DE102004037181A1

DE102004037181A1 - Antrieb für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102004037181A1
Application number: DE102004037181A
Authority: DE
Inventors: Eugen Dipl.-Ing. Ludescher
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Elektrofahrzeug mit zumindest einem Elektromotor (1). Die Aufgabe, einen Antrieb für ein Elektrofahrzeug mit zumindest einem Elektromotor (1) zu schaffen, dessen Kosten und Bauraum minimiert sind und mit dem gleichzeitig ein verbesserter Wirkungsgrad der Antriebsübertragung erzielbar ist, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Elektromotor (1) ausschließlich über eine im Antriebsstrang eingebundene geregelte reibschlüssige Kupplung (4) oder über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer geregelten Überbrückungskupplung mit zumindest einem Antriebsrad (3) des Fahrzeugs antriebstechnisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Elektrofahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kraftfahrzeuge mit einem Elektromotor im Antriebsstrang sind seit längerem bekannt und können als reine Elektrofahrzeuge oder als Hybridfahrzeuge ausgebildet sein. Da im Alltagsbetrieb genutzte reine Elektrofahrzeuge in der Regel von Fahrzeugen mit konventionellem Antriebsstrang abgeleitet sind, ist es nicht verwunderlich, dass diese Elektrofahrzeuge in ihrem Antriebsstrang eine Elektromaschine als Fahrmotor aufweisen, dem eine Kupplung und ein Stufenwechselgetriebe zur Drehmomentwandlung antriebstechnisch nachgeordnet ist.
Auch Hybridfahrzeuge nutzen zum Antrieb neben einem Verbrennungsmotor einen oder mehrere Elektromotoren. So offenbart die DE 43 18 065 A1 ein Hybridfahrzeug, in deren Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine und ein Elektromotor wahlweise ein Stufenwechselgetriebe mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagen können.
Ferner sind Kraftfahrzeuge mit konventionellen Antriebssträngen bekannt, bei denen zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Automatgetriebe ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Überbrückungskupplung angeordnet ist. Derartige Drehmomentwandler bestehen im wesentlichen aus einem Pumpenrad und einem Turbinenrad sowie einem Leitrad als Stützelement. Die Überbrückungskupplung wird in einem solchen Antriebsstrang zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs bevorzug bei hohen Fahrgeschwindigkeiten geschlossen, so dass die Brennkraftmaschine mechanisch direkt mit dem Getriebe verbunden ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe der Erfindung zugrunde, einen Antrieb für ein Elektrofahrzeug mit zumindest einem Elektromotor als Antriebsmaschine zu schaffen, dessen Kosten und Bauraum minimiert sind und mit dem gleichzeitig ein verbesserter Wirkungsgrad der Antriebsübertragung erzielbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine elektronisch geregelte reibschlüssige Kupplung sowie ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit elektronisch geregelter Überbrückungskupplung, jeweils in Alleinstellung zwischen dem Elektromotor und zumindest einem Antriebsrad in den Antriebsstrang eingebunden, besonders vorteilhaft für den Antrieb eines Elektrofahrzeuges eignen.
Ein solcher Antriebsstrang ist an Elektrofahrzeugen bisher unbekannt geblieben, da gegenüber dem Stand der Technik und entgegen der vorherrschenden Meinung der Fachwelt auf ein dem elektrischen Antriebsmotor nachgeordnetes gesondertes Getriebe gänzlich verzichtet wird.
Demnach zeichnet sich der erfindungsgemäße Antrieb für ein Elektrofahrzeug mit zumindest einem Elektromotor im wesentlichen dadurch aus, dass der Elektromotor ausschließlich über eine im Antriebsstrang eingebundene elektronisch geregelte reibschlüssige Kupplung oder über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit elektronisch geregelter Überbrückungskupplung mit zumindest einem Antriebsrad des Fahrzeugs antriebstechnisch verbunden ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung vorgesehen, mit welcher der Antrieb derart betreibbar ist, dass dann, wenn vom Antriebsrad ein weitestgehend gleichförmiges Antriebsmoment abverlangt wird, die Kupplung definiert geschlossen oder der Drehmomentwandler durch definiertes Schließen der Überbrückungskupplung überbrückt ist. Wenn dagegen ein davon abweichendes Antriebsmoment gefordert wird, so wird dies durch die Regelung der Betätigungsstellung der Kupplung oder durch Öffnen der Überbrückungskupplung des Drehmomentwandlers berücksichtigt.
Wie die Erfindung noch vorsieht, sind der Steuerungs- und Regelungseinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Antriebsbedingungen ein oder mehrere Sensoren zugeordnet. Dazu gehört vorzugsweise ein Drehzahlsensor an der Antriebswelle des Elektromotors sowie ein Drehzahlsensor am Ausgang des Drehmomentwandlers bzw. der Kupplung, und ein Leistungssensor am Leistungsstellglied des Fahrzeugs. Zudem kann auch ein Drehmomentsensor am Eingang des Drehmomentwandlers bzw. der Kupplung angeordnet sein.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. Die einzige Figur zeigt sehr schematisch den erfindungsgemäß ausgebildeten Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug.
Demnach weist dieser Antriebsstrang zumindest einen drehzahlvariablen Elektromotor 1 auf, der über einen Wechselrichter 2 mit einer nicht näher gezeigten Gleichstromquelle, wie einem an sich bekannten Akkumulator, elektrisch verbunden ist. Zudem ist in dem Antriebsstrang zwischen dem Elektromotor 1 und zumindest einem anzutreibenden Antriebsrad 3 des Fahrzeugs eine elektronisch geregelte reibschlüssige Kupplung 4 eingebunden. Auf ein geson dertes Getriebe wird kosten- und bauraumsparend verzichtet. Die Kupplung 4 ist vorzugsweise als nasslaufende Lamellenkupplung ausgebildet.
Sowohl der Elektromotor 1 als auch die Kupplung 4 werden in Abhängigkeit vom Leistungswunsch des Fahrzeugführers 6, signalisiert durch das Auslenken des Fahrpedals 5, und von der gerade vorherrschenden Fahrsituation über die Software einer elektronischen Steuerungs- und Regelungseinrichtung 7 geregelt. Dazu sind dieser mehrere Sensoren 8 zugeordnet, die als Drehzahlsensoren und/oder Drehmomentsensoren ausgebildet sind.
Während des normalen Fahrbetriebs, beispielsweise beim Fahren in der Ebene, wird für eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit an dem Antriebsrad 3 ein weitgehend gleichförmiges mittleres Antriebsdrehmoment benötigt. In diesem Fall ist die Kupplung 4 geschlossen, so dass das Antriebsdrehmoment ohne Schlupf direkt vom Elektromotor 1 auf das Antriebsrad 3 übertragen wird, wobei in bestimmten Grenzen Drehmomentänderungen bzw. Geschwindigkeitsänderungen ohne eine thermische Überbelastung des Elektromotors 1 direkt durch denselben realisierbar sind.
Demgegenüber wird beispielsweise beim Fahren am Berg ein höheres Antriebsdrehmoment benötigt. Dieses ist durch die geregelte Kupplung 4 derart berücksichtigbar, dass parallel zu einer etwaigen Drehzahlanhebung bzw. Leistungsanhebung des Elektromotors 1 die Kupplung 4 in einen Schlupfbetrieb überführbar ist.
Das gerade erläuterte Ausführungsbeispiel stellt auf eine elektronisch geregelte reibschlüssige Kupplung 4 ab. Durch die Erfindung als Variante mit erfasst ist auch ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei dem zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 1 und dem mindestens einem Fahrzeugantriebsrad 3 ein an sich bekannter und daher nicht näher dargestellter hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer elektronisch geregelten Überbrückungskupplung angeordnet ist.
Die Vorteile des hydrodynamischen Drehmomentwandlers sind im wesentlichen darin zu sehen, dass beim Anfahren und bei Fahrt mit niedrigen Drehzahlen, z. B. bei der Fahrt am Berg, ein starker Anstieg des Drehmoments zu verzeichnen ist. Dieses wird insbesondere durch den Drehzahlausgleich zwischen dem Elektromotor 1 und dem hydrodynamischen Drehmomentwandler erreicht, wodurch ein erhöhtes Drehmoment am Antriebsrad 3 zur Verfügung stellbar ist. Die Eigenschaften eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers bei einer Laständerung können daher mit einer Übersetzungsänderung in einem herkömmlichen Getriebe verglichen werden.
Wie einem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik bekannt ist, kann ein hydrodynamischer Drehmomentwandler aufgrund des systemeigenen Schlupfes nur ein Wirkungsgrad von 80 – 85% erzielen. Um diesen Wirkungsgrad zu verbessern, ist ein solcher hydrodynamische Drehmomentwandler üblicherweise mit einer Überbrückungskupplung ausgestattet. Diese Überbrückungskupplung wird gesteuert von der Software der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 7 bzw. deren elektronischer Schaltung ab ca. 60% der Nenndrehzahl des Pumpenrades des Drehmomentwandlers geschlossen, welches beispielsweise beim oben bereits beschriebenen Normalbetrieb während des Fahrens in der Ebene angezeigt ist.
Bei einem anschließenden Absinken der Drehzahl unter ca. 40% der Nenndrehzahl wird die Überbrückungskupplung ausgerückt und der Drehmomentwandler dadurch wieder hydrodynamisch in den Antriebsstrang eingekoppelt.
Die beschriebenen Ausgestaltungsvarianten des vorgeschlagenen Antriebes haben im Hinblick auf den Stand der Technik mehrere Vorteile. So können die Kosten und der notwendig Bauraum im Kraftfahrzeug bei verbessertem Wirkungsgrad der Antriebsübertragung erheblich minimiert werden. Weiterhin ist gewährleistet, dass schon beim Anfahren erhebliche Drehmomente auf das Antriebsrad 3 übertragbar sind und insbesondere auch ein stufenloses Anfahren realisiert werden kann. Schließlich ist eine günstigere Darstellbarkeit und bessere Regelbarkeit des Antriebs zu verzeichnen.

1: Elektromotor
2: Wechselrichter
3: Antriebsrad
4: Kupplung; hydrodynamischer Drehmomentwandler mit Überbrü
: ckungskupplung
5: Fahrpedal
6: Fahrzeugführer
7: Steuerungs- und Regelungseinrichtung
8: Sensor

Claims

Antrieb für ein Elektrofahrzeug mit zumindest einem Elektromotor (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) ausschließlich über eine im Antriebsstrang eingebundene geregelte reibschlüssige Kupplung (4) oder über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit geregelter Überbrückungskupplung mit zumindest einem Antriebsrad (3) des Fahrzeugs antriebstechnisch verbunden ist.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuerungs- und Regelungseinrichtung (7) vorgesehen ist, mit welcher der Antrieb derart betreibbar ist, dass dann, wenn am Antriebsrad (3) ein weitestgehend gleichförmiges Antriebsmoment benötigt wird, die Kupplung (4) definiert geschlossen oder der Drehmomentwandler durch definiertes Schließen der Überbrückungskupplung überbrückt ist, und dass dann, wenn ein davon abweichendes Antriebsdrehmoment benötigt wird, dieses durch die Regelung der Betätigungsstellung der Kupplung (4) oder Öffnen der Überbrückungskupplung des Drehmomentwandlers berücksichtigbar ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronischen Steuerungs- und Regelungseinrichtung (7) zur Ermittlung der aktuellen Antriebsbedingungen wenigstens ein Sensor (8) zugeordnet ist.
Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (8) antriebsseitig und/oder abtriebsseitig von der Kupplung (4) oder des Drehmomentwandlers angeordnet sind und als Drehzahlsensoren oder Drehmomentsensoren gebildet sind.