DE102011004191A1

DE102011004191A1 - Elektromechanische Fahrzeugantriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102011004191A1
Application number: DE102011004191A
Authority: DE
Inventors: Raphael Fischer; Michael Bogner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-08-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Fahrzeugantriebseinrichtung für den Einsatz in Elektrofahrzeugen für den Individualverkehr. Erfindungsgemäß werden zwei Elektromotoren durch ein selektiv sperrbares ein Umlaufrädergetriebe gekoppelt und der Leistungsbeitrag der Elektromotoren wird mittels einer Steuereinrichtung unter Berücksichtigung eines Wirkungsgradkriteriums abgestimmt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Fahrzeugantriebseinrichtung, insbesondere für den Einsatz in Elektrofahrzeugen für den Individualverkehr.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 10 2007 053 681 A1 ist eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die als solche eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor umfasst. Die Brennkraftmaschine und der Elektromotor sind über ein Differentialgetriebe an einen Abtriebsstrang angebunden. Durch dieses Differentialgetriebe werden die Leistungsbeiträge der Brennkraftmaschine und des Elektromotors summiert.
Aus US 799,245 A ist ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen Hybridantrieb mit einem ersten Elektromotor und einem zweiten Elektromotor umfasst, wobei der erste Elektromotor einem rechten Hinterrad des Fahrzeuges zugeordnet ist und der zweite Elektromotor einem linken Hinterrad des Fahrzeuges zugeordnet ist. Diese Elektromotoren sind über Kupplungseinrichtungen schaltbar an eine Brennkraftmaschine ankoppelbar.
Aus JP 11 278 084 A ist ein Hilfsantrieb für ein Fahrzeug bekannt, der zwei sog. Kugeluntersetzungsgetriebe umfasst, die in einem Umlaufgehäuse aufgenommen sind. Die Kugeluntersetzungsgetriebe sind einem linken bzw. einem rechten Antriebsrad zugeordnet und jeweils mit einem Elektromotor gekoppelt. Bei temporärer Fixierung des Umlaufgehäuses und entsprechender Aktivierung des jeweiligen Elektromotors wird es möglich, das linke und das rechte Antriebsrad jeweils über die genannten Elektromotoren anzutreiben.
Bei Elektrofahrzeugen bei welchen die für den Betrieb derselben vorgesehene Energie durch Batteriesysteme vorgehalten wird, besteht das Problem, dass der Aktionsradius derselben ausgeprägt vom zeitlichen Belastungsprofil des Antriebssystems beeinflusst wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen zu schaffen, durch welchen ein gegenüber bisherigen Konzepten günstigeres Verhältnis zwischen Energiebezug und Reichweite erreicht werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Fahrzeugantriebseinrichtung, mit:

– einem ersten Elektromotor mit einem ersten Leistungsausgang,
– einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Leistungsausgang, und
– einer Getriebeeinrichtung über welche die beiden Leistungsausgänge der beiden Elektromotoren mit einem Getriebeausgang gekoppelt sind,
– wobei die Getriebeeinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Koppelung des ersten Leistungsausgangs, des zweiten Leistungsausgangs und des Getriebeausgangs über eine Umlaufgetriebestufe erfolgt.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, dem momentanen Leistungsbedarf durch einen abgestimmten Betrieb eines Elektromotors, oder beider Elektromotoren zu entsprechen und die Elektromotoren derart anzusteuern, dass der abtriebsseitig bestehende Leistungsbedarf mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad gedeckt wird. Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, den Bereich in welchem das Fahrzeug mit einem hohen Systemwirkungsgrad betrieben werden kann zu verbreitern und damit den Aktionsradius des Kraftfahrzeuges zu vergrößern. In besonders vorteilhafter Weise wird es durch die erfindungemäße Technik zudem möglich, die thermische Belastung der Systemkomponenten, insbesondere der Elektromotoren zu vermindern. Hierdurch wird es möglich, eine ggf. angebundene Kühleinrichtung auf niedrigere Wärmetransferleistungen auszulegen und hierbei einen Kostenvorteil zu realisieren.
Erfindungsgemäß werden zwei separate Elektromotoren über ein vorzugsweise sperrbares Differential- bzw. Planentengetriebe derart kombiniert und verschaltet, dass sowohl einer, oder beide Motoren unübersetzt auf den Abtrieb wirken bzw. einer der beiden Motoren durch das Differential untersetzt wirkt. Ebenso können die beiden Motoren in unterschiedliche Richtungen drehen und damit extreme Untersetzungen realisieren. Der jeweils nicht drehende Motor kann in vorteilhafter Weise mechanisch gesperrt und stromlos geschaltet werden. Durch dieses Konzept wird es möglich die Motoren in einer aufeinander abgestimmten Weise jeweils im Bereich hoher Wirkungsgrade zu betreiben und damit den Gesamtwirkungsgrad des Systems zu optimieren.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, zur Abstimmung des Betriebs des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors derart, dass die am Getriebeausgang abgegriffene Leistung im Bereich eines maximalen Systemwirkungsgrades generiert wird. Diese Steuereinrichtung ist vorzugsweise als elektronische Steuereinrichtung ausgebildet. Durch diese Steuereinrichtung wird vorzugsweise ein Steueralgorithmus abgearbeitet welcher darauf ausgelegt ist, den Betrieb der beiden Elektromotore, sowie den Eingriffszustand etwaiger Kupplungen und Arretierorgane so festzulegen, dass die momentan geforderte Antriebsleistung mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad abgegeben wird.
Die Getriebeeinrichtung ist gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung als Differentialgetriebe ausgeführt. Dieses Differentialgetriebe ist vorzugsweise so ausgelegt, dass dieses besonderes leichtgängig ist und im Gegensatz zu sog. Achsdifferentialen einen hohen mechanischen Wirkungsgrad aufweist. Dieses Differentialgetriebe kann in vorteilhafter Weise als Stirn- oder Kegelraddifferentialgetriebe ausgeführt sein.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Differentialgetriebe derart ausgebildet, dass dieses selektiv sperrbar ist. Bei Betrieb des Differentialgetriebes in gesperrtem Zustand kann die Antriebsleistung des jeweils angekoppelten Motors direkt, d. h. ohne Untersetzungswirkung des Differentialgetriebes auf den Getriebeausgang geführt werden.
Es ist möglich, zwischen dem ersten Leistungsausgang des ersten Elektromotors und der Getriebeeinrichtung sowie auch zwischen dem zweiten Leistungsausgang des zweiten Elektromotors und der Getriebeeinrichtung jeweils eine Getriebevorstufe vorzusehen. Diese Getriebevorstufen können so ausgelegt sein, dass diese jeweils im wesentlichen gleiche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Es ist auch möglich, die beiden Motoren für unterschiedliche Leistungen zu dimensionieren und ggf. auch die Übersetzungsverhältnisse der Getriebevorstufen ungleich festzulegen. Durch diesen Ansatz wird es möglich, auf Grundlage der möglichen Betriebszustandspermutationen wenigstens vier Betriebsmodi zu realisieren in welchen die für den Betrieb der Elektromotoren vorgesehene Energie mit hohem Wirkungsgrad umgesetzt werden kann. Einer der Motoren kann insbesondere als sog. Schnellläufer ausgelegt sein, d. h. als Motor dessen optimaler Betriebsbereich bei hoher Drehzahl und niedrigem Moment liegt. Der weitere Motor kann als Langsamläufer ausgelegt sein, d. h. als Motor dessen optimaler Betriebsbereich bei niedriger Drehzahl und hohem Moment liegt.
Ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung kann erreicht werden, indem die Elektromotoren so verbaut werden, dass die Umlaufachsen der Anker der Elektromotoren zueinander gleichachsig angeordnet sind. Bei dieser gleichachsigen Anordnung befindet sich die Getriebeeinrichtung vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden Elektromotoren. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die beiden Elektromotoren axial aneinandergereiht anzuordnen, und die Abtriebswelle des ersten Elektromotors koaxial durch die Abtriebswelle des zweiten Elektromotors hindurchzuführen. Die Getriebeeinrichtung kann dann in dem, dem ersten Elektromotor abgewandten Stirnbereich des zweiten Elektromotors angeordnet werden. Die Getriebeeinrichtung und einer, oder beide Elektromotoren können so gestaltet sein, dass diese gemeinsame Gehäusekomponenten ausweisen. So ist es insbesondere bei der Anordnung der Getriebeeinrichtung als zwischen den Elektromotoren liegende Getriebeeinrichtung möglich, über das Getriebegehäuse auch den jeweiligen Motorstirnflansch zu realisieren.
Die Fahrzeugantriebseinrichtung ist vorzugsweise so gestaltet, dass wenigstens einer der Elektromotoren schaltbar an die Getriebeeinrichtung ankoppelbar ist. Hierdurch wird es möglich, den entsprechenden Elektromotor erst zuzuschalten, wenn der Leistungsbeitrag desselben erforderlich ist. In Betriebsphasen in welchen der Leistungsbeitrag dieses Elektromotors nicht erforderlich ist, verursacht dieser keine Reibungsverluste.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugantriebseinrichtung ist vorzugsweise weiterhin derart gestaltet, dass wenigstens einer der Elektromotoren schaltbar festlegbar ist. Hierdurch wird es möglich, den festgelegten Elektromotor stromlos zu schalten und über die als Differential ausgeführte Getriebeeinrichtung eine Untersetzung des anderen, bestromten Elektromotors zu erreichen. Die Festlegung des einen Elektromotors kann insbesondere durch einen Freilaufmechanismus, insbesondere einen Klemmrollenfreilauf erreicht werden. Dieser Klemmrollenfreilauf gelangt unmittelbar in einen Freigabezustand, wenn der entsprechende andere Elektromotor angetrieben wird.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugantriebseinrichtung ist vorzugsweise so gestaltet, dass diese in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei im zweiten Betriebsmodus einer der beiden Elektromotoren entgegen dem Drehsinn im ersten Betriebsmodus betrieben wird. Hierdurch wird es möglich, hohe effektive Untersetzungsverhältnisse bei einem hohen Systemwirkungsgrad zu realisieren. Durch selektive Aktivierung der beiden Elektromotoren, sowie Sperrung des Differentialgetriebes können beispielsweise wenigstens vier Betriebsmodi realisiert werden.
Die Zahl möglicher Betriebsmodi kann weiter erhöht werden, indem die Elektromotoren ungleich ausgelegt und/oder durch Vorstufen mit unterschiedlichen Untersetzungsverhältnissen an das Differentialgetriebe angebunden werden.
Soweit die Elektromotoren als Drehfeldmotoren ausgeführt sind, erfolgt die Leistungszufuhr vorzugsweise durch eine Umrichterschaltung. Diese Umrichterschaltung kann so gestaltet sein, dass durch diese auch ein Betrieb der beiden Elektromotoren in einem Rekuperationsmodus ermöglicht wird. Auch der Betrieb im Rekuperationsmodus kann unter entsprechender Ansteuerung der Differentialgetriebeeinrichtung so abgewickelt werden, dass die Leistungsverzweigung auf die beiden temporär als Generatoren betriebenen Elektromotoren derart eingestellt wird, dass sich hinsichtlich des Rekuperationswirkungsgrades ein Wirkungsgrad im Bereich des temporär maximal möglichen Wirkungsgrades ergibt.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Grundaufbaus einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung;
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des unter Einsatz der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinrichtung erreichbaren Wirkungsgrades;
3 eine Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus der Getriebeeinrichtung als Stirnraddifferentialgetriebe;
4 eine Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus der Getriebeeinrichtung als Kegelraddifferentialgetriebe;
5 eine Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinrichtung mit einer dem Umlaufgetriebe vorgelagerten Getriebestufe;
6 eine Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinrichtung mit unmittelbar angeschlossenem Achsdifferential, nebst angebundenen Achsantriebswellen und Akkuträgerwanne.
In 1 ist in Form einer Schemadarstellung der Aufbau einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Fahrzeugantriebseinrichtung veranschaulicht. Diese Fahrzeugantriebseinrichtung umfasst einen ersten Elektromotor M1 mit einem ersten Leistungsausgang 1, einen zweiten Elektromotor M2 mit einem zweiten Leistungsausgang 2, und eine Getriebeeinrichtung G über welche die beiden Leistungsausgänge 1, 2 der beiden Elektromotoren M1, M2 mit einem Getriebeausgang 3 gekoppelt sind. Die Getriebeeinrichtung G ist derart ausgebildet, dass die Koppelung des ersten Leistungseingangs 1, des zweiten Leistungsausgangs 2 und des Getriebeausgangs 3 über eine Umlaufgetriebestufe erfolgt.
Die Getriebeeinrichtung G ist hier als sperrbares Differential (z. B. Kegel- oder Stirnraddifferential.) bzw. Planetengetriebe ausgeführt. Die Elektromotoren M1, M2 können dabei an die Seitenwellen der Getriebeeinrichtung G angeschlossen werden und das Abtriebsmoment M wird mit der Abtriebsdrehzahl n über den Differentialkorb oder Planetenträger ausgeleitet.
Bei der Ausführung der Getriebeeinrichtung G als Planetengetriebe erfolgt der Abtrieb beispielsweise über den Planetenträger, die Antriebsmomente werden hierbei über Sonne und Hohlrad eingeleitet. Die Sperrwirkung des nicht angetriebenen E-Motors wird vorzugsweise über einen parallel geschalteten Schaltfreilauf realisiert, andere Sperrmechanismen sind ebenfalls möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugantrieb kann in vorteilhafter Weise über das Differential eine Untersetzungswirkung erreicht werden indem ein Motoreingang blockiert wird. In diesem Fall verdoppelt sich bei gleicher Ausgangsdrehzahl die Eingangsdrehzahl des freien Motors.
Die Ansteuerung der Elektromotoren M1, M2, sowie der Kupplungen K1, K2 und der Sperrvorrichtung S erfolgt über eine elektronische Steuereinrichtung C. Diese Steuereinrichtung C ist derart konfiguriert, dass der jeweilige Leistungsbedarf bei hohem Systemwirkungsgrad, insbesondere bei hohem elektrischen Wirkungsgrad der Elektromotoren M1, M2 gedeckt wird.
In 2 ist ein Wirkungsgradkennfeld dargestellt. Über die Steuereinrichtung C kann die Fahrzeugantriebseinrichtung insbesondere in den folgenden Betriebsmodi Z1, Z2, Z3 betrieben werden:
Z1: – Beide Motoren drehen (mit gleicher Drehzahl) in die gleiche Richtung. Das Verteilergetriebe ist nicht aktiv, die Momente der Motoren addieren sich.
Z2: – Einer der Elektromotoren wird gesperrt. Das Verteilergetriebe leitet Moment und Drehzahl des anderen Elektromotors untersetzt an den Abtrieb = hohe Motordrehzahl, niedriges (Motor-)Drehmoment.
Z3: – Einer der Motoren ist aktiv, das Verteilergetriebe ist gesperrt, der zweite Motor ist mechanisch abgekoppelt. Drehzahl und Moment des aktiven Motors werden direkt auf den Abtrieb geleitet.
Das in 2 gezeigte Kennfeld beschreibt den bei bestimmten Lasten und Drehzahlen erreichbaren Wirkungsgrad der Elektromotoren. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung ermöglicht es, den Betrieb des Fahrzeuges im Bereich hoher Wirkungsgrade abzuwickeln. Bei Anfahrvorgängen können diese Bereiche gegenüber bisherigen Konzepten rascher erreicht werden.
Punkt 1 → Wird nur ein Motor ohne die untersetzende Wirkung des Verteilergetriebes eingesetzt (Z 3) und das Fahrzeug mit zunehmendem Antriebsmoment beschleunigt, durchläuft der Motor Bereiche ungünstiger Wirkungsgrade. Um dies zu verhindern wird in diesem Fall Z2 eingesetzt:
Punkt 1' → Bei Nutzung der Untersetzung steigt die Drehzahl im Verhältnis zur Fahrgeschwindigkeit schneller an als in Fall 1, das Moment verhält sich umgekehrt proportional. Der Motor gelangt zügig in die Bereiche günstiger Wirkungsgrade.
Punkt 2 → Wird der zweite Motor zugeschaltet, findet eine Drehmomentverteilung statt, beide Motoren arbeiten mit gleichem Moment, wie in 1', durch die aufgehobene Untersetzung halbiert sich aber die Drehzahl. Der Wirkungsgrad wird wieder schlechter.
Punkt 3 → Die in Punkt 2 dargestellte Parallelschaltung eignet sich für den Fall, dass die Zugkraftanforderung einen Betriebszustand in Punkt 3 erfordert.
Punkt 4 → Schwachlast bei hoher Drehzahl (Z2). Hier erfolgt die Schaltung der Motoren umgekehrt wie im obigen Fall (Punkt1 → Punkt1'). Anstatt einen Motor in Z2, d. h. mit hoher Drehzahl und geringer Last zu nutzen, wird das Verteilergetriebe gesperrt und der zweite Motor abgekoppelt. Übersteigt die Zugkraftanforderung die Kapazität des einen Motors kann der zweite Motor bei weiterhin gesperrtem Verteilergetriebe angekoppelt werden und Drehmoment beisteuern.
Die Elektromotoren sind vorzugsweise so ausgelegt, dass diese hochdynamisch in Drehzahl, Drehmoment und Position gesteuert werden können. Hierdurch wird es möglich, die An- und Abkoppelung durch eine starre Kupplung zu bewerkstelligen. Diese Kupplung kann beispielsweise als Kupplung mit auf einer Schiebemuffe verschiebbaren Klauen ausgeführt sein. Die Elektromotoren und Getriebeorgane werden hierzu vorzugsweise entsprechend synchronisiert. Zum Einkuppeln wird der Motor auf die selbe Drehzahl und Position wie die anzukuppelnde Welle gebracht. Durch die hohe Dynamik ist dies selbst aus dem Ruhezustand innerhalb von Sekundenbruchteilen möglich. Dann wird die Schiebemuffe betätigt und damit die Verbindung hergestellt. Sobald die formschlüssige Verbindung steht, kann Antriebsmoment aufgebracht werden. Zum Auskuppeln verläuft der Vorgang umgekehrt. Zunächst erfolgt eine Lastübernahme des weiterhin treibenden Motors. Ist der auszukuppelnde Motor lastfrei, kann die Schiebemuffe betätigt und die Verbindung damit getrennt werden.
Alternativ können auch konstruktiv abweichende Kupplungen, wie z. B. Freiläufe oder anderweitige schaltbare Kupplungen, insbesondere Lamellenkupplungen eingesetzt werden.
In 3 ist im wesentlichen schematisch und insgesamt stark vereinfacht eine Variante der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinrichtung dargestellt, bei welcher die Zusammenführung der seitens der beiden Elektromotoren M1, M2 jeweils abgegebenen mechanischen Arbeit über ein Differentialgetriebe erfolgt, wobei das Differentialgetriebe als Stirnradgetriebe ausgeführt ist. Die Elektromotoren M1, M2 sind über Kupplungen K1, K2 schaltbar mit den Getriebeeingangswellen W1, W2 koppelbar. Über die Getriebeeingangswellen W1, W2 werden Sonnenräder S1, S2 angetrieben. Auf diesen Sonnenrädern S1, S2 wälzen die Planetenräder P1, P2 ab. Die Planetenräder P1, P2 sind über Planetenradachsen starr miteinander gekoppelt und zudem über jene Achsen in einem Differentialkorb 5 gelagert. An dem Differentialkorb 5 ist eine hier lediglich beispielhaft als Stirnrad 6 ausgebildete Abtriebsstruktur vorgesehen. Diese Abtriebsstruktur kann insbesondere auch als Kegelrad, als Kettenrad, oder auch als Riemenscheibe ausgeführt sein. Es ist möglich, über diese Abtriebsstruktur direkt, oder unter Zwischenschaltung einer weiteren Getriebestufe ein Achsdifferential anzutreiben das ggf. direkt an ein entsprechendes Gehäuse der Getriebeeinrichtung angeflanscht ist, oder mit dem Gehäuse der Getriebeeinrichtung eine Gehäuseeinheit bildet.
Der Elektromotor M2 ist weiterhin mit einer Motorsperreinrichtung MS versehen, über welche die Ausgangswelle des Elektromotors M2 selektiv arretierbar ist. Die Getriebeeinrichtung umfasst auch eine Differentialsperreinrichtung 7 über welche das Umlaufrädergetriebe sperrbar ist. Diese Differentialsperreinrichtung 7 ist hier nur beispielhaft als axial in einer Verzahnung verschiebbare Klaue dargestellt die selektiv mit dem Differentialkorb 5 in Eingriff bringbar ist.
In 4 ist stark vereinfacht eine Variante der zur Leistungszusammenführung vorgesehenen Umlaufrädergetriebestufe dargestellt. Die Leistungszuführung erfolgt über die Seitenwellen 8, 9. Der Leistungsabgriff erfolgt über den umlaufenden Differentialkorb 5. In diesem Differentialkorb 5 sind Umlaufräder 10, 11 gelagert die mit den Eingangsrädern S11, S12 in Eingriff stehen. Der Differentialkorb 5 kann wiederum über die hier als Kegelrad 6' ausgeführte Abtriebsstruktur an den Radantriebsstrang, insbesondere ein Achsdifferential angekoppelt sein. An einem der Eingänge der Umlaufrädergetriebestufe, hier auf der Seitenwelle 9 ist eine Freilaufeinrichtung 40 vorgesehen die eine Drehung der Seitenwelle 9 in „Rückwärtsrichtung” sperrt. dadurch wird es möglich, in einem Zustand in welchem der zweite Elektromotor M2 stromlos gehalten ist unmittelbar eine Untersetzung über das Umlaufrädergetriebe zu realisieren. Die Freilaufeinrichtung 40 kann mit einem Entsperrmechanismus 41 versehen und damit so aufgebaut sein, dass bei einer aktiven Veranlassung des Elektromotors M2 zur Rückwärtsdrehung (durch entsprechend gepolte elektrische Leistungszufuhr) der Sperrzustand aufgehoben wird.
In 5 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinrichtung dargestellt, bei welcher die Elektromotoren M1, M2 jeweils über eine Zwischengetriebestufe 12, 13 mit dem als Sammelgetriebe fungierenden Umlaufrädergetriebe G gekoppelt sind. Die Zwischengetriebestufen 12, 13 können so ausgelegt sein, dass diese unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Hierdurch wird es möglich, weitere Betriebsmodi zu schaffen durch welche dem variierenden Verlauf der geforderten Antriebsleistung noch besser entsprochen werden kann.
6 zeigt stark vereinfacht eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug bei welchem die vorangehend beschriebene elektromechanische Antriebseinrichtung zudem ein Achsdifferential 20 umfasst und an eine Akkuträgerwanne 21 angebunden ist. Die Akkuträgerwanne 21 und die elektromechanische Antriebseinrichtung bilden weiterhin die Anbindungsstellen für eine hier lediglich beispielhaft und stark vereinfacht skizzierte Radaufhängung. Die hier gezeigte Antriebseinheit eignet sich insbesondere als Hinterachsbaugruppe die von unten her an eine entsprechende Fahrzeugkarosserie angesetzt werden kann. Das Eigengewicht der Antriebseinrichtung, der Akkuwanne 21 und der darin aufgenommenen Akkuladung wird überwiegend innerhalb dieser Baugruppe in die Radaufhängung abgeleitet. Über die elektromechanische Antriebseinrichtung werden Anbindungspunkte 22, 23 für die Radaufhängungskomponenten, hier die Dreieckslenker 24, 25, bereitgestellt. Die Akkuwanne 21 umfasst Abstützorgane 26, 27 – hier Federteller – über welche die seitens der Radfederung generierten Reaktionskräfte aufgenommen werden. Das Hinterachsdifferential 28 und die Getriebeeinrichtung G der elektromechanischen Antriebseinrichtung sind zu einem Getriebemodul zusammengefasst.
Die Generierung der über die Radantriebswellen 29, 30 abgegriffenen Leistung wird durch eine elektronische Steuereinrichtung C abgestimmt. Die Steuereinrichtung C ist derart konfiguriert, dass diese den Betrieb der Elektromotoren M1 und M2, sowie ggf. den Schalt- und Sperrzustand der Getriebeeinrichtung G so abstimmt, dass die Elektromotoren M1, M2 jeweils in Drehzahlbereichen operieren die einen hohen Systemirkungsgrad bieten. Bei der Abstimmung des Betriebs der Elektromotoren M1 und M2 sowie der Getriebeeinrichtung G können auch weitere Wirkungsgradkriterien berücksichtigt werden, die beispielsweise auch die Drehzahlabhängigkeit der inneren Reibungsverluste der Getriebeeinrichtung berücksichtigen.
Die Steuereinrichtung C ist weiterhin derart ausgebildet, dass diese auch für sog. Rekuperationsbetriebsphasen Getriebeeinstellungen und Ankopplungszustände der Elektromotoren M1, M2 veranlasst bei welchen sich ein hoher Wirkungsgrad für den Generatorbetrieb ergibt.
Die Steuereinrichtung C ist vorzugsweise auch so gestaltet, dass diese den thermischen Belastungszustand der Elektromotoren M1, M2 erfasst oder modelliert und für den momentanen thermischen Belastungszustand besonders passende Betriebsmodi selektiert. So können beispielsweise Vorgänge die zunächst nur den Betrieb von einem der Motoren M1, M2 erfordern so abgewickelt werden, dass die Elektromotoren abwechselnd zum Einsatz kommen und damit die thermische Belastung vergleichmäßigt wird. Die vorangehend beschriebene elektromechanische Antriebseinrichtung eignet sich insbesondere für Kleinfahrzeuge die ausschließlich elektrisch angetrieben werden, wobei die elektrische Energie durch Akkusysteme oder anderweitige elektrische Energiequellen wie beispielsweise Brennstoffzellen bereitgestellt wird. die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Fahrzeugkategorie beschränkt. Das erfindungsgemäße Doppelmotorenkonzept mit der wirkungsgradoptimierten Leistungszusammenführung kann insbesondere auch bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann hierbei insbesondere ähnlich wie in Verbindung mit dem letzten Ausführungsbeispiel beschrieben, direkt an das Achsdifferential angesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007053681 A1 [0002]
US 799245 A [0003]
JP 11278084 A [0004]

Claims

Elektromechanische Fahrzeugantriebseinrichtung, mit: – einem ersten Elektromotor (M1) mit einem ersten Leistungsausgang (1), – einem zweiten Elektromotor (M2) mit einem zweiten Leistungsausgang (2), und – einer Getriebeeinrichtung (G) über welche die beiden Leistungsausgänge der beiden Elektromotoren (M1, M2) mit einem Getriebeausgang gekoppelt sind, – wobei die Getriebeeinrichtung (G) derart ausgebildet ist, dass die Koppelung des ersten Leistungsausgangs (1), des zweiten Leistungsausgangs (2) und des Getriebeausgangs (3) über eine Umlaufgetriebestufe erfolgt.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (C) vorgesehen ist, zur Abstimmung des Betriebs des ersten Elektromotors (M1) und des zweiten Elektromotors (M2) derart, dass die am Getriebeausgang (3) abgegriffene Leistung im Bereich eines maximalen Systemwirkungsgrades generiert wird.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung als Differentialgetriebe, insbesondere als Stirn- oder Kegelraddifferentialgetriebe ausgeführt ist.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe sperrbar ist.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Leistungsausgang (1) des ersten Elektromotors (M1) und der Getriebeeinrichtung (G) oder zwischen dem zweiten Leistungsausgang (1) des zweiten Elektromotors (M2) und der Getriebeeinrichtung (G) eine Zwischengetriebestufe (12, 13) vorgesehen ist.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromotore (M1, M2) jeweils einen Anker aufweisen und bezüglich der Umlaufachsen dieser Anker zueinander gleichachsig angeordnet sind, oder dass die beiden Elektromotore (M1, M2) axial aneinandergereiht angeordnet sind und die Abtriebswelle des ersten Elektromotors (M1) koaxial durch die Abtriebswelle des zweiten Elektromotors (M2) hindurchgeführt ist und die Getriebeeinrichtung in dem, dem ersten Elektromotor (M1) abgewandten Stirnbereich des zweiten Elektromotors (M2) angeordnet ist.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Elektromotoren (M1, M2) schaltbar an die Getriebeeinrichtung (G) ankoppelbar ist.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugantriebseinrichtung in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei im zweiten Betriebsmodus einer der beiden Elektromotoren (M1, M2) entgegen dem Drehsinn im ersten Betriebsmodus betrieben wird.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromotoren auf unterschiedliche Drehzahl-Drehmomentcharakteristika ausgelegt sind, insbesondere dass einer der Motoren als Schnellläufer und einer der Motoren als Langsamläufer ausgelegt ist.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der beiden Elektromotoren derart aufeinander abgestimmt wird, dass sich ein für den momentanen Leistungsbedarf optimaler Wirkungsgrad ergibt, wobei die Abstimmung des Leistungsbezugs der Elektromotoren durch eine elektronische Schaltungseinrichtung unter Berücksichtigung einer den Systemwirkungsgrad repräsentierenden Funktion erfolgt.
Fahrzeugantriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung in einem Rekuperationsmodus betreibbar ist, und dass für diesen Rekuperationsmodus die Leistungsverzweigung auf die beiden temporär als Generatoren betriebenen Elektromotoren (M1, M2) derart eingestellt wird, dass sich hinsichtlich des Rekuperationswirkungsgrades ein Wirkungsgrad im Bereich des temporär maximal möglichen Wirkungsgrades ergibt.