DE102011056929A1 - Antriebsstrang eines rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit zwei Elektromaschinen - Google Patents

Antriebsstrang eines rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit zwei Elektromaschinen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) eines rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Achse (2), die ein Differential (35) aufweist, sowie mit zwei Elektromaschinen (13, 14), wobei die Achse (2) über mindestens ein Getriebe (15, 16) mittels der Elektromaschinen (13, 14) antreibbar ist. Bei einem solchen Antriebsstrang ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erste Elektromaschine (13) mit einem ersten Getriebe (15) und eine zweite Elektromaschine (14) mit einem zweiten Getriebe (16) zusammenwirkt, wobei das erste Getriebe (15) über eine erste schaltbare Kupplung (36) mit einem Eingangsrad (34) des Differentials (35) verbindbar ist, zum Antreiben von zwei mit unterschiedlichen Ausgängen des Differentials (35) verbundenen Achsabschnitten (4, 5) der Achse (2), sowie das erste Getriebe (15) über eine zweite Kupplung (37) mit einem ersten Achsabschnitt (4) der Achse (2) bei geöffneter erster Kupplung (36) verbindbar ist und das zweite Getriebe (16) über eine dritte Kupplung (38) mit einem zweiten Achsabschnitt (5) der Achse (2) bei geöffneter erster Kupplung (36) verbindbar ist. Ein derartiger Antriebsstrang ermöglicht es bei dem Fahrzeug, unterschiedliche Fahrzustände mit besonders günstigem Wirkungsgrad fahren zu können.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Achse, die ein Differential aufweist, sowie zwei Elektromaschinen, wobei die Achse über mindestens ein Getriebe mittels der Elektromaschinen antreibbar ist.
  • Ein solcher Antriebsstrang, der für ein elektrisch antreibbares Erdbewegungsfahrzeug oder für ein landwirtschaftliches Fahrzeug mit Vierradantrieb Verwendung findet, ist aus der DE 600 13 340 T2 bekannt. Dieser Antriebsstrang weist zwei Elektromaschinen auf, die in Fahrtrichtung oberhalb der hinteren Achse des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, und mit einem Stirnradgetriebe zusammenwirken, das vor der Hinterachse angeordnet ist. Das Getriebe ist über eine Welle oder zwei Wellen mit den Differentialen verbunden, die den beiden Achsen, somit der Hinterachse und der Vorderachse des Kraftfahrzeugs, zugeordnet sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang bei einem rein elektrisch zu betreibenden Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels dessen unterschiedliche Fahrzustände mit besonders gutem Wirkungsgrad gefahren werden können.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang, der gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
  • Der Antriebsstrang des rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weist somit zwei Elektromaschinen auf. Eine der beiden Elektromaschinen, nachfolgend als erste Elektromaschine bezeichnet, wirkt mit einem ersten Getriebe zusammen und die andere der beiden Elektromaschinen, nachfolgend als zweite Elektromaschine bezeichnet, wirkt mit einem zweiten Getriebe zusammen. Das erste Getriebe ist über eine erste schaltbare Kupplung mit einem Eingangsrad des Differentials verbindbar, zum Antreiben von zwei, mit unterschiedlichen Ausgängen des Differentials verbundenen Achsabschnitten der Achse. Das erste Getriebe ist über eine zweite Kupplung mit einem ersten Achsabschnitt der Achse, bei geöffneter erster Kupplung, verbindbar und das zweite Getriebe ist über eine dritte Kupplung mit einem zweiten Achsabschnitt der Achse, bei geöffneter erster Kupplung, verbindbar.
  • Diese Gestaltung des Antriebsstrangs mit den beiden Elektromaschinen, diesen zugeordneten beiden Getrieben und den drei Kupplungen ermöglicht es, entweder die beiden Achsabschnitte der Achse durch Antrieb nur der ersten Elektromaschine über das dieser zugeordnete erste Getriebe und das diesem zugeordnete Differential anzutreiben, oder aber die Antriebskraft nicht in das Differential einzuleiten und stattdessen jeden Achsabschnitt mittels der diesem zugeordneten Elektromaschine unmittelbar anzutreiben. Dieser unabhängige Antrieb des jeweiligen Achsabschnitts der Achse ermöglicht einen Einzelradantrieb des dem jeweiligen Achsabschnitt zugeordneten Rades des Kraftfahrzeuges, somit des Laufrades des Kraftfahrzeugs. Dadurch ist ein Torque Vectoring der Achsabschnitte der Achse bzw. der Räder der Achse möglich. Dieses Torque Vectoring bedingt keinen Verlust durch Bremseingriff auf den Achsabschnitt des einen bzw. anderen Rades.
  • Im Fahrbetrieb, in dem die Kraftübertragung über das Differential erfolgt, wird nur die eine Elektromaschine – erste Elektromaschine – betrieben, bei geschlossener erster Kupplung, während die beiden anderen Kupplungen – zweite und dritte Kupplung – geöffnet sind. Bei Einzelradantrieb hingegen ist die erste Kupplung geöffnet und es sind die zweite und dritte Kupplung geschlossen.
  • Der Antrieb des Kraftfahrzeugs nur mit der einen Elektromaschine – erste Elektromaschine – ist dann vorteilhaft, wenn Fahrzustände zu beherrschen sind, bei denen es auf einen niedrigen Energieverbrauch ankommt. Insbesondere dann, wenn fahrdynamisch kritische Fahrzustände zu beherrschen sind, wird auf den Einzelradantrieb umgeschaltet. Bei diesen fahrdynamisch kritischen Fahrzuständen handelt es sich insbesondere um solche, die unter Sicherheitsaspekten kritisch sind und es erforderlich ist, stabilisierend auf das Fahrzeug einzugreifen.
  • Vorzugsweise weisen die beiden Elektromaschinen und die drei Kupplungen Steuerungsmittel auf, mittels derer, bei in Betrieb befindlicher erster Elektromaschine, die erste Kupplung geschlossen ist und die zweite und dritte Kupplung geöffnet ist, oder, bei in Betrieb befindlichen Elektromaschinen, die erste Kupplung geöffnet und die zweite und dritte Kupplung geschlossen ist.
  • Die Getriebe sind vorzugsweise als Stirnradgetriebe ausgebildet. Sie können auf relativ geringem Bauraum untergebracht werden. Insbesondere weisen die Getriebe identische Übersetzungen auf.
  • Die Elektromaschinen sind insbesondere quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet.
  • Der Antriebsstrang findet vorzugsweise bei einem Kraftfahrzeug Verwendung, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Es handelt sich bei diesem Personenkraftwagen insbesondere um einen Sportwagen. Dieses Kraftfahrzeug, insbesondere der Personenkraftwagen bzw. der Sportwagen, ist vorzugsweise mit Heckantrieb ausgebildet. Die beiden Elektromaschinen sind somit im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs bzw. Antriebsstrangs angeordnet. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die beiden Elektromaschinen hinter der Hinterachse angeordnet sind.
  • Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeug aber als Frontantrieb ausgebildet sein.
  • Die dem Antriebsstrang zugeordneten Räder sind insbesondere einzeln über Gelenkwellen aufgehängt. Der Antriebsstrang weist somit keine Starrachse auf.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigt:
  • 1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 veranschaulicht einen Antriebsstrang für ein rein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, bei dem es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, konkret einen Sportwagen handelt. Gezeigt ist der der Hinterachse des Kraftfahrzeugs zugeordnete Antriebsstrang, ferner eine nicht angetriebene Vorderachse des Kraftfahrzeugs.
  • Der Antriebsstrang 1 mit Einzelradaufhängung weist die erste, hintere Achse 2 auf. Bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung 3 des Kraftfahrzeugs, nachfolgend als Fahrtrichtung bezeichnet, weist die hintere Achse 2 einen linken Achsabschnitt 4 und einen rechten Achsabschnitt 5 auf. Mit der Bezugsziffer 6 sind das linke und das rechte Rad der hinteren Achse 2 und mit der Bezugsziffer 7 sind Lager für die Achsabschnitte 4 und 5 der hinteren Achse 2 bezeichnet. Die Achsabschnitte 4 und 5 der hinteren Achse 2 weisen Gelenkwellen auf.
  • Das Kraftfahrzeug weist ferner eine zweite, vordere Achse 8 auf, die nicht angetrieben ist. Auch diese Achse 8 weist eine Einzelradaufhängung auf. Die vordere Achse 8 weist einen linken Achsabschnitt 9 und einen rechten Achsabschnitt 10 auf. Mit der Bezugsziffer 11 sind das linke und rechte Rad der vorderen Achse 8 und mit der Bezugsziffer 12 sind die Lager für die Achsabschnitte 9 und 10 der vorderen Achse 8 bezeichnet. Die Achsabschnitte 9 und 10 der vorderen Achse 8 weisen gleichfalls Gelenkwellen auf.
  • Die hintere Achse 2 ist mittels zweier Elektromaschinen 13 und 14 antreibbar. Hierbei wirkt die Elektromaschine 13 mit einem Getriebe 15 und die Elektromaschine 14 mit einem Getriebe 16 zusammen. Die Getriebe 15 und 16 sind im Wesentlichen hinter der hinteren Achse 2 angeordnet und es sind die beiden Elektromaschinen 13 und 14 jeweils quer zu Fahrtrichtung 3 angeordnet. Die Rotationsachse der jeweiligen Elektromaschine 13 bzw. 14, dargestellt durch deren Abtriebswelle 17, ist somit in Fahrtrichtung 3 angeordnet.
  • Der Stator der jeweiligen Elektromaschine 13 bzw. 14 ist mit der Bezugsziffer 18, der Rotor der jeweiligen Elektromaschine 13 bzw. 14, mit dem die Abtriebswelle 17 verbunden ist, mit der Bezugsziffer 19 bezeichnet. Gelagert ist die jeweilige Abtriebswelle 17 in Lagern 20.
  • Die Abtriebswelle 17 der beiden Elektromaschinen 13, 14 sind auf derselben geometrischen Achse angeordnet, womit die Rotationsachse der Statoren 18 der Elektromaschinen 13 und 14 dieser geometrischen Achse entspricht.
  • Die beiden Getriebe 15, 16 sind, abgesehen von dem nachfolgend noch zu beschreibenden geringfügigen Unterschied, spiegelsymmetrisch zur Fahrzeuglängsachse angeordnet und identisch ausgebildet. Sie weisen somit identische Übersetzungen auf. Die Getriebe sind als Stirnradgetriebe ausgebildet.
  • Das jeweilige Getriebe 15 bzw. 16 weist ein drehfest mit der Abtriebswelle 17 verbundenes, als Stirnrad ausgebildetes Ritzel 21 auf. Dieses Ritzel 21 kämmt mit einem Stirnrad 22 des jeweiligen Getriebes 15 bzw. 16, das drehfest mit einer Welle 23 verbunden ist. Diese ist endseitig in Lagern 24 gelagert. Neben dem Stirnrad 22 ist ein Ritzel 25 angeordnet und drehfest mit der Welle 23 verbunden. Das Ritzel 25 des Getriebes 16 kämmt mit einem Stirnrad 26, das frei drehbar im rechten Achsabschnitt 5 der Achse 2 gelagert ist. Das Stirnrad 26 ist mit einem Kupplungsteil 27 drehfest verbunden, das in Wirkstellung mit einem Kupplungsteil 28 bringbar ist, das drehfest mit dem rechten Achsabschnitt 5 verbunden ist.
  • Mit dem Ritzel 25 des anderen Getriebes 15 wirkt ein gegenüber dem Stirnrad 26 modifiziertes Stirnrad 29 zusammen. Dies ist genauso wie das Stirnrad 26 frei drehbar im Achsabschnitt der Achse 2, vorliegend dem linken Achsabschnitt 4 gelagert und drehfest mit einem Kupplungsteil 30 verbunden, das entsprechend dem Kupplungsteil 27 gestaltet ist. Dieses Kupplungsteil 30 ist in Wirkstellung mit einem Kupplungsteil 31 bringbar, das drehfest mit dem linken Achsabschnitt 4 verbunden ist und insofern bezüglich Aufbau und Anordnung dem Kupplungsteil 28 entspricht.
  • Das Stirnrad 29, das dem linken Achsabschnitt 4 zugeordnet ist, unterscheidet sich grundsätzlich von dem Stirnrad 26, das dem rechten Achsabschnitt 5 zugeordnet ist, dadurch, dass das Stirnrad 29 drehfest ein Kupplungsteil 32 aufnimmt. Dieses ist in Wirkverbindung mit einem Kupplungsteil 33 bringbar, das schaltbar ist und mit Hilfe dessen eine drehfeste Verbindung zwischen dem Stirnrad 29 und einem Eingangsrad 34 eines Differentials 35 herstellbar ist. Die beiden Achsabschnitte 4 und 5 sind mit zwei Ausgängen des Differentials 35 drehfest verbunden.
  • Demzufolge bilden die Kupplungsteile 32 und 33 eine erste schaltbare Kupplung 36, die Kupplungsteile 30 und 31 eine zweite schaltbare Kupplung 37 und die Kupplungsteile 27 und 28 eine dritte schaltbare Kupplung 38. In einem ersten Fahrzustand, bei dem ausreicht, das Fahrzeug mittels einer der beiden Elektromaschinen, konkret der Elektromaschine 13 anzutreiben, und bei dem es auf eine energiesparende Fahrweise ankommt, ist bzw. wird die erste Kupplung 36 geschlossen und es werden bzw. sind die zweite und dritte Kupplung 37, 38 geöffnet. Die Elektromaschine 14 ist abgeschaltet. Demzufolge überträgt nur die Elektromaschine 13 über das Getriebe 15 und demzufolge das Stirnrad 29 und die Kupplung 36 das Moment auf das Differential 35 und von dort über die beiden Achsabschnitte 4 und 5 auf die Räder 6.
  • Kommt es hingegen auf die Beherrschung einer fahrdynamisch kritischen Situation an, können die Räder 6 der hinteren Achse 2 einzeln angetrieben werden. Es wird die erste Kupplung 36 geöffnet und die zweite und dritte Kupplung 37, 38 geschlossen. In diesem Fall erfolgt keine Kraftübertragung über das Differential 35 auf die Achsabschnitte 4 und 5 der hinteren Achse 2, sondern es erfolgt in einem ersten Momentenstrang die Übertragung von der Elektromaschine 13 über das dieser zugeordnete Getriebe 15 auf die Kupplung 37 und von dort auf den linken Achsabschnitt 4 mit dem diesem zugeordneten Rad 6. Über einen zweiten Momentenpfad ist die Elektromaschine 14 über das Getriebe 16 mit der geschlossenen Kupplung 38 verbunden, sodass über diese der rechte Achsabschnitt 5 und das diesem zugeordnete Rad 6 angetrieben wird. Durch unterschiedliche Momente der Elektromaschinen 13, 14 können unterschiedliche Momente in die beiden Achsabschnitte 4 und 5 eingeleitet werden, womit ein Torque Vectoring der hinteren Achse 2 mittels Einzelradantrieb möglich ist.
  • Die beiden Elektromaschinen 13 und 14 und die drei Kupplungen 36, 37, 38 weisen Steuermittel auf, mittels derer, bei in Betrieb befindlicher erster Elektromaschine 13, bewirkt wird, dass die erste Kupplung 36 geschlossen und die zweite und dritte Kupplung 37, 38 geöffnet ist, oder, bei in Betrieb befindlichen beiden Elektromaschinen 13, 14, die erste Kupplung 36 geöffnet und die zweite und dritte Kupplung 37, 38 geschlossen ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 60013340 T2 [0002]

Claims (9)

  1. Antriebsstrang (1) eines rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Achse (2), die ein Differential (35) aufweist, sowie mit zwei Elektromaschinen (13, 14), wobei die Achse (2) über mindestens ein Getriebe (15, 16) mittels der Elektromaschinen (13, 14) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektromaschine (13) mit einem ersten Getriebe (15) und eine zweite Elektromaschine (14) mit einem zweiten Getriebe (16) zusammenwirkt, wobei das erste Getriebe (15) über eine erste schaltbare Kupplung (36) mit einem Eingangsrad (34) des Differentials (35) verbindbar ist, zum Antreiben von zwei mit unterschiedlichen Ausgängen des Differentials (35) verbundenen Achsabschnitten (4, 5) der Achse (2), sowie das erste Getriebe (15) über eine zweite Kupplung (37) mit einem ersten Achsabschnitt (4) der Achse (2), bei geöffneter erster Kupplung (36), verbindbar ist und das zweite Getriebe (16) über eine dritte Kupplung (38) mit einem zweiten Achsabschnitt (5) der Achse (2), bei geöffneter erster Kupplung (36), verbindbar ist.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (2) eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs ist.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (13, 14) nahe der Hinterachse (2), insbesondere hinter der Hinterachse angeordnet sind.
  4. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Antriebsstrang (1) eines Personenkraftwagens, insbesondere eines Sportwagens ist.
  5. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromaschinen (13, 14) und die drei Kupplungen (36, 37, 38) Steuermittel aufweisen, mittels derer, bei in Betrieb befindlicher erster Elektromaschine (13), die erste Kupplung (36) geschlossen ist und die zweite und dritte Kupplung (37, 38) geöffnet ist oder, bei in Betrieb befindlichen Elektromaschinen (13, 14), die erste Kupplung (36) geöffnet und die zweite und dritte Kupplung (37, 38) geschlossen ist.
  6. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (15, 16) als Stirnradgetriebe ausgebildet sind.
  7. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (15, 16) identische Übersetzungen aufweisen.
  8. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (13, 14) quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
  9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse (2) zwei, Gelenkwellen aufweisende Achsabschnitte (4, 5) aufweist.
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