängigkeit einer Lenkanforderung drehzahlgeregelt werden, so dass auch eine Drehzahl an der dritten Elektromaschine festgelegt ist, wobei die dritte Elektromaschine momentengeregelt wird, um eine vorgegebene Leistungs- und/oder Lastvertei-

lung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine einzustellen.

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Drehzahlgeregelt im Sinne der Erfindung bedeutet, dass eine geregelte Größe, d. h. die Größe, welche als Ausgangsgröße der jeweiligen Elektromaschine eingeregelt wird, eine Drehzahl ist. Eine Eingangsgröße bzw. Einstellgröße, d. h. eine Größe, mittels welcher die jeweilige Elektromaschine angesteuert wird, können sowohl ein Soll-Wert für die Drehzahl

wie auch ein Soll-Wert für ein Drehmoment sein.

Momentengeregelt im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die geregelte Größe, d. h. die Größe, welche als Ausgangsgröße der jeweiligen Elektromaschine eingeregelt wird, ein Drehmoment ist. Eine Eingangsgröße bzw. Einstellgröße, mit welcher die jeweilige Elektromaschine angesteuert wird, kann auch hier jedoch ein Soll-Wert für eine Drehzahl oder ein Soll-Wert für ein Drehmoment sein.

Drehmomentübertragend verbunden im Sinne der Erfindung bedeutet vorzugsweise drehfest und/oder leistungserhaltend übertragend verbunden.

Eine halbstarre Kupplung im Sinne der Erfindung dient vorzugsweise zur Verbindung von zwei nicht perfekt ausgerichteten Achsen oder Wellen. vorzugsweise ist eine solche Kupplung in Drehrichtung spielfrei, kompensiert aber einen Wellenversatz. Die Erfindung beruht zum einen auf dem Ansatz, ein besseres Leistungsgewicht des Lenk- und Antriebssystems dadurch zu erreichen, dass Elektromaschinen mit vergleichsweisem hohem Betriebsdrehzahlbereich zum Einsatz kommen können. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Transfergetriebe mit zwei Planetengetrieben zum Einsatz kommt, welches asymmetrisch ist. Insbesondere greift der dritte Eingang des Transfergetriebes nur an einem Element eines einzigen der beiden Planetengetriebe an, wohingegen das gleiche Element des anderen Planetengetriebes gehäusefest ist. Hierdurch kann im Vergleich zu einer Anordnung, bei welcher die Elektromaschine gegengleich in die zwei identischen Elemente eintreibt, wie dies im eingangs genannten Stand der Technik der Fall ist, eine Verdopplung der Drehzahl an dem dritten Eingang erreicht werden. An diesem Eingang kann somit eine dritte Elektromaschine angeschlossen werden , deren Nennbetriebsbereich in Bezug auf die Drehzahl in etwa doppelt so hoch liegt wie ohne die erfindungsgemäße Anordnung.

Ein weiterer Vorteil des gehäusefesten Elements, d.h. einer unsymmetrischen Anordnung in Bezug auf die beiden Planetengetriebe des Transfergetriebes ist, dass das Lenk- und Antriebssystem dadurch weniger anfällig hinsichtlich Toleranzen und einfacher zu lagern ist. Insbesondere wirkt dieses Element als ein gehäusefester Fixpunkt.

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Auf diese Weise kann eine andere Klasse von Elektromaschinen zum Einsatz kommen, welche ein wesentlich günstigeres Leistungsgewicht aufweisen und im Allgemeinen auch kleiner gebaut sind. Darüber hinaus ist zum Erreichen dieser Verdopplung kein weiteres Übersetzungsgetriebe notwendig. Daher kann der Bauraum des Lenk- und Antriebssystems bei vergleichsweise hoher Leistung gering gehalten werden.

Die Erfindung beruht zum anderen auf dem Ansatz, die Lenkfunktion des elektrischen Lenk- und Antriebssystems über die erste und die zweite Elektromaschine zu verwirklichen. Hierfür werden die beiden Elektromaschinen drehzahlgeregelt.

Die dritte Elektromaschine, welche bei Systemen des Stands der Technik im Allgemeinen als Lenkmotor eingesetzt wird, um Drehzahlunterschiede zwischen einer ersten Antriebswelle und einer zweiten Antriebswelle einzustellen, wird bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren und dem erfindungsgemäßen Steuersystem dagegen vorzugsweise nicht für die Lenkfunktion eingesetzt.

Vielmehr wird die Drehzahl, welche sich an der dritten Elektromaschine aufgrund von Drehzahlwerten an der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle einstellt, als vorgegebene Randbedingung behandelt. Die dritte Elektromaschine wird, im Gegensatz zum Stand der Technik, allein momentengeregelt, d. h. diese wird in der Weise angesteuert, dass sich ein bestimmtes Stützmoment oder eben kein Stützmoment durch diese bereitgestellt wird.

Hierdurch kann eine definierte Leistungsverteilung bzw. eine definierte Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine eingestellt werden. In einer Kurvenfahrt kann darüber hinaus auch die dritte Elektromaschine zur Leistungs-

verteilung bzw. zur Lastverteilung Leistung beisteuern.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise eine kurvenaußengelegene Elektromaschine, welche eine höhere Leistung als eine kurveninnengelegene Elektromaschine aufbringen muss, entlastet werden. Dies wird erreicht, indem ein Stützmoment durch die dritte Elektromaschine bereitgestellt wird. Hierdurch kann vermieden werden, dass die kurveninnere Elektromaschine in einem Generatorbetrieb betrieben werden muss, um eine Bremsleistung am kurveninneren Antriebselement abzubauen. Darüber hinaus kann durch ein Bereitstellen eines höheren Stützmoments durch die dritte Elektro-

maschine ein so großer Leistungsfluss von der kurveninneren Maschine zu der

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kurvenäußeren Maschine verwirklicht werden, dass auch die kurveninnere Maschine, selbst bei Anliegen einer Bremsleistung, zusätzliche Leistung aufbringen muss, mit wel-

cher die kurvenäußere Maschine noch weiter entlastet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems sind die ersten Elemente die Planetenträger, die zweiten Elemente die Hohlräder und die dritten Elemente die Sonnenräder, so dass die beiden Planetenradträger der beiden Planetengetriebe jeweils mit der Antriebswelle einer der beiden Spuren drehmomentübertragend verbunden sind und die beiden Hohlräder der beiden Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden sind und das Sonnenrad des einen Planetengetriebes mit der dritten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden ist und das Sonnenrad des anderen Planetengetriebes gehäusefest ist. Durch diese Ausgestaltung kann das höchste Übersetzungsverhältnis realisiert werden, welches durch eine Kopplung von zwei Planetengetrieben in einem

Transfergetriebe mit drei Eingängen erreicht werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems ist das Transfergetriebe im Leistungsfluss und/oder räumlich zwischen den beiden Antriebswellen angeordnet. Auch hierdurch kann eine besondere kompakte Bauweise des Lenk- und Antriebssystems erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems ist das dritte Element mit der dritten Elektromaschine über ein drehzahlminderndes Getriebe drehmomentübertragend verbunden. Hierdurch kann das Leistungsgewicht der eingesetzten drit-

ten Elektromaschine weiter verbessert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems ist zwischen der dritten Elektromaschine und dem dritten Element ein Trennelement vorgesehen, wodurch die Drehmomentübertragung zwischen der dritten Elektromaschine und dem dritten Element unterbrochen werden kann. Hierdurch kann im Fehlerfall, wenn die dritte Elektromaschine nicht mehr oder nur schwer drehbar ist, diese abgekoppelt werden und ein Antrieb der ersten Antriebswelle nur durch die erste Elektromaschine und ein Antrieb

der zweiten Antriebswelle nur durch die zweite Elektromaschine realisiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems ist die erste Elektromaschine mit der ersten Antriebswelle über ein erstes drehzahlminderndes Ge-

triebe, vorzugsweise mit zwei Gängen mit unterschiedlicher Übersetzung, und/oder

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wenigstens eine Kupplung, insbesondere eine Kupplung pro Gang, drehmomentübertragend verbunden und/oder die zweite Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle über ein zweites drehzahlminderndes Getriebe, vorzugsweise mit zwei Gängen mit unterschiedlicher Übersetzung, und/oder wenigstens eine Kupplung, insbesondere eine Kupplung pro Gang, drehmomentübertragend verbunden. Hierdurch kann das Leistungsgewicht der eingesetzten ersten und/oder zweiten Elektromaschine weiter verbessert wer-

den.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems ist die erste Antriebswelle mit dem Antriebselement der einen Spur über ein erstes zusätzliches Planetengetriebe und/oder eine halbstarre Kupplung drehmomentübertragend verbunden und/oder die zweite Antriebswelle mit dem Antriebselement der anderen Spur über ein zweites zusätzliches Planetengetriebe und/oder eine halbstarre Kupplung drehmomentübertragend verbunden. Auch hierdurch kann das Leistungsgewicht der eingesetzten ers-

ten und/oder zweiten Elektromaschine weiter verbessert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Lenk- und Antriebssystems Steuerungsmittel auf, welche eingerichtet sind, die erste Elektromaschine und die zweite Elektromaschine in Abhängigkeit einer Lenkanforderung drehzahlgeregelt zu betreiben, so dass auch eine Drehzahl an der dritten Elektromaschine festgelegt ist, und die dritte Elektromaschine momentengeregelt zu betreiben, um eine vorgegebene Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine ein-

zustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems weist die dritte Elektromaschine einen Drehmomentsensor zum Bestimmen von Ist-Werten eines an ihrer Welle anliegenden Drehmoments auf und/oder die erste Elektromaschine weist einen ersten Drehzahlsensor und/oder die dritte Elektromaschine weist einen zweiten Drehzahlsensor, insbesondere Inkrementalgeber, zum Bestimmen von Ist-Werten einer Drehzahl an ihrer jeweiligen Welle auf, wobei die Steuerungsmittel des Weiteren eingerichtet sind, um die Elektromaschinen auf der Grundlage der Ist-Werte und von entsprechenden Soll-Werten zu regeln. Hierdurch kann, wie oben erläutert, eine definierte Leistungsverteilung bzw. eine definierte Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine

und der zweiten Elektromaschine eingestellt werden. In einer Kurvenfahrt kann darüber

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hinaus auch die dritte Elektromaschine zur Leistungsverteilung bzw. zur Lastverteilung

beisteuern.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems weisen die Elektromaschinen Sensoren auf, mit denen diese thermisch überwacht werden können. Mittels solcher Sensoren kann vorzugsweise eine Regelung der Elektromaschinen in der Weise realisiert werden, dass eine thermische Belastung auf die Elektromaschinen defi-

niert verteilt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lenk- und Antriebssystems sind die Steuerungsmittel eingerichtet, um die von den Elektromaschinen aufgenommene Leistung zu bestimmen. Insbesondere können die Steuerungsmittel dafür Spannung und Strom-

fluss an wenigstens einer der Elektromaschinen bestimmen.

Die im Vorhergehenden genannten Vorteile und weiteren Merkmale des ersten Aspekts der Erfindung gelten für die weiteren Aspekte der Erfindung entsprechend und umgekehrt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die dritte Elektromaschine lastfrei betrieben, wenn die vorgegebene Leistungs- und/oder Lastverteilung keinen Leistungsfluss zwischen der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle vorsieht, und wobei die dritte Elektromaschine in der Weise betrieben wird, dass sie ein Stützmoment bereitstellt, wenn die vorgegebene Leistungs- und/oder Lastverteilung einen Leistungsfluss zwischen der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle vorsieht. Durch diese beiden Betriebsstrategien für das Lenk- und Antriebssystem kann, je nach Zustand der Elektromaschinen und vorgegebenen Randbedingungen, während der Fahrt des Fahrzeugs eine ausgeglichene Leistungs- und/oder Lastverteilung sowie einer unterschiedliche Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten

Elektromaschine erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens hängt eine Wirkrichtung des Stützmoments von einer vorgegebenen Richtung eines Leistungsflusses zwischen der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle ab. Durch ein Einstellen eines Stützmoments durch die dritte Elektromaschine können mithin verschiedene Leistungs- und/oder Lastverteilungen schnell realisiert werden. Vorzugsweise hängt die Richtung des Leistungsflusses ausschließlich von der Wirkrichtung des Stützmoments der dritten

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Elektromaschine ab. Vorzugsweise werden dabei die Drehzahlen der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle ausschließlich über die Drehzahlen der ersten und der zweiten Elektromaschinen eingestellt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird über das Stützmoment ein Leistungsbeitrag der dritten Elektromaschine in der Weise gewählt, dass sich eine gleichmäßige Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine einstellt. Hierdurch können alle Elektromaschinen an der Leistungs- und/oder Lastverteilung beteiligt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird über das Stützmoment ein Leistungsbeitrag der dritten Elektromaschine in der Weise gewählt, dass keine der drei Elektromaschinen jeweils ihr maximal mögliches Drehmoment und/oder ihre maximal mögliche Leistung überschreitet. Hierdurch können Schäden an den einzelnen Elektroma-

schinen vermieden werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Leistungsbeitrag 0der Stützmoment der dritten Elektromaschine in der Weise gewählt, dass, wenn eine der beiden Antriebswellen des Fahrzeugs im Bremsbetrieb betrieben wird, die dritte Maschine in der Weise betrieben wird, dass das durch diese aufgebrachte Drehmoment betragsund wirkrichtungsmäßig einem Bremsmoment an dieser Antriebswelle entspricht. Hierdurch kann ein Rekuperationsbetrieb der mit dieser Antriebswelle unmittelbar drehmo-

mentübertragenden Elektromaschine vermieden werden.

Weitere Merkmale und Vorteile werden nachfolgend in Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigt wenigstens teilweise schematisch:

Figur 1 ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung;

Figur2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Lenk- und Antriebssystems

für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung; und

Figur3 ein Ausführungsbeispiel eines Regelschemas für ein elektrisches Lenk- und Antriebssystem für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung;

Figur 1 zeigt einen Bagger 31. Ein solcher Bagger hat zwei Spuren und wird mittels Ketten angetrieben, welche auf Antriebselementen laufen. Die Lenkung wird bei einem solchen

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Kettenantrieb mittels einer sogenannten Radseitenlenkung verwirklicht. Hierbei drehen die beiden Ketten mit unterschiedlicher Drehzahl und ggf. sogar in unterschiedliche Richtungen. Die Antriebselemente 3 sind im Allgemeinen Teil eines elektrischen Lenk- und Antriebssystems.

Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass die nachfolgenden beschriebenen Lenkund Antriebssysteme sich grundsätzlich auch für radgetriebene Fahrzeuge eignen, welche über keine Achsschenkellenkung verfügen. Sie eignen sich darüber hinaus nicht nur für Bagger, sondern auch für andere Fahrzeuge wie beispielsweise Schneemobile, etc.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Lenk- und Antriebssystems 18 für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung.

Das in Fig. 2 gezeigte elektrische Lenk- und Antriebssystem koppelt drei Elektromaschinen 7, 8, 11 über ein Transfergetriebe 9, welches zwei miteinander verschaltete Planetengetriebe aufweist.

Beide Planetengetriebe weisen jeweils ein Sonnenrad 14, 15, ein Hohlrad 16, 17 und einen Planetenträger 12, 13 auf. Der Planententräger trägt jeweils Planetenräder, welche mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad 16, 17 kämmen. Die beiden Planetengetriebe sind über die beiden Hohlräder 16, 17 drehmomentübertragend verbunden. Hierfür sind die Hohlräder 16, 17 drehfest miteinander verbunden bzw. als ein einziges Hohlrad 16, 17 ausgebildet. Der Planetenträger 12 des in Fig. 2 links abgebildeten Planetengetriebes ist mit einer ersten Antriebswelle 1 drehfest verbunden, der Planetenträger 13 des in Fig. 2 rechten Planetengetriebes ist mit einer zweiten Antriebswelle 2 drehfest verbunden. Auch die erste Antriebswelle 1 kann mittels eines Getriebes 5 mit einer ersten Elektromaschine 7 der drei Elektromaschinen drehmomentübertragend gekoppelt werden. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein von der ersten Elektromaschine 7 zu der ersten Antriebswelle 1 drehzahlminderndes Getriebe, d. h. ein Getriebe, welches eine von der ersten Elektromaschine 7 bereitgestellte Drehzahl bis zur ersten Antriebswelle 1 vermindert und entsprechend das Drehmoment steigert.

Vorzugsweise weist dieses erste Getriebe 5 zwei Gänge auf. Die beiden jeweiligen Übersetzungen sind in Fig. 1 durch Umrandung mit unterschiedlicher Strichlierung dargestellt. Geschaltet werden die beiden Gänge vorzugsweise über die entsprechende Kupplung 19, sofern eine Kupplung pro Gang vorgesehen ist, wie in Fig. 2 dargestellt.

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In entsprechender Weise ist der zweite Elektromotor mit der zweiten Antriebswelle 2 über das zweite Getriebe, welches ebenfalls vorzugsweise drehzahlmindernd ist, dehmomentübertragend verbunden. Auch dieses zweite Getriebe 6 weist vorzugsweise zwei Gänge auf, weiter vorzugsweise mit der gleichen Übersetzung wie die Gänge des ersten Getriebes 5. Weiter vorzugsweise werden auch diese beiden Gänge mit einer entsprechenden Kupplungen 20, sofern eine Kupplung pro Gang vorgesehen ist, wie in Fig. 2 dargestellt geschaltet.

Durch das Vorsehen der Gänge können mittels des Lenk- und Antriebssystems 18 sowohl sehr hohe Steigungen überwunden werden als auch hohe Geschwindigkeiten realisiert

werden.

Die dritte Elektromaschine 11 ist über ein drittes Getriebe 10 mit einem Sonnenrad 14 des Transfergetriebes 9 drehmomentübertragend verbunden. Vorzugsweise handelt es sich auch bei diesem dritten Getriebe 10 um ein von der Elektromaschine 11 zu dem Sonnenrad 14 hin drehzahlmindernden Getriebe, welches entsprechend das bereitgestellte Drehmoment erhöht. In Fig. 2 ist dieses mit der dritten Elektromaschine 11 drehmomentübertragend verbundene Sonnenrad das linke Sonnenrad 14, wohingegen das rechte Sonnenrad 15, d. h. das Sonnenrad des rechten Planetengetriebes, gehäusefest, d. h. drehfest gelagert ist. In vorteilhafter Weise weist das dritte Getriebe 10 ein nicht dargestelltes Trennelement auf, durch das die Verbindung zwischen der dritten Elektromaschine 11 und dem Transfergetriebe 9 getrennt wird. Dies ist dann vorteilhaft, wenn aufgrund eines Fehlers die dritte Elektromaschine 11 nicht mehr gedreht werden kann und somit den Fahrzeugantrieb blockieren würde. Somit lässt sich die dritte Elektromaschine 11 abkoppeln und die erste und zweite Elektromaschine 7, 8 treiben die Antriebswellen 1, 2 an.

Die erste Antriebswelle 1 ist mit ihrem ersten Antriebswellenelement 3 vorzugsweise über ein erstes weiteres Planetengetriebe 21 drehmomentübertragend verbunden. Des Weiteren ist in dieser Verbindung vorzugsweise eine halbstarre Kupplung 23 zwischengeschaltet.

Weiter vorzugsweise wird die erste Antriebswelle 1 mittels einer ersten Bremse 29 ge-

bremst.

Entsprechend ist die zweite Antriebswelle 2 mit dem zweiten Antriebselement 4 vorzugs-

weise über ein zweites weiteres Planetengetriebe 22 und ebenfalls weiter vorzugsweise

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über eine zweite halbstarre Kupplung 24 drehmomentübertragend verbunden. Auch die

zweite Antriebswelle 2 kann mittels einer zweiten Bremse 30 gebremst werden.

Vorzugsweise wird der Betrieb der drei Elektromaschinen 7, 8, 11 mittels geeigneter Sensoren überwacht. Insbesondere wird die erste Elektromaschine 7 durch einen ersten Drehzahlsensor 27, die zweite Elektromaschine 8 durch einen zweiten Drehzahlsensor 28 überwacht. Diese Drehzahlsensoren 27, 28 bestimmen die Ist-Werte der jeweils an den Wellen der Elektromaschine 7, 8 anliegenden Drehzahl nist 1, Nist 2. Ein dritter Sensor 26 überwacht vorzugsweise die dritte Elektromaschine 11 und bestimmt ein an deren Welle anliegendes Ist-Drehmoment Mist 3. Die jeweiligen Ist-Werte werden einem Steuerungsmittel 25, welches insbesondere als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, bereitgestellt, wie durch die gepunkteten Linien in Fig. 2 angedeutet ist. Des Weiteren sind die Steuermittel 25 mit den drei Elektromaschinen 7, 8, 11 signalverbunden. Einerseits können die Steuermittel die an den Elektromaschinen 7, 8, 11 anliegenden Spannungen und den Ströme erfassen und auf diese Weise die an den Elektromaschinen jeweils anliegende bzw. von diesen abgenommene elektrische Leistung bestimmen, andererseits können diese drei Elektromaschinen 7, 8, 11 von den Steuerungsmitteln 25 gesteuert bzw. geregelt werden. Dabei sind für die drei Elektromaschinen 7, 8, 11 jeweils ein Drehmoment Mol 1, Msou_2 , Mson_ 3 oder eine Drehzahl nson_1, Nsoll_2, Nsou_3 als Einstellgröße möglich.

Vorzugsweise sind die Steuermittel 25 auch mit Aktoren der anderen Stellelemente des Lenk- und Antriebssystems 18 signalübertragend zu deren Steuerung bzw. Regelung verbunden, insbesondere mit den Kupplungen 19, 18, welche, wie in Fig. 2 gezeigt, jeweils einer Kupplung pro Gang der Getriebe 5, 6 aufweisen können und den Bremsen 29, 30.

Von dem in Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind auch zahlreiche Abwandlungen möglich, welche der Fachmann mitliest. Insbesondere ist es möglich die drei Eingänge des Transfergetriebes mit den drei Elektromaschinen anders zu belegen als in Bezug auf Fig. 2 dargestellt.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Regelschemas für ein solches elektrisches Lenk- und Antriebssystem 18 für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung

Zur Vereinfachung der Darstellung werden in Fig. 3 lediglich die zur Funktion des Lenkund Antriebssystems 18 im Allgemeinen notwendigsten Vorrichtungen gezeigt. Ein detailliertes Ausführungsbeispiel wird oben in Bezug auf die Fig. 2 beschrieben.

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Die in Fig. 3 gezeigten Vorrichtungen sind ein erstes Antriebselement 3, welches in einem zweispurigen Fahrzeug der einen Spur zugeordnet wäre, ein zweites Antriebselement 4, welches in einem zweispurigen Fahrzeug der anderen Spur zugeordnet wäre, eine erste Antriebswelle 1, welche mit dem ersten Antriebselement 3 drehmomentübertragend verbunden ist, eine zweite Antriebswelle 2, welche mit dem zweiten Antriebselement 4 drehmomentübertragend verbunden ist, wobei die beiden Antriebswellen 1, 2 jeweils mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang des Transfergetriebe 9 verbunden sind und über das Transfergetriebe 9 auch miteinander verbunden sind, wenn die dritte Elektromaschine 11 ein Stützmoment bereitstellt, eine erste Antriebsmaschine 7 und eine zweite Antriebsmaschine 8, welche jeweils mit der mit der ersten Antriebswelle 1 und der zweiten Antriebswelle 2drehmomentübertragend verbunden sind, und eine dritte Elektromaschine 11, welche mit einem dritten Eingang des Transfergetriebes 9 drehmomentübertragend

verbunden ist.

Des Weiteren sind in Fig. 3 die Sensoren 26, 27, 28 aus Fig. 2 dargestellt, welche durch Messung Ist-Werte an den Elektromaschinen feststellen können, insbesondere Ist-Werte der jeweils geregelten Größen.

Sowohl diese Sensoren 26, 27, 28 als auch die elektrischen Maschinen 7, 8, 11 sind mit einer Steuerung, welche Steuermittel 25 aufweist, signalverbunden, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet wird.

Ein Mittel im Sinne der Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein und insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem datenbzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien, aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher

Verfahren ausführen kann.

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Die Steuermittel 25 können des Weiteren, wie bereits in Bezug auf Fig. 2 erwähnt, Komponenten eines Lenk- und Antriebssystems 18 steuern. Im Nachfolgenden wird aber hauptsächlich eine Steuerung, insbesondere Regelung, der Elektromaschinen 7, 8, 11 zum Lenken eines Fahrzeugs und zur Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen den

Elektromaschinen 7, 8, 11 in Bezug auf Fig. 3 beschrieben:

Die erste Elektromaschine 7 und die zweite Elektromaschine 8 werden jeweils drehzahlgeregelt, d. h. der ersten Elektromaschine 7 wird ein Soll-Wert nsaı_ 1 der Drehzahl vorgegeben und der zweiten Elektromaschine wird ebenfalls ein Soll-Wert nsaı_2 vorgegeben. Diese Soll-Werte nsoı_1, Nsol_2 Werden jeweils auf der Grundlage einer Lenkanforderung für das Fahrzeug vorgegeben. Ist das erste Antriebselement 3 Teil der linken Fahrspur in Fahrtrichtung des Fahrzeugs und das zweite Antriebselement 4 Teil der rechten Spur des Fahrzeugs in Fahrtrichtung, so wird zum Ausführen einer Linkskurve der Soll-Wert nsoln 1 der ersten elektrischen Maschine 7 vermindert und der Soll-Wert nsoı_2 der zweiten elektrischen Maschine 8 erhöht — bei konstanter Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Zur Geradeausfahrt drehen die erste elektrische Maschine 7 und die zweite elektrische Maschine 8 im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl. Daher werden diesen zur Geradeausfahrt Sollwerte Nsoll_1, Nsol_2 vorgegeben, welche gleich sind. Statt der Sollwerte nso_1, Nsol_2 für die Drehzahl können auch Sollwerte Msonn, Msoız für das zu erzeugende Drehmoment als Einstellgrößen vorgegeben werden. Wesentlich ist, dass jeweils die Ist-Werte der geregelten Größe, nämlich der Drehzahl nist 1, Nist 2, wenigstens im Wesentlichen den Wert der Soll-

werte Nsoll_1, Nsol_2 annehmen.

Mithin werden an der ersten Antriebswelle 1 und der zweiten Antriebswelle 2 durch die erste Elektromaschine 7 und die zweite Elektromaschine 8 jeweils eine Drehzahl eingestellt, sodass an zwei der drei Eingänge des Transfergetriebes 9 die Drehzahl durch die Steuermittel 25 vorgegeben werden.

Die Drehzahl an dem dritten Eingang des Transfergetriebes 9, welcher drehmomentübertragend mit der dritten Elektromaschine 11 verbunden ist, ist hierdurch festgelegt, und damit auch die Drehzahl einer Welle der dritten Elektromaschine 11.

Die dritte Elektromaschine 11 wird daher durch die Vorgabe eines Sollwerts Msoı_3 für das von dieser Elektromaschine 11 bereitgestellte Drehmoment bei der an dem dritten Transfergetriebeeingang 9 anliegenden Drehzahl gesteuert. Auch hier kann statt des Sollwerts

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Msgoı 3 für das Drehmoment ein Sollwert nsoıu_ 3 für die zu bereitstellende Drehzahl als Einstellgröße vorgegeben werden. Wesentlich ist, dass der Steuer- bzw. Regelparameter Mist 3 wenigstens im Wesentlichen den Wert des Sollwerts Msou_ 3 annimmt.

Alternativ können in der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Anordnung aber auch die erste und die dritte Elektromaschinen 7, 11 drehzahlgeregelt und die zweite Elektromaschine 8 momentengeregelt werden, oder auch die dritte und die zweite Elektromaschine 11, 8 drehzahlgeregelt werden und die erste Elektromaschine 7 momentengeregelt werden.

Dreht die erste Antriebswelle 1 mit der gleichen Drehzahl wie die zweite Antriebswelle 2, so ist die Drehzahl an dem dritten Eingang des Transfergetriebes 9 und damit an der dritten Elektromaschine 11 gleich 0. Dreht die erste Antriebswelle 1 mit einer Drehzahl, welche verschieden ist von der Drehzahl der zweiten Antriebswelle 2, z. B. während einer Kurvenfahrt, so stellt sich an dem dritten Eingang des Transfergetriebes 9, und damit an der dritten Elektromaschine 11, eine definierte Drehzahl ein. Diese Drehzahl wird durch die Differenz der Drehzahlen zwischen der ersten Antriebswelle 1 und der zweiten Antriebswelle 2 vorgegeben, da der dritte Eingang des Transfergetriebes 9 den einzigen Freiheitsgrad des Transfergetriebes 9 darstellt, welcher diese Drehzahldifferenz ausgleichen

kann.

Unabhängig davon, welche Drehzahl sich am dritten Eingang des Transfergetriebes 9 einstellt, kann durch das Bereitstellen eines Stützmoments an dem dritten Eingang durch die dritte Elektromaschine 11 ein Leistungsfluss von der ersten Antriebswelle 1 zu der zweiten Antriebswelle 2 oder umgekehrt eingestellt werden. Ein solcher Leistungsfluss kann dazu verwendet werden, Bremsleistung, die bei der Kurvenfahrt am kurveninneren Antriebelement anfällt für das kurvenäußere Antriebselement zu nutzen, was zu einer Entlastung der kurvenäußeren Elektromaschinen 7 und 8 führt. Darüber hinaus kann das Stützmoment auch zur Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine 7 und der zweiten Elektromaschine 8 eingesetzt werden. Insbesondere kann hierdurch eine Effizienz des elektrischen Lenk- und Antriebssystems 18 optimiert werden, beispielsweise indem die Elektromaschinen 7, 8, 11 jeweils in optimierten Betriebspunkten betrieben werden. Darüber hinaus können Spitzenlasten an der ersten Elektromaschine oder an der zweiten Elektromaschine 4 jeweils durch die anderen vorhandenen Elektromaschinen ausgeglichen werden, sodass jede einzelne der Elektromaschinen 7,8, 11 lediglich geringer dimensioniert werden kann. In ähnlicher Weise ist eine Verteilung thermischer Energie

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zwischen den Elektromaschinen möglich. Darüber hinaus können die erste Elektromaschine 7 oder die zweite Elektromaschine 8 gezielt entlastet werden.

Je nachdem, in welche Richtung das Stützmoment an dem dritten Eingang des Transfergetriebes 9 wirkt, stellt sich ein Leistungsfluss von der ersten Antriebswelle 1 zu der zweiten Antriebswelle 2 oder umgekehrt ein. Von dort wird der Leistungsfluss über die jeweilige drehmomentübertragende Verbindung zu der ersten Elektromaschine 7 und/oder dem Antriebselement 3 bzw. der zweiten Elektromaschine 8 und/oder dem Antriebselement 4 übertragen.

Drehen die erste Antriebswelle 1 und die zweite Antriebswelle 2 mit unterschiedlicher Drehzahl, beispielsweise während einer Kurvenfahrt eines Fahrzeugs, stellt sich, wie im Vorhergehenden beschrieben, eine definierte Drehzahl an dem dritten Eingang des Transfergetriebes 9 ein.

Durch das Bereitstellen eines Stützmoments kann in diesem Fall nicht nur ein Leistungstransfer zwischen den beiden ersten und zweiten Elektromaschinen 3, 4 eingestellt werden, sondern, es kann, durch Bereitstellen einer Leistung am dritten Eingang des Transfergetriebes 9, zusätzliche Leistung in das Lenk- und Antriebssystem 18 eingebracht werden oder, in einem Rekuperationsbetrieb der dritten Elektromaschine 11, aus diesem herausgenommen werden. Sowohl das Stützmoment wie das Bereitstellen einer Leistung an dem dritten Eingang des Transfergetriebes 9 kann durch die Vorgabe des Sollwerts Msoı_3 des Drehmoments für die Regelgröße Mis: 3 der dritten Elektromaschine 11 bewerkstelligt

werden.

Durch das Bereitstellen einer Leistung durch die dritte Elektromaschine 11 und dem damit einhergehenden zusätzlichen Leistungsfluss von oder zu der dritten Elektromaschine 11 kann eine weitere Leistungs- oder Last(um)verteilung zwischen den drei Elektromaschinen 7, 8, 11 vorgenommen werden. Dadurch, dass dies nur bei einer vorgegebenen Drehzahl am dritten Eingang des Transfergetriebes 9 möglich ist, ist dies nur bei unterschiedlichen Drehzahlen der ersten und zweiten Antriebswellen 1, 2, und damit während einer

Kurvenfahrt des Fahrzeugs möglich.

Vorzugsweise werden mittels der Sensoren 26, 27, 28 Ist-Werte an den Wellen der Elektromaschinen 7, 8, 11 gemessen, welche über Signalleitungen ebenfalls an die Steuermit-

tel 25 übertragen werden. Vorzugsweise werden diese Ist-Werte zu Nist 1, Nist 2, Mist ZUr

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Regelung der Elektromaschinen 7, 8, 11 eingesetzt. Im Nachfolgenden werden einige Beispiele zu Steuerungszuständen des elektrischen Lenk- und Antriebssystems gegeben:

In einem ersten Beispiel soll bei Geradeausfahrt eine gleichmäßige Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine 7 und der zweiten Elektromaschine 8 erreicht werden. In diesem Fall werden die erste Elektromaschine 7 und die zweite Elektromaschine 8 so betrieben, dass die erste Antriebswelle 1 und die zweite Antriebswelle 2 die gleiche Drehzahl aufweisen und die dritte Elektromaschine 11 wird lastfrei betrieben.

In einem zweiten Beispiel soll bei Geradeausfahrt ein Leistungsfluss von der ersten Elektromaschine 7 zu der zweiten Elektromaschine 8 erfolgen. Auch in diesem Fall wird die erste Elektromaschine 7 und die zweite Elektromaschine 8 in der Weise betrieben, dass die beiden E-Maschinen drehzahlgeregelt die erste Antriebswelle 1 und die zweite Antriebswelle 2 mit der gleichen Drehzahl antreiben. Darüber hinaus wird durch die dritte Elektromaschine 11 ein Stützmoment an dem dritten Eingang des Transfergetriebes 9 bereitgestellt, in der Weise, dass die Momentanforderung und somit die Leistung der ersten Elektromaschine 7 erhöht werden kann und die Momentanforderung und somit die Leistung der zweiten Elektromaschine 8 in gleichem Maße vermindert werden kann, ohne dass dies eine Veränderung der Drehzahl beider Antriebswellen 1, 2 nach sich zieht.

In einem dritten Beispiel soll während einer Kurvenfahrt ein Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine 7 und zweiten Elektromaschine 8 ausgebildet werden. Dazu wird rein beispielhaft eine Rechtskurve betrachtet. Bei der Kurvenfahrt muss in der Regel das kurveninnere Antriebselement 4 gebremst werden, während das kurvenäußere Antriebselement 3 beschleunigt werden muss. Die Richtung des Stützmomentes an der dritten Elektromaschine 11 wird jetzt so gewählt, dass es bremsend auf die kurveninnere zweite Antriebswelle 2 und beschleunigend auf die kurvenäußere erste Antriebswelle 1 wirkt. Dadurch wird die Bremsleistungsanforderung an Elektromaschinen 8 und die Leistungsanforderung an Elektromaschine 7 jeweils reduziert und beide Elektromaschinen 7, 8werden entlastet. Bremsleistung vom Antriebelement 4 wird über das Transfergetriebe 9 transferiert und am Antriebselement 3 genutzt.

Entspricht das Bremsmoment an der zweiten Antriebswelle 2, welches durch das Stütz-

moment der Elektromaschine 11 hervorgerufen wird, dem Bremsmoment am zweiten

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Antriebselement 4, kann die gesamte Bremsleistung vom zweiten Antriebselement 4 am

ersten Antriebselement 3 genutzt werden.

In diesem Fall wird die Elektromaschine 8 an der kurveninneren Seite völlig entlastet und muss nicht mehr regenerativ betrieben werden. Durch eine weitere Erhöhung des Stützmomentes an der dritten Elektromaschine 11 kann jetzt die Elektromaschine 8 an der kurveninneren Seite Leistung in das System einspeisen, die über das Transfergetriebe 9 zum Antriebselement 3 transferiert wird. Die Leistungsanforderung an Elektromaschine 7 wird

dadurch noch weiter reduziert und diese wird somit weiter entlastet.

Vorzugsweise wird der Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine 8 und der dritten ersten Elektromaschine 7 so eingestellt, dass beide Elektromaschinen 7, 8 eine gleichmäßige Leistungs- und/oder Lastverteilung aufweisen. Weiter vorzugsweise wird die Leistung an der zweiten Elektromaschine 8 und/oder an der dritten Elektromaschine 11 so lange erhöht, bis eine oder beide Leistungen den Leistungswert erreichen, welcher von der ersten Elektromaschine 7 bereitgestellt werden muss. Vorzugsweise werden die drei Elektromaschinen 7, 8, 11 in der Weise betrieben, dass alle den gleichen Leistungswert aufbringen müssen. Weiter vorzugsweise werden die drei Elektromaschinen 7, 8, 11 in der Weise betrieben, dass keine der Elektromaschinen 7, 8, 11 ihr maximal mögliches Dreh-

moment und/oder ihre maximal mögliche Leistung überschreiten.

In einem vierten Beispiel wird bei einer Kurvenfahrt eine der Spuren des Fahrzeugs im Bremsbetrieb betrieben, im vorliegenden Beispiel die rechte Spur. In diesem Fall werden die entsprechenden Drehzahlen an der ersten Antriebswelle 1 und an der zweiten Antriebswelle 2 durch die ersten und zweiten Elektromaschinen 7, 8 eingestellt und die dritte Elektromaschine 11 wird in der Weise betrieben, dass das durch diese aufgebrachte Drehmoment betrags- und wirkungsmäßig einem bereitzustellenden Bremsmoment an der zweiten Antriebswelle 2 entspricht. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprü-

chen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

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10 11 12, 13 14, 15 16, 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

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Bezugszeichenliste

erste Antriebswelle

zweite Antriebswelle erstes Antriebselement zweites Antriebselement erstes weiteres Getriebe zweites weiteres Getriebe erste Elektromaschine zweite Elektromaschine Transfergetriebe

drittes weiteres Getriebe dritte Elektromaschine Planetenrad

Sonnenrad

Hohlrad

Lenk- und Antriebssystem erste Kupplung

zweite Kupplung

erstes zusätzliches Planetengetriebe zweites zusätzliches Planetengetriebe erste halbstarre Kupplung zweite halbstarre Kupplung Steuermittel

dritter Sensor

erster Sensor

zweiter Sensor

erste Bremse

zweite Bremse

Fahrzeug

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Claims (1)

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Patentansprüche

1. Elektrifiziertes Lenk- und Antriebssystem (18) für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung aufweisend: Antriebselemente (3, 4) für Fahrketten oder für Räder; ein Transfergetriebe (9); und zwei Antriebswellen (1, 2), wobei eine erste Antriebswelle (1) mit einem Antriebselement (3) der einen Spur und einer ersten Elektromaschine (7) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist und eine zweite Antriebswelle (2) mit einem Antriebselement (4) der anderen Spur und einer zweiten Elektromaschine (8) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, und wobei beide Antriebswellen (1, 2) mit dem Transfergetriebe (9) drehmomentübertragend verbunden sind; wobei das Transfergetriebe (9) zwei, insbesondere spiegelsymmetrisch angeordnete, Planetengetriebe mit jeweils den Elementen Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad aufweist, wobei zwei gleiche erste Elemente (12, 13) der beiden Planetengetriebe jeweils mit einer der beiden Antriebswellen (1, 2) drehmomentübertragend verbunden sind, wobei zwei gleiche zweite Elemente (16, 17) der beiden Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden sind, und wobei ein drittes Element (14) des einen Planetengetriebes mit einer dritten Elektromaschine (11) drehmomentübertragend verbunden ist und ein gleiches drittes Element (15) des anderen Planetengetriebes gehäusefest ist.

2, Lenk- und Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die ersten Elemente die Plane-

tenträger (12, 13), die zweiten Elemente die Hohlräder (16, 17) und die dritten Elemente die Sonnenräder (14, 15) sind, so dass die beiden Planetenradträger (12, 13) der beiden Planetengetriebe jeweils mit der Antriebswelle (1, 2) einer der beiden Spuren drehmomentübertragend verbunden sind, die beiden Hohlräder (16,17) der beiden Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden sind und das Sonnenrad (14) des einen Planetengetriebes mit der dritten Elektromaschine (11) drehmomentübertragend verbunden ist und das Sonnenrad (15) des anderen Planetengetriebes gehäusefest ist.

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3. Lenk- und Antriebssystem (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Transferge-

triebe (9) im Leistungsfluss und/oder räumlich zwischen den beiden Antriebswellen (1, 2) angeordnet ist.

4. Lenk- und Antriebssystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

zwischen der dritten Elektromaschine (11) und dem dritten Element (14) ein Trenn-

element zur Trennung der drehmomentübertragenden Verbindung vorgesehen ist.

5. Lenk- und Antriebssystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

die dritte Elektromaschine (11) mit dem dritten Element (14) über ein drehzahlminderndes Getriebe (10) drehmomentübertragend verbunden ist.

6. Lenk- und Antriebssystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

die erste Elektromaschine (7) mit der ersten Antriebswelle (1) über ein erstes drehzahlminderndes Getriebe (5), vorzugsweise mit zwei Gängen mit unterschiedlicher Übersetzung, und/oder eine Kupplung (19) drehmomentübertragend verbunden ist und/oder die zweite Elektromaschine (8) mit der zweiten Antriebswelle (2) über ein zweites drehzahlminderndes Getriebe (6), vorzugsweise mit zwei Gängen mit unterschiedlicher Übersetzung, und/oder eine Kupplung (20) drehmomentübertragend verbunden ist.

7. Lenk- und Antriebssystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

die erste Antriebswelle (1) mit dem Antriebselement (3) der einen Spur über ein erstes zusätzliches Planetengetriebe (21) und/oder eine halbstarre Kupplung (23) drehmomentübertragend verbunden ist und/oder wobei die zweite Antriebswelle (2) mit dem Antriebselement (4) der anderen Spur über ein zweites zusätzliches Planetengetriebe (22) und/oder eine halbstarre Kupplung (24) drehmomentübertragend verbunden ist.

8. Lenk- und Antriebssystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

die dritte Elektromaschine (11) einen Drehmomentsensor (26) zum Bestimmen von Ist-Werten eines an ihrer Welle anliegenden Drehmoments aufweist und/oder die

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10.

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erste Elektromaschine (7) einen ersten Drehzahlsensor (27) und/oder die dritte Elektromaschine (8) einen zweiten Drehzahlsensor (28), insbesondere Inkrementalgeber, zum Bestimmen von Ist-Werten einer Drehzahl an ihrer jeweiligen Welle aufweisen, wobei die Steuerungsmittel (25) des Weiteren eingerichtet sind, um die Elektromaschinen (7, 8, 11) auf der Grundlage der Ist-Werte und von entsprechenden Soll-Werten zu regeln.

Lenk- und Antriebssystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System Steuerungsmittel aufweist, welche eingerichtet sind, zwei der drei Elektromaschinen, insbesondere die erste Elektromaschine (7) und die zweite Elektromaschine (8), in Abhängigkeit einer Lenkanforderung drehzahlgeregelt zu betreiben, so dass auch eine Drehzahl an der verbleibenden, insbesondere dritten, Elektromaschine (11), festgelegt ist, und um die verbleibende, insbesondere dritte Elektromaschine (11), momentengeregelt zu betreiben, um eine vorgegebene Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen den zwei Elektromaschinen, insbesondere zwischen der ersten Elektromaschine (7) und der zweiten Elektromaschine (8), einzustellen.

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Lenk- und Antriebssystems (18) für ein Fahrzeug mit zwei Spuren und Radseitenlenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Elektromaschinen, insbesondere die erste Elektromaschine (7) und die zweite Elektromaschine (8), in Abhängigkeit einer Lenkanforderung drehzahlgeregelt werden, so dass auch eine Drehzahl an der verbleibenden, insbesondere dritten, Elektromaschine (11) festgelegt ist, wobei die verbleibende, insbesondere dritte, Elektromaschine (11) momentengeregelt wird, um eine vorgegebene Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine (7) und der zweiten Elektromaschine (8) einzustellen.

Verfahren nach Anspruch 10, wobei die dritte Elektromaschine (11) lastfrei betrieben wird, wenn die vorgegebene Leistungs- und/oder Lastverteilung keinen Leistungsfluss zwischen der ersten Antriebswelle (1) und der zweiten Antriebswelle (2) vorsieht, und wobei die dritte Elektromaschine (11) in der Weise betrieben wird, dass sie ein Stützmoment bereitstellt, wenn die vorgegebene Leistungs- und/oder

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Lastverteilung einen Leistungsfluss zwischen der ersten Antriebswelle (1) und der zweiten Antriebswelle (2) vorsieht.

Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Wirkrichtung des Stützmoments von einer vorgegebenen Richtung eines Leistungsflusses zwischen der ersten Antriebswelle (1) und der zweiten Antriebswelle (2) abhängt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Stützmoment und/oder ein Leistungsbeitrag der dritten Elektromaschine (11) in der Weise gewählt wird, dass sich eine gleichmäßige Leistungs- und/oder Lastverteilung zwischen der ersten Elektromaschine (7) und der zweiten Elektromaschine (8) einstellt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei ein Stützmoment und/oder ein Leistungsbeitrag der dritten Elektromaschine (11) in der Weise gewählt wird, dass keine der drei Elektromaschinen (7, 8 11) jeweils ihr maximal mögliches Dreh-

moment und/oder ihre maximal mögliche Leistung überschreitet.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei, wenn eine der beiden Antriebswellen (1, 2) des Fahrzeugs im Bremsbetrieb betrieben wird, die dritte Maschine (11) in der Weise betrieben wird, dass das durch diese aufgebrachte Drehmoment betrags- und wirkrichtungsmäßig wenigstens einem Bremsmoment an die-

ser Antriebswelle (1, 2) entspricht.