DE102011006748A1 - Drive unit for a vehicle with an electric motor and a method for operating such a drive unit - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug, welches einen ein Fahrzeugrad antreibenden Elektromotor mit einem Rotor umfasst, bei der die Übertragung der Drehbewegung von dem Elektromotor auf das Fahrzeugrad durch eine Sperrvorrichtung sperrbar ist. Um einen energieeffizienteren Stillstand des Fahrzeugs auf einer schiefen Ebene zu erzielen, weist die Sperrvorrichtung ein profiliertes Sperrenrad 22 und ein Sperrelement 24 auf, wobei das Sperrelement 24 einen Eingriffsbereich 26 aufweist, wobei der Eingriffsbereich 26 zum Sperren der Sperrvorrichtung durch eine Bewegung entgegen der Schwerkraft in das Profil des Sperrenrades 22 einbringbar ist.The present invention relates to a drive unit for a vehicle, which comprises an electric motor driving a vehicle wheel with a rotor, in which the transmission of the rotary movement from the electric motor to the vehicle wheel can be blocked by a locking device. In order to achieve a more energy-efficient standstill of the vehicle on an inclined plane, the locking device has a profiled locking wheel 22 and a locking element 24, the locking element 24 having an engagement area 26, the engagement area 26 for locking the locking device by a movement against gravity in the profile of the ratchet wheel 22 can be inserted.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antriebseinheit.The invention relates to a drive unit for a vehicle with an electric motor and to a method for operating such a drive unit.
In den letzten Jahren ist das Interesse an Elektroautos insbesondere aufgrund eines wachsenden Umweltbewusstseins mehr und mehr gestiegen.In recent years, the interest in electric cars has increased more and more, in particular due to a growing environmental awareness.
Bei Elektroautos können unter anderem neben zentralen und radnahen Motoren auch Radnabenantriebe eingesetzt werden. Radnabenantriebe sind üblicherweise an beziehungsweise in einem Fahrzeugrad eines Fahrzeugs angeordnet. Radnabenantrieb weisen herkömmlicherweise eine Motoreinheit auf, über welche die Radnabe und damit das Fahrzeugrad des Fahrzeuges angetrieben werden kann.In electric cars, among other things, in addition to central and Radnahen motors and wheel hub drives can be used. Hub drives are usually arranged on or in a vehicle wheel of a vehicle. Wheel hub drive conventionally have a motor unit, via which the wheel hub and thus the vehicle wheel of the vehicle can be driven.
Um ein Elektrofahrzeug, beispielsweise beim Halten an einer Ampel, in einem Stau oder während eines Parkvorgangs, auf einer schiefen Ebene, beispielsweise an einem Hang oder Berg, anzuhalten und ein Zurückrollen des Fahrzeugs zu vermeiden, muss üblicherweise entweder eine mechanische Bremse betätigt werden oder der Elektromotor im bestromten Zustand gehalten werden. Das Bestromen des Elektromotors zur Aufrechterhaltung eines Stillstands eines Fahrzeugs auf einer schiefen Ebene verbraucht jedoch viel Strom und kann zu einer Erwärmung des Motors führen.To stop an electric vehicle, for example when stopping at a traffic light, in a traffic jam or during a parking operation, on an inclined plane, for example on a slope or mountain, and to avoid rolling back of the vehicle, usually either a mechanical brake must be actuated or the Electric motor to be maintained in the energized state. However, energizing the electric motor to maintain a stoppage of a vehicle on an inclined plane consumes a lot of power and may result in heating of the engine.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebseinheit zur Verfügung zu stellen, mit welcher ein Stillstand eines Fahrzeugs auf einer schiefen Ebene energieeffizienter aufrechterhalten werden kann.The object of the invention is therefore to provide a drive unit with which a standstill of a vehicle on an inclined plane can be maintained more energy efficient.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug, welche einen ein Fahrzeugrad antreibenden Elektromotor mit einem Rotor umfasst, bei der die Übertragung der Drehbewegung von dem Elektromotor auf das Fahrzeugrad durch eine Sperrvorrichtung sperrbar ist, welche ein profiliertes Sperrenrad und ein Sperrelement aufweist, wobei das Sperrelement einen Eingriffsbereich aufweist, wobei der Eingriffsbereich zum Sperren der Sperrvorrichtung durch eine Bewegung entgegen der Schwerkraft in das Profil des Sperrenrades einbringbar ist.The subject of the present invention is a drive unit for a vehicle which comprises an electric motor driving a motor with a rotor, in which the transmission of the rotational movement from the electric motor to the vehicle wheel can be blocked by a locking device having a profiled locking wheel and a locking element, wherein the blocking element has an engagement region, wherein the engagement region for blocking the blocking device can be introduced by a movement against the force of gravity into the profile of the barrier wheel.
Durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit kann die Position des Fahrzeugs auf einer schiefen Ebene, beispielsweise an einem Hang oder Berg, vorteilhafterweise energieeffizienter, beispielsweise beim Halten an einer Ampel, in einem Stau oder während eines Parkvorgangs, gehalten und ein Zurückrollen des Fahrzeugs vermieden werden. Dabei kann das Sperrelement sich insbesondere in einer sperrenden Stellung befinden, in der der Eingriffsbereich entgegen der Schwerkraft in das Profil des Sperrenrades eingebracht ist. Durch Deaktivieren der Sperrvorrichtung kann der Eingriffsbereich des Sperrelements, insbesondere durch die Schwerkraft, in eine nichtsperrende zum Sperrenrad beabstandete Stellung verbracht werden, in welcher ein Zurückrollen des Fahrzeugs, beispielsweise zum Einparken oder Wenden, zugelassen wird.By means of the drive unit according to the invention, the position of the vehicle on an inclined plane, for example on a slope or hill, can advantageously be kept more energy-efficient, for example when being stopped at a traffic light, in a traffic jam or during a parking operation, and rolling back of the vehicle can be avoided. In this case, the blocking element can in particular be in a blocking position, in which the engagement region is introduced against the force of gravity in the profile of the barrier wheel. By deactivating the locking device, the engagement region of the locking element, in particular by gravity, can be brought into a non-locking position spaced from the barrier wheel, in which a rolling back of the vehicle, for example for parking or turning, is allowed.
Dadurch, dass der Eingriffsbereich durch eine Bewegung entgegen der Schwerkraft in das Profil des Sperrenrades einbringbar ist, kann zudem vorteilhafterweise eine unbeabsichtigte Aktivierung der Sperrvorrichtung während der Fahrt vermieden und so die Ausfallsicherheit des Systems verbessert werden.Due to the fact that the engagement region can be introduced into the profile of the barrier wheel by a movement against the force of gravity, inadvertent activation of the locking device during travel can advantageously also be avoided, thus improving the reliability of the system.
Bei der Antriebseinheit kann es sich sowohl um einen Direktantrieb, beispielsweise einen Radnabenmotor, als auch um eine mit einem Getriebe ausgestattete Antriebseinheit handeln.The drive unit can be either a direct drive, for example a wheel hub motor, or a drive unit equipped with a transmission.
Unter einem Sperrenrad kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil verstanden werden, welches um die Rotationsachse drehbar gelagert ist. Dabei kann unter im Wesentlichen verstanden werden, dass das Bauteil insbesondere profilbedingt von einem idealen Rotationskörper abweichen kann.In the sense of the present invention, a barrier wheel can be understood to mean, in particular, a substantially rotationally symmetrical component which is rotatably mounted about the axis of rotation. In this case, it can essentially be understood that the component can deviate from an ideal body of revolution, in particular as a result of the profile.
Beispielsweise kann es sich bei dem profilierten Sperrenrad um ein gezahntes und/oder mit Nuten versehenes Rad handeln. Die Zähne beziehungsweise Nuten können dabei auf der äußeren Mantelfläche, auf einer inneren Mantelfläche oder auf einer Seitenfläche des Rades ausgebildet sein. Insbesondere kann das profilierte Sperrenrad ein Zahnrad, beispielsweise ein Stirnrad, ein Innenzahnrad, ein Kronrad oder ein Schneckenrad, sein.For example, the profiled lock wheel may be a toothed and / or grooved wheel. The teeth or grooves may be formed on the outer circumferential surface, on an inner circumferential surface or on a side surface of the wheel. In particular, the profiled lock wheel, a gear, such as a spur gear, an internal gear, a crown wheel or a worm wheel, be.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrenrad ein Zahnrad. So kann das Sperrenrad auf besonders einfache und kostengünstige Weise ausgestaltet werden. Eine Ausgestaltung in Form eines Zahnrades bietet zudem den Vorteil, dass Zahnräder welche in der Antriebseinheit auch für andere Zwecke dienen, zusätzlich als Sperrenrad verwendet werden können.In a preferred embodiment, the lock wheel is a gear. Thus, the lock wheel can be configured in a particularly simple and cost-effective manner. An embodiment in the form of a gear also has the advantage that gears which serve in the drive unit for other purposes, can also be used as a lock wheel.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrenrad daher ein Teil des Elektromotors, beispielsweise eines Radnabenmotors. Auf den Einbau eines zusätzlichen Sperrenrades kann so vorteilhafterweise verzichtet werden. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Materialkosten sowie das Gewicht der Antriebseinheit optimiert werden können. In the context of a further preferred embodiment, the lock wheel is therefore a part of the electric motor, for example a wheel hub motor. On the installation of an additional barrier wheel can be advantageously dispensed with. This in turn has the advantage that the material costs and the weight of the drive unit can be optimized.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit ein Getriebe. Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist das Sperrenrad ein Getriebezahnrad. Auch so können die Materialkosten sowie das Gewicht der Antriebseinheit optimiert werden.In the context of another preferred embodiment, the drive unit comprises a transmission. In a preferred embodiment of this embodiment, the lock wheel is a transmission gear. Even so, the material costs and the weight of the drive unit can be optimized.
Das Sperrenrad kann jedoch auch ein zusätzliches Bauteil sein. Beispielsweise kann das Sperrenrad ein zusätzliches im Elektromotor oder im Getriebe angeordnetes Bauteil, beispielsweise Zahnrad, sein. Durch ein zusätzliches Sperrenrad kann gegebenenfalls der konstruktive Aufwand verringert werden. Zudem kann ein zusätzliches Sperrenrad vorteilhafterweise hinsichtlich dessen Sperrfunktion optimiert ausgestaltet werden.However, the lock wheel can also be an additional component. For example, the lock wheel can be an additional component arranged in the electric motor or in the transmission, for example a toothed wheel. By an additional lock wheel, if necessary, the design effort can be reduced. In addition, an additional lock wheel can advantageously be configured in terms of its blocking function optimized.
Neben einem gezahnten oder mit Nuten versehenen Rad, kann das profilierte Sperrenrad auch ein sonstiges im Wesentlichen rotationssymmetrisches, drehbar gelagertes Bauteil, beispielsweise der Rotor des Elektromotors, sein, welches auf einer äußeren Mantelfläche, einer inneren Mantelfläche oder einer Seitenfläche mit einem Profil, zum Beispiel mit einem oder mehreren Zähnen oder Nuten, versehen ist.In addition to a toothed or grooved wheel, the profiled lock wheel may also be another substantially rotationally symmetrical, rotatably mounted component, for example the rotor of the electric motor, which is on an outer lateral surface, an inner lateral surface or a side surface with a profile, for example provided with one or more teeth or grooves.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrenrad in Form eines Profils, insbesondere einer Zahnung, auf beziehungsweise in der äußeren oder inneren Mantelfläche des Rotors oder einer Rotorwelle ausgebildet. Dazu kann der Rotor beziehungsweise die Rotorwelle selbst das Sperrenrad darstellen, insbesondere indem das Profil, insbesondere die Zahnung, in der äußeren oder inneren Mantelfläche des Rotors beziehungsweise der Rotorwelle ausgebildet ist. Es ist jedoch ebenso möglich, dass auf der äußeren oder inneren Mantelfläche des Rotors beziehungsweise der Rotorwelle ein profiliertes Bauteil, beispielsweise ein Zahnrad, angebracht, beispielsweise aufgesteckt, ist. Diese Ausführungsform hat sich insbesondere für Direktantriebe, wie Radnabenmotoren, als vorteilhaft erwiesen, bei denen das Sperrenrad vorzugsweise einen möglichst großen Wirkdurchmesser aufweisen sollte. Eine einfache Lösung hiervon kann durch eine umgeformte Verzahnung im radial ausgelegenen Bereich des Rotors dargestellt werden.In the context of a further preferred embodiment, the barrier wheel in the form of a profile, in particular a toothing, on or in the outer or inner circumferential surface of the rotor or a rotor shaft is formed. For this purpose, the rotor or the rotor shaft itself represent the barrier wheel, in particular by the profile, in particular the toothing, in the outer or inner circumferential surface of the rotor or the rotor shaft is formed. However, it is also possible that on the outer or inner circumferential surface of the rotor or the rotor shaft, a profiled component, such as a gear, attached, for example, plugged is. This embodiment has proven particularly advantageous for direct drives, such as wheel hub motors, in which the locking wheel should preferably have the largest possible effective diameter. A simple solution thereof can be represented by a reshaped toothing in the radially remote area of the rotor.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Sperrenrad und das Sperrelement Teile eines, vorzugsweise (um)schaltbaren, Freilaufmechanismus. Unter einem Freilaufmechanismus kann insbesondere ein Mechanismus verstanden werden, welcher eine Welle und einen als Sperrenrad fungierenden Außenring aufweist, bei der die Welle auch als Innenring ausgebildet sein kann. Zwischen der Welle und dem als Sperrenrad fungierenden Außenring sind ein oder mehrere als Sperrelemente fungierende Rastelemente angeordnet, die eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring in einer ersten Richtung, welche auch als Freilaufrichtung bezeichnet wird, zulassen und eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring in einer zur ersten umgekehrten zweiten Richtung, welche auch als Sperrrichtung bezeichnet wird, sperren. Unter einem schaltbaren Freilaufmechanismus kann ein Freilaufmechanismus verstanden werden, bei welchem das oder die Rastelemente in unterschiedliche Stellungen gebracht werden können.In the context of a further preferred embodiment, the barrier wheel and the blocking element are parts of a, preferably (to) switchable, freewheel mechanism. A freewheeling mechanism may, in particular, be understood to mean a mechanism which has a shaft and an outer ring acting as a blocking wheel, in which case the shaft can also be designed as an inner ring. Between the shaft and acting as a lock wheel outer ring one or more locking elements acting as locking elements are arranged, which allow rotation of the shaft relative to the outer ring in a first direction, which is also referred to as a freewheeling direction, and a rotation of the shaft relative to the outer ring in one to the first reverse second direction, which is also referred to as locking direction lock. A switchable freewheeling mechanism may be understood to mean a freewheeling mechanism in which the latching element or elements can be brought into different positions.
Bei einem einfachen schaltbaren Freilaufmechanismus können das oder die Rastelemente zum Beispiel in eine nichtsperrende Stellung, in der die Welle in beide Richtungen gegenüber dem Außenring drehbar ist, und in eine sperrende Stellung gebracht werden, in welcher der Freilaufmechanismus die die übliche Funktion eines Freilaufs in Form einer Drehbarkeit der Welle gegenüber dem Außenring in einer Richtung und eine Sperrung gegen eine Drehung in umgekehrter Richtung aufweist.For example, in a simple switchable freewheeling mechanism, the latching element (s) may be brought into a non-locking position in which the shaft is rotatable in both directions relative to the outer ring and into a blocking position in which the freewheeling mechanism performs the usual function of free-wheeling in shape a rotation of the shaft relative to the outer ring in one direction and a lock against rotation in the opposite direction.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Freilaufmechanismus jedoch um einen zwischen einer ersten Freilaufrichtung und einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Freilaufrichtung umschaltbaren Freilaufmechanismus. Bei einem derartigen umschaltbaren Freilaufmechanismus kann das Rastelement beziehungsweise können die Rastelemente zum Beispiel in eine erste sperrende Stellung, in welcher der Freilaufmechanismus eine Drehbarkeit der Welle gegenüber dem Außenring in der ersten Freilaufrichtung und eine Sperrung gegen eine Drehung in umgekehrter Richtung aufweist, sowie in eine zweite sperrende Stellung gebracht werden, in welcher der Freilaufmechanismus eine Drehbarkeit der Welle gegenüber dem Außenring in der zweiten Freilaufrichtung und eine Sperrung gegen eine Drehung in umgekehrter Richtung aufweist. Darüber hinaus kann das Rastelement beziehungsweise können die Rastelemente in eine nichtsperrende Stellung bringbar sein, in der die Welle in beide Richtungen gegenüber dem Außenring drehbar ist. Ein zwischen zwei Freilaufrichtungen umschaltbarer Freilauf kann vorteilhafterweise sowohl bei positiv (hangaufwärts) als auch negativ (hangabwärts) geneigten Ebenen eingesetzt werden.However, the freewheeling mechanism is preferably a free-wheeling mechanism which can be switched between a first freewheeling direction and a second freewheeling direction opposite to the first freewheeling direction. In such a switchable freewheel mechanism, the latching element or the latching elements, for example, in a first locking position, in which the freewheel mechanism has a rotation of the shaft relative to the outer ring in the first direction of freewheeling and a lock against rotation in the reverse direction, and in a second locking position are brought, in which the freewheel mechanism has a rotation of the shaft relative to the outer ring in the second direction of freewheeling and a lock against rotation in the reverse direction. In addition, the latching element or the latching elements can be brought into a non-locking position in which the shaft is rotatable in both directions relative to the outer ring. A freewheel switchable between two freewheeling directions can advantageously be used both on positive (uphill) and negative (downhill) inclined planes.
Vorzugsweise ist der Freilaufmechanismus zwischen einer Rotorwelle und einem Gehäuse des Elektromotors angeordnet. Vorteilhaft ist, dass hierbei auf den Freilauf eine – verglichen mit einer am Getriebeausgang wirkenden Last – geringe Last wirkt.Preferably, the freewheel mechanism is arranged between a rotor shaft and a housing of the electric motor. It is advantageous that in this case acts on the freewheel - compared to a load acting on the transmission output - low load.
Unter einem Sperrelement kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Bauteil verstanden werden, welches einen Bereich, den so genannten Eingriffsbereich, aufweist, welcher durch eine Bewegung, insbesondere entgegen der Schwerkraft, in das Profil des Sperrenrades einbringbar ist, insbesondere um eine Drehung des Sperrenrades und damit die Sperrvorrichtung zu sperren. Dafür kann das Sperrelement sowohl linear geführt als auch drehbar gelagert sein.In the context of the present invention, a blocking element can be understood in particular to be a component which has a region, the so-called engagement region, which can be introduced into the profile of the barrier wheel by a movement, in particular against the force of gravity. in particular to lock a rotation of the lock wheel and thus the locking device. For this purpose, the blocking element can be both linearly guided and rotatably mounted.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrelement ein linear geführtes, insbesondere stiftförmiges, Sperrelement. Ein derartig ausgestaltetes Sperrelement hat sich insbesondere in Kombination mit einer elektromagnetischen Betätigung als vorteilhaft erwiesen und kann beispielsweise als Teil eines Freilaufmechanismus eingesetzt werden.In the context of another preferred embodiment, the blocking element is a linearly guided, in particular pin-shaped, blocking element. Such a configured locking element has proven to be particularly advantageous in combination with an electromagnetic actuation and can be used for example as part of a freewheel mechanism.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrelement eine Sperrklinke. Unter einer Sperrklinke kann insbesondere eine drehbar gelagerte mechanische Vorrichtung verstanden werden, die einen Eingriffsbereich aufweist, welcher zum Sperren der Sperrvorrichtung in das Profil des Sperrenrades einbringbar ist. Ein derartig ausgestaltetes Sperrelement kann insbesondere als Teil eines Freilaufmechanismus eingesetzt werden. Insbesondere kann ein Sperrelement in Form einer Sperrklinke von einer nichtsperrenden Stellung, in der das distale Ende der Sperrklinke, der sogenannte Eingriffsbereich, beabstandet unterhalb des Sperrenrades angeordnet ist, in eine sperrende Stellung, in der das distale Ende, also der Eingriffsbereich, entgegen der Schwerkraft in das Profil des Sperrenrades eingebracht ist, drehbar sein.In the context of another preferred embodiment, the blocking element is a pawl. A pawl may, in particular, be understood to mean a rotatably mounted mechanical device which has an engagement region which can be introduced into the profile of the barrier wheel in order to lock the blocking device. Such a configured locking element can be used in particular as part of a freewheel mechanism. In particular, a locking element in the form of a pawl from a non-locking position, in which the distal end of the pawl, the so-called engagement portion, spaced below the barrier wheel is arranged, in a blocking position, in which the distal end, that is, the engagement area, against gravity is introduced into the profile of the lock wheel, be rotatable.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrelement eine Wippe. Unter einer Wippe kann insbesondere eine mechanische Vorrichtung mit mindesten zwei um eine Dreh- beziehungsweise Kippachse drehbar gelagerten Armen verstanden werden, die einen Eingriffsbereich aufweist, welcher zum Sperren der Sperrvorrichtung in das Profil des Sperrenrades einbringbar ist. Auch ein derartig ausgestaltetes Sperrelement kann als Teil eines Freilaufmechanismus eingesetzt werden. Auch ein Sperrelement in Form einer Wippe kann von einer nichtsperrenden Stellung, in der ein distales Ende eines Arms, der sogenannte Eingriffsbereich, beabstandet unterhalb des Sperrenrades angeordnet ist, in eine sperrende Stellung, in der das distale Ende des Arms, also der Eingriffsbereich, entgegen der Schwerkraft in das Profil des Sperrenrades eingebracht ist, drehbar beziehungsweise kippbar sein. Insbesondere kann das Sperrelement ein Kipphebel sein. Unter einem Kipphebel kann eine Wippe bezeichnet werden bei der eine Bewegung eines ersten Arms der Wippe durch Aufbringen einer Kraft auf einen zweiten Arm der Wippe, beispielsweise mittel einer Stange, ausführbar ist.In the context of another preferred embodiment, the blocking element is a rocker. A rocker may, in particular, be understood as meaning a mechanical device having at least two arms which are rotatably mounted about a rotation or tilting axis and which has an engagement region which can be introduced into the profile of the barrier wheel in order to lock the locking device. Also, such a configured locking element can be used as part of a freewheel mechanism. Also, a blocking element in the form of a rocker can from a non-locking position, in which a distal end of an arm, the so-called engagement portion, spaced below the barrier wheel is disposed, in a blocking position, in which the distal end of the arm, so the engaging portion opposite Gravity is introduced into the profile of the barrier wheel, be rotatable or tiltable. In particular, the blocking element may be a rocker arm. A rocker arm may refer to a rocker in which a movement of a first arm of the rocker by applying a force to a second arm of the rocker, for example by means of a rod, is executable.
Das Sperrelement kann beispielsweise mechanisch, elektromotorisch oder elektromagnetisch betätigbar ausgelegt sein. Durch eine elektromotorische Betätigung kann vorteilhafterweise ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Durch eine mechanische Betätigung sind vorteilhafterweise ein besonders einfacher Aufbau und eine leichte Handhabung möglich.The blocking element can be designed, for example, mechanically, electromotively or electromagnetically operable. By an electric motor actuation advantageously a high efficiency can be achieved. By a mechanical operation advantageously a particularly simple structure and easy handling are possible.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sperrelement elektromagnetisch betätigbar. Eine elektromagnetische Betätigung eines Sperrelements benötigt – verglichen mit dem Bestromen des kompletten Elektromotors zur Aufrechterhaltung eines Stillstands des Fahrzeugs auf einer schiefen Ebene – deutlich weniger Strom. Zudem hat eine elektromagnetische Betätigung des Sperrelements Vorteile bezüglich dessen konstruktiver Ausgestaltung. So ist es zum Beispiel möglich, das Sperrelement innerhalb der Sperrenrades anzuordnen und das Sperrelement ohne aufwendige konstruktive Maßnahmen im Inneren des Sperrenrades durch eine elektromagnetische Kraft entgegen der Schwerkraft anzuheben und in ein beispielsweise auf der inneren Mantelfläche profiliertes Sperrenrad, zum Beispiel ein Innenzahnrad, einzubringen und damit die Sperrvorrichtung zu sperren. Ebenso ist natürlich auch eine elektromagnetische Betätigung eines außerhalb, insbesondere unterhalb, des Sperrenrades angeordneten Sperrelements ohne aufwendige konstruktive Maßnahmen möglich.In a preferred embodiment, the blocking element is electromagnetically actuated. An electromagnetic actuation of a blocking element requires - compared to the energizing of the complete electric motor to maintain a standstill of the vehicle on an inclined plane - significantly less power. In addition, an electromagnetic actuation of the locking element has advantages with respect to its structural design. So it is possible, for example, to arrange the blocking element within the barrier wheel and raise the locking element without consuming constructive measures in the interior of the lock wheel by an electromagnetic force against gravity and in a profiled example on the inner circumferential surface lock wheel, for example, an internal gear, and introduce thus locking the locking device. Likewise, of course, an electromagnetic actuation of an outside, in particular below, the barrier wheel arranged locking element without complicated design measures possible.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht die Form des Eingriffsbereichs zumindest teilweise der negativen Profilform, insbesondere der negativen Zahnform beziehungsweise Nutenform, des Sperrenrades. Durch eine entsprechende Form kann vorteilhafterweise eine besonders gute Sperrwirkung erzielt werden. Die Größe des Eingriffsbereichs kann dabei von der Größe der negativen Profilform des Sperrenrades abweichen. Insbesondere kann der Eingriffsbereich eine geringere Größe als die negative Profilform des Sperrenrades aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass das Sperrelement leichter in die negative Profilform eingebracht werden kann.In the context of a further preferred embodiment, the shape of the engagement region corresponds at least partially to the negative profile shape, in particular the negative tooth shape or groove shape, of the barrier wheel. By a corresponding shape advantageously a particularly good barrier effect can be achieved. The size of the engagement region may differ from the size of the negative profile shape of the barrier wheel. In particular, the engagement region may have a smaller size than the negative profile shape of the barrier wheel. This has the advantage that the blocking element can be more easily introduced into the negative profile shape.
Die Antriebseinheit kann insbesondere zwei oder mehr profilierte Sperrenräder aufweisen, welche coaxial mit einem Winkelversatz zueinander angeordnet sind, wobei das Sperrelement zum Sperren durch eine Bewegung entgegen der Schwerkraft in die Profile der Sperrenräder einbringbar ist. So kann vorteilhafterweise die Auflösung der Sperrvorrichtung erhöht werden. Der Radumfang eines Fahrzeugrades kann beispielsweise 2 m betragen. Bei einer 1:10-Untersetzung entspräche dann jede Umdrehung des Motors 20 cm Fahrweg. Bei einem Sperrenrad, beispielsweise einer Klinkenscheibe, mit 16 Nuten ergäbe sich hierbei eine Auflösung von 12,5 mm. Durch zwei derartige coaxiale Scheiben mit Winkelversatz könnte dabei eine Auflösung von 6,25 mm beziehungsweise durch drei Scheiben von etwa 4 mm dargestellt werden.The drive unit may in particular have two or more profiled locking wheels, which are arranged coaxially with an angular offset from one another, wherein the blocking element for blocking by a movement against gravity in the profiles of the lock wheels can be introduced. Thus, advantageously, the resolution of the locking device can be increased. The wheel circumference of a vehicle wheel can be for example 2 m. With a 1:10 reduction, every revolution of the motor would correspond to 20 cm of travel. In a lock wheel, such as a ratchet wheel, with 16 grooves this would give a resolution of 12.5 mm. By means of two such coaxial discs with angular offset, a resolution of 6.25 mm could be achieved or represented by three discs of about 4 mm.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Antriebseinheit wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den Zeichnungen verwiesen.With regard to further advantages and features of the drive unit according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention and the drawings.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.Another object of the present invention is a method for operating a vehicle with a drive unit according to the invention.
Zum Feststellen des Fahrzeugs, beispielsweise beim Halten des Fahrzeugs in einer schiefen Ebene, kann das Verfahren die Verfahrensschritte:
- – Detektieren eines Stillstands des Fahrzeugs, insbesondere nach einem Bremsvorgang,
- – Aufbringen eines Drehmoments auf das Sperrenrad zum Einstellen einer Rastposition des Sperrenrades durch den Elektromotor,
- – Einbringen des Eingriffsbereichs des Sperrelements in das Profil des Sperrenrades, und
- – Entfernen des Drehmoments des Elektromotors,
- Detecting a standstill of the vehicle, in particular after a braking operation,
- Applying a torque to the lock wheel for setting a locking position of the lock wheel by the electric motor,
- - Introducing the engagement portion of the locking element in the profile of the lock wheel, and
- Removing the torque of the electric motor,
Das Aufbringen eines Drehmoments auf das Sperrenrad zum Einstellen einer Rastposition des Sperrenrades durch den Elektromotor kann insbesondere durch einen Resolver des Elektromotors erfolgen.The application of a torque to the lock wheel for setting a locking position of the lock wheel by the electric motor can be effected in particular by a resolver of the electric motor.
Für einen ersten kurzen Augenblick nach dem Stillstand des Fahrzeuges kann der Elektromotor die Position des Fahrzeugs halten. Die Rastposition des Sperrenrades kann beispielsweise über den Resolver elektronisch geregelt werden. Dabei kann der Rotor des Elektromotors in eine optimale Position gestellt werden, in der das Sperrelement ideal unter einer Profilvertiefung, beispielsweise einer Nut, des Sperrenrades steht. Dies kann dadurch vereinfacht werden, dass zwischen der Form des Eingriffsbereichs des Sperrelements und der negativen Profilform des Sperrenrades ein deutliches Spiel eingestellt wird. Auf eine Aktivierung, beispielsweise durch eine Steuereinheit oder durch eine Anweisung des Fahrers, kann das Sperrelement von einer nichtsperrenden Stellung entgegen der Schwerkraft in eine sperrende, in das Profil des Sperrenrades eingreifende Stellung gebracht werden. Sobald as Sperrelement in der sperrenden Stellung ist, kann das Drehmoment vom Elektromotor entfernt werden, insbesondere um Energie zu sparen.For a first brief moment after the vehicle has stopped, the electric motor can hold the position of the vehicle. The locking position of the lock wheel can be electronically controlled, for example via the resolver. In this case, the rotor of the electric motor can be set in an optimal position in which the blocking element is ideally under a profile recess, such as a groove of the barrier wheel. This can be simplified by setting a clear clearance between the shape of the engagement region of the blocking element and the negative profile shape of the barrier wheel. Upon activation, for example by a control unit or by an instruction of the driver, the blocking element can be brought from a non-locking position against gravity into a locking, engaging in the profile of the lock wheel position. As soon as the blocking element is in the blocking position, the torque can be removed by the electric motor, in particular in order to save energy.
Bei Elektromotoren mit einer präzisen Drehwinkelmessung kann die Steuereinheit ermitteln, welche der Flanken des Sperrelementes in der sperrenden Stellung belastet ist. Alternativ kann die Erkennung jedoch auch über eine Kraft- oder Momentsensorik erfolgen. Insbesondere kann daher die erfindungsgemäße Antriebseinheit eine Kraft- oder Momentsensorik zum Detektieren der belasteten Flanke des Sperrelementes beziehungsweise des Eingriffsbereichs in der in das Profil des Sperrenrades eingebrachten Stellung aufweisen.For electric motors with a precise angle of rotation measurement, the control unit can determine which of the flanks of the blocking element is loaded in the blocking position. Alternatively, however, the detection can also take place via a force or torque sensor. In particular, the drive unit according to the invention can therefore have a force or torque sensor for detecting the loaded flank of the blocking element or of the engagement region in the position introduced into the profile of the barrier wheel.
Zum Anfahren des Fahrzeugs, beispielsweise nach dem Halten des Fahrzeugs in einer schiefen Ebene, kann das Verfahren die Verfahrensschritte:
- – Aufbringen eines das Sperrelement entlastenden Drehmoments durch den Elektromotor, insbesondere einen Resolver des Elektromotors, und
- – Entfernen des Eingriffsbereichs des Sperrelements aus dem Profil des Sperrenrades,
- - Applying a locking element relieving torque by the electric motor, in particular a resolver of the electric motor, and
- Removing the engagement region of the blocking element from the profile of the barrier wheel,
Ob ein Anfahren vom Fahrer beabsichtigt ist, kann dabei beispielsweise anhand einer Betätigung des Fahrpedals seitens des Fahrers ermittelt werden.Whether a start by the driver is intended can be determined, for example, by means of an actuation of the accelerator pedal by the driver.
Wenn das Fahrzeug nach dem Halten aufwärts fahren soll, wird ein entlastendes Drehmoment ohnehin auf das Sperrenrad aufgebracht und damit das Sperrelement entlastet. Um Materialverschleiß und Energiebedarf zu minimieren, ist es jedoch besonders vorteilhaft, ein entlastendes Drehmoment auf das Sperrenrad aufzubringen, wenn das Fahrzeug nach dem Halten abwärts fahren soll, insbesondere um dann den Eingriffsbereich des Sperrelements leicht entfernen zu können. Ob ein Anfahren aufwärts oder abwärts erfolgen soll, kann durch eine Drehwinkelmessung des Elektromotors detektiert werden, insbesondere wobei ermittelt wird, welche der Flanken des Sperrelements belastet ist. Alternativ kann die Erkennung über eine Kraft- oder Momentsensorik erfolgen, insbesondere mit welcher die Antriebseinheit ausgestattet sein kann.If the vehicle is to go up after holding, a relieving torque is applied anyway to the lock wheel and thus relieved the locking element. To minimize material wear and energy requirements, however, it is particularly advantageous to apply a relieving torque to the lock wheel when the vehicle is to drive down after holding, in particular in order then to be able to easily remove the engagement area of the lock element. Whether a start up or down should take place, can be detected by a rotation angle measurement of the electric motor, in particular wherein it is determined which of the flanks of the locking element is loaded. Alternatively, the detection can take place via a force or torque sensor, in particular with which the drive unit can be equipped.
Vorzugsweise wird der Eingriffsbereich des Sperrelements während eines Ladevorgang des Fahrzeugs automatisch in das Profil des Sperrenrades eingebracht. Durch eine automatische Verriegelung während der Ladephase kann vorteilhafterweise ein unbeabsichtigtes Anfahren des Fahrzeugs bei eingestecktem Ladeanschluss vermieden werden. Eine Aktivierung des Sperrelements kann dabei insbesondere durch ein Signal von der Ladevorrichtung erfolgen.Preferably, the engagement region of the locking element is automatically introduced into the profile of the barrier wheel during a charging process of the vehicle. By an automatic locking during the charging phase can be avoided accidentally starting the vehicle with plugged charging connection advantageously. Activation of the blocking element can be effected in particular by a signal from the charging device.
Der Anhaltevorgang kann zum Beispiel wie folgt ablaufen: Der Fahrer bremst das Fahrzeug bis zum Stillstand. Gegebenenfalls löst der Fahrer die Bremse. Der Elektromotor fährt die nächstmögliche Rastposition des Sperrenrades an. Das Sperrelement wird von der nichtgesperrten Stellung in die in dem Profil des Sperrenrades gesperrte Stellung gebracht. Dann wird das Drehmoment vom Motor genommen. Anschließend steht das Fahrzeug, ohne eine aktive Betätigung des Fahr- oder Bremspedals des Fahrers.The stopping process may, for example, proceed as follows: the driver brakes the vehicle to a standstill. If necessary, the driver releases the brake. The electric motor moves to the next possible locking position of the lock wheel. The blocking element is brought from the non-locked position into the locked in the profile of the lock wheel position. Then the torque is removed from the engine. Then the vehicle is standing, without an active actuation of the driving or brake pedal of the driver.
Der Anfahrvorgang kann zum Beispiel wie folgt ablaufen: Bei Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer wird der Elektromotor aktiviert und der Eingriffsbereich des Sperrelements aus dem Sperrenrad gezogen. Wenn das Fahrzeug ausgehend von der gesperrten Stellung hangaufwärts fahren soll, wird das Sperrelement vorteilhafterweise ohnehin entlastet und kann leicht gelöst werden. Wenn das Fahrzeug ausgehend von der gesperrten Stellung hangabwärts fahren soll, wird vorzugsweise der Motor zunächst rückwärts angesteuert. Auf diese Weise kann das Sperrelement entlastet und ebenfalls leicht gelöst werden.The starting process may, for example, proceed as follows: Upon actuation of the accelerator pedal by the driver, the electric motor is activated and the engagement region of the blocking element is pulled out of the barrier wheel. If the vehicle is to go uphill starting from the locked position, the locking element is advantageously already relieved anyway and can be easily solved. If the vehicle is to travel downhill from the locked position, the engine is preferably initially driven backwards. In this way, the locking element can be relieved and also easily solved.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit und den Zeichnungen verwiesen.With regard to further advantages and features of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the drive unit according to the invention and the drawings.
Zeichnungendrawings
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it
Die Pfeile symbolisieren mögliche Einbaupositionen für eine solche Sperrvorrichtung. Der linke Pfeil veranschaulicht, dass eine Sperrvorrichtung im Motor
Der mittlere Pfeil veranschaulicht, dass die Sperrvorrichtung am Eingang des Getriebes
Der rechte Pfeil veranschaulicht, dass die Sperrvorrichtung auch am Ausgang des Getriebes
Darüber hinaus ist natürlich auch eine Ausbildung des Sperrenrades innerhalb des Getriebes, insbesondere in Form eines Getriebezahnrades, möglich.In addition, of course, a design of the lock wheel within the transmission, in particular in the form of a transmission gear, possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Fahrzeugradvehicle
- 2020
- Elektromotorelectric motor
- 3030
- Getriebetransmission
- 2222
- SperrenradSperrenrad
- 2424
- Sperrelementblocking element
- 2626
- Eingriffsbereichengagement area
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