DE102009036992A1

DE102009036992A1 - Antrieb für ein Fahrzeug und Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009036992A1
Application number: DE102009036992A
Authority: DE
Inventors: Thieu Maas
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-17
Also published as: JP2011038637A; CN101992686A; US20110212803A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb (1) für ein Fahrzeug umfassend zwei über ein Planetengetriebe (6) gekoppelte Elektromotoren (2, 3) sowie eine mit dem Planetengetriebe (6) gekoppelte Achsantriebseinheit (10) zum Radantrieb, wobei eine Antriebswelle (4) für ein Sonnenrad (7) des Planetengetriebes (6) mit einem ersten Elektromotor (2) und eine Antriebswelle (5) für ein Hohlrad (8) des Planetengetriebes (6) mit einem zweiten Elektromotor (3) gekoppelt ist. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs rotieren das Sonnenrad (7) und das Hohlrad (8) in einer Anlaufphase zueinander gegensinnig. Dadurch werden die Elektromotoren schon vor dem Start in einem Kennfeldbereich mit höherem Drehmoment betrieben, was sich bei Veränderung der Relativdrehzahl positiv auf die Beschleunigung des Fahrwerks auswirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Fahrzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeugs.
Es ist bekannt, zusätzlich zu Verbrennungsmotoren Elektromotoren für so genannte Hybridantriebe in Fahrzeuge eingebaut. Die DE 10 2007 021 359 A1 beschreibt eine solche Hybridbauweise, bei welcher ein Elektromotor über Antriebswellen ineinander greifende Untersetzungsplanetengetriebesätze antreibt.
Auch reine Elektrofahrzeuge sind bekannt. Bei Elektrofahrzeugen ist vor allem die Beschleunigung schwerer Fahrzeuge, insbesondere auf unebenen Fahrbahnen, problematisch, da Elektromotoren beim Starten bzw. Anfahren des Fahrzeugs je nach Bauform unter Umständen ein relativ geringes Drehmoment zum Antreiben der Räder zur Verfügung stellen. Um dem entgegenzuwirken werden beispielsweise große Elektromotoren eingebaut, welche das notwendige Drehmoment von Anfang an zur Verfügung zu stellen. Allerdings wird hierfür zusätzlicher Bauraum im Fahrzeug benötigt. Eine andere Lösung dieses Anfahrproblems besteht beispielsweise in einer mit einem Mehrgangschaltgetriebe kombinierten Kupplung. Diese Kupplung sorgt dafür, dass der Elektromotor vor dem Anfahren des Fahrzeugs bereits in einem günstigen Kennfeldbereich betrieben wird. Nach dem Einkuppeln kann das Anfahren des Fahrzeugs dann mit ausreichendem Drehmoment erfolgen. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass Kupplungen mit der Zeit verschleißen.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für ein Elektrofahrzeug aufzuzeigen, welcher beim Anfahren ein höheres Drehmoment liefert, aber ohne Kupplung auskommt.
Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe wird durch einen Antrieb mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 beschrieben.
Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Maßnahmen von Patentanspruch 5 gelöst.
Der erfindungsgemäße Antrieb für ein Fahrzeug umfasst zwei über ein Planetengetriebe gekoppelte Elektromotoren sowie eine mit dem Planetengetriebe gekoppelte Achsantriebseinheit. Eine Antriebswelle eines Sonnenrades des Planetengetriebes ist mit dem ersten Elektromotor gekoppelt. Eine Antriebswelle eines Hohlrades des Planetengetriebes ist mit dem zweiten Elektromotor gekoppelt. Dabei können die Antriebswellen des Sonnenrades und des Hohlrades in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Elektromotoren so angetrieben werden, dass Planetenräder des Planetengetriebes bzw. ein Planetenträger keine Drehbewegung auf die Achsantriebseinheit übertragen. Um zu verhindern, dass der Planetenträger eine Drehbewegung auf die Achsantriebseinheit und somit auf die Räder des Fahrzeugs überträgt, sind die Drehgeschwindigkeiten der Antriebswelle des Sonnenrades und der Antriebswelle des Hohlrades während einer Hochlaufphase aufeinander abgestimmt.
Mit dem Erreichen bestimmter Motordrehzahlen, bei welchen beide Elektromotoren ein hinreichendes Drehmoment entwickeln, kann dann eine Anfahrphase eingeleitet werden. Hierzu wird die Drehzahl eines der Elektromotoren verringert oder sogar auf Null reduziert. Dadurch beginnen die Planetenräder um das Sonnenrad zu kreisen. Die aus der Wälzbewegung der Planetenräder resultierende Rotation wird über den Planetenträger auf die Achsantriebseinheit übertragen. Die hierbei aufgebrachte Energie reicht, um auch schwerere Fahrzeuge auf unebenen Fahrbahnen aus dem Stand heraus zu beschleunigen.
Die Achsantriebseinheit kann ein Differentialgetriebe aufweisen, wobei das Differentialgetriebe auch als elektronisch gesteuertes Differentialgetriebe ausgeführt sein kann.
Um die Fahrzeuge auch mit zunehmender Geschwindigkeit effektiv antreiben zu können, wird der zweite Elektromotor nach dem Anfahren zugeschaltet. Der zweite Elektromotor treibt die Antriebswelle des Hohlrades in der gleichen Drehrichtung wie die der Antriebswelle des Sonnenrades an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs werden in einer Anlaufphase Antriebswellen eines ersten Elektromotors und eines zweiten Elektromotors gegensinnig angetrieben, wobei die durch den ersten Elektromotor angetriebene Antriebswelle ein Sonnenrad und die durch den zweiten Elektromotor angetriebene Antriebswelle ein Hohlrad eines Planentengetriebes antreiben, und zwar so, dass ein Planetenträger des Planetengetriebes still steht, so dass in der Anlaufphase keine Übertragung einer Antriebsbewegung auf eine über eine Achsantriebseinheit mit den Antriebswellen gekoppelte Radachse erfolgt. Die Planetenräder bewegen sich nicht um das Sonnenrad herum.
Der Anlaufphase schließt sich eine Anfahrphase an, bei welcher der zweite Elektromotor die Antriebswelle des Hohlrades nicht antreibt und nur die Antriebswelle des Sonnenrades durch den ersten. Elektromotor angetrieben wird. Jetzt rotieren die Planetenräder um das Sonnenrad und treiben den Planetenträger an. Bei höheren Geschwindigkeiten wird dann die Antriebswelle des Hohlrades wieder durch den zweiten Elektromotor angesteuert. Diesmal rotieren die Antriebswelle des Hohlrades und die Antriebswelle des Sonnenrades des Planetengetriebes gleichsinnig.
Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass bereits vor dem Anfahren des Fahrzeugs hierzu ausreichend Antriebsenergie bereitgestellt wird, welche dann ohne Kupplungsverluste direkt auf die Achsantriebseinheit übertragen wird. Dies ermöglicht den Einsatz kleiner Elektromotoren, welche weniger Bauraum benötigen und ein geringeres Gewicht aufweisen als Elektromotoren zum Antrieb von Fahrzeugen ohne Anlaufphase.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebs in der Anlaufphase;
2 eine schematische Darstellung eines Antriebs in einer Anfahrphase;
3 eine schematische Darstellung eines Antriebs während der Fahrt;
4 eine schematische Darstellung eines Antriebs in der Schnellstufe sowie
5 eine schematische Darstellung eines Antriebs beim Rückwärtsfahren.
Der in 1 dargestellte Antrieb 1 für ein Fahrzeug umfasst einen in der linken Bildebene dargestellten ersten Elektromotor 2 und einen in der rechten Bildebene dargestellten zweiten Elektromotor 3. Die von dem ersten und dem zweiten Elektromotor 2, 3 angetriebenen Antriebswellen 4, 5 sind über ein in der Bildebene mittig zwischen den Elektromotoren 2, 3 dargestellten Planetengetriebe 6 miteinander gekoppelt. Dabei sind die vom ersten Elektromotor 2 angetriebene Antriebswelle 4 mit einem Sonnenrad 7 und die vom zweiten Elektromotor 3 angetriebene Antriebswelle 5 mit einem Hohlrad 8des Planetengetriebes 6 verbunden. Zwischen dem Sonnenrad 7 und dem Hohlrad 8 sind Planetenräder 9 angeordnet, welche mit Zähnen ihres äußeren Zahnkranzes in einen inneren Zahnkranz des Hohlrades 8 und einen äußeren Zahnkranz des Sonnenrades 7 eingreifen. Die Planetenräder 9 werden von einem Planetenträger 12 getragen, der wiederum in Wirkverbindung mit einer Achsantriebseinheit 10 steht. Der Planetenträger 12 ist mit dem Zahnrad 13 verbunden. Die Drehbewegung des Planetenträgers 12 wird 1:1 auf das Zahnrad 13 übertragen.
Die Achsantriebseinheit 10 weist ein Differentialgetriebe 11 zur Übertragung der Rotationsbewegung auf die Radachse auf.
In einer Anlaufphase rotieren die Antriebswellen 4, 5 des Sonnenrades 7 und des Hohlrades 8 gegensinnig, was an den eingezeichneten Pfeilen zu erkennen ist. Die Gegensinnigkeit ergibt sich daraus, dass die Elektromotoren 2, 3 mit ihren Abtriebsseiten einander zugewandt sind. Für sich betrachtet dreht sich jeder Elektromotor 2, 3 hier im Uhrzeigersinn.
Die Rotationsgeschwindigkeiten der Antriebswellen 4, 5 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Planetenräder 9 des Planetengetriebes 6 sich nicht um das Sonnenrad 7 bewegen und folglich keine Drehbewegung auf die Achsantriebseinheit 10 und somit auf die Räder übertragen wird.
Durch die in der Anlaufphase erreichte Drehzahl werden die Elektromotoren in einem günstigen Kennfeldbereich betrieben, so dass ein erhöhtes Drehmoment vor dem Anfahren des Fahrzeugs anliegt. Dieses Drehmoment wird beim Anfahren des Fahrzeugs über die Planetenräder 9 und den Planetenträger 12 auf die Achsantriebseinheit 10 übertragen (2). Soll das Fahrzeug losfahren, wird die Rotation der Antriebswelle 5 des Hohlrades 8 gestoppt. Die Planetenräder 9 beginnen, sich um das Sonnenrad 7 zu bewegen, wobei die Drehbewegung von Planetenträgern 12 über die Achsantriebseinheit 10 auf die Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Da das Sonnenrad 7 bereits vor dem Anfahren rotiert, kann von Beginn des Anfahrens an eine größere Kraft auf die Achsantriebseinheit 10 übertragen werden, als dies der Fall ist, wenn das Sonnenrad 7 erst mit dem Anfahren zu rotieren beginnt. Somit können auch schwerere Fahrzeuge beim Anfahren auf unebener Fahrbahnoberfläche mit Elektromotoren angetrieben werden.
Um beim Fahren des Fahrzeugs mehr Antriebsenergie zur Verfügung zu stellen, wird die Antriebswelle 5 des Hohlrades 8 durch den zweiten Elektromotors 3 in gleichsinniger Richtung wie die Antriebswelle 4 des Sonnenrades 7 angetrieben (3).
Zum Erreichen der Schnellstufe (4) wird die mit dem Hohlrad 8 gekoppelte Antriebswelle 5 vom zweiten Elektromotor 3 mit der zweifachen Geschwindigkeit des mit der ersten Antriebswelle 4 gekoppelten Sonnenrades 7 des ersten Elektromotors 2 angetrieben.
Um das Rückwärtsfahren des Fahrzeugs zu ermöglichen, wird die Antriebswelle 5 des zweiten Elektromotors 3 abgeschaltet und die mit dem Sonnenrad 7 gekoppelte Antriebswelle 4 wird durch den ersten Elektromotor 2 in eine entgegengesetzte Richtung rotiert (5).
Bei der Erfindung kann eine Kupplung vollständig entfallen. Durch Verändern der Relativdrehzahl der beiden Elektromotoren sind alle gewünschten Fahrzustände ruckfrei ähnlich wie bei einem Automatikgetriebe bei optimaler Drehmomententwicklung realisierbar. Die Ansteuerung des Antriebs erfolgt über eine nicht näher dargestellte Steuereinheit, die je nach gewünschter Geschwindigkeit die Drehzahlen und Drehrichtungen der Elektromotoren aufeinander abstimmt.
Bezugszeichenliste

1: Antrieb
2: Elektromotor
3: Elektromotor
4: Antriebswelle
5: Antriebswelle
6: Planetengetriebe
7: Sonnenrad
8: Hohlrad
9: Planetenrad
10: Achsantriebseinheit
11: Differentialgetriebe
12: Planetenträger
13: Zahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007021359 A1 [0002]

Claims

Antrieb für ein Fahrzeug umfassend zwei über ein Planetengetriebe (6) gekoppelte Elektromotoren (2, 3) sowie eine mit den Planetenrädern (9) des Planetengetriebes (6) gekoppelte Achsantriebseinheit (10) zum Radantrieb, wobei eine Antriebswelle (4) für ein Sonnenrad (7) des Planetengetriebes (6) mit einem ersten Elektromotor (2) und eine Antriebswelle (5) für ein Hohlrad (8) des Planetengetriebes (6) mit einem zweiten Elektromotor (3) gekoppelt ist, wobei das Sonnenrad (7) und das Hohlrad (8) in einer Anlaufphase ohne Radantrieb gegensinnig rotierbar sind.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) des Sonnenrades (7) und die Antriebswelle (5) des Hohlrades (8) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotierbar sind.
Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsantriebseinheit (10) ein Differentialgetriebe (11) aufweist.
Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (11) ein elektrisches Differentialgetriebe ist.
Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs mit einem Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anlaufphase Antriebswellen (4, 5) des ersten Elektromotors (2) und des zweiten Elektromotors (3) so angetrieben werden, dass ein Planetenträger (12) des Planetengetriebes (6) still steht, so dass in der Anlaufphase keine Übertragung einer Antriebsbewegung auf eine über eine Achsantriebseinheit (10) mit den Antriebswellen (4, 5) gekoppelte Radachse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren des Fahrzeugs die Antriebswelle (4) des Sonnenrades (7) rotiert, damit der Planetenträger (12) in Rotation versetzt wird, während die Antriebswelle des Hohlrades (8) still steht.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (7) und das Hohlrad (8) von Elektromotoren (2, 3) im sich an die Anlaufphase anschließenden Fahrbetrieb gleichsinnig rotierend angetrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) des Hohlrades (8) schneller rotiert als die Antriebswelle (4) des Sonnenrades (7).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) des Hohlrades (8) mit der zweifachen Geschwindigkeit der Antriebswelle (4) des Sonnenrades (7) rotiert.